Runoff variation affected by precipitation change and human activity in Hailiutu River basin,China

For recent years,runoff generation and hydrological processes in Hailiutu River basin have been greatly changed by climate change and human activity,especially water and soil conservation construction.In this study,the trends in precipitation,evapotranspiration(ET)and river runoff as well as the effects of precipitation change and human activity on runoff variation have been studied.The results showed that during 1960-2000,annual precipitation and river runoff,monthly precipitation and ET in September and October as well as monthly runoff in all months showed a significant decrease.In addition,peak flow and base flow had a large decrease.Under the joint influence of precipitation change and human activity,the mean annual runoff decreased by 35 million m3 from the baseline period(1960-1985)to the change period(1986-2000),which accounted for 60.9%and 39.1%of the total runoff decrease,respectively.Precipitation change played a primary role in the decrease of annual runoff whereas human activity,particularly water and soil conservation construction,also had remarkable impacts on runoff variation.

海流兔河流域植被分布与地形地貌及地下水位关系研究

干旱区植被与地形地貌及地下水的相互依存关系是揭示植被生态水文过程的关键。由于降水稀少,中国西北地区植被的生长发育与地貌和地下水的关系极为密切,从大尺度上研究地形地貌和地下水变化的生态效应问题对生态环境的保护和恢复具有重要的意义。应用遥感方法,基于地形地貌和地下水位观测数据,在流域尺度上定量地研究了中国鄂尔多斯高原海流兔河流域植被发育与地形地貌和地下水埋深的关系。结果表明:河谷、滩地、沙丘、沙地地貌的植被发育状况是依次变差的,植被在高程1 220m左右处发育最好。地下水位埋深对植被的影响范围为1～5m,当地下水位埋深超过5m时,气候与土壤因素是决定植被的主要因素,地下水位的变化对植被的长生状况影响不大。

物种多样性及生物量与地下水位的关系--以海流兔河流域为例

以3条样带上117块植被群落调查样方为基础资料,研究了海流兔河流域植被物种多样性及生物量与地下水位之间的关系。结果表明:1)地下水位高低及地貌类型均会影响草本层植物群落组成及优势种构成。滩地样地中,随地下水位降低,优势草本的更替方向为寸草,芨芨草,马蔺,狗尾草,碱茅;沙坡样地中,优势草本的更替方向为大针茅,沙鞭,沙蓬,沙打旺。2)地下水位为1.5 m时是草本植物群落生长发育最适宜区域,物种多样性及丰富度达到最大,而灌木层物种多样性及丰富度随地下水位下降呈现波动变化的特征;当地下水位埋深小于5.0 m时,草本层物种多样性及丰富度明显高于灌木层,在地下水位埋深大于5.0 m时,草本层物种多样性指数开始出现低于灌木层的现象。3)草本植物多样性及丰富度和生物量之间关联性不强,滩地样地中,草本层地上生物量及地下生物量在地下水位为1.8 m时具有最大值,但植物群落结构较为单一;沙坡样地中,地上生物量最大值出现在地下水位为5.0 m的区域内,而地下生物量最大值出现在地下水位为3.5 m时。综上,物种多样性、地上及地下生物量与地下水位都不是简单的线性关系,而是有一个最适水位;高于或低于这个最适水位,多样性和生物量都会下降。

海流兔河基流特征及其对气候变化和人类活动的响应分析

基流是海流兔河流域地表径流的主要组成部分,是流域河流枯水期流量的重要来源,更是维护流域生态环境健康的基本保证。本文采用不同方法对海流兔河流域1957-2011年基流数据进行分析。基于流域水文及气象数据,应用双累积曲线法和SWAT模型分析流域基流对气候变化和人类活动的响应关系。结果表明:流域基流年内分配不均匀,夏季基流分配量普遍较少;基流年际变化整体呈现下降趋势,并分别于1968、1989和2001年发生突变。流域基流对人类活动的响应强于气候变化,人类活动是流域基流变化的主要因素,降雨是次要因素,气温是第3因素。

