基于SWAT模型的格尔木河上游分布式水文模拟和径流预测

研究格尔木河流域水文循环过程并预测未来流域水资源的变化特征,对地区生态环境保护和下游盐湖矿产资源可持续开发利用具有重要意义。选取格尔木水文站以上区域构建SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型。采用大气同化数据集为气象驱动,联合区域内纳赤台和格尔木水文站的实测月尺度径流数据进行参数的率定和验证。在率定期和验证期内,纳什效率系数、确定性系数和相对偏差系数均达到了良好的标准,表明SWAT模型在格尔木河高寒山区流域水文过程模拟中具有较好的适用性。研究表明流域降水量偏少,地表径流量、壤中流量与降水量的变化趋势具有较好的一致性,降水量年际变化中蒸散发量为主要消耗量,占40.26%。根据未来气候预测模型RegCM4.6,预测路径浓度RCP2.6、RCP4.5和RCP8.53种情景下格尔木河未来40年径流量呈增加趋势。3种情景下的年平均径流量较基准期(2006—2018年)分别增加了7.63%、11.01%、15.96%;随着温室气体排放浓度的增加,径流量呈现出增加趋势,特别是夏秋季增幅较大。短时间内径流量增大可能会引发格尔木市洪涝灾害,破坏盐湖企业生产设施;但若将洪水资源进行调控和利用,不仅防范了洪涝灾害,同时也利于解决盐湖企业日渐增大的用水需求难题。

格尔木河上游水成沉积物元素时空变化、流域风化及其驱动机制

格尔木河流域上游山区沉积物元素的风化迁移规律对察尔汗盐湖中盐类资源的补给具有重要意义。文章结合已有的光释光(OSL)年代学数据,对该流域的上游纳赤台(NCT)和中游小干沟(XGG)剖面进行了主要常微量元素变化规律研究,并对流域内上下游不同类型沉积物的元素特征进行对比分析,得出如下结论:1.末次间冰期以来,格尔木河中游河谷沉积物中主要元素含量较上游西大滩、昆仑河小流域次级盆地中高,表现出较为明显的富集状态。2.流域上游湿冷山前地带河谷沉积物的风化程度明显高于中游干热河谷,表明上游冰川融水和较充沛的降水条件导致充分的水岩反应过程是主导流域风化的主要因素,且物质在流域各个次级盆地间物质输送具有跳跃性、传递性和继承性。3.流域内的风化过程与晚更新世以来的冰期-间冰期气候旋回和季风-西风相互转换密切相关,即暖湿阶段主要受季风控制,以化学风化为主;干冷阶段受西风控制,以物理风化为主。综上,格尔木河流域上游山前地带元素的风化迁移和中游河谷沉积物对元素的继承转移是流域内物质流动的主要形式。

气候变化与人类活动影响背景下格尔木河流域雨水洪水资源化潜力分析

水资源短缺是柴达木盆地盐湖化工产业大规模生产的制约因素之一,在未来,流域雨洪资源化利用是解决盐湖化工产业水资源短缺的必要手段。通过分析了格尔木河流域典型年份生态环境、农牧业、城镇生活、盐湖化工四大产业基本需水量,结合流域未来不同气候情景模式(RCP2.6,RCP4.5,RCP8.5)下的径流量预测结果,探讨了气候情景模式下流域雨洪资源量、雨洪资源可利用量及雨洪资源化潜力分析。结果表明,1)在未来40 a(2022—2060年)不同气候情景模式背景下,格尔木河流域雨洪资源量均值分别为10.21×10^(8)、10.56×10^(8)、11.07×10^(8)m^(3)/a,较1991—2018年多年平均径流量的增幅分别为34.87%、39.50%、49.27%。2)现状年流域雨洪资源的可利用量十分有限,但在未来三种不同气候模式下,流域雨洪资源可利用量均值分别为1.98×10^(8)、2.32×10^(8)、2.84×10^(8)m^(3)/a,分别占雨洪资源量的19.4%、22.0%、25.7%,呈显著增长趋势。3)未来在部分丰水年份(2023—2026年、2032—2035年、2041年、2051年、2053年、2056年、2058年),流域雨洪资源量完全能够保障流域生态、农牧业、城镇生活、盐湖工业、补水溶矿的需水要求,雨洪资源化潜力十分巨大,但在其他年份则需采取引水或节水措施。该成果为流域雨洪资源的利用以及水资源的优化配置提供科学依据。

