青藏高原北部格尔木河流域水文过程的模拟与预估

水文过程的准确模拟和预估对青藏高原水资源的管理和保护具有重要意义。然而,国家气象观测站点非常有限且分布不均,对高原地区水文过程的准确模拟带来很大挑战,因此利用多源降水资料是提高模拟精度的有效手段。本研究以青藏高原北部的格尔木河流域为例,使用VIC-CAS模型,以ERA5、WorldClim及TPHiPr三种降水产品的多年月平均降水量为背景场,利用气象站点观测数据进行插值得到气象驱动场,对格尔木河流域径流过程进行模拟与分析,并利用降尺度后的CMIP6气候模式数据对流域未来径流进行了预估。结果表明:以ERA5的多年月平均降水量作为协变量,并使用TPS插值法得到的气象驱动所模拟的效果最好,率定期和验证期的纳什效率系数(NSE)分别为0.71和0.70。格尔木河流域冰川融水与积雪融水对年径流量的贡献分别约为14.9%和32.5%。1971—2019年在年降水量缓慢增加及气温上升趋势显著的背景下,融雪径流和冰川径流的增加速率分别为0.28×10^(8) m^(3)·(10a)^(-1)和0.03×10^(8) m^(3)·(10a)^(-1),年径流以0.54×10^(8) m^(3)·(10a)^(-1)的速率增加,融雪径流增加贡献率超过50%。预估格尔木河流域2025—2100年在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下年均径流量分别为10.92×10^(8) m^(3)和11.51×10^(8) m^(3),增加速率分别为0.38×10^(8) m^(3)·(10a)^(-1)和0.51×10^(8) m^(3)·(10a)^(-1);预估在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下,未来时期融雪径流与冰川径流均于21世纪20年代和30年代相继达到拐点,到21世纪末期出现大幅减少。本研究对青藏高原其他观测资料缺乏地区的径流模拟也具有一定的借鉴价值。

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。

柴达木盆地格尔木河流域生态需水量初步估算探讨

格尔木河流域是柴达木盆地工农业较发达地区之一。近年来,随着流域水资源开发利用程度不断加大,用水结构欠合理,生态环境趋于恶化。本文从流域主要植物生长状态分析了地下水位埋深对植物生长的影响,确定了不同植物对地下水位埋深、地层岩性和不同盖度下的植物蒸发蒸腾强度。从研究流域生态需水量出发,分别对河道内、河道外天然植被和东达布逊湖生态需水量进行了初步估算,分析了水资源开发利用对生态环境的影响,从而为今后研究流域水资源开发利用和生态环境保护提供理论参考。

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。

格尔木河流域土壤湿度时空变化及其影响因素研究

土壤湿度是表征土壤含水量的一种相对变量,是地下水-地表水-大气水循环系统的核心和纽带。研究土壤湿度的分布特征及其影响因素对干旱地区的生态环境保护具有重要意义。文章基于MODIS数据,应用表观热惯量(ATI)法反演了格尔木河流域土壤湿度时空变化规律并分析其影响因素。为了研究结果的可靠性,利用Mann-Kendall方法进行了趋势检验分析,利用CLDAS数据和野外实测土壤含水量数据对遥感反演结果进行了检验验证,结果表明:2002—2016年格尔木河流域土壤湿度总体呈现上升趋势,并且通过Mann-Kendall检验分析,结果显示2008年发生突变,上升趋势明显。通过对流域不同用地类型的解译,北部盐池平均ATI值最高为0.088;中部及南部大面积裸土平均ATI值最低为0.028;自然植被与耕、林地平均ATI值分别为0.034和0.033。遥感反演土壤湿度结果与CLDAS数据和野外实测土壤含水量数据的相关性分别为0.85和0.59,相关性较高,说明遥感反演结果具有一定的可靠性。与蒸发、植被有良好的响应关系,相关系数分别为0.92和0.79。

格尔木河流域植被指数时空分布及其影响因素研究

格尔木河流域气候干旱少雨,生态环境较脆弱,植被动态对其生态环境保护具有重要意义。基于连续序列的MODIS NDVI数据,分析了格尔木河流域植被指数时空分布及其影响因素。结果表明:研究区NDVI平均值总体较小,主要在0.10～0.12间波动,但呈增大趋势。区内植被改善区分布在格尔木市东、西两侧,基本不变区为荒漠地区,植被退化区分布在北部盐湖区。区内裸土的面积逐渐减小,低覆盖率和高覆盖率植被的面积逐渐增加。研究区植被生长与气象、土壤水分和地下水位埋深都有关系。气温与植被指数相关关系较好,相关系数为0.822,而降水对植被的生长也有一定的作用。植被指数与表观热惯量是正相关关系,相关系数为0.979。区内植被的地下水位埋深范围为0～12 m,在水位埋深约为6.5 m的地方,植被长势最好。

格尔木河生态基流研究

基于格尔木河上游纳赤台水文站1968年~2018年、中游格尔木水文站1959年~2018年逐日径流、降水资料,对原始实测水文数据进行Mann-Kendall突变检验,还原修正后,采用Tennant法、Q法、近10年最枯月平均流量法和最小月平均实测径流法,结合格尔木河干旱区河流的特殊性进行分析计算。结果显示,格尔木站突变年为1965年、2009年,纳赤台站突变年为2002年;还原修正后,格尔木水文站的生态基流汛期(4月~9月)为7.26 m^(3)/s、非汛期(10月~翌年3月)为2.42 m^(3)/s,纳赤台水文站的生态基流汛期(4月~9月)为4.20 m^(3)/s、非汛期(10月~翌年3月)为1.40 m^(3)/s。