联系我们
服务热线
099-329865507
公司地址: 河南省焦作市兖州区傲远大楼88号
当前位置:首页 > 产品中心

亚博买球信誉靠谱|广西钦江流域水沙年际变化纪律分析

...
咨询热线:099-329865507
产品介绍

本文摘要:摘要:为了探究河流水沙的变化纪律及影响因素,使用钦江陆屋流域1957—2016年的长时序年降水量、年径流量和年输沙率数据,接纳5年滑动平均法、R/S磨练法、Mann-Kendall突变磨练法、累积距平法及复Morlet小波分析法分析以上序列的趋势性、突变性和周期性;运用双累积曲线法分析降水和径流输沙关系的变化;最后联合流域森林转型特征来举行分析。

摘要:为了探究河流水沙的变化纪律及影响因素,使用钦江陆屋流域1957—2016年的长时序年降水量、年径流量和年输沙率数据,接纳5年滑动平均法、R/S磨练法、Mann-Kendall突变磨练法、累积距平法及复Morlet小波分析法分析以上序列的趋势性、突变性和周期性;运用双累积曲线法分析降水和径流输沙关系的变化;最后联合流域森林转型特征来举行分析。效果讲明:(1)降水量弱上升、径流量淘汰、输沙率显著淘汰,在α=0.05和β=0.01的显著水平下,降水量和径流量无变异,输沙率弱变异。

降水量在1962年、1971年、1989年和2013年发生突变,径流量在1963年、1971年、1989年和2007年发生突变,输沙率在1967年、1971年、1981年和2001年发生突变。降水量存在4类时间尺度,23 a、13 a划分为第一、二主周期;径流量序列存在3类时间尺度,14 a、9 a划分为第一、二主周期;输沙率序列存在4类时间尺度,22 a、5 a划分为第一、二主周期。

(2)降水量-径流量累积关系分为两个阶段,即1957—1988年和1989—2016年,斜率划分为0.006 8、0.005 8;降水量-输沙量累积关系分为四个阶段:1957—1962年、1963—1988年、1989—1998年和1999—2016年,斜率划分为0.014、0.019 4、0.016 4、0.009,造成水沙关系变化的原因是人类运动的影响。(3)广西林业建设和森林转型的生长历程是径流量和输沙量不停发生变化的原因。关键词:降水量; 径流量; 输沙率; 趋势; 突变; 周期; 森林转型;作者简介:莫剑(1994—),男,硕士研究生,研究偏向为河流生态水文研究、GIS应用。

E-mail:573876391@qq.com;引用:莫剑,卢远,王丹媛,等 . 广西钦江流域水沙年际变化纪律分析[J]. 水利水电技术,2020,51( 1) : 130-138.MO Jian,LU Yuan,WANG Danyuan,et al. Analysis of interannual water-sediment variation law of Qinjiang River Basin in Guangxi[J].Water Resources and Hydropower Engineering,2020,51( 1) : 130-138.基金项目:国家自然科学基金(41661043);广西自然科学基金(2015GXNSFAA139234);广西科技重点研发计划(AB16380318); 广西研究生教育创新计划项目(YCSW2017185);0 引用陆地和海洋之间物质循环的一个重要环节是河流每年都向海洋输送大量的淡水和泥沙,影响着河口生态和地貌演变。由于气候变化,特别是人类运动的影响,使得流域产流产沙条件发生显著变化。

亚博买球信誉靠谱

河流水沙通量变化表征流域情况的同时也与河口生态系统息息相关,是种种水保措施和生态情况建设必须要思量的问题。随着科学研究的生长,气候变化配景下人类运动对河流水沙的影响是现在水文学研究的重要议题[ ,探究河流水沙的变化纪律及影响因素,有利于解决流域情况与河口生态问题。许多学者凭据流域降雨量、径流量和输沙量等长序列水文观察数据,针对它们的变化纪律和影响因素开展了一系列研究。

研究发现,中国许多的河流湖泊水沙都发生了变化:几十年来黄河的径流输沙量呈下降趋势;长江干、支流的输沙量也显著下降;荆江三口径流量和输沙量显著淘汰;洞庭湖径流泥沙量呈淘汰趋势;邬玉琴等从降雨侵蚀力的角度出发,分析了乌江流域侵蚀性降雨和人类运动与输沙量减小的关系。这些研究讲明,径流量,尤其是输沙量减小的主要原因是人类运动、水土保持、水库建设和土地使用变化等措施使得河流水沙发生变化。河流水沙之间的关系也会受气候变化和人类运动的影响,如泾河流域和三川流域的降雨-径流关系在以人类运动为主导的影响下发生了变化。

