1960-2009年青海湖水位波动的气候成因探讨及其未来趋势预测

利用近50 a来青海湖流域水文、气象资料和2010-2020年区域气候模式系统PRECIS输出数据降尺度生成的未来气候情景资料,揭示了1960-2009年青海湖水位波动的气候成因,预测了未来10 a青海湖水位可能变化趋势。研究表明:近50 a来青海湖水位在波动中呈持续下降趋势,而近5 a持续上升为近50 a来首次出现,不仅使水位持续下降趋势趋缓,同时使水位变化的短周期趋弱而较长周期趋强;青藏高原季风增强使青海湖流域气候暖湿化,而降水量增加和气温升高则使入湖径流量增加,进而引起了青海湖水位近5 a来的持续上升;据综合统计方法预测和区域气候模式系统PRECIS预测结果,2010-2020年青海湖水位总体上仍可能以下降为主。     

基于EOS/MODIS数据的近10a青海湖遥感监测

选取青海湖周边地区气候资料及青海湖近10 a MODIS遥感资料,通过分析水体面积和水位、 年均气温和年降水量的变化揭示青海湖面积的变化趋势。对青海湖近10 a遥感监测以及青海湖周边地区气候要素的分析研究结果表明:在2001-2010年10 a来青海湖周边地区年平均气温显著增加,平均每年升温0.12℃,年降水量在波动中呈上升趋势。青海湖水位虽然在近50 a内持续下降,而在2001-2010年呈现逐年增加的趋势,且增加趋势非常明显。从MODIS遥感资料对青海湖10 a来4月和9月的湖水面积监测结果显示,4月和9月青海湖面积在2001-2010年呈现波动上升趋势,且与4月和9月的水位呈极显著相关关系,相关系数分别为0.818和0.875(P<0.05)。近年来由于气候变化导致的青海北部一些地区降水量增多或气候变湿,而暖湿型的气候导致的降水量增多最终可能是水位升高的主要原因,且这种气候变湿的趋势使10 a来青海湖面积增大趋势明显。     

青海湖流域浅层地下水补给来源及其水位变化

地下水补给来源及水位变化是干旱– 半干旱地区生态和植被的主要制约要素之一,也是 开展流域生态和环境治理技术与试验示范的关键。通过青海湖流域2000 年8 月和2009 年8 月浅 层地下水埋深的调查,以及地下水、河水和雨水氢氧同位素分析,揭示了青海湖流域浅层地下水 埋深的基本状况,明确了大气降水是青海湖流域浅层地下水的主要补给来源,其水位变化受居民 用水量的影响外,主要与降水量、地形密切相关。     

全球增温1.5℃和2.0℃对淮河中上游径流影响预估

论文应用第5次耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5,CMIP5)中5个全球气候模式(Global Climate Models,GCMs)和3种典型浓度路径(Representative Concentration Pathways,RCPs)在全球增温1.5℃和2.0℃下的预估结果,分析了淮河中上游地区未来的气候变化特征。进一步基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)水文模型定量预估了气候变化对该区域径流量的影响,并量化了预估结果的不确定性。结果表明:SWAT模型在淮河中上游对月径流量具有较好的模拟能力。在全球增温1.5℃和2.0℃下,淮河中上游年平均气温分别较基准期(1986—2005年)增加1.1℃和1.7℃;年降水量较基准期分别相应增加4%和7%;基于SWAT模型预估的年径流量较基准期分别增加5%和8%。未来气候变化不会改变月径流分布特征,年内径流仍集中在盛夏和初秋(6—9月)。预估的月丰水流量明显增加,尤其当全球增温达到2.0℃后,出现洪涝的风险明显增大。未来降水量和径流量预估都存在较大的不确定性,不确定性主要来源于GCMs,在全球增温2.0℃下预估的不确定性更大。     

