气候变化对高寒山区流域径流量的模拟及预测

柴达木盆地气候干旱、水资源缺乏、生态脆弱,盆地周围的高寒山区是其重要的水资源形成区。关注柴达木盆地高寒山区流域未来气候变化及相应径流变化具有重要意义,然而相关研究较少。本研究选取柴达木盆地东北部典型高寒山区流域—巴音河上游祁连山区,采用局部缩放法和方差缩放法,基于实测降水、温度数据对CMIP6下BCC-CSM2-MR模式SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.53种气候情景未来气候变化数据进行校准,将校准后的气候数据与SWAT模型耦合,模拟及预测历史及未来时期气候变化对巴音河出山径流的影响。结果表明,SWAT模型对巴音河出山径流的模拟效果满足评价标准,其适用性较好;巴音河上游祁连山区在3种气候情景下,2015—2100年降水量、最高温度、最低温度、出山径流量均增加,暖湿化趋势较为明显;3种情景下,2015—2100年巴音河流域地表径流将呈现先增加后减少的趋势。侧向流、地下径流、总产水量、融雪量将呈现增加趋势。研究结果可为柴达木盆地水资源管理和可持续发展提供科学依据和理论支撑。

基于趋势检验与经验正交的滦河山区流域水文过程分析

以滦河山区流域为研究对象,运用趋势检验、经验正交、Budyko敏感性系数等方法,对流域气象和水文要素及土地利用数据进行分析,探讨了变化环境下滦河山区流域水文响应过程。结果表明:①1961—2018年滦河山区流域降水呈不显著下降趋势(-3.4 mm/10 a),潜在蒸散发呈显著下降趋势(-7.5 mm/10 a),且二者空间变化方向具有一致性;径流呈显著下降趋势(-4.1×10^(8)m^(3)/10 a),并呈现出干湿交替的周期变化特征;②在人类活动影响下,整个变化期(1980—2018年)径流量减少11.8×10^(8)m^(3);③归因分析表明,气候在径流变化的贡献中占比27.2%,人类活动的贡献度达69.6%,是引起滦河山区径流量减少的主要因素。

多源DEM数据在山区流域河网提取中的对比

针对何种DEM数据更适合山区流域的河网提取,选择长江上游与珠江上游的山区流域,以ALOS 12.5 m DEM、ASTER 30 m GDEM与SRTM 90 m DEM为基础数据,基于Arcpy提取研究区域河网,通过河网套合差、Arc Hydro Tools对提取结果进行修正与评价,探讨山区流域最佳集水面积阈值的选择与地形特征对数字河网提取的影响。结果表明:①分辨率为12.5 m的ALOS DEM河网套合差最小,能更真实地反映山区流域的水系发育程度;②通过Arc Hydro Tools修正DEM数据,3种DEM的河网套合差均减小,可明显提高河网的提取精度;③基于均值变点分析法确定研究区最佳集水面积阈值,ALOS DEM的最佳集水面积阈值为20000,ASTER GDEM与SRTM DEM为500;④大起伏山地有利于河网的提取,ALOS DEM提取效果最佳。因此,经过修正的ALOS DEM提取流域水系效果最佳,成果可为山区流域提取水系提供一定的参考和借鉴。

西北山区流域融雪水资源“四预”应用系统技术研究

我国西北山区流域融雪性径流是当地宝贵水资源,为提高融雪水资源综合管理业务工作效率,就具有融雪径流预报、来水极值预警、来水情势预演模拟分析、预案查询等“四预”功能的应用系统相关技术开展研究。分析西北山区流域管理机构和水库管理部门实际工作需要,提出系统功能需求,明确设计原则要求,结合最新信息化技术应用分析,提出采用主计算控制循环模式的系统处理过程控制形式,将人机交互界面设计为基于左右屏幕互动的交互式双屏显示方式,切实强化系统功能、性能等对业务工作实际需要的反映和对接,为开发实现良好的用户应用系统打下坚实基础。

