1950 – 2013年间黄河干流上游河道和悬沙含量的时空变化及周期性变化外文翻译资料

英语原文共 11 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

1950 - 2013年间黄河干流上游河道和悬沙含量的时空变化及周期性变化

Yanhong Wei, Juying Jiao, Guangju Zhao, Hengkang Zhao, Zhong He, Xingmin Mu

文章信息：

文章历史：

2015年6月9日收到

2016年1月9日以修订形式收到

2016年1月16日接受

2016年2月1日在线提供

关键词：

流量

悬浮泥沙流量

空间 - 时间变化

周期性变化

黄河

摘要：

目标：在全球气候变化背景下，随着人类活动的加剧和生态环境的变化，黄河径流量和泥输沙量的变化将持续下去。为了利用黄河，迫切需要分析水流和输沙量的变化程度和原因， 以及预测未来趋势。

方法：本文采用非参数Mann-Kendall检验，Sen的边坡估计，Pettitt检验和小波变换，检测1950年至2013年黄河干流沿岸的8个水文站的水文潮流变化趋势，变化幅度和突变以及周期性变化。

结果：在过去的64年（1950-2013），年平均流量的空间分布为“M”型，年均平均悬浮泥沙流量沿黄河干流呈抛物线形。自20世纪90年代以来，水流的时间变化呈现出明显的下降趋势，并且自20世纪80年代以来一直呈悬浮状态。水流和悬浮泥沙量变化发生了许多周期的振荡，导致湿/干期和高/低排沙期的交替变化。

结论：20世纪70年代以来黄河流域各地区，气候变化对水流和悬沙量影响分别为17.0-45.0％和12.2-50.3％，而人类活动贡献率分别下降55.0-83.0％和49.7-87.8％。 因此，人类活动是过去六十年黄河水流和悬浮泥沙量大幅下降的主要原因。 应采取合理可行的措施，实现水资源优化配置，促进黄河流域地区的流域管理和可持续发展。

1. 介绍

水是地球上生命的基础，也是世界社会经济发展的主要限制因素（(Miao和Ni, 2009）。 与此同时，通过河流从大陆到海洋的泥沙输运是调节河岸稳定，土壤形成，元素生物地球化学循环，地壳演化和许多其他与地球有关的过程的最重要过程之一。 然而，世界各地可利用的水资源正在枯竭，输送到海洋的泥沙量正在减少，这将加速海岸侵蚀和生境的减少，并将对河流流域和河流三角洲的管理造成许多挑战（Liu et al., 2014; Miao and Ni, 2009）。因此，河流管理应被更加重视，更多的研究应集中在河流水流和输沙量的周期变化，振荡和预测上。

过去几十年来，世界上许多河流都经历了水流和输沙量的显着减少。Walling 和 Fang (2003)通过汇总145条世界主要河流的年度输沙量长期记录发现，50％的输沙量记录呈下降趋势。 根据全国10大河流的10个测站，年平均径流量变化不大，但南方河流（河，长江，钱塘江，闽江河，东江和西京河)年输沙量急剧下降，年均输沙量和径流量均显示出北方河流（松花江，辽河，永定河，黄河）减少的明显证据，（Liu等人，2008）。 Panda et al. (2011)指出热带河流域的输沙量急剧下降：133个测站中约88％（62％）显示的数据显示，季风（非季风）季节的输沙量减少。Salmoralet al. (2015)表明，西班牙Turi河流域上游的径流量呈明显下降趋势。 哥伦比亚河的峡谷急流年平均流量减少了16.5％(Naik 和 Jay，2011)。 自1950年以来，科罗拉多河及其主要支流甘尼森河的年度高峰流量减少了29-38％，同时每年的悬浮泥沙量也同样下降（Van Steeter和Pitlick，1998）。

黄河遭受了严重的缺水，沉积和洪水风险的问题（Barnett等人，2006）。自20世纪50年代后期以来，黄河的水流和泥沙量呈显着下降趋势（Gao等，2010; Wang等，2007）。

龙羊峡上游黄河源区是黄河最重要的保水区，占全年径流量的49.2％（Feng等，2006）。然而，唐乃亥站以上的源区在1959-2008年期间具有减少水资源供应的趋势（胡等，2011）。从1950年到2009年，黄河干流95％置信水平的流量主要受到显着下降趋势的影响（Liu 等，2012）。距离渤海海域河口40公里的利津站年径流量呈明显的下降趋势，每10年（10a）下降约10.8毫米（Wang 等人，2012）。结果发现，1950年至2007年，中下游的含沙量也呈现逐渐减少的趋势，而利津站仅为0.15Gt /年（2000-2007），表明河口三角洲泥沙已经不足（Peng等，2010）。降低输沙量可直接影响黄河下游和三角洲地区，造成下游河道淤积与冲刷交替变化，黄河三角洲整体侵蚀速度加快。此外，流量减少是黄河流域的主要关注点，黄河流域为农业和工业提供大量淡水，并且拥有中国12％的人口（Barnett等人，2006; Gao等人，2013）。因此，黄河水量和输沙量的进一步急剧下降，将会在河口，三角洲和沿海引发深远的地质，形态，生态和生物地球化学反应（Wang等人，2007）。

