水文变异条件下的黄河干流生态径流特征及生态效应

黄河流域地表水文过程受气候变化与如水库拦蓄等人类活动的严重影响,发生显著变化,多次出现断流现象。深入理解水文变异条件下的径流特征及生态效应,对于黄河流域水资源管理及水资源可持续开发利用具有重要意义。基于此,论文利用多水文指标研究水文变异过程,结合基于流量历时曲线（FDC）的生态剩余和生态赤字等生态径流指标以及水文变异总体评价指标D_o和DHRAM（Dundee Hydrological Regime Alteration Method）来描述黄河干流大中型水利工程对下游河道水文情势的改变程度,并根据多样性指标SI和IHA（Indicators of Hydrologic Alteration）的拟合关系,进一步分析水文变异的生态效应。研究表明：1）水文情势变异后,FDC整体下移,低于25% FDC流量部分大幅增加,产生生态赤字;2）从上游到下游,降水对各站生态径流指标的影响逐步减小,水库对生态径流指标的影响愈益增大;3）各生态径流指标与大部分IHA指标具有较好的相关关系,能够体现IHA参数的主要信息,可作为衡量黄河流域年和季节径流变化的生态径流指标;4）综合D_o和DHRAM的评价结果,径流过程变异对各站生态风险的影响为：花园口、孙口和利津站为高风险,头道拐和兰州为中等风险,唐乃亥和龙门为低风险;各水文站SI值在20世纪80年代之后均出现下降趋势,其中花园口、孙口和利津3个站的下降幅度较大,生物多样性锐减。     

白洋淀流域径流过程对极端气象干旱的响应分析

以白洋淀流域为研究对象,选取唐河、沙河、白沟引河3条支流上游4个水文站1959—2016年的日径流数据,采用改进退水常数后的数字滤波法中的Chapman-Maxwell法对4个子流域的日径流进行基流分割,利用水文气象要素异常值法划分干旱时期,分析水文干旱（径流干旱与基流干旱）对极端气象干旱过程的响应规律。结果表明:1）白洋淀年降水量呈减少趋势,线性倾向率为1.81 mm/a2。在1979年发生减少突变,突变后降水量减少8%;并检测到白洋淀流域发生极端气象干旱,持续时间从1996年8月至2011年5月;2）4个子流域的水文干旱较气象干旱具有明显的时间滞后,且水文干旱持续时间比气象干旱更长,烈度、强度更大,表明长期干旱期间降雨-径流关系的不稳定性;3）4个子流域水文恢复时间较气象恢复平均滞后55个月,且基流恢复滞后于径流恢复。研究结果可加深径流与基流对气候变化的响应的理解,为核算河道生态需水以及维持河道生态系统健康提供一定理论依据和实践参照。     

南方季节性河流河道内生态需水研究——以长江荆南三口为例

考虑南方季节性河流年内径流分布严重不均的问题,依据1951—2015年长江荆南三口5站实测原型年径流量序列,采用Mann-Kendall等方法检测其径流序列的突变年份,通过GEV概率密度最大流量、汛期最小输沙量等方法分别计算了荆南三口河道内生态需水量、输沙需水量和水质净化需水量。结果表明:(1)水文序列的突变年份判别为1970年,由此将水文序列划分为变异前(1951—1970年)和变异后(1971—2015年)两段。(2)水文变异前,河道内年生态需水量、输沙需水量和水质净化需水量分别为1239.27×10~8m~3、910.01×10~8m~3、425.70×10~8m~3;水文变异后,河道内年生态需水量、输沙需水量和水质净化需水量分别为563.32×10~8m~3、501.13×10~8m~3、111.54×10~8m~3。(3)在季节上,为保障季节性河流河道内全年均满足生态流量,1、2、3、4、11、12月份应满足的生态需水量为1647.28m~3/s,5—10月份应满足的生态需水量分别为873.87m~3/s、2499.59m~3/s、5812.76m~3/s、4346.89m~3/s、3901.18m~3/s、1721.70m~3/s。(4)从综合角度考虑,水文变异下长江荆南三口季节性河流河道内年生态需水量为752.71×10~8m~3,年输沙需水量为910.01×10~8m~3,年水质净化需水量为425.70×10~8m~3。     

