气候变化对澜沧江-湄公河上中游径流的影响研究

将区域气候模式RegCM3与水循环模拟模型WACM进行单向耦合,对澜沧江-湄公河流域未来气候变化和流域上中游主要控制水文站径流响应进行了模拟和分析。区域气候预估表明,相对于现状(1980—2009年),A1B情景下未来(2010—2039年)流域年平均温度和降水均有增加趋势,分别增加了0.65 ℃和1.87%,但降水增加不明显;流域北部温度增幅比南部明显,而降水区域差异较大,变化较为复杂。径流模拟结果表明,未来气候变化情景下,清盛和琅勃拉邦站多年平均径流量与天然情景相比均有减少趋势,分别减少了1.23%和3.69%,但变化不明显;未来径流年际变化呈不显著的减少趋势,而温度变化对径流影响作用要强于降水;未来春季和夏季(3—6月)径流增减相对明显,局部区域有洪涝和水文干旱的风险,而其它月份径流变化不显著。     

天山中部流域尺度森林变化水文响应定量分析——以乌鲁木齐河流域为例

为了对天山中部流域尺度森林变化水文响应进行定量分析,论文以乌鲁木齐河流域为研究区,基于流域1980-2013年水文气象资料,在分析流域径流变化规律的基础上,使用SWAT模型,根据天山云杉分布的生境限制因素,设定了5种不同的云杉分布情景,据此,确定不同丰枯年份云杉林变化对径流的影响。结果表明：1）SWAT模型能较好地模拟乌鲁木齐河流域月径流过程,在林地状况恒定的前提下,影响模型模拟的最敏感的参数为地表径流参数CN2,率定期与验证期R²和Ens均高于0.85,相对误差|Re|均小于5%,模型模拟精度较高;2）在相同气象条件下,丰水年、平水年、枯水年云杉林变化与径流呈线性相关,云杉林面积每增加1%,三种年份径流深分别减少0.06、0.05、0.04 mm,且在丰水年和平水年径流增加更显著;3）随着云杉林面积的减少直至消失（林地覆盖率由17.73%到0%）,情景间径流差异的变异系数、波动范围变化逐渐增大,其波动范围扩大5.1倍。山区云杉林的分布,可有效减少地表径流及其波动范围,这对年内径流分配不均的流域水资源稳定、对森林水源涵养功能的定量研究以及林区水资源科学调控和管理都具有重要意义。     

我国东部河流水文水质对气候变化响应的研究

基于A2和B2气候变化情景,采用统计降尺度模型SDSM,将由3个国际上流行的大气环流模式GCMs(Had CM3、CSIRO-Mk2和CGCM2)模拟的未来我国东部长乐江流域的气温和降水,与水土评价模型SWAT相耦合,分析了该流域水文水质对气候变化的响应,并比较了3个大气环流模式模拟结果的异同.结果表明,所有气候情景下,TN浓度有明显的升高趋势;TP浓度有增有减,总体上仍呈微弱增加趋势.河川径流呈微弱减少趋势,而营养物负荷量呈微弱增加趋势,说明该流域水文水质状况受气温升高的影响大于降水微弱增加的影响.另外,在不同的气候变化情景下,年内径流和营养物负荷变化情况存在较大差异.研究结果可为理解河流水环境对气候变化的响应及其应对管理提供理论依据.     

汾河流域水土保持措施水文水资源效应初析

应用具有物理机制的分布式水文模拟模型(W EP-L),模拟了不同下垫面条件情景下的水循环过程,在此基础上,定量分析了汾河流域水土保持措施的水文水资源效应。通过对比分析2种不同情景下的水资源量,初步得出:汾河流域水土保持措施影响了局部水循环和水资源量及其构成,加强了水循环的垂向过程,引起地表截留量、土壤入渗量、土壤蒸发量以及补给地下水量增加;削弱了水循环的水平过程,引起地表径流量和河川基流量减少,壤中流微弱增加;地表水资源量衰减,而地下与地表水资源不重复量增加,狭义水资源量减少,但有效蒸散(发)量增加,广义水资源量有一定幅度增加。研究成果对于研究大尺度流域水土保持措施的水文水资源效应具有参考价值。     