基于格尔木河流域的SWAT模型水文特征情景模拟研究

以2008—2016年格尔木河流域实测径流量数据为基础,构建SWAT分布式水文模型,采用SUFI-2算法进行参数率定、验证及不确定性分析,并设置不同的气候情景(RCP2.6、RCP4.5和RCP6.0),预测流域2022—2050年的径流变化趋势,分析了研究区未来降水、气温的变化趋势并探究了这些气候要素对格尔木河流域径流的影响。结果表明:(1)SWAT模型在格尔木河流域径流过程的模拟中具有较好的适用性,率定期R2和ENS分别为0.84和0.73,验证期R2和ENS分别为0.74和0.70;(2)径流预测不确定性较小;(3)未来流域降水呈现增加趋势而气温降低;(4)未来时段流域径流增加显著,且降水是控制流域径流的主要因素。

基于SWAT模型的格尔木河径流演变特征研究

我国西北旱区生态环境脆弱,是全球气候变化的敏感区域之一。近几年来,在全球暖化的大环境下,区域地表水产流机制改变诱发的水文与生态问题越发突出。本文以青藏高原北部极端干旱的格尔木河流域为例,利用SWAT建立流域主要产流的山区地表水文模型,结合区域水文资料等定量研究格尔木河径流演化及其渗漏补给地下水的时空演变特征。结果表明,在1976~2014年期间格尔木河出山口径流量呈递增趋势,年增长率达0.38(m^(3)·s^(-1))·a^(-1),多年平均径流增量约1.66×10^(8)m^(3),且夏季径流量增加较冬季更为显著。降水和温度是影响流域山区地表产流量增加的主要气象因子。流域出山口径流量的增加改变了盆地内地表径流入渗补给地下水的条件,格尔木河多年平均渗漏补给地下水量为9.89×10^(8)m^(3)。河流渗漏量的递增会打破区域地下水系统平衡,诱发一系列水文生态问题,威胁区域可持续发展。本研究可为我国应对全球气候变化带来的旱区水资源和生态环境挑战提供科学支撑。

基于DEM的格尔木河流域水系分维分析

分形理论为流域的复杂地貌形态及其发育过程等方面提供了定量依据,为进一步深化流域水系的分形研究,以ASTER-GDEM数据为基础资料,运用GIS水文分析工具提取了格尔木河流域在不同汇流累积量阈值下的水系河网;并用盒维数法计算了相应的水系分维数,以此来描述流域的地貌形态特征;并进一步预测流域地貌的发育演化趋势。研究结果表明:在一定无标区间范围内,汇流累积量阈值和分维数拟合较好;计算得到格尔木河流域的水系分维值处于1.6～1.8之间,据此可以判断出该流域处于地貌侵蚀发育壮年期,并向壮年晚期发展,流域地势起伏大,地面切割得支离破碎、崎岖不平,河流以侧蚀为主,下切作用相对较弱,与流域高程面积积分值计算所得结论一致。