钦江作为茅尾海入海河流之一,源源不停地向海洋输送淡水和泥沙,对河口生态和地貌造成影响。近年来,对钦江水沙变化的研究,人们一般接纳数学模型和统计分析等方法。研究指出,钦江流域的降雨量呈弱上升趋势,由于受到人类运动的影响,径流量和输沙量下降趋势显著,降雨和径流泥沙的关系可能发生了变化。

可是对于这样的水沙变化分析主要是从水保措施、水库建设等来定性形貌,鲜少有从广西的特点——森林转型的角度来对水沙变化特征举行分析。因此,本文选定钦江为研究区,以陆屋流域1957—2016年的年降水量、年径流量和年输沙率为研究工具。接纳5点滑动平均法、Hurst系数法、M-K法、小波分析法、双累积曲线法和累积距平法等,分析60 a来钦江水沙变化的特征,以及森林转型在这些变化中的作用,对流域情况和海岸带的治理有重要的指导意义。

1 研究区概况及数据钦江流域位于广西的南部,东经108°34′—109°29′、北纬21°53′—22°36′,面积2457 km2,钦江从东北至西南,全长179 km。钦江上游地处灵山县境内,阵势东北高而西南低,东北部多为高丘陵区(即低山),西南部阵势低平;钦江中下游位于钦州市境内,中游北下属低山区,中游南部及下游为平原。该流域属亚热带季民风候区,气候温和,雨水充沛,光照足,降水时间以4—9月为主。陆屋水文站于1953年5月设立,位于灵山县陆屋镇三街,地理位置为东经108°57′,北纬22°17′,是钦江中上游的控制站,属国家基本水文站和省级重要水文站(见图1)。

本站集水面积1400 km2,干流河长98 km,主要观察项目有:水位、流量、泥沙、降水量、蒸发量、水温、岸温、水质。收集钦江陆屋站1957—2016年实测年径流量和年输沙率数据作为钦江水沙趋势、突变和周期分析的基础数据。降水量数据泉源于陆屋流域内28个雨量站,凭据雨量站的位置和降水数据,接纳泰森多边形对流域的降水特征举行剖分,然后再盘算整个区域多年面平均降水量。

图1 钦江流域示意2 主要研究方法2.1 Hurst系数法如果水文序列的漫衍形式或(和)漫衍参数在整个时间内发生了显著变化,则称水文序列发生了变异。Hurst系数的盘算常用重标极差分析法,即R/S磨练法,分数布朗运动增量的相关函数C(t)与Hurst系数H之间存在一定的关系 ,即本文运用该方法来判断和形貌水文序列趋势变化的水平。样本资料长度n=60,自由度n-2=58,给定α=0.05和β=0.01的显著水平,变异水平分级如表1所列。表1 Hurst系数变异水平分级2.2 Mann-Kendall突变磨练法本文以Mann-Kendall突变磨练法 (简称M-K法)磨练水沙突变点,在给定α=0.05显著水平下,临界值U =±1.96。

盘算出UF 和UB 两个统计量序列,并将两条序列曲线和两条临界直线绘在直角坐标系上。若两条曲线有交点并处在临界直线之间,此交点就是突变点,交点所在的时刻就是突变开始的时刻。2.3 累积距平法距平为要素值与多年平均值的差,累积距平 则为距平值的累加。可用累积距平曲线来视察钦江流域水沙年际变化的阶段性特征。

2.4 小波分析法小波分析法 主要用于时间序列的消噪音和滤波、突变点的监测和周期身分的识别等。将小波方差绘制成曲线图,小波方差的极大值点对应的时间尺度a即为主周期。本文接纳复Morlet小波盘算水沙序列的周期。