水文变异条件下的东江流域生态径流研究

东江流域的河川径流受气候变化和人类活动的双重影响产生了水文变异,河流生态系统适应了变异前的水文状态,变异后必然会给当地生态系统带来不同程度的影响。因此,论文运用多种检验方法并结合东江流域的实际情况对其水文变异做了系统的分析。在此基础上,采用逐月频率法计算该流域4水文站的生态径流量 (最小、适宜和最大生态径流),得出以下结论:①Tennant的检验表明论文的计算结果是合理的;②龙川、河源、岭下3站存在显著变异,变异后3站不满足河流适宜生态径流量的时间都出现在6月,今后应在该月适当增加调水。同时,可参照文中计算值,建立东江流域生态径流调度预警机制,为流域生态系统的健康和水资源的管理提供科学保障。     

滦河流域水资源开发的水文效应及其生态环境响应

通过滦河干流滦县水文站径流的长期演变趋势,分析流域水资源开发利用的水文效应及其生态响应。结果表明,在气候变化和人类活动影响下,滦河流域地表水资源量出现显著的衰减趋势,并引起滦河下游河道系统严重退化、近代滦河三角洲萎缩、下游平原区地下水位下降等若干生态环境问题。提出应加强竞争性用水条件下的河流生态水文调控,以改善滦河下游的生态环境。     

气候变化及人类活动对地表径流改变的贡献率及其量化方法研究进展

地表径流的变化受气候变化和人类活动的双重驱动力作用,定量评估气候变化及人类活动对地表径流变化的影响对水资源管理具有重大意义。论文以水文循环过程为主线,分过程阐述气候变化及人类活动影响地表径流发生变化的机制机理,对各种量化二者对地表径流变化贡献率的方法进行比较,然后分析全球部分流域气候变化和人类活动对地表径流变化影响的差异。研究结果表明：1）气候变化和人类活动参与水文循环的各个过程之中,不同水文过程中气候变化和人类活动影响地表径流变化的途径不同;2）不同量化方法的适用范围和条件不同,不同方法对同一流域的研究结果可能不一致;3）全球不同流域间气候变化和人类活动对地表径流变化贡献率存在明显区域差异。现阶段,综合多种突变检验方法有利于提高识别地表径流突变点的准确率;消除干扰因素（如气象水文等数据选取、模型方法参数设置和方法本身不确定性）有利于提高同一流域不同量化方法评估结果的一致性;如何更好地耦合基于物理的水文模型方法和基于数学的经验统计方法来量化二者对地表径流变化的贡献率是未来研究的重点。     

东江流域水利工程对流域地表水文过程影响模拟研究

东江流域为香港及广州等特大城市的重要水源地,新丰江、枫树坝与白盆珠三大水库对东江全流域水资源有控制性调蓄作用,加上人类活动影响,导致东江流域地表径流发生显著变异.研究分析东江流域上中下游水利工程建成前、后径流在时间与空间的变异特征,对水利工程与人类活动影响的东江流域水资源管理提供重要依据.基于此,选取多元线性回归、神经网络与支持向量机等模型模拟水利工程建成前的径流变化,研究认为:①神经网络为水利工程建成后径流变化模拟的最优模型;②水利工程建成后,流域径流变异特征分两阶段:1974-1982年流域水文变异不显著,水利工程影响不大;1983-2000 年径流变异显著,水利工程削峰填谷作用明显;③东江流域龙川、岭下、博罗站水文变化均受水利工程调蓄影响,但影响程度各异:博罗站水文变化受水利工程影响最大,岭下站次之,龙川站受影响最小.另外,在水利工程调蓄作用影响下,东江流域月径流变化幅度趋于平坦,在一定程度上降低了洪水风险及减少了极端气候条件对东江流域水资源供给造成的负面影响.     