格尔木河流域面积-高程积分值的地貌学分析

在SRTM-DEM数据的基础上,运用GIS空间分析技术,系统提取了格尔木河三级流域及部分二级流域地形参数和面积-高程积分值,探讨了面积-高程积分值的面积及空间依赖性,并对面积-高程积分值(HI)对构造活动性、岩性变化、冰川作用强度的指示意义进行了研究。研究表明:HI值具有面积依赖及空间依赖性;东昆南断裂(F4)-西大滩断裂(F3)以昆仑山口为界可以分为东西两部分,各自的活动性都是中间强往两边依次减小,东昆中断裂(F1)的活动性变化不大;岩性对HI影响表现出,侵入岩的抗侵蚀力最大,片岩的抗侵蚀力最小,碳酸盐岩组合的抗侵蚀力居中;冰川作用对地貌发育和侵蚀程度有改造作用,与只有古冰川发育或无古冰川流域比较,有现代冰川发育,古冰川作用遗迹广泛的流域,HI值较大并会出现U型谷。

格尔木河中下游—达布逊湖段水化学变化特征研究

1999年 8月对格尔木河—达布逊湖流域进行了系统考察 ,并对其地表水体取样分析后发现 ,河水水化学分布空间上从源头至湖中逐渐咸化 ,表现出明显的地貌分区性特征 ,且东河段水质异常咸化 ;时间上河水矿化度总体表现为逐年上升的趋势 ,湖水则相对稳定 .作为流域农牧业发展的水源地和近几年格尔木市移民建设的重点地区 ,其地表水体水化学的时空异常变化应引起足够的重视 .

格尔木河小干沟坡积沉积特征与古环境重建

格尔木河小干沟坡积剖面的地质地貌环境、宏观沉积构造、石英砂SEM结构特征及年代学研究揭示出该区坡积的沉积特征和坡地环境演化过程。格尔木河流域普遍存在坡积上覆风尘堆积,下部坡积代表坡面片流过程盛行,反映较湿润的气候环境,上部风尘堆积则代表风沙过程盛行,反映较干旱多风的气候。小干沟坡积物石英砂SEM结构特征组合不同于其它沉积环境,具有自己典型的特征组合,反映了青藏高原干剥蚀环境下石英砂特有表面结构特征组合。石英砂SEM结构特征中出现许多高起伏的颗粒外形,普遍出现次棱角、次棱脊、贝壳状断口、平行解理、溶蚀坑与溶蚀缝、硅质球、硅质鳞片、SiO2结晶特征。石英砂表面结构特征的颗粒频率曲线揭示坡积物成因以风化作用和化学作用为主,无冰川作用。颗粒外形特征表明坡积物为近源堆积;机械特征主要由强烈的风化作用及搬运过程中的碰撞造成;其中强烈的化学作用特征与该地区具有碱性、冷暖变化及局部良好供水的环境条件以及后期稳定沉积环境有关。小干沟剖面揭示出末次冰期以来经历冷湿(30～17 ka)到暖干(14 ka～至今)的环境变化过程。与格尔木河上游小南川剖面比较,不同的岩性、地貌、水热条件导致坡积沉积特征的差异,反映地貌过程垂直地带性。

格尔木河流域及周边地区表土花粉与区域植被的关系研究

对格尔木河流域进行了植被样方调查及表土、河流冲积物表层花粉分析,结果显示该流域表土花粉能较好地反映样方植被群落特征,河流冲积物样点中,上游段花粉组合以藜科、麻黄科、蒿属为主,反映了该段植被带的整体面貌;中下游段样点花粉组合中禾本科、莎草科占绝对优势,反映河道周围湿生草地植被带特征。主成分分析(PCA)显示,前两个因子轴能很好地区分高寒灌丛草甸带、矮半灌木荒漠带和湿生草地样点。