鄂尔多斯盆地海流兔河流域地表蒸散发研究

基于陆地表面能量平衡系统对鄂尔多斯盆地北部海流兔河流域2012年蒸发量进行了反演,对蒸散发量的空间分布进行了分析并讨论了地下水位埋深对蒸发量的影响。结果表明:在枯水期海流兔河流域地表蒸散发的主要影响因素是地表土壤的含水率程度,而在丰水期的主要影响因素是植被覆盖状况和地表土壤的湿润程度;根据计算,海流兔河流域2012年总蒸散发量约为8.76×108 m3。

毛乌素沙地海流兔河流域植被净初级生产力估算

采用CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型,结合TERRA MODIS卫星数据和气象数据,对毛乌素沙地海流兔河流域2015年各月的植被净初级生产力(NPP)进行估算,并对植被NPP月平均值的时空分布规律及其与气象因子和地下水位埋深的关系进行了分析。结果表明:毛乌素沙地海流兔河流域2015年植被NPP总量为2.88×10^(11)g,生长季(4月份至10月份)的植被NPP总量达2.81×10^(11)g,占全年植被NPP总量的97.57%。随着时间推移,植被NPP月平均值和归一化差分植被指数(NDVI)月平均值呈"缓慢增加—急剧增加—急剧下降"的变化趋势。植被NPP月平均值季节变化明显,春季、夏季、秋季和冬季植被NPP月平均值之和分别为20.55、69.39、20.46和0.48 g·m^(-2)。从空间分布上看,中部河谷和滩地的植被NPP月平均值总体上高于东南部、西部和西北部等沙丘荒漠区。月平均气温对植被NPP月平均值变化的影响最大,其次为平均实际日蒸散发量和地表月太阳辐射。植被NPP月平均值随着地下水位埋深的增加而减小,最大值出现在地下水位埋深1~2 m之间。上述研究结果显示:采用CASA模型可以较好地估算毛乌素沙地海流兔河流域植被NPP值,月平均气温和地下水位埋深对该流域植被NPP值的影响较大。

海流兔河径流特性变化及影响分析

采用海流兔河韩家峁水文站1957-2010年实测径流资料,利用基流指数(BFI)方法计算了河流基流量,并分时段分析了径流年际变化、年内分配不均匀系数、集中程度及变化幅度等特性。结果表明:①流域基流指数为0.864,即80%以上的河水来源于地下水的排泄。②20世纪50-60年代,年径流量较高;70-80年代,年径流量有所下降;90年代,年径流量持续下降至最低值;而2000年以来,年径流量有所回升。③径流年内分配比较均匀;50-60年代,径流年内分配较不均匀;70-90年代,径流年内分配趋于缓和;而2000以来,径流年内分配极不均匀。

海流兔河流域径流变化的周期和趋势分析

以荒沙草滩区典型河流海流兔河为例,利用连续小波变换、多时相趋势分析,并联合利用离散小波变换和Mann-Kndall秩次检验法对1957—2011年的年均径流分别进行周期、趋势以及趋势结构分析。结果表明：1海流兔河年均径流量在时间序列上主要存在着12~21 a周期变化,第一主周期为17 a,且径流量偏少阶段将从2010年持续至2016年左右,之后将进入偏多阶段。2海流兔河流域径流量呈现显著下降趋势,与整个黄河中游总体径流量减少趋势相一致。3联合利用离散小波变换和Mann-Kendall秩次检验法可以很好地解释趋势的基本结构,8~16 a的周期性事件对海流兔河径流的趋势影响最大。水文时间序列周期部分的周期性越强,其对序列趋势的影响越大。4序列趋势的显著性和方向取决于其长度以及在整个序列中的位置,主要是因为序列中长周期丰枯交替的存在,多时相趋势分析一定程度上解决了由于序列长周期丰枯交替的存在造成的序列趋势判断的不确定性问题。