2.5 双累积曲线法双累积曲线 就是一条同期内一个变量的一连累积值与另一个变量一连累积值的关系线,若其斜率发生变化,则说明两个变量累积值的关系发生变化,同时可知关系泛起变化的时间。3 效果与分析3.1 水沙趋势、变异与突变性钦江陆屋流域的降水量、径流量和输沙率的年际变化曲线如图2—图4所示。联合滑动曲线和趋势线来看,降水量呈弱上升趋势,最大降水量泛起在1970年,为2 476.9 mm,最小降水量泛起在2007年,为1 008.6 mm,年均增加3.096 2 mm。径流量呈下降趋势;颠簸性强,1965—1992年颠簸周期长、幅度大,1993—2016年颠簸周期短、幅度小,年均淘汰0.067 5 m3/s。

输沙率显著下降,年均淘汰0.086 2 kg/s,阶段性强。运用R/S磨练法盘算H和C(t),效果如表2所列。

亚博APP安全有保障

对照表1可知,给定α=0.05和β=0.01的显著水平下,降水量、径流量无变异,输沙率弱变异。表2 水沙变异磨练效果图2 陆屋流域降水量年际变化图3 陆屋站径流量年际变化图4 陆屋站输沙率年际变化运用M-K突变磨练和累积距平法,分析陆屋流域水沙序列的突变特征。

M-K突变磨练在给定α=0.05显著水平、临界值为±1.96的条件下举行,使用累积距平法前先对年径流量和年输沙率的单元举行换算,水沙序列突变特征如图5所示,磨练效果如表3所列。图5 陆屋流域水沙序列突变特征表3 水沙突变年份磨练效果从表3可知:M-K法检测出的突变年份一般为水沙序列增大或减小的前一个年份,但可能存在虚假突变点。例如,降水量的两个突变年份过于滞后,对比图2较难视察出2012年和2015年降水量发生突变;径流量的突变年份过于靠前,如1957年,这些都可能是虚假突变点。

累积距平法对序列变化的反映比力敏捷,检测出的突变年份一般是水沙序列值较大或较小的年份,而且能反映水沙序列的阶段性特征;突变磨练效果显示,降水量、径流量和输沙量在1971年都发生了突变,讲明这个时期降水能在较大水平上影响径流输沙的变化,但随后两个突变年份泛起了纷歧致性,说明人类运动使得水沙关系发生了一些变化,尤其是对输沙量影响较大。两种磨练效果仅有输沙在2001年重复。对比以上两种方法的突变磨练效果,就钦江陆屋流域而言,累积距平法能更好地反映出水沙的变化情况。

联合年际变化曲线,最后将累积距平突变磨练的效果作为水沙突变年份。3.2 水沙周期性对降水量、径流量和输沙率做复Morlet小波分析,效果如图6—图8所示。

亚博买球信誉靠谱

经由对小波系数实部等值图和小波方差图的判读,获得水沙的时间尺度和主周期如表4所列。表4 水沙周期性磨练效果图6 降水量Morlet小波分析效果图7 径流量Morlet小波分析效果图8 输沙率Morlet小波分析效果降水量有4类时间尺度:16~32 a时间尺度的周期变化稳定且具有全域性,存在3个完整的丰-枯交替震荡周期,2016年以后该时间尺度等值图未闭合,未来几年降水可能连续增加;10~15 a震荡周期在1985年之后增强,存在准3次震荡;6~9 a时间尺度在1965—1995年之间比力显着。凭据小波方差图,可知序列存在4个显着的波峰,依次为6 a、8 a、13 a和23 a,划分为第四、三、二、一主周期。

径流量存在3类时间尺度:3~8 a,9~15 a和16~28 a。16~28 a时间尺度的周期变化体现为局部性,1965—1995年存在丰-枯交替的准2次震荡;9~15 a时间尺度的周期性在1965年以前和1992年之后较为稳定,存在准3次震荡。

可能存在更长时间尺度的周期纪律,需要做进一步研究。凭据小波方差图,可知序列有4个峰值:4 a、6 a、9 a和14 a,划分对应第四、三、二、一主周期。

输沙率存在4类时间尺度:3~5 a,6~10 a,11~14 a和15~32 a。15~32 a时间尺度的周期变化在2000年以前很稳定,存在准3次震荡;11~14a时间尺度的周期性在1997年后获得增强;3~5 a和6~10 a时间尺度的周期性在1975年以前比力显着。