黄淮海平原冬小麦种植的气候变化适应评估

水资源短缺影响黄淮海平原农业稳定和可持续发展。气候变化情景下,农业用水紧张的问题可能进一步加剧,种植制度和作物品种区域布局将面临调整。论文利用IPCC 5三种代表性温室气体浓度排放路径（RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5）的多模式集成数据,基于VIP（soil-Vegetation-atmosphere Interface Processes）生态水文模型,模拟了2011—2059年黄淮海平原二级子流域的水资源盈亏变化。在此基础上,针对水分亏缺最严重的子流域,设计无外来调水和维持2000—2010年调水总量水平的两种流域地下水采补均衡情景,对冬小麦种植区域的合理布局及其对产量的影响进行评估。结果表明,2050年代黄淮海平原农作物蒸散量增幅大于降雨量增幅,北部地区水分亏缺量将增加,南部地区水分盈余量则减少。在低到高的排放情景下,全区域水分盈余量下降0.1%~14.1%。两种地下水采补均衡情景下,2050年代黄淮海平原冬小麦种植面积应分别减少9.8%~11.3%和7.0%~8.8%,相应产量分别增加0~11.9%和3.0%~15.9%。适当减少冬小麦种植面积,可有效减缓黄淮海地区农业水资源的不足,保护生态环境,促进农业可持续发展。     

基于土地利用的厦门市生态水文调节服务评估

生态系统具有重要的水文调节服务,通过对降水截留、过滤、吸收等手段,能够起到削峰补枯、缓和地表径流、增加地下径流的作用.以厦门市为研究对象,采用SWAT（soil and water assessment tool）水文模型评估了2015年厦门市生态系统水文调节服务;以土地利用为驱动变量,对2010年厦门市生态水文调节服务进行了评估,分析近年来厦门市加快城市绿化和海绵城市建设背景下土地利用变化对厦门市生态水文调节服务的影响.结果表明:2015年厦门市生态水文调节量为5.43×108 m3,时空差异较为明显.从各辖区来看,位于北部山区的同安区调节量（2.91×108 m3）最高,单位面积生态水文调节量（44.61×104 m3/km2）亦最高;建成区内的湖里区调节量和单位面积调节量均最低.从年内分布来看,5—9月生态水文调节量占全年的84.96%,生态系统有效减缓了径流输出,起到削峰的作用;10—11月,生态系统通过拦蓄降水,将其转换为土壤水和地下径流,使得该时期的实际径流大于潜在径流,起到补充枯期径流的作用.在相同气象条件下,2010年和2015年厦门市生态水文调节能力的空间分布整体一致,相比于2010年,2015年厦门市生态水文调节能力有明显提高,各辖区调节量和单位面积调节量均有所增加.研究显示,厦门市生态水文调节服务受气象条件和土地利用的共同作用,降水量越大,生态水文调节量越大,并且北部高植被覆盖区的生态水文调节能力高于南部建成区.      

气候变化对海河流域水资源的影响及其对策

将全球气候模式与分布式水文模型WEP-L耦合,在国家气候中心整理提供的多模式平均数据集基础上,利用WEP-L模拟了海河流域历史30年(1961—1990年)和未来30年(2021—2050年)降水、蒸发、径流等主要水循环要素的变化规律,分析了气候变化对海河流域水资源的影响,结果表明,未来30年:①从年际变化规律看,气温普遍升高,降雨量略有增加,蒸发量普遍加大,径流量呈减少趋势,且有丰水年洪水规模更大、平水或枯水年干旱情况更严重的趋势;②从年内变化规律看,各月蒸发量普遍增加,汛期的降雨量有所减少,非汛期的降雨量有所增加,各月径流量则有不同程度的减少。因此,未来气候变化条件下海河流域水资源管理将面临更加严峻的挑战,本研究给出了一些基本的对策。     

环境变化对滦河流域径流影响的定量研究

为了研究气候变化和人类活动(环境变化)对地表径流的定量影响程度,应用有序聚类分析法等确定了滦河流域径流变化的基准期和人类活动影响期,采用HBV模型还原了人类活动影响期间滦河流域天然径流量,识别了气候变化、人类活动对滦河流域人类活动影响期间径流的定量影响程度.研究结果表明:1979年之前是滦河流域径流序列的基准期,基准期内HBV水文模型对滦河流域天然径流过程具有良好的模拟效果.1980年以后人类活动对滦河流域地表径流影响加剧,天然径流与实测径流产生分离,人类活动影响期(1980-2007年)相对于基准期(1960-1979年)的变化而言,气候变化、人类活动影响因素对地表径流的影响分别占径流减少总量的55%和45%,人类活动在不同水平年对地表径流量的影响不同.随着人类活动影响的加剧,气候变化对滦河流域径流的影响在逐渐减弱,人类活动对该流域的影响在增强.     

