黄河流域径流量时空变化分析

 2022-01-17 11:01

论文总字数:17489字

目 录

1 引言 1

1.1研究目的与意义 1

1.2国内外研究进展 1

2 研究区与数据 2

2.1研究区概况 2

2.2数据来源 3

3 径流量主要研究方法 4

3.1非参数Mann-Kendall检验法 4

3.2双累积曲线法 5

4 黄河径流量时空分析 6

4.1黄河径流量定性分析 6

4.2黄河径流量M-K分析 8

4.2.1 黄河径流量M-K趋势分析 8

4.2.2 黄河径流量M-K突变分析 8

5 黄河径流量时空变化原因分析 11

5.1径流量与降水量的时间变化分析 11

5.2 径流量与降水量、耗水量的双累积曲线分析 12

5.3 径流量与耗水量、降水量的空间变化分析 13

6 结论与不足 15

6.1研究结论 15

6.2研究中存在的不足之处 16

参考文献 16

致 谢 18

黄河流域径流量时空变化分析

吴浩东

,China

Abstract: The Yellow River Basin is an important population accumulation area and natural resources protection area. It plays an important role in our country. The size of the Yellow River runoff also affects and determines the social, economic, and ecological development of the Yellow River Basin to a certain extent. Therefore, this paper analyzes the runoff data of the Yellow River basin from 2000 to 2016, discusses the characteristics of spatiotemporal changes of runoff, and analyzes the reasons for the impact, in order to provide a reference for the management of the Yellow River basin and the use of water resources. This paper makes use of the average precipitation data from 2000-2016 for the meteorological stations in the Yellow River Basin, the 2000-2016 runoff data for the 9 hydrological stations in the Yellow River Basin, and the water consumption data for the provinces in the Yellow River Basin. Qualitative analysis, MK analysis, and other methods are used. Analysis of spatio - temporal change of runoff in the Yellow River Basin . The results of the study indicate that: (1) In the time, the runoff of the Yellow River as a whole showed an increasing trend over time from 2000 to 2016. (2) In terms of space, the distribution characteristics of the Yellow River runoff are less in the upper reaches, the most in the middle reaches, and the least in the lower reaches. It shows that the runoff decreases in the upstream, increases in the middle reaches, and finally decreases dramatically in the downstream. (3) The impact of precipitation (natural factors) on runoff is significantly lower than the effect of water consumption (human activities) on the runoff of the Yellow River.

Key words: Yellow River; runoff; MK analysis; time change; spatial change

1.引言

1.1研究目的与意义

黄河流域是人类文明的发祥地之一,黄河被誉为中华民族的母亲河。流域总面积约79.47×104平方千米(包括内流区4.2×104平方千米)占我国国土面积,流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南、山东等省(自治区)。黄河流域人口众多占全国总人口的8.6%。耕地面积1.79亿亩,占全国的12.5%。

径流量是指在某一时段内通过河流某一水断面的水量,径流量是陆地上最重要的水文要素之一,因为黄河是水少沙多的特性,泥沙问题是黄河流域最大的问题,如果径流量变小,不仅会使黄河水质变差,水沙比变小,恶化下游地上河状况,危害流域内人民生命财产安全,部分地区甚至会发生断流的现象。而径流量对河流泥沙的沉积有显著作用。其影响简单概括为:径流量变小沉积作用增强,径流量变大沉积作用减弱。另一方面黄河流域的径流量对流域内的生产生活有着巨大影响,首先黄河流域内大部分居民,他们的生活用水大多来自于黄河地表水,黄河径流量的大小和水质状况决定着流域内人民群众的基本饮水安全问题,其次黄河自古就有通航功能,现在的工业原材料的运输和商业货物的贸易,以及连接上、中、下游间的水路运输,都需要黄河有着良好的通航运输能力。而径流量的大小很大程度上决定着黄河水位的高低,进而影响黄河的通航运输能力。另一方面,黄河流域内经济欠发达地方比重大,为了大力发展经济,第一、二、三类产业的发展都离不开黄河的水资源,尤其是黄河的地表水采用,所以径流量的大小也在很大程度上影响和决定着黄河流域的经济发展。因此,本文对黄河流域2000-2016年的径流量数据进行分析,探讨其径流量的时空变化特征,分析其影响原因,以期为黄河流域的管理和水资源利用提供参考。