凭据小波方差图,可知序列存在3个显着的峰值,依次为5 a、8 a和22 a,划分对应第二、三、一主周期。凭据小波方差磨练的效果,划分绘制控制降水和径流演变的第一主周期小波系数实部历程线如图9和图10所示。图9 降水量23 a时间尺度小波实部历程线图10 径流量14 a时间尺度小波实部历程线图9显示,23 a时间尺度在1957—1959年、1967—1973年、1981—1988年、1996—2003年和2013—2016年为正相位,表现降水量在这些时段为偏丰期,在1960—1966年、1974—1980、1989—1995年和2004—2012年为负相位,降水量为偏枯期。

预计:在23 a时间尺度下,2017—2021年为降水量偏丰期,并于2017—2019年到达丰水期岑岭时段。图10显示,14 a时间尺度在1958—1962年、1968—1972年、1977—1979年、1983—1987年、1993—1996年、2002—2005年和2011—2015年为正相位,表现径流量偏丰在1957年、1963—1967年、1973—1976年、1980—1982年、1988—1992年、1997—2001年、2006—2010年和2016年为负相位,径流量偏枯。预计:径流量在14 a时间尺度下,2017—2020年为偏枯期,2021—2025年为偏丰期。

4 讨 论4.1 人类运动对水沙的影响本节主要讨论人类运动对水沙关系和水沙变化的影响。从3.1节分析可知,降水量增大,径流量、输沙量减小,水沙变化趋势出现非一致性,说明水沙关系可能受到人类运动的影响而发生变化。为了磨练水沙关系以及这种关系发生变化的年份,绘制降水量—径流量、降水量—输沙量双累积曲线如图11和图12所示。图11 降水-径流双累积曲线图12 降水-输沙双累积曲线从图11可知,降水量-径流量累积关系分为两个阶段,即1957—1988年和1989—2016年,斜率划分为0.006 8、0.005 8。

从图12可知,降水量—输沙量累积关系分为四个阶段:1957—1962年、1963—1988年、1989—1998年和1999—2016年,斜率划分为0.014、0.0194、0.0164、0.009。可以分为两个时期:生长时期(1958—1988年);90年月至21世纪稳步生长时期(1989至今)。其中:(1)第一个时段,1957—1962年处于林业建设的奠基末期和探索生长初期,该时期人类运动的影响对径流、输沙的影响较小。

(2)第二个时段,1963—1988年完全处于探索生长时期。其中1967—1978年广西林业生长受到重创,林业厅建制被打消,林区重采轻育,绝大部门水源林地域遭受破坏;到80年月初期,国营、团体林场争夺山权,人们乱砍滥伐现象严重,届时广西的林地遭到前所未有的破坏,泥沙流失量到达最大。该时段降水量-输沙量双累积曲线的斜率为0.019 4,说明上述人类不合理的行为使得流域下垫面的产沙能力最强。

从图3和图4可知,该时期内径流量和输沙率的值总体上高于其他时段且连续时间较长,径流量主要受降水量控制,输沙率受人类运动的影响较大。同时,从表3累积距平法突变磨练效果可知径流量和输沙率首次发生突变的年份就处在这个时段。(3)第三个时段,1989—1998年进入了稳步生长时期。

亚博买球信誉靠谱

降水量—径流量和降水量—输沙量的累积关系同时在1989年开始发生了变化,径流量和输沙率较上一个时期有所减小,人类运动降低了流域下垫面产流、产沙水平。(4)第四个时段,1999—2016年降水量—输沙量双累积曲线的斜率最小、流域下垫面产沙能力最弱。究其原因主要是广西从2000年开始实行“造、封、管、节”并举,以人工造林为重点,森林面积逐年上升,2015年达1 629.50万hm2,水源修养、固沙防失作用显着。

人工造林对径流量和输沙率的影响在下一节详细叙述。本文的研究时段,基本上处于第二、第三个时段。4.2 水沙对森林转型的影响从4.1节可知,广西从2000年开始人工造林为重点,而人工造林又以种植桉树为重点。

我国以广西为桉树的主要种植区,广西桉树的种植履历了起步阶段(1949—1977年)、推广阶段(1978—2000年)和大生长阶段(2001至今),其中大生长阶段桉树的种植面积每年增加200万亩,广西正在履历着森林转型[ 27 ]。陆屋水文站控制流域内的桉树种植面积从1987—2015年增加了207.68 km2,主要由林地转化而来,另有部门果园和草地。近30年时间陆屋流域林地(含桉树)总面积从526.48 km2增加到了557.54 km2。由于种植的桉树具有数量多、密度大、生长速度较快、生长周期较短的特点,在果园、草地等被桉树替代后,增大了植被拦截和生长耗水量,使得径流量淘汰。