三江源区径流长期变化趋势对降水响应的空间差异

为探究三江源区径流长期变化特征的空间模式,采用Mann-Kendall趋势检验、双累积曲线法和GIS技术,分析1957—2012年三江源区降水和径流的变化趋势,以及径流对降水响应关系的空间差异.结果表明:1957—2012年三江源区有67.1%的区域年降水量呈显著增加趋势;47.3%的区域径流深变化趋势不显著,45.4%的区域显著增加;其余7.3%的区域内降水变化不显著但径流深显著减少.长江源区绝大部分区域降水量和径流量都显著增加,径流量增速达0.616 9×108 m3/a.澜沧江源区在降水显著增加或变化不显著的情况下,径流深无显著变化或显著减少.黄河源区内部差异很大,降水呈增加或无显著变化趋势,径流深则呈无显著变化或显著减少趋势.除澜沧江源子曲外,三江源区年径流深和降水量呈显著线性正相关,Pearson线性相关系数为0.51~0.87.径流量对降水量的响应关系存在明显的空间差异性,可以分为稳定型、波动型、上升型及下降型4种类型,并以稳定型为主,涉及面积占三江源区总面积的48.9%;其次为下降型和波动型,分别占32.8%和12.9%;上升型涉及面积所占比例最小,仅为5.5%.研究显示,三江源区61.8%的区域内径流对降水的长期响应关系并未发生明显变化,或者在波动中保持相对稳定的关系.      

长江2006年汛期特枯径流分析

2006年汛期长江出现了历史罕见的特枯径流,汛期长江寸滩站、嘉陵江北碚站出现了有记录以来历史同期最低水位,乌江武隆站出现了历史同期第4低水位。这一现象引起了各方面的关注。论文根据2006年长江干支流主要水文站实测数据以及长江流域33个气象站气温数据和降水量数据,对2006年汛期长江流域特枯径流进行了分析。研究发现,宜昌、汉口、大通三站的汛期月平均流量均降至有历史记录以来的最小值,部分月份不足正常年份的1/3,总体径流量偏少30%～60%。全线水位快速退落,重庆、宜昌、沙市、汉口水位为100多年来同期最低,几近常年长江枯水季节水位。研究认为降水减少是造成长江2006年汛期枯水的主要原因。2006年气温较多年平均明显偏高0.5～2℃,副高和大陆高压的异常,使汛期长江流域降水量大大减少,尤其在7～10月份,几大支流流域降水量减少幅度达到20%~80%。在全球气候变暖的背景下,对2006年汛期长江流域特枯径流进行研究具有非常重要的理论和现实意义。     

近40a来博斯腾湖水资源遥感动态监测与特征分析

湖泊水资源变化记录了气候变化和人类活动对区域水文过程的影响,及时、准确地获取湖泊的水资源变化信息,对认识区域乃至全球环境演变具有重要的参考意义。文章通过多源遥感数据,宏观、动态地监测了近40 a来博斯腾湖的面积、水位和库容等水文信息,分析了时间动态变化过程与演变特征。研究结果表明:在人类活动和全球变化的共同作用下博斯腾湖水资源总体呈现减少趋势,变化过程呈现波动性,依次可将整个变化过程可分为3个阶段。11972—1990年,博斯腾湖处于萎缩阶段。这一阶段湖泊面积持续萎缩,水位持续下降,水量持续减少,1990年最低水位1 045.32 m,湖泊面积为908.12 km2。21990—2002年,博斯腾湖处于显著扩张阶段。这一阶段湖泊经历了水位上升、面积增大和水量增多,其中2000年达到了峰值,此时湖泊最大面积为1 210.68 km2,湖泊最高水位为1 048.5 m,湖泊蓄水量约为90×108m3。32002—2010年,博斯腾湖处于持续萎缩阶段。博斯腾湖的水位、水量和面积呈现持续下降的趋势,2009年湖泊水位较2002年约下降了3.3 m,水资源总量减少了约38.56%。这一变化特征是一定时期内区域水资源补给平衡的结果,其变化原因既有气候波动的因素,也有人类活动的影响;但是在短期内,博斯腾湖水资源主要受到人类活动的影响。     