AnnAGNPS模型在潋水河流域产水、产沙的模拟评价

日益严重的土壤侵蚀造成了土地退化、水体污染等一系列的环境和生态问题,利用基于过程的数学模型已成为流域土壤侵蚀状况定量评价和控制的有效方法.利用美国农业部开发的流域尺度AnnAGNPS模型,设计了基于地形特征的cell离散方案,在多种地理数据采集和参数化的基础上,对江西兴国潋水河流域1991～2005年的径流、产沙过程进行了分布式计算机模拟.在对产水量进行径流滤波分析的基础上,分别对模型模拟的地表径流和产沙量进行了校正和验证.地表径流模拟结果多年平均相对误差为11.8%,确定性系数R2为0.94,产沙量模拟结果的多年平均相对误差为19.71%,确定性系数R2为0.77.表明AnnAGNPS能较好地模拟潋水流域年、月尺度的地表径流和产沙过程.地下径流模拟结果误差较大,其原因和地下径流模拟模块在潋水流域的适用性有待进一步研究检验.对潋水流域土壤侵蚀定量分析表明,潋水流域的年平均侵蚀模数为1 150.29.t(km2.a)-1,属于轻度侵蚀等级,流域内侵蚀较严重的区域集中分布于居民地附近和公路沿线,其水土流失与人类活动有很大关系.     

水文变异条件下潦河生态流量计算研究

气候变化和高强度人类活动改变了流域的自然水文循环过程,导致水文序列出现变异,严重影响了流域水文生态系统的稳定性.目前,基于水文变异条件下的河道内生态流量计算已成为当前变化环境下生态水文学研究的热点问题之一.以江西鄱阳湖西北部的潦河为例,采用水文时间序列变异检验方法分析径流变异性及成因,应用水文模型对水文变异后的径流进行还原,以Kolmogorov-Smirnov（K-S）、Anderson Darling（A-D）和概率点据相关系数（PPCC）3种检验法确定月径流的最优概率分布函数,进而提出水文变异条件下最适宜的潦河生态流量计算方法.结果表明:①潦河万家埠站径流在1972年发生水文变异,突变点后流域年径流增加了12%,降水量的增加和蒸发量的减少是其主要驱动要素.②采用分布式时变增益模型（DTVGM）对径流进行还原,率定期和验证期的相关系数和Nash-Sutchliffe效率系数均大于0.78,径流模拟值和实测值拟合程度较高,表明基于DTVGM进行径流还原是可行的.③基于还原后的径流,对5种概率分布函数进行拟合优度综合检验,确定逐月最优分布函数,并估算月河道生态流量.与Tennant法、最枯月平均流量法、7Q10法等方法比较,基于最优分布函数的生态流量结果更具确定性与合理性.在气候变化和人类活动引起径流变异的背景下,考虑水文变异的河道内生态需水计算方法能够更科学地体现水文变异对生态需水过程的影响,研究结果可为潦河流域水生态保护和水资源管理提供数据支撑,也可为变化环境下水资源规划和配置提供科学依据.      

利用累积NDVI估算黄河流域年蒸散量

地表蒸散的准确估算在流域水资源的评价、干旱监测及农作物产量模拟研究中很重要,论文通过建立年蒸散量与累积NDVI及相对湿润指数之间的关系,利用1982～2000年8km分辨率的AVHRRNDVI资料及月平均气温和月降水量资料,对黄河流域近20年来地表蒸散的时空分布进行了分析,并利用水文站径流观测资料对估算结果进行了检验。结果表明,黄河流域多年平均年蒸散量是389mm,年际间变化很大,空间分布格局是东南部蒸散量最大,其次是兰州以上区间,宁蒙河段及鄂尔多斯高原蒸散量最小;全流域平均蒸散估算误差比较小,吻合比较好。     

一种基于MMS的改进降水径流模型在中国西北地区黑河上游流域的应用

以黑河流域上游为研究对象,通过对山区自然产水区的产汇流机理的研究,基于分布式水文模型集成环境的开发思想,利用MMS(modular modeling system)模型库中与降水径流相关的模块,通过综合各种产流(包括超渗、蓄满产流)机理、并且根据寒区产汇流的特点对USGS开发的流域PRMS(precipitation-runoff models)模型进行了改进,增加了土壤水运动中降雨入渗补给的多层土壤滞后效应模块以及积雪融雪和冻土面积识别模型,建立了适合于寒区流域的分布式PRMS模型。利用该模型对黑河上游出山径流过程进行了模拟与预报,模型研究结果表明:利用MMS建立的黑河上游改进的PRMS模型不仅完全可以模拟和预测黑河上游的产汇流过程,在考虑了冻土的情况下,预测年出山径流量误差小于2.7%;而且模型可以对黑河上游径流组成成分进行分析计算,对黑河上游产汇流机理做进一步阐明。利用改进的PRMS模型,预测分析了黑河上游未来气候和土地覆盖变化情景下流域出山径流变化的趋势,为黑河流域水资源合理利用和管理提供科学依据。     