气候变化及人类活动影响下的潮白河月水量平衡模拟

尽管分布式水文模型已有30多年的发展历史,但是迄今的应用还只是其潜力的很少一部分。Freeze-Harlan蓝图中由于理论上的深化带来了应用上的困难,同时也指出模型并不是越复杂越好。按照科学的建模原则,建立了一个简单的分布式月水量平衡模型(DTVGM);其中通过引入土壤湿度因子,改进后的Bagrov模型同时考虑了前期土壤湿度与降水对蒸散(发)的贡献;通过设置人类活动影响背景参数集,表述人类活动对水文过程的影响。将DTVGM月模型应用于华北地区密云水库以上潮白河流域,识别出白河流域气候变化对径流减少的贡献为44%,人类活动导致下垫面变化对径流减少的影响达54%;潮河流域气候变化的贡献率为24%,而人类活动的贡献率高达74%,是导致径流减少的主要原因。     

永定河上游河流健康评价

永定河作为京津冀生态发展的主轴和重要的生态廊道,科学评估其健康状况可以更好地指导永定河生态修复。该文通过构建永定河流域水生态健康评价指标体系,对流域内水文、水质、水生生物及物理栖息地等指标进行评价,获得永定河流域水生态环境质量状况。根据流动的河、绿色的河、清洁的河和安全的河4个准则层对永定河健康状况进行总体评估,结果显示永定河整体处于不健康状态,生态功能受损。有4项指标处于病态(0～20分),包括流量过程变异程度、生态流量保障程度、水资源开发利用指标、防洪指标。因此建议有限合理配置水资源,改善河道内水量匮乏现状;加强再生水和外调水利用,保障生态流量,同时加强防洪薄弱环节治理,评价结果对以永定河为代表的北方缺水型河流生态修复具有一定的参考意义。     

基于分布式水文模型的武夷山市水文调节服务评估

武夷山是我国生态文明建设的重点示范区,开展水文调节功能服务价值评估是福建省生态安全保障的重要需求.采用流域分布式时变增益水文模型（DTVGM）,在充分考虑流域气象、水文、土地利用类型等信息的基础上,精细化模拟了武夷山流域的水文过程,定量评估了2010年和2015年有植被覆盖和无植被覆盖两种条件下武夷山市及下属各行政区植被生态系统的径流调节量及其价值量.结果表明:①武夷山市2010年和2015年径流调节量分别为5.73×108和5.21×108 m3,折合人民币分别为35.93×108和37.46×108元.②2010年枯水期日均径流调节量相比丰水期下降了0.013×108 m3;2015年枯水期日均径流调节量相比丰水期下降了0.009×108 m3.③星镇村和洋庄乡径流调节价值量明显多于其他行政区,均超过10.48×108元;崇安街道和新丰街道相对较低,均低于1.59×108元;其他几个行政区基本持平,在3.26×108~6.70×108元之间.研究显示,武夷山市区由于植被丰富,林地覆盖面积较大且密度较高,总体水文调节能力较强,但同时也受区域气候条件影响较大,有植被覆盖条件下在应对非极端气候时可以维持较好的径流调节能力,然而在极端特大暴雨事件中,现有植被种类的截留能力还不足以应对短时强降水过程.      

雅鲁藏布江径流变化趋势及原因分析

论文利用1956-2000 年近45a 的天然径流逐月资料, 1956-2004 年近50a 的气温、降水逐 月资料, 分析了20 世纪下半叶雅鲁藏布江流域径流变化特征及其与气候变化的关系。研究表明: 雅 鲁藏布江流域径流的年际变化较稳定, 年内分配极不平衡, 月最大径流量占全年百分比达30.1%, 而月最小径流量只占全年的2.1%, 枯水季节径流量和洪水季节径流量相差较悬殊; 雅鲁藏布江流 域普遍存在升温的变化趋势, 同时流域内降水增加趋势较明显, 变化周期与径流变化周期较一致。 从雅鲁藏布江流域天然径流代际变化的初步分析来看, 流域来水的增加, 主要受制于降水和气温的 变化, 也受到流域地表状况变化的影响, 同时也可能是河流丰枯长周期变化的表现。这种周期变化 还需相关资料的验证和分析。     

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。     

基于SWAT模型的东江流域径流模拟

基于分布式水文模型SWAT以及SUFI-2 程序对东江流域进行了51 a(1960-2010 年)月径流模拟,并在此基础上讨论了东江流域水文过程的空间差异。模拟结果表明,河源站受新丰江水库影响,模拟结果不确定性较大,确定性系数R2和Nash-Sutcliffe 效率系数相对其他站点较低,龙川站、岭下站、博罗站R2和Nash-Sutcliffe 效率系数皆满足模型适用性要求。流域出口博罗站率定期R2、Nash-Sutcliffe 效率系数分别为0.83、0.83,验证期为0.84、0.84,模型模拟精度较高。东江流域径流深主要受降水空间不均影响,形成由北向南先增后减的趋势。流域下垫面差异对产流过程也有一定影响。其中土壤含水量受土壤性质、人类活动等影响,由北向南差异明显;蒸散发量受植被覆盖影响亦较为明显,北部蒸散量占降雨量的比例大于中部及南部。     