澜沧江的跨境径流量变化及其对云南降水量场变化的响应

随着澜沧江-湄公河次区域经济合作等重大区域合作行动的蓬勃开展,该流域水文水资源系统的变化、规律及其影响已成为国际关注和研究的热点。为考查气候变化对澜沧江-湄公河流域水文水生态环境变化影响的基本事实,以云南境内澜沧江径流量观测数据和云南的同期降水量场观测数据为基础,应用小波变换和相关系数的统计分析方法,研究了澜沧江跨境径流量变化的多时间尺度特征及其对云南降水量场变化的响应。结论为:澜沧江上下游的年径流量变化表现出了十分明显的多时间尺度变化特征,它们之间的差异主要表现在较小的时间尺度上,而对于较大的时间尺度,它们之间的变化特征是十分相似的;澜沧江上下游的年径流量变化与云南的年降水量场变化之间存在有十分显著的相关关系;云南年降水量场变化的多时间尺度特征与澜沧江上下游的年径流量变化的多时间尺度特征是相似的。总之,澜沧江的跨境径流量变化主要是由于云南降水量场的变化造成的,特别是在较大的时间尺度上,澜沧江上下游的径流量变化都对云南降水量场的变化有极好的响应特征。     

博斯腾湖水位变动对湿地生态环境的影响

根据1955-2002年博斯腾湖水位历史观测记录统计资料,对博斯腾湖水位变动情况进行了分析。有实测资料以来,博斯腾湖水位和面积变动大概有2个主要阶段:1971-1987年,博斯腾湖水位持续下降,平均每年下降0.2m,水面面积减少11.8km₂;1987-2002年,博斯腾湖水位持续上升,平均每年上升0.32m,水面面积增加30.3km₂。分析表明,博斯腾湖水位变动主要原因是开都河径流量的变化引起的,博斯腾湖流域农业用水及出流量对博斯腾湖水位的变动也有一定的影响。利用相关分析方法,深入探讨了博斯腾湖水位变动对湿地生态环境的影响,结果表明:博斯腾湖水位的大幅度变动,对湿地水质、湿地各项资源及湿地功能的充分发挥和利用带来严重的负面影响。针对博斯腾湖水位变动对湿地生态环境的影响,提出了可持续发展管理的对策。     

基于人工神经网络的莺落峡月径流模拟预测

莺落峡是黑河干流出山口径流量的重要控制站,莺落峡径流量的多少直接影响着该流域经济、社会的发展和生态环境保护,水资源分配和调度的管理和决策。论文基于人工神经网络,对莺落峡径流进行了模拟预测。将月径流分为汛期和非汛期,分别建立BP人工神经网络,通过对径流分类前后的模型进行比较,发现分类后的月径流BP模型的性能显然优于未分类的模型,故此设计了4种不同气候情景,采用分类后的模型对莺落峡2030年的径流量进行了预测。即,在降水量不变、气温增加0.5℃,2030年莺落峡年径流量将增加8.92%;气温增加1℃、降水量不变,年径流量将减少5.414%;气温不变、降水量增加10%,年径流量将增加9.905%;气温增加0.5℃、降水量增加10%,年径流量将增加8.98%。     

青海湖流域水化学主离子特征及控制因素初探

系统收集了青海湖流域湖水、河水、地下水、雨水,分析了各端元水体主量离子组成。结果表明:青海湖流域水样化学组成均落在Gibbs提出的Boomerang Envelope模型中上翼,暗示研究区水样化学组成受到岩石风化以及蒸发/结晶作用影响。雨水总溶解固体含量(TDS)高于世界雨水平均值,其阳离子和阴离子分别以Ca2+和HCO3-为主;落于Gibbs模型左端,即有很低的Na+/(Na++Ca2+)、Cl-/(Cl-+HCO3-)比值,暗示大气中CaCO3颗粒的溶解可能是影响研究区雨水化学组成的重要因素。河水丰水期TDS明显高于枯水期TDS。枯水期河水的阳离子分布在(Na++K+)-Ca2+线上靠近Ca2+端元,阴离子分布在HCO3--Cl-线上靠近HCO3-一端。与枯水期相比,丰水期河水的阳离子和阴离子分别向Ca2+端元和HCO3-端元靠拢。河水的(Ca2++Mg2+)/TZ+,(Ca2++Mg2+)/(Na++K+),HCO3-/Na+以及Cl-/Na+对比分析表明,青海湖流域枯水期风化作用弱于丰水期,河水化学组成主要受碳酸盐岩溶解控制。     