关于大型河流特别是黄河流域的水沙排沙讨论已有许多研究。但以往大多数研究集中在黄河流域主要河段或支流的径流量或输沙量变化上，对沿黄河干流水沙变化的分析较少。此外，在全球气候变化的背景下，黄河水流和泥沙量的变化将继续加剧，人类活动加剧，生态环境也在不断变化。为了控制黄河水量，急需分析黄河水流变化的程度和原因，以及预测未来的趋势。因此，应用了黄河干流沿岸八个观测站来对河流水流和悬沙的流量进行了分析，分析了它们在1950〜2013年的时空变化。研究的目的是：1）确定河流的空间分布和时间变化， 2）预测短期内水流和悬浮泥沙量的变化趋势，3）讨论河流和悬沙量变化的主要原因。本研究的结果有助于了解流量和沙量的详细水文情况，为黄河流域的流域水资源规划和有效管理提供参考。

2.研究区域

黄河是中国第二大河，是中华文明的摇篮（Xu和Ma，2009）。该河发源于青海东部–西藏高原海拔海拔高于5000米，然后东流经黄土高原、华北平原，最后进入渤海海（Wang等，2013）。黄河流域位于96°～119°E经度和32～42°N纬度，流域面积752443平方公里，长度5464公里，经九个省区（图1）（Li等，2009；Miao等，2011）。该河通常分为三条河段，由头道拐和花园口站组成。上游延伸约3471公里，从河源到头道拐站，排水面积385996平方公里。中游从头道拐站延伸至花园口站1206公里，面积343751平方公里。相当多数量的支流在中游成为主流。下游从花园口站向下通过华北平原延伸到河口，超过786公里，排水面积为22,726平方公里（Liu等，2012a）。

黄河流域的年平均降水量和温度在时间和空间上差异很大。年平均降水量从上游的368毫米增加到中游530毫米，然后下游增加到670毫米（Wang等，2007）。 全年降水量的60％以上在六月至九月期间产生（Yang等，2010）。 年平均气温为上游1〜8℃，中游8〜14℃，下游12〜14℃，7月最高，1月最低（Chen等人，2005）。由于人口和经济发展迅速，黄河流域水资源短缺问题日益突出（He等，2013;Miao等，2012;Xu和Ma，2009）。此外，水资源的空间分布极不均匀，被称为“相对清澈的水域”的上游占总径流量的56％，中游占流域总径流量的42％，下游仅占流域径流总量的2％（Liu等人，2012a; Yang等人，2010）。由于河流流经干旱和半干旱地区，伴随着暴雨和缺乏自然植被导致的水土流失，很可能产生并输出大量的泥沙（BrackenandKirkby，2005; Zuazoetal，2012）。1989年黄河流域年平均侵蚀量达2480 t / km2，是世界上任何主要河流系统中最高的，也是世界上输沙量最大和泥沙含量最高的（Shi 和 Shao，2000） 。目前，黄河源区的平均输沙量从1951 - 1969年的7767.4 t /（km 2·a）下降到2000-2010年的980.5 t /（km 2·a）（Jiao等人。，2014）。

3．研究方法

3.1.数据

从1950年到2013年，通过黄河水利委员会（YRCC）获得在黄河干流上的唐乃亥，兰州，头道拐，龙门，潼关，花园口，艾山和利津站等8个代表站（分别简称TNH，LZ，TDG，LM，TG，HYK，AS和LJ）记录的年径流量和悬浮泥沙输沙量数据，沿黄河流域水文站，根据中国国家标准对流量和悬浮泥沙量进行测量。 在每个测量站对连续的水样和流量在河流的同一部分进行采集，同时每天由流量计每天同时采集。排水时间序列是通过将通道横截面中的水面积乘以该横截面中的平均水流速度来计算的，从中可以估计每日，每月和每年的水流量。 连续采样由水平采样器和瓶型采样器采集，悬浮泥沙输沙量时间序列是通过将泥沙浓度乘以排水量来计算的，从而可以估计每日，每月和每年的悬浮泥沙量（Peng等人 ，2010）。 此外，关于八个水文站的详细信息见表1。