Attribution assessment and projection of natural runoff change in the Yellow River Basin of China

Climate variability and human activities are two driving factors in the hydrological cycle. The analysis of river basin hydrological response to this change in the past and future is scientifically essential for the improvement of water resource and land management. Using a water balance model based on Fu’ equation, the attribution of climate variability and land-use/land-cover change (LUCC) for natural runoff decrease was quantitatively assessed in the Yellow River Basin (YRB). With five general circulation model (GCM) s’ output provided by The Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project (ISI-MIP), future runoff in the context of climate change was projected. The results show that (1) compared with other distributed hydrological models, the water balance model in this study has fewer parameters and simpler calculation methods, thus having advantages in hydrological simulation and projection in large scale; (2) during the last 50 years, the annual precipitation and runoff have decreased, while the mean temperature has increased in the YRB. The decrease of natural runoff between natural period (1961 to 1985) and impacted period (1986 to 2011) could be attributed to 27.1–49.8 and 50.2–72.9% from climate variability and LUCC, respectively. As the LUCC is the major driving factor of the decrease in the upper and middle reaches of the YRB, policymakers could focus on water resources management. While climate variability makes more contribution in the middle and lower reaches of the YRB, it is essential to study the impact of future climate change on water resources under different climate change scenarios, for planning and management agencies; (3) temperature and precipitation in the YRB were predicted to increase under RCP4.5. It means that the YRB will become warmer and wetter in the future. If we assume the land-use/land-cover condition during 2011 to 2050 is the same as that during 1986 to 2011, future annual average natural runoff in the YRB will increase by 14.4 to 16.8%. However, future runoff will still be lower than the average value during 1961 to 1985. In other words, although future climate change will cause the increase of natural runoff in the YRB, the negative effect of underlying surface condition variation is stronger. It is necessary to promote the sustainable development and utilization of water resources and to enhance adaptation capacity so as to reduce the vulnerability of the water resources system to climate change and human activities.     

降水和人类活动对松花江径流量变化的贡献率

为了估算自然因素和人类活动对松花江流域径流量变化的相对影响程度,采用累积距平、有序聚类等方法,对松花江干流6 个水文站1955-2010 年径流量序列进行了分析,揭示了径流量变化过程中各站都存在3 个突变点及被其分割的4 个变化阶段。应用累积量斜率变化率比较方法,在不考虑蒸散影响时定量估算了不同阶段降水和人类活动对径流量的贡献率。结果表明:与基准期相比,之后三个时期降水对径流量的贡献率约为26%~35%、0.1%~10%和25%~43%,而人类活动对径流量的贡献率分别约为65%~74%、90%~99.9%和57%~75%。可见人类活动是松花江流域径流量变化最主要的影响因素。虽然在国内大多数流域仍在增强,但在松花江流域自1999年以来已明显小于之前两个时期,却仍然高于降水量的影响程度。     

黄河流域水循环要素变化趋势分析

根据月降水、径流资料进行水循环要素分解,并应用Mann-Kendall方法分析了7个主要的水循环要素的变化趋势。分析表明:对于兰州控制断面而言,地表径流有明显的减少趋势,而其它水循环要素变化的趋势并不十分明显。但是,对于花园口控制断面而言,天然径流、地表径流和地下径流减少的趋势十分明显,而降水、蒸散发、壤中流和土壤水分通量也都呈减少趋势,但变化并不突出。进一步的研究表明了用水量的增加、降水减少以及径流系数减小与黄河流域水循环变化的关系。水循环是水资源科学评价与合理开发利用基本依据,黄河流域地处半干旱地区水循环具有垂向运动的特征,蒸发旺盛。因此,对黄河流域来说,应从其水循环的特征,考虑用水结构的调整。     

温榆河流域闸坝群对河流水量水质影响分析

流域闸坝群对河流水文水环境的影响是目前变化环境下流域水循环研究中的热点和难点之一。论文从流域尺度上探讨了温榆河流域闸坝群对水文循环和污染物运移的作用,分析了闸坝群对温榆河干流水量和水质浓度的影响。研究表明：①闸坝群调蓄减小了温榆河的径流量,削减洪峰,调节非汛期径流,源头的水库对径流调蓄强,削峰显著,而中下游地区的闸坝对径流调蓄较弱,对汛期洪峰有削减作用,但增加了非汛期径流量;②对于河流水环境影响,源头水库库容大,纳污能力强,有助于消减坝上水质浓度,但在水库坝下以及中下游地区水闸,闸坝切断河流,降低河流流通性,水质浓度提高。研究将为认识温榆河流域水污染成因提供依据,同时也为流域水污染整治和水资源高效利用提供技术支撑。