青海湖流域降水和河水中δ18O和δD变化特征

稳定同位素方法已被广泛用来研究水循环过程中的水汽来源分析、不同水体间补给关系及水量平衡。论文基于青海湖流域2012 年夏季所收集的河水和逐次大气降水中δ¹⁸O和δD 及实测的气象数据,分析了它们的氢氧稳定同位素时空变化特征。结果表明：降水中同位素值组成变化存在两个明显的变化阶段,在8 月中旬之前降水中稳定同位素值较低,而之后明显偏高,这与受夏季风和局地再循环水汽的影响有关;该流域大气降水线（LMWL）的斜率（8.69）和截距（17.5）明显大于全球大气降水线（GMWL）,表明青海湖流域夏季大气降水在一定程度上受夏季风所携带湿润海洋性气团的影响;降水中稳定同位素与降水量及温度之间存在负相关关系,表明青海湖流域夏季降水中稳定同位素存在显著的降水量效应,但却不存在温度效应;该流域内河水受到大气降水、地下水及冰川融水的混合和调节作用,这使得河水中稳定同位素的波动范围比降水小;通过瑞利分馏模型模拟了降水中稳定同位素的变化,降水中δ¹⁸O、δD和过量氘 （d_excess）的值受青海湖湖面再循环水汽补充的影响。因此,这也将为今后展开青海湖流域水循环过程中大气降水-地下水-地表水的研究提供科学依据,掌握该流域不同水体间的转化关系及水资源利用、管理具有重要的意义。     

鄱阳湖典型湿地地下水—河湖水转化关系

选取鄱阳湖典型洪泛湿地为研究对象,分析了2018年4~10月降水、湖水、河水和湿地地下水的氢氧同位素变化特征,利用δ¹⁸O~δD关系确定了不同水文时期湿地各类水体的转化关系,并结合同位素端元混合模型估算了不同水源对湿地地下水的贡献分量.结果表明,研究区降雨δ¹⁸O和δD值在6~7月份偏小,其余月份较高,存在明显季节变化和雨量效应.河水、湖水同位素与降水同位素的季节变化规律基本一致,但受蒸发分馏影响,重同位素更为富集,且变化幅度远小于降水同位素.湿地地下水同位素的季节变化较小,δ¹⁸O、δD均值（-5.26‰,-31.1‰）高于大气降水（-6.32‰,-40.1‰）、低于湖水（-3.60‰,-26.4‰）,与河水同位素（-5.09‰,-34.4‰）较为接近,表明湿地地下水受降水、湖水和河水的共同影响.涨水期（4~5月）河水的补给源为降雨和流域内地下径流,湖水主要受河水和降水共同补给,湿地地下水主要受前期降水和河水补给的滞后影响,河水的贡献比重更大.丰水期（6~8月）地下水主要接受湖水和河水共同补给,湖水的补给贡献比例超过50%,退水期（9~10月）湿地地下水向河道和湖泊等地表水体排泄.     