基于时间序列的海流兔河流域降水量模拟预测分析

基于1959—2019年海流兔河流域周边的鄂托克旗站、横山站和榆林站的降水量资料,采用小波分析、DEM分析,holt-winters模型讨论了该区域的降水量周期变化特征及未来趋势预测,并通过泰森多边形法加权,对海流兔河流域的降水量进行了模拟预测分析,明晰了以流域为单位的降水量变化规律及未来降水量演变趋势。结果表明:夏秋季降水集中的海流兔河流域在1959—2019年的61年期间内,干湿周期变化以6年和12年为主,其中未来2~3 a的短期降水量展望呈下降趋势,未来6~12 a以上的长期降水量趋势呈显著增加态势;通过holt-winters模型预测了未来12 a的降水量变化趋势,其预测值的平均相对误差为22.28%,预测多年平均降水量为491.6mm,流域整体降水量预测值呈波动上升态势。该研究可为以流域为单位的水土保持及煤水协调水文模拟提供降水方面的指导。

2000～2014年海流兔河流域植被覆盖度变化及其驱动因素分析

基于MODIS NDVI数据,利用线性回归法分析植被覆盖度的时空变化趋势.研究海流兔河流域2000～2014年间植被覆盖度的变化规律,确定其变化的影响因素.结果表明,研究区96.9％的区域面积NDVI处于不断上升的趋势,区域年平均NDVI增量达到0.0065.通过转移矩阵法研究出该区3个时段4种不同等级植被覆盖度的变化趋势,各等级植被覆盖度均有不同程度的增加.NDVI值＜0.40的区域面积的百分比由88.0％降低到75.8％,尤其是＜0.20的区域变化最为明显,由最初占区域总面积的20.8％下降到3.5％.研究区15年来植被覆盖度不断增加,植被生态呈现良性发展趋势,导致这种变化的主要影响因素是人类活动.

干旱-半干旱区下垫面变化对地下水位的影响

土地利用格局的变化导致了流域下垫面环境的改变,进而对该地区水文循环的源汇项产生了影响,对地下水位也产生了较大的影响。为研究下垫面变化与地下水位的关系,对不同时期的海流兔河流域遥感影像进行定量化分析,收集了长序列地下水监测数据,通过计算不同土地类型的转移矩阵,绘制地下水位变幅图,在此基础上,对不同土地类型转移量的地下水位及影响因素进行了分析。结果表明:地下水位变化主要受到下垫面变化的影响;土地利用类型时空转换强烈,土地利用类型变化剧烈的地区均是地下水位急剧变化的区域,说明土地利用类型的变化对下垫面影响较大,和地下水位空间分布存在正相关性。

基于SEBS方法的蒸散量计算及可靠度分析——以鄂尔多斯高原海流兔河为例

区域蒸散发量的分析计算,在水资源评价及分析研究中是至关重要的,其计算成果精度的高低对水资源的计算影响很大。但目前蒸散发还难以在大范围内进行直接测定,蒸散发量计算多采用间接估算的方法。表面能量平衡系统(SEBS)是近年来应用较为广泛的估算蒸散量的方法之一。该文将大范围的卫星遥感资料与地面和高空观测的气压、气温、相对湿度、风速等气象资料相结合,运用表面能量平衡系统理论和方法(SEBS)对海流兔河流域的区域蒸散量进行了估算,并应用水量均衡原理和方法,对遥感方法估算的蒸散量计算结果的可靠性进行了验证。结果表明:SEBS方法估算的蒸散量与水量均衡法计算出的蒸散量结果很接近,从而验证了SEBS方法估算区域蒸散量的可靠性。

毛乌素沙地海流兔河流域水文地质特征

海流兔河流域是毛乌素沙地的代表性流域,开展以流域为单元的研究,将为毛乌素沙地的流域水资源配置提供科学依据。通过系统分析海流兔河流域的含水层展布和地下水分布特征,创新性地将含水层厚度和地下水埋深的分区进行小波图像融合后,得到了新的水文地质参数分区。结果表明:海流兔河流域的第四系及白垩系为该区域的巨厚含水层系统,其中白垩系含水层由南向北逐渐增厚,整体上该流域地下水资源量丰富。克里金指数模型适用于海流兔河流域的地下水埋深插值,该模型得到的流域地下水埋深为0—43 m,其中地下水埋深3 m以上的区域占流域的主体部分。以Symlets小波函数作为离散小波变换的图像融合技术对海流兔河流域的水文地质参数分区具有较强的适用性。