中国降水及流域径流均匀度时空特征及影响因子研究

在气候变化与人类活动综合影响下,降水过程与地表径流关系一直是气象水文学研究的热点与难点。基于全国554个雨量站点日雨量数据及370个水文站点月径流数据,利用基尼（Gini）系数和相似性分析（ANOSIM）分析了中国降水和径流时空均匀度变化特征,研究表明：1）我国降水年内分配均匀度从西北到东南依次增加,径流年内分配均匀度东北较高,东南较低。降水年内分配均匀度在1980年前后没有发生明显变化,1980年后径流年内分配均匀度较1980年前在程度上更均匀,在范围上更广泛。2）我国东北、西北以及东南地区降水年内分配Gini系数呈下降趋势,其中长江流域和西南诸河上游呈显著下降趋势;径流年内分配Gini系数大部分地区呈下降趋势,其中长江流域、东南诸河呈显著下降趋势。1980年后,降水和径流年内分配Gini系数在长江流域和黄河流域的趋势正好相反,表明人类活动改变了径流天然的时间分配特征。3）在各水文区域内,降水和径流在量级、频率、历时以及时间上均具有空间相似性。1980年前后,降水空间分布均匀度在减小（不显著）,径流则相反（显著）。4）降水和径流特征变化在一定程度上具有一致性,但是在变化范围和程度上也有较大差异性。人类活动正在加深或反向影响降水引起的水文特征变化,使区域水资源的时空分布趋于均匀。     

基于水域面积法的山区河流水电站下游生态流量定值研究

水电站的大量兴建导致下游河道萎缩退化甚至断流,如何改变水电站运行调度方式,维持下游河道一定的生态流量、保障河流健康成为国内外普遍关注的问题.本文在传统水文学方法的基础上融入生物栖息地法思想,以河流生态系统的生物多样性为功能目标,用河道流量反映河流的水文过程,河道水域面积反映河流生态系统的生物多样性,创新性地提出考虑河道水文生态特性的生态流量定值方法——水域面积法.以北江上游浈江二级支流罗坝水为例进行分析计算.计算结果表明:枯水年罗坝水生态流量为2.26 m3·s-1,占多年平均流量的25.97%;平水年生态流量分月控制,生态流量过程与建站前流量过程基本一致.根据枯水年的生态流量值和平水年各月份的生态流量值,结合水电站的运行调度规则,换算成一定时期内的径流量来确定该时期内水电站需释放的水量,进而对水电站下游河道的生态功能进行保护和修复.     

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。     

我国西部水资源供需关系地区性差异变化研究

利用地理信息系统技术,对我国西部12个省(市、区)按流域进行了划分,结合1980年和1990年水文资料,比较了我国西部各流域两个时段可供水量、需水量、缺水量和缺水率变化,系统分析了西部水资源供需关系变化的地区性差异及其原因,并预测了未来我国西部缺水情况,这些研究为我国西部大开发战略的实施提供了基础性依据。     

基于SWAT-FLUS的采煤沉陷区水文过程情景模拟

采煤区沉陷不仅会影响地表结构,还会显著改变流域水文循环,从而影响区域水资源供给。以淮南西淝河流域为研究对象,利用SWAT-FLUS集成模型模拟流域水文过程及未来情景。结果表明:1)该集成模型能准确模拟由土地利用变化带来的水文情势演变过程,并用于情景预测。2)对未来不同塌陷速率情景模拟结果显示,各情景下流域蒸散发均呈增加趋势,其中无修复模式主要为水面蒸散增加,2种修复模式主要为陆面蒸散增加;无修复模式增加了流域入渗量,2种修复模式则相反。3)从典型水文年内径流分布来看,无修复模式显著影响了地表径流的年内分布规律及径流峰值,普通修复及生态修复模式则无明显影响。4)从年际间水文变化来看,若无修复措施,流域内水文关系将在2020-2022年发生根本性转变;至2030年,地表径流将减少27.1%,普通修复模式下地表径流将减少2.5%,而生态修复可使流域地表径流增加4.4%。