太湖流域腹部地区水位对降水变化及城镇化的响应

20世纪80年代以来,在气候和人类活动因素的影响下,太湖流域汛期河网水位上升明显,洪涝频发。论文基于流域腹部地区站点日降水和水位资料,对历年降水和水位进行分等级研究,分析它们的变化趋势及差异;并采用两变量弹性分析方法探讨水位对降水变化和以城镇化为代表的人类活动响应的敏感性。结果表明:①1954-2006年汛期和非汛期高等级(8~10级)降水占相应时段总降水的贡献率呈上升趋势,而低等级(1~3级)降水贡献率呈下降趋势,即降水集中程度在增加。水位变化呈现类似特点,并且高等级水位的集中程度增加更为显著。②基准期(汛期1954-1985年,非汛期1954-1987年)水位变化对城镇化的弹性系数均未达到显著性水平,而相对期(汛期1986-2006年,非汛期1988-2006年)的城镇化弹性系数比较显著,其造成水位变化的贡献率在非讯期已接近降水的贡献率。因此,以快速城镇化为代表的人类活动影响,在研究区水位变化中发挥越来越重要的作用。     

乌伦古湖水量与水质变化特征及其环境效应

于2008年对乌伦古湖开展了湖泊水质水量及水生物资源的综合调查,获取了湖泊水量与水质的基本数据。在此基础上,根据湖区气候变化以及人类活动的特征,将乌伦古湖的变化归纳为4个时期:1956年以前为第一个时期,湖泊基本处于自然演化状态,湖泊的水位波动主要受气候变化影响,乌伦古河为主要补给河流;第二个时期为1956年至1970年,人类活动强度快速增加期,流域开发耗水,入湖水量减少,湖泊水位持续下降;1970年到1995年为第三个时期,在此期间,人类活动除了流域开发耗水有所增加外,乌伦古湖的水位波动主要与人类在湖区开渠建坝等活动有关;第四个时期为1995年以来,湖泊变化相对稳定,水利工程运行平稳且气候较为适宜,湖泊变化转入稳定期。然而,近年来,由于气候和人类活动的影响,湖泊处于较强烈的不稳定阶段。     

青海湖流域水化学分析及水质初步评价

为了解 青海湖流域水化学的组成及水质状况,于2009 年冬季采集 了青海湖湖水及流域 内主要支流河水样品 ,并分析了水样中的化学 组成。结果表明,青海湖水质总体较好,但部分指 标如pH、COD 已达到水质Ⅴ级标准。另SO₄ ^2- 和Ca²⁺ 是青海湖支流水样中最主要的阴阳离子, 而湖水中则是Cl^- 和Na⁺。溶解性有机碳（DOC）和化学需氧量（COD）表现出相似的变化趋势, 反映出青海湖流域水系的有机物污染严重。分析青海湖湖水中Mg²⁺/Ca²⁺ 以及河水中Cl^-/Na⁺ 数据 表明青海湖湖水化学组成主要由蒸发和结晶作用 产生,河水 的化学组成则主要是由于碳酸盐的分 化作用生成。     

海河流域平原河流非常规水源补给特性及其成因分析

统计分析海河流域水资源量和污废水入河量数据(2001—2012年)、降水量数据(1956—2012年),以及水资源利用、污废水排放、社会经济、人口等数据(1980—2012年),探究了海河流域平原河流非常规水源补给的特性及成因.结果表明,非常规水源补给的河流具有污径比高的特性:海河流域河流污径比高,平均污径比为35.7%,其中海河北系污径比最高,达到90.5%,滦河及冀东沿海污径比最低,为25.6%.降水量的持续减少、山前水库带对水资源的截留以及平原区水资源开发利用率的增加导致河流径流量减少,是海河流域平原河流非常规水源补给的一个主要原因:降水量持续减少,1956—1980年平均降水量为559 mm,至2012年平均降水量降低至502 mm;水库、闸坝等水利设施的建设使得73%的山区河流流量被水库截留;流域地表水资源平均开发利用率高达63%,这些均导致平原河流径流量持续减少.人口和社会经济快速发展导致污废水排放量增加,是海河流域平原河流非常规水源补给形成的另一个主要原因:工业产值、城镇人口数量均与污废水排放量显著正相关,复相关系数均超过50%.海河流域中部平原区河流以非常规水源补给将长期存在,考虑非常规水源水质水量的协同保障,对满足生态需水量、改善缺水河流生态环境等具有积极的作用.