WACM4.0模型模拟内蒙古河套地区山水林田湖草系统水循环

内蒙古河套地区是中国重要的商品粮、油生产基地。区域内耕地密布,长期大规模河道外引水,引排水渠系纵横交错,人类活动剧烈,改变了原来的水循环环境,水循环要素变化具有时空变异性,水分转化与运动过程及其复杂。为厘清河套地区山水林田湖草系统的水循环演变规律,该研究在"自然—人工"复合水循环理论基础上,构建了适用于强人类活动地区的分布式水循环模型(Water Allocation and Cycle Model,WACM4.0),系统模拟分析了河套地区山水林田湖草各系统的水循环演变规律与水分运动过程。结果表明:乌梁素海、引排水渠道水循环特征以引水—排水的横向运动为主;乌海滩涂水循环特征以地下水补给—蒸发的垂向运动为主;海子水循环以垂向与横向综合运动为主;耕地水循环特征为灌溉水入渗—蒸散发的垂向运动;人工林、草地、未利用地与居工地的水循环特征为降雨—入渗—潜水蒸发的垂向运动。山水林田湖草系统整体水循环特征以灌溉(降雨)—下渗—蒸发垂向水循环为主。河套地区地下水量逐年亏损,地下水循环过程为"负水平衡"垂向运动。河套地区引水灌溉平均每年致使黄河径流量减少约42.0亿m^3。其中耕地耗黄水量最多,其次为引水渠道、乌梁素海、排水渠道、海子、草地。研究可为河套地区灌溉管理、水资源开发利用与山水林田湖草生态保护提供基础支撑。

水资源开发利用条件下的流域水循环研究

针对高强度水资源开发利用条件下流域水循环研究存在的问题,从认知、试验、理论、方法四个层次探讨了适应水资源开发利用条件的流域水循环的研究方法,构建了一个以水资源配置模型与水循环模型耦合为核心,以流域供需水分析和流域生态、环境、经济综合评价为响应的多目标调控模型。利用该模型,对黄河流域水资源进行了合理配置计算。结果表明,现状条件下黄河流域缺水严重;而在未来情境下缺水将更加严重,大力节水能够较大程度缓解缺水状况。

分布式土壤风蚀模拟与应用

流域农业节水措施的大规模实施,直接影响到农田作物根系层含水率及其时空分布,而土壤水分是影响土壤风蚀的一个重要因子,农业节水是否会对流域土壤风蚀产生明显影响,已成为评估流域节水成效的重要指标。基于前期开发的分布式水资源分配与水循环模拟模型(WACM),本文开发土壤风蚀模拟功能,构建一个基于过程的、连续的、以日为时间尺度的分布式土壤风蚀模拟模型,可以模拟现状以及气候变化、人工供用水和农业耕作等影响下区域土壤风蚀过程。利用该模型,反演了徒骇马颊河流域1991—2005年15年系列流域土壤风蚀过程,模拟发现流域15年平均土壤风蚀模数为1.217kg(/m2.a),整体处于轻度侵蚀区,但部分年份和部分地区的土壤风蚀非常严重,1991年流域土壤风蚀强度达到中度,而流域中山东夏津等地区多年平均土壤风蚀也达到中度侵蚀。最后初步定量分析了大规模节水措施的实施对流域土壤风蚀的影响,结果表明大力节水对流域整体土壤风蚀影响较小,但对部分地区的土壤风蚀有较大影响。

气候变化对澜沧江-湄公河上中游径流的影响研究

将区域气候模式RegCM3与水循环模拟模型WACM进行单向耦合,对澜沧江-湄公河流域未来气候变化和流域上中游主要控制水文站径流响应进行了模拟和分析。区域气候预估表明,相对于现状(1980—2009年),A1B情景下未来(2010—2039年)流域年平均温度和降水均有增加趋势,分别增加了0.65℃和1.87%,但降水增加不明显;流域北部温度增幅比南部明显,而降水区域差异较大,变化较为复杂。径流模拟结果表明,未来气候变化情景下,清盛和琅勃拉邦站多年平均径流量与天然情景相比均有减少趋势,分别减少了1.23%和3.69%,但变化不明显;未来径流年际变化呈不显著的减少趋势,而温度变化对径流影响作用要强于降水;未来春季和夏季(3—6月)径流增减相对明显,局部区域有洪涝和水文干旱的风险,而其它月份径流变化不显著。

面向山-水-林-田-湖-草各系统均衡的河套地区水资源合理配置研究

内蒙古河套地区内有大面积草地、300多个海子,是我国北方重要的生态屏障.但河套地区内耕地密布,长期大规模河道外引水,引排水渠系纵横交错,人类活动影响剧烈,改变了地表径流和地下径流的数量和路径,致使黄河径流量与人工水循环通量此消彼长,水资源优化配置面临巨大挑战.本文构建适用于强人类活动影响下的分布式水文模型——WACM4.0,改进水资源配置模块(包括区域水均衡、地下水生态水位阈值设定、生态补水量与乌梁素海生态保护目标,社会经济用水效益最大化目标),从山-水-林-田-湖-草各系统水量消耗过程入手,考虑蒸发、入渗以及单元间的水量平衡,将各个平衡系统统一联系起来,精细模拟河套地区渠系引水、耕地、林地、草地、未利用地、乌梁素海、乌海滩涂、海子、居工地与沟道排水等多时空水循环与耗水过程,并开展基于耗水量的水资源优化配置研究.结果表明:近10年全河套地区平均每年耗水量62.77×10~8m^3,整体呈下降趋势,平均每年耗黄水量42.59×10~8m^3,整体也呈下降趋势.近10年平均每年生态耗水量为16.48×10~8m^3,平均每年生态耗黄水量为9.08×10~8m^3.本文考虑社会经济发展速度与节水水平设置"高方案""中方案"和"低方案"预测2030年各用水户耗水量,开展水资源配置分析,在考虑满足用水总量控制指标、生态环境保护目标基础上,为实现社会经济用水效益最大化,推荐中方案,以期为河套地区乃至黄河流域生态保护和高质量发展提供技术支撑.