全球气候变暖情景下黑河山区流域水资源的变化

利用有关水文气象观测资料,对全球气候变暖情景下祁连山区黑河流域水资源的变化特征、成因及趋势进行了分析,并在此基础上提出了未来各种假定气候情景下黑河山区径流变化的计算模式。分析及计算结果表明:黑河山区水资源对全球气候变暖的响应十分明显,但受其特殊地理位置的影响,水资源的变化又有着显著的地域性特征。总体上,山区的气温和降水随全球增温均呈上升和增加的趋势,且气温上升的幅度大于全球平均水平,山区径流亦随降水量的增加而增加,但增幅随着气温升高而逐渐减小,除非遭遇到比较极端的气候情景,如气温升幅与降水减幅同时出现较大值的“暖—干”气候组合或气温降幅与降水增幅的同时出现较大值的“冷—湿”气候组合等。因此,可以预计,未来几十年里黑河山区水资源量虽随着降水、气温的变化而上下波动,但变化相对稳定,其幅度基本在目前出山径流量的±10%左右范围内。

黑河干流山区流域月径流计算模型

西北内陆河山区流域天然来水量的准确预测对于维持区域可持续发展和生态环境的保护具有重大的意义。鉴于这些山区流域地形、地貌、植被景观复杂 ,观测站点稀疏 ,建立了 6种月平均流量的计算模型 ,效果都很好。所进行的数值试验表明 ,山区平均月降水量、月平均气温、平均月蒸发量和出山月平均流量相互之间存在复杂的非线性关系。降水和气温都是影响月蒸发力和平均流量的一个综合因素。气温是影响含有冰雪融水的山区流域产流的一个极为重要的因素 ,但降水、气温和蒸发力不足以完全综合反映产流过程 ,应该探讨加入新的因子。

乌鲁木齐河山区流域树轮宽度年表特征及其对气候的响应

通过对比乌鲁木齐河山区流域8个天山云杉树轮宽度标准化年表的多个特征参数及分析树轮年表对气候的响应,主要得到如下研究结论：（1）在8个树轮宽度年表中,东白杨沟下年表包含的气候信息最多,其次是英雄桥沟年表,再次是跃进桥东年表;（2）乌鲁木齐河山区流域气候对树木年轮生长的影响存在明显的持续性,持续年数大多为3~8 a,最短为2 a;（3）在乌鲁木齐河山区流域低海拔处气候对树木年轮宽度生长的限制作用强于高海拔地区,森林下部林缘年表中含有的气候信息多于森林上树线附近的年表;（4）通过相关函数和相关普查发现,乌鲁木齐河山区流域影响森林上树线树轮宽度年表树轮生长的主要气候限制因子是2~3月的平均温度,而影响森林下部林缘树轮宽度年表树轮生长的主要气候限制因子为5~6月的干旱强度;（5）区域森林上树线树轮宽度年表的年轮指数343 a经历了9个轮宽指数偏高时段和8个偏低时段,反映了2~3月的温度的长期变化。区域森林下部林缘树轮宽度年表的年轮指数365 a来有11个轮宽指数偏高时段和11个偏低时段,揭示了5~6月PDSI的长期变化。

内陆河流域分布式日出山径流模型——以黑河干流山区流域为例

应用常规的气象水文数据并结合GIS,建立了一个适合西北干旱区内陆河山区流域的以日为步长的分布式径流模型,并对黑河干流山区出山径流进行了模拟计算和讨论。模型以子流域作为最小的产流、汇流单元,根据植被覆盖将各子流域分为裸地区、乔木区、牧草区和冰川区,并根据实际调查将土壤分为3层,各分区单独进行水量平衡计算。产流过程以土壤储水能力和储水量表征,而储水能力和储水量等则由土壤的孔隙度、干密度和厚度等表征。入渗原理基于土壤储水率平衡原理,并考虑重力势的作用。实际蒸散发与蒸发力和土壤体积含水量的乘积成正比,不同的土壤和植被具有不同的调节参数。模拟结果表明,模拟效果较差的原因是区域日降水过程具有较大的随机性,难以用有限的站点合理计算区域日降水量。寻找一个合适的区域日降水量计算方法是目前少资料大型流域分布式水文模型模拟成功的关键。

SWAT分布式水文模型在黑河干流山区流域的改进及应用

在集成地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术的SWAT(SoilandWaterAssessmentTool)分布式水文模型改进的基础上,对黑河干流山区流域出山径流进行了模拟。SWAT GIS按不同的地形、土壤类型、土地利用或覆盖类型将整个流域划分成157个具有相似水文特征的水文响应单元(HRU)。通过模拟结果比较,表明浅层蓄水层回归因子(基流回归因子)、海拔高度带的划分分别对黑河干流山区流域地下径流和融雪径流过程有重要的影响,是该模型模拟精度高低的关键。通过参数的调整,1990～2000年月平均径流模拟结果显示,莺落峡站出山径流模型效率系数R2达到0.88,相关系数r2接近0.91。