格尔木河中下游微量元素地球化学变化特征

为了查明格尔木河淡水与达布逊湖卤水中一些特征微量元素浓度变化特征 ,于 1999年 8月对格尔木河流域进行了系统考察 ,同时以对格尔木市工农业生产及居民生活有重要影响的格尔木河为主线 ,从中下游至达布逊湖段对河水取样做了B、Li、Rb、Sr、Pb、Cd、Zn、Co、Ni、Cu、Fe、Mn等元素的含量变化分析。根据前人的研究资料及此次的分析结果 ,格尔木河水中微量元素组成具有富B、Li、Pb、Cd而贫Zn、Fe的特征 ;河水在流经格尔木市后大多微量元素含量显著增高 ,且在洪冲积扇区东河段形成一局部异常带 ;B、Li在该区作为资源性元素 ,具特征的线性正相关关系 ,其比值在同一类型的水体介质中变化不大 ,但不同类型的水体 (淡、咸水 )比值差别较大 ,相比之下 ,Li更趋向于在迁移终点 (盐湖 )富集。鉴于B、Li资源的相关共存性 ,建议在开采贵金属Li资源的同时 。

格尔木河流域地下水生态功能及经济损益阈值解析

为保护西北地区地下水资源和脆弱的生态环境,亟待开展地下水合理开发利用研究。在分析格尔木河流域水文地质条件、环境地质问题基础上,采用遥感解译、野外调查和地下水动态监测的方法,界定了地下水的生态功能及阈值,即维系植被生态地下水埋深为0.5～10 m、减轻盐渍化程度的地下水埋深应大于3 m、减轻城市内涝的地下库容应大于3.42×10~8 m^3、维系达布逊湖面积的入湖流量应大于2.82×10~8 m^3·a^(-1)。基于格尔木河流域生态系统服务价值构成,得到减轻城市内涝及减缓盐渍化程度的环境正效益值分别为8 000×10~4元·km^(-2)和163×10~4元·km^(-2);地下水的不合理开发利用导致植被退化、河湖面积萎缩的环境负效益值分别为191元·km^(-2)和1 032元·km^(-2)。研究成果可为流域内地下水资源开发利用和生态环境保护提供科学依据,同时也可为西北其他内陆河流域地下水合理开发利用提供借鉴依据。

近38年来格尔木河中下游绿洲时空演变及其与人类活动的关系

基于1977、1987、1999、2006、2014年5期Landsat MSS/TM/ETM+/OLI遥感影像,结合"中国1︰10万土地利用数据"及土地利用/覆盖变化(LUCC)和景观格局、城市扩展指标等分析了绿洲时空演变及其与人类活动的关系。结果表明:近38年来,格尔木河中下游绿洲变迁呈急剧退缩-退缩-扩张的变化趋势,特别是1977—1987年绿洲退缩速度最快,退缩面积高达638.67 km^2,累计动态度-3.55%,1987—2006年绿洲继续退缩,但速度明显变缓,累计动态度分别为-0.52%和-0.88%,2006—2014年绿洲首次呈扩张状态,绿洲面积增加27.19 km^2,累计动态度0.26%,绿洲变迁趋于稳定。草地变化对绿洲退缩的贡献率最大,林地、耕地和建设用地变化对绿洲扩张的贡献率逐渐增大;绿洲重心迁移明显,迁移方向为南偏东-东南-西南-东南,迁移距离1977—1987年最长,为2.96 km,以后逐渐变短。1977—2014年绿洲景观斑块和破碎度呈增加趋势,景观形状趋于复杂,且当城市扩展率、城市扩展强度减小时,绿洲变化动态指数均减小,表明绿洲景观趋于复杂的同时受人类活动影响日益增大。

格尔木河流域初始水权分配研究

介绍了格尔木河流域初始水权分配方案制定的有关情况,包括当地政府积极开展水权初始分配工作的背景,初始水权分配方案制定的原则、程序,初始水权分配方案的基本内容和落实水权分配方案存在的问题等。

格尔木河温泉水库应急抢险施工技术

2010年6月格尔木河提前进入主汛期,致使温泉水库入库洪峰流量及库水位均创历史记录,其砂砾石坝溃决风险很大。在应急抢险中,按照确保大坝不溃、把损失减少到最低程度的原则,确定了抢挖应急溢洪道,分流超过校核洪水位的洪水,降低库水位保坝的方案。经过抢险施工,排除了险情,确保了下游人员生命财产安全。