3.2.数据分析

3.2.1.趋势检测

Mann-Kendall非参数检验（Kendall，1975; Mann，1945）用于检验1950年至2013年的流量和悬浮泥沙输沙量时间序列的时间趋势。对于给定的时间序列X（x1，x2，...，xn） ，其中零假设H0是独立的并且具有相同分布的随机变量，统计量S被计算为：

S近似正态分布，平均值为零。

因此，方差计算如下：

标准化统计量Z是：

对于给定的置信度alpha;，如果| Z | ge;Z1-alpha;/ 2，存在趋势并且零假设H0被拒绝。 正Z值表示增加趋势，负Z值表示减小趋势。 趋势的大小是用森的估计斜率（beta;）估计的，Sen是由Sen（1968）提出的一种非参数方法，斜率的绝对值反映了变化率：

3.2.2． 突变分析

应用Pettitt试验（Pettitt，1979）确定八个站点的流量和悬浮泥沙量的转折点。 该方法使用Mann-Whitney统计量Ut，n的一个版本，其包括来自给定时间序列X（x1，x2，... xn）的两个部分（x1，x2，...，xt和xt 1，xt 2，...，xn） ...，xn）。 检验统计量Ut，n表示为：

其中sgn（xt-xj）函数与Mann-Kendall测试中提到的相同。 统计Kn表示t处对应于| UT，N |的最显着的变化点达到最大值，在显着性检验中使用的相关概率为：

3.2.3 小波分析

用复Morlet小波分析了8个站点的水流和悬沙输沙的周期性和变化趋势。 小波函数是小波分析的关键。 Morlet小波给出了相位和振幅的信息，实部和虚部pi;/ 2的相位差可以消除虚假振荡，从而使结果更准确（He et al。，2013）。 复合Morlet小波psi;（t）和小波方差Var（a）被定义为：

其中c是常数，i表示虚数部分。 时间序列的主要周期是通过小波方差Var（a）得到的。 第一个峰值具有最强烈的振荡，用于分析主流中的水流和悬沙的平均周期和振荡变化。 第二和第三峰值对应于第二和第三主要周期。

4.结果

4.1． 空间分布

在过去64年（1950 - 2013年），沿黄河干流年平均流量的空间分布为“M”型。 年平均流量（1950-2013）从TNH站的20.15立方千米增加到LZ站的28.89立方千米，在TDG站减少到21.39立方千米。 随后，从TDG站到HYK站增加到最大值37.47立方千米。 然后，LJ站的年平均流量减少到30.45立方千米。 20世纪60年代，TNH站至LJ站的河流流量呈持续增长趋势，而另外五十年（1950-1959和1970-2013）的河流流量与年平均流量相似（图2）。

河流流量主要来自兰州站上游，占黄河流域（1950-2013）总量的约64.2％。 TNH站以上的水流量占LZ站水量总量的69.76％。 LZ站与TDG站之间的年平均耗水量为7.51 km3，占LZ站总量的25.98％。中游河段流量为16.09 km3，TDG-LM，LM-TG和TG-HYK段分别占29.97％，49.50％和20.53％。在HYK和LJ站之间的下游，平均年消耗水量为7.02km 3，其中HYK-AS和AS-LJ段分别占50.95％和49.05％。河流流量主要来自TNH站，TNH-LZ段，TDG-LM段，LM-TG段和TG-HYK段，分别占44.81％，19.42％，10.72％，17.71％和分别占总流量的7.34％。因此，上游LZ站上游和中游TDG-TG段是沿黄河干流的主要河段。

1950 - 2013年，黄河干流的平均年径流量呈下降趋势。下降率从TNH站的-0.26 mm / a到LJ站的6.78 mm / a，下游方向的流量下降趋势增加（表2）。

黄河干流年平均悬沙量（1950-2013）的空间分布呈抛物线曲线形态。年平均悬浮泥沙输沙量（1950-2013）从TNH站的0.01 Gt增加到TG站的1.01 Gt，随后在LJ站减少到0.71 Gt。六十年来悬浮泥沙输沙量的空间分布与年平均值（1950-2013）的趋势相同（图2）。

上游TNH站，TNH-LZ段和LZ-TDG段上空面积分别占11.87％，46.52％和41.61％，年均平均悬沙量为0.10Gt。中游平均悬沙量为0.75Gt，TDG-LM和LM-TG分别占77.84％和42.94％。但TG-HYK剖面出现沉积，占中游总量的20.78％。下游输沙量为0.15 Gt，其

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[24682]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word