黑河干流山区流域月蒸发力计算模型

研究西北内陆河山区流域的水文循环,对于维持区域可持续发展和生态环境的保护具有重要意义。应用数值迭代方法,对黑河山区流域平均月蒸发力与月平均气温和月降水量的关系进行了探讨。结果表明,山区平均月降水量、月平均气温和月蒸发力之间存在着复杂的非线性关系,降水和气温都是影响蒸发力的一个综合因子。

TASCC方法在研究山区流域氨氮输移转化中的应用

为探究基于TASCC的养分添加示踪方法在山区流域内不同特征河道的氨氮吸收能力研究中的适用性及其优缺点,以浙江西南部山区小港流域为研究对象,在自上游至下游的8处试验点开展了氨氮的营养盐添加示踪试验,同时采集流域水生态环境特征数据。结果表明,基于TASCC方法和Michaelis-Menten吸收动力学模型量化小港流域的氨氮吸收能力,除在下游低流量的宽河道外都有较好的应用效果外,流域内氨氮吸收能力的空间分布差异可能与河道断面几何形态、流量、流速、背景浓度和水生态环境等因子有关。

BTOPMC在山区流域暴雨洪水预警预报中的应用

为验证分布式水文物理模型BTOPMC在山区流域暴雨洪水预警预报中的适用性,利用BTOPMC模型对四川省2个山洪易发流域的暴雨洪水过程进行模拟。结果表明:BTOPMC模型能够较准确地模拟洪峰流量以及洪峰出现时间,达到暴雨洪水预警预报对模型的要求,该模型适用于山区流域的暴雨洪水预警预报。

山区流域强降雨情况产流模式研究——以涪江平通河流域为例

山区流域极端强降雨导致的山洪灾害频发,造成生命损失和经济活动的巨大破坏。科学的认识这类极端天气下灾害的发生、发展过程,对实现灾害监测和风险管理十分重要。山洪过程的模拟是认识这一灾害的重要科学手段,而模型计算精度是山洪模拟的关键。将超渗、蓄满产流模型与运动波地貌瞬时单位线水文模型(简称KW–GIUH模型)进行融合,优选出适合山区流域强降雨情况下的产流模式,从而提高山洪过程的模拟精度。以典型山区流域涪江一级支流平通河为研究对象,选取了两场次历史强降雨过程进行模拟。研究结果表明:无论超渗或蓄满产流模型与KW–GIUH模型进行融合后,其模拟精度比KW–GIUH模型所模拟的径流过程更接近实际情况;而先超渗后蓄满的混合产流模式较单一的超渗或蓄满产流模式模拟效果更优。适合山区流域强降雨情况下的产流模式为先超渗后蓄满的混合产流模式,其中产流模式的转变出现在第一次连续降雨基本结束之时,即在第一次洪峰之前基本以超渗产流为主,随后的产流方式以蓄满产流为主。

山区流域坡面流的一种近似解

在山区流域坡面流近似为运动波的条件下，利用Ｇｏｖｉｎｄａｒａｊｕ．ｅｔａｌ．提出的坡面流分离变量形式，导出了坡面流的偏微分基本方程．根据坡面净雨历时与汇流平衡时间的关系，得到了不同净雨历时的坡面流漫流过程．

云南省渔洞水库山区流域降雨径流过程模拟

山区降水和蒸散发的准确估计对于理解降雨径流过程至关重要,同时也是径流模拟和预估的难点所在。本研究以云南省渔洞水库山区流域为例,对比了三种潜在蒸发量计算方案及三种降水修正方案对径流模拟的影响。结果表明:单独采用不同降水修正方案和蒸发高程修正方案,模拟的结果均比未修正的精度高,将任一降水修正方案与蒸发高程修正方案的组合,都能取得更好的径流模拟效果;P-M和Allen蒸发计算方案对于山区流域具有适应性,但模拟结果低于20 cm观测方案,说明观测蒸发数据的重要性;观测的降水量低于修正后的降水量,反映出采用降水校正对认识流域径流过程中各组分的实际构成具有一定的作用。