桉树的生长历程虽然对土壤肥力的消耗大,严重的甚至会导致水土流失,但只要科学治理,给土壤增补养分,合理施肥,桉树种植历程中的土壤问题是可以制止的。此外,种植桉树能够提供保育土壤等生态系统服务价值,淘汰水土流失,降低泥沙量。在径流量和输沙率对森林转型响应的历程中,输沙率的反映比力敏捷。

从3.1节和3.2节可知,2000年以后输沙率较之前显著减小,而且在2001年发生突变,15~32a时间尺度的周期性在2000年以后显著削弱。综上所述,相对于径流量,桉树种植在大生长阶段对输沙率具有更显著影响,不仅使得输沙率减小,还大幅度削弱了其原先的周期变化纪律。5 结 论本文以钦江陆屋水文站控制流域的年降水量、年径流量和年输沙率为研究工具,运用多种分析方法,通过滑动磨练、R/S磨练、M-K突变磨练、累积距平法和小波分析法分析水沙序列的趋势、突变和周期,并运用双累积曲线分析降水量-径流量和降水量-输沙量关系的变化,最后联合广西林业生长和陆屋流域森林转型特征来举行分析,效果讲明:(1)在研究时段内,降水量弱上升、径流量淘汰、输沙率显著淘汰。

在α=0.05和β=0.01的显著水平下,降水量和径流量无变异,输沙率弱变异。降水量在1962年、1971年、1989年和2013年发生突变,径流量在1963年、1971年、1989年和2007年发生突变,输沙率在1967年、1971年、1981年和2001年发生突变。降水量存在4类时间尺度,23a、13a划分为第一、二主周期,2019—2021年可能为降水偏丰期。

径流量序列存在3类时间尺度,14a、9a划分为第一、二主周期,可能存在更高时间尺度的周期纪律。在14a时间尺度下,2019—2020年为径流量偏丰期;输沙率序列存在4类时间尺度,22a、5a划分为第一、二主周期,22a时间尺度的周期性从1994年开始削弱,2000年之后显着削弱。(2)运用双累积曲线法分析降水和径流输沙的关系可知:降水量-径流量累积关系分为两个阶段,即1957—1988年和1989—2016年,斜率划分为0.0068、0.0058,人类运动使第二阶段的径流量淘汰;降水量—输沙量累积关系分为四个阶段:1957—1962年、1963—1988年、1989—1998年和1999—2016年,斜率划分为0.014、0.0194、0.0164、0.009,在人类运动的影响下,第二、第三阶段流域下垫面的产沙水平显着高于其他两个阶段,第四阶段流域下垫面的产沙水平最低。

(3)1987—2015年陆屋流域森林转型的特征体现为林地、果园和草地转化为桉树共207.68 km2,林地(含桉树)面积增加了31.06 km2,植被耗水量增大、保育土壤。径流量和输沙率的趋势性、突变性、周期性以及与降水量关系变化的特征,不仅受降水影响,还与广西林业建设和森林转型精密相关,输沙率对森林转型的响应更敏捷。水利水电技术水利部《水利水电技术》杂志是中国水利水电行业的综合性技术期刊(月刊),为全国中文焦点期刊,面向海内外公然刊行。

本刊以先容我国水资源的开发、使用、治理、设置、节约和掩护,以及水利水电工程的勘察、设计、施工、运行治理和科学研究等方面的技术履历为主,同时也报道外洋的先进技术。期刊主要栏目有:水文水资源、水工修建、工程施工、工程基础、水力学、机电技术、泥沙研究、水情况与水生态、运行治理、试验研究、工程地质、金属结构、水利经济、水利计划、防汛抗旱、建设治理、新能源、都会水利、农村水利、水土保持、水库移民、水利现代化、国际水利等。


本文关键词:亚博买球信誉靠谱,亚博APP安全有保障,亚博买球安全首选

下一篇:亚博买球信誉靠谱_ 2019高考志愿填报:河南理科 高考550分能上什么学校?附推荐 上一篇:亚博买球安全首选-海河流域:大部河流未明晰初始水权

ASJ Co., Ltd.@2015-2021 CopyRight 焦作市亚博APP安全有保障科技有限公司 网站地图  sitemap     备案号:豫ICP备28254165号-3

技术支持:亚博买球安全首选