格尔木河流域地下水数值模拟

格尔木河流域是西北干旱区水资源开发利用的典型地区,为满足可持续开发利用的需要,针对《青海省格尔木河流域水资源综合利用规划》提出的水资源开发利用需求量,分析其是否对下游盐湖生态环境产生破坏影响。根据流域概况建立格尔木河流域水资源数学模拟模型,对平均水文序列变化趋势及各种典型年的水资源状况进行预测,探讨在不影响下游盐湖生态环境的前提下,格尔木河流域水资源合理开发利用的方案。

新型透水拦沙坎在格尔木河治理中的应用

在分析传统拦沙坎设计特点及自身结构原因引起的坎下冲刷加剧等问题的基础上,提出新型透水拦沙坎改进方法和工作原理:通过坎体开孔分流,降低坎上水头和坎后流速,有利于河床稳定。结合格尔木河治理中对该新型拦沙坎的应用情况,阐述其主要设计参数及选取过程。透水拦沙坎的坎体开孔率、开孔方式、分流比是影响坎位水流状况的关键。格尔木河公路桥下拦沙坎设计以主槽满流为控制条件,根据河道及水流特性,计算对比开孔率0～40%之间的坎前、坎后流速变化,综合确定开孔率取15%,开孔孔径150 mm,分流比6.69%,经初步运行,上下游冲淤情况良好。

柴达木水系格尔木河秋季浮游植物群落结构特征初步研究

2011年秋季(9月)对格尔木河的浮游植物进行初步研究。结果表明:格尔木河浮游植物共计4门28种(属)。其中硅藻最多(14种属),占50.0%;绿藻次之(8种属),占28.6%;蓝藻(3种属),占10.7%;甲藻(2种属),占7.1%;隐藻(1种属),占3.6%。浮游植物优势种以硅藻为主,占61.5%,种类有小环藻(Cyclotella sp.)、普通等片藻(Diatoma vulgare)、针杆藻(Synedra sp.)、尖针杆藻(Synedra acus)、曲壳藻(Ach-nanthes sp.)、舟形藻(Navicula sp.)、桥弯藻(Cymbella sp.)、菱形硅藻(Nitzschia sp.)、颤藻(Oscillatoria sp.)、席藻(Phormidium sp.)和栅藻(Scenedemus sp.)。格尔木河浮游植物数量变化在4.43×104～60.66×104cells/L之间,平均数量23.35×104 cells/L;生物量变化在0.0260～0.0476mg/L之间,平均0.0363mg/L。浮游植物平均数量以蓝藻最高,占86.0%;生物量以硅藻最高,占52.1%。分析显示各采样点浮游植物多样性指数、均匀度指数和物种丰富度指数均不高,平均值分别为1.80、0.43和1.49。上述结果表明该河段浮游植物群落结构较为简单,体现了格尔木河贫营养类型的特征。

格尔木河流域地下水水化学特征及其演化规律

本文运用水化学理论及水质评价等方法,对格尔木河流域地下水从山区到盆地中心各离子含量的变化、水体水化学特征及其演化规律进行了分析和研究,为格尔木河流域以及柴达木盆地地下水资源的合理开发利用和规划提供了科学依据。

格尔木河流域水资源开发利用规划预测分析

格尔木河流域属干旱区,干旱的自然环境决定了水资源在促进社会经济发展和生态环境保护方面起着十分重要的作用,水资源既是社会经济发展必需的宝贵资源,也是维持绿洲生态环境的重要因素。因此,合理开发利用水资源,制定中、远期流域用水规划,调整农业种植结构,发展节水农业,加强水资源统一管理,提高工业水资源重复利用率,是格尔木河流域今后发展的主要方向。探索适合于流域水资源可持续开发利用模式,确保水资源长期可持续开发利用,对格尔木河流域的社会效益、经济效益和环境效益可持续发展具有重要意义。