1.2 国内外研究进展

黄河流域对我国的经济、社会、生态、文化等方面有着举足轻重的重要性,而黄河径流量又对黄河流域有着重要影响,因此国内外诸多学者对黄河流域径流量进行过不同方式方法的研究,并取得显著的成果。

在国内,柴元方等人在对2000年以来黄河流域干支流水沙数据进行变化趋势分析和成因分析后得出,2000年以来,与1950-2000年相比,干支流水文站径流量的减少比例沿程增大,头道拐至潼关间的支流是影响该河段水沙变化主要因素,干流径流量自2004年以后呈增加趋势。黄河干流径流量在2000-2014年间出现5次强突变,但支流突变点的分布散乱,和干流无明显线性关系[1]。孙洋洋在对黄河上、中、下三个站点在1919-2013年间月径流量数据进行分析得出:黄河上游和中游的径流量受人类活动影响有明显减少趋势,而受气候作用的影响显著增加;在黄河径流量突变发生后的年份,黄河上游径流量集中度降低,均匀度升高,径流量年内分配更加均匀[2]。蓝永超、刘根生等人以黄河源区水文、气象站台的数据为依据,对黄河源区以及吉迈水文站-玛曲水文站-唐乃亥水文站间的区域1960-2014年期间径流量变化特征、趋势、以及对气候变化的区域差异等进行了分析,得出在1960-2014年间黄河源区的径流量总体上呈现出减少趋势,但减少幅度却越来越小,并且在2000年后,黄河源区的径流量回升较为明显[3]。靳少波和白晓龙通过对上游主要水文站点和大型水库的径流量数据,研究近30年(1987-2016)黄河上游径流量变化特点,并对变化特点和原因进行分析得出:近30年来黄河上游地区年径流量明显减少、汛期径流量占全年径流量比例减少,影响因素主要是降水量的分布不均,流域年均温度升高,流域人口增多,以及生态系统发生改变[4]。刘昌明等分析了黄河流域干流主要水文站径流量变化情况(1980-2000年),研究发现无论是实测径流量还是天然径流量,近20年来,主要控制站均出现不同程度的减少趋势。实测径流量减少的幅度在5%-35% 之间天然径流量减少幅度在 3%-11%之间。实测和天然径流量减少幅度从上游站点到下游站点逐渐增加,利津站实测径流量和天然径流量分别减少34.86%和10.39%,1990-2000 年减少幅度比1980-2000年减少幅度还大,结果表明,近20年年均降水量较多年年均值(指1956-2000年)减少幅度达到了17% -58% ,较20世纪90年代以前的减少20%-65%,较50、60年代的减少23%-73%[5]

在国外,1998年,美国国家宇航局的 Norden E.Huang 首次提出先对一组时间序列数据进行经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,简称 EMD),并以此模型对河流经流量进行分析[6]。Sato Yoshinobn在2007年进行了对黄河中游河段长时段水量平衡分析的研究,结果表明在长时段内黄河中游的径流量呈减少趋势[7]。HAMED K H在2008年使用M-K法对年径流等进行水文数据趋势检测[8]。Gao P等人在2011年基于降水量,河流经流量和输沙量系列数据(1950-2018),分析了径流量和输沙量的变化趋势以及人类活动对其的影响。结果表明,1950年后的黄河中游地区年径流量和输沙量有着显著的减少趋势[9]。Eric V. Novotny等人在2006年对美国明尼苏达州5个主要流域的平均年流量进行研究,结果表明,不同流域之间的趋势差异很大,降水日增多是导致短时间内径流量激增,和引发洪水的主要原因[10]

2 研究区和数据

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