山区流域坡面汇流时间参数优化试验研究

山区流域坡体陡峻、植被覆盖变化大,暴雨作用下的洪水响应过程复杂,坡面汇流时间是洪水过程模拟的关键参数。目前应用最为广泛的坡面汇流时间公式,以坡面长度L、糙率n、有效降雨强度i及坡度S的恒定指数形式表征其对汇流时间T的变化,公式形式为:T=L^(0.6)n^(0.6)i^(-0.4)S^(-0.3)。降雨强度对汇流时间的影响,以降雨强度的恒定指数-0.4来表征其对汇流时间变化,而较少反映坡度与植被覆盖度的影响。本研究基于不同坡度、不同植被覆盖度条件下坡面汇流的系列试验,结合专业的数据统计软件,对相关数据进行分类处理,深入分析了坡面汇流时间参数的变化规律。研究结果表明:无植被情况,不同坡度对雨强指数存在一定影响,在45°及30°坡面上,雨强对坡面汇流时间影响的雨强指数拟合值约为-0.40,这与常用的研究成果基本吻合,在15°及5°坡面上,雨强指数拟合值分别为-0.30及-0.25,比常用雨强指数值略微偏大;有植被覆盖情况,不同植被覆盖度对雨强指数的影响十分明显,45°、30°及15°坡面,植被覆盖度50%以上时其雨强指数拟合值平均为-0.63,明显小于常用雨强指数-0.4,20%覆盖度情况下,雨强指数均值约为-0.37,与常用雨强指数-0.4接近,5°坡面不同植被覆盖度对雨强指数影响不大,雨强指数基本在-0.25～-0.30之间。

美国的山区流域管理

作者介绍了流域的概念和定义以及流域管理的起因，论述了美国山区流域管理所面临的问题和采取的治理措施，并阐述了流域管理中森林水文学的作用和效益。认为，美国的流域管理已经从单一的水资源调控发展到对整个流域以水土资源为核心的再生自然资源的保护、改良和多目标利用，以达到流域的可持续发展的目的。

西南亚高山区流域植被演替与地表水量平衡对气候变化的敏感性模拟

为了研究西南亚高山区流域植被与地表水量平衡对气候变化的响应,用生物物理/动态植被模型SSiB4/TRIFFID与流域水文模式TOPMODEL的耦合模式SSiB4T/TRIFFID模拟了不同气候情景下西南亚高山区的梭磨河流域植被演替和水量平衡过程,分析了流域尺度植被与水量平衡对气候变化的敏感性。结果表明:降水不变温度增加1℃,流域年径流深减小14.8%~20.1%;温度不变降水增加10%,流域年径流深增加19.8%~28.7%,而蒸散仅略有增加;降水不变温度增加2℃,流域蒸散增加28.9%~39.0%,径流深减小39.9%~53.5%;在C3草、苔原灌木和森林3种植被类型中,生长季森林叶面积指数对温度变化最敏感。西南亚高山区流域蒸散对温度变化敏感但对降水变化不敏感,径流对降水和温度变化均很敏感,温度增加通过增加蒸散而减小径流,蒸散与径流对气候变化的敏感程度与流域植被覆盖类型有关。随着温度增加,由于森林冠层截留蒸发和蒸腾随温度增加而显著增加,在3种植被类型中森林蒸散增加幅度最大,森林覆盖的流域蒸散和径流对温度变化最敏感。

山区流域RBF神经网络洪水预报方法

建立以高斯核函数为径向基函数的神经网络模型,以崇阳溪山区流域为例进行分析。利用泰森多边形法将流域划分为6个子流域;选取流域1997-2014年中15场洪水过程作为训练样本,以流域内6个雨量站各时段雨量资料和武夷山水文站前期流量过程作为输入,以流域出口断面武夷山水文站相应流量过程作为输出,运用自组织正交最小二乘法确定径向基函数的中心,采用伪逆规则求解其权值,建立RBF神经网络洪水预报模型;利用余下的6场洪水过程对模型进行检验。结果表明:各场次洪水流量过程平均相对误差和洪峰流量相对误差绝大部分在10%以内,确定性系数均大于0.9,预报精度符合要求,可以为防汛部门预测洪水提供依据。

印度喜马拉雅山区流域的冰川资源及其冰冻圈研究计划

印度喜马拉雅山区流域17%的面积被永久性积雪和冰川覆盖,大约有32000km2,其中,冰川共计在9000条以上,储存了大约12000km3的淡水资源.这些冰川对维持区域生态的稳定和调节河流径流供水具有重要意义.各流域的冰川分布如表1．