近期博斯腾湖水位变化及其原因分析

新疆博斯腾湖1987年以来湖泊水位的变化(上升)与主要补给河流开都河径流量的变化有直接关系, 而这与发源于天山中段降水和高山冰雪融水的河流, 受到气候变化影响很大有关. 全球变化研究结果显示, 中亚干旱区是全球温度上升幅度较大的地区. 当地的气象资料表明, 过去20 a年平均温度明显升高的趋势, 对水资源储量和补给来源影响深远.     

20世纪下半叶开都河与博斯腾湖的水文特征

开都河属于雪冰融水和雨水混合补给的河流,流域共有冰川722条,冰川总面积为445km²,冰川总储量为22.4km³.开都河年径流补给源中,积雪和冰川及地下水补给占有相当大的比例.开都河是博斯腾湖的主要补给源,对博斯腾湖生态与环境起着至关重要的作用.1987年以来,由于开都河天然年径流量的大幅度增加,博斯腾湖水位不断持续上升回复到上世纪50年代水平,目前,已达到历史最高水位.     

气候变化对塔里木河来自天山的地表径流影响

塔里木河水资源主要来自天山南坡两条源流,选择西段阿克苏河和中段开都河-孔雀河作为研究区.1956-2003年研究河源山区气温呈持续升温且降水波动增加的趋势,其中1995-2003年升温强劲,升温速率高出48 a期间平均的3倍以上;降水自1986年后持续增加,20世纪90年代较80年代增幅达18%,并显示出河源山区湿岛向塔里木盆地扩展.因高山缺少气象观测,出山径流过程变化可以综合反映中高山带的气候变化.塔里木河来自天山的地表径流在1986-2003年间持续增长,以冰川融水补给为主的库玛拉克河,1994年以来年径流量增加已在前期平均值基础上提升了一个台阶;开都河以降水径流补给为主,1986-2002年出现了观测记录以来的丰水期,并使1986年后博斯腾湖水位快速上升,恢复到1958年记录的最高水位以上.两河年径流变化趋势基本相似,但也显示有西、中段的气候变化局部差异,出现丰枯水期的不一致;然而,在近16 a升温过程中,年径流增长幅度和快慢相近.     

叶尔羌河上游不同流域夏季气候和径流变化研究

叶尔羌河是以冰雪补给为主的河流,径流的变化主要受气温和降水的影响,其中, 气温起主导作用. 基于1972-2011年近40 a的气温降水和径流的实测资料,分析叶尔羌河上游不同流域地区夏季气温、降水、蒸发以及径流的变化特征及相关性. 结果表明：库鲁克栏杆站夏季降水显著增加,蒸发减少,其余要素没有变化趋势;后20 a（1992-2011年）较之前20 a（1972-1991年）气温、降水和径流的变化分别为-0.6℃、40%、4%,径流的增加是春季融雪增多、降水增大、蒸发减少和溃决洪水补充的结果. 塔什库尔干站夏季各要素均没有变化趋势,后20 a较之前20 a气温、降水和径流的变化分别为0.4℃、27%、20%,径流的增加主要是由气温增加引起的,降水的增加补充一部分径流.     

甘肃黄河流域与疏勒河流域降水径流变化特性对比分析

分析了甘肃黄河流域及内陆河疏勒河流域降水径流的年际变化特性。结果表明,黄河流域降水量与径流量变化一致,总体呈现减少的趋势;内陆河疏勒河流域降水量与径流量的变化趋势不一致,降水量呈总体减少趋势,径流量为总体增加趋势。两流域径流补给来源有差异,黄河流域径流补给来源为降水,疏勒河流域径流主要补给来源除降水外,与气温升高融雪水增大有关。     

有机质饱和烃和δ~(13)C_(org.)记录的博斯腾湖早全新世晚期以来生态环境演变

通过对新疆博斯腾湖湖芯沉积物中有机质饱和烃、有机质碳同位素组成(δ~(13)C_(crg))以及与前人得到的环境代用指标结果综合分析,重建了博斯腾湖从早全新世晚期以来古生态环境和湖泊水文的变化历史。结果表明,博斯腾湖大约在8130cal.a B.P.之前气候冷湿,湖泊不发育;约在8130~6400cal.a B.P.为暖湿的全新世适宜期,博斯腾湖流域降水和开都河径流量增加,湖泊水位上升外溢,水生植物及陆生植物发育;6400~5500cal.a B.P.左右冷湿,有效湿度较高,湖泊仍处于较高水位;5500~3000cal.a B.P.左右气候波动明显,为温干时期,而大约在4500—3900cal.a B.P.期间降温,为冷干环境;3000cal.a B.P.以来气温降低,2300~1250cal.a B.P.左右气温有所回升,大约自1250cal.a B.P.以来博斯腾湖地区自然环境逐渐干旱恶化,陆生植物发育较差,而湖泊中沉水植物发育较好。     

基于水量平衡的博斯腾湖水位变化分析

博斯腾湖是我国最大的内陆淡水湖,也是新疆南部地区重要的淡水资源。20世纪50年代以来,博斯腾湖水位多次剧烈变动。尤其是近30年,博斯腾湖水位波动尤为剧烈,甚至有不断加剧的趋势,这给该区经济建设和生态环境造成重大负面影响。基于水量平衡原理,分析博斯腾湖流域1986~2012年的气象水文数据,得到1986~2002年博斯腾湖水位急剧上升的原因在于开都河径流量的增加及开都河灌区引水量的减少。2002~2012年,开都河径流量持续走低,地下水的开采导致河道损失水量增大以及泵站扬水量的增加使得博斯腾湖水位急剧下降。     

西北气候环境转型信号在新疆河川径流变化中的反映

对新疆不同区域、不同补给类型的26条河流年平均径流量变化趋势分析研究,结果显示:大多数河流年径流量从1987年起出现增加趋势,天山山区增加尤其明显,其它地区有不同程度的增加,昆仑山北坡略微有减少.从径流变化来分析,天山山区的气候变化已出现由暖干向暖湿转型的信号,其它地区也正处在转型过程中.     

气候变暖背景下极端气候对青海祁连山水文水资源的影响

利用青海祁连山区极端气候要素和青海湖、哈拉湖及主要河流的水文资料,研究表明：冷夜日数（10%）呈显著减少趋势,暖夜日数（90%）呈显著增加趋势;年大风日数显著减少;年降水量21世纪初增加趋势最为显著并发生突变,降水量增加幅度中西段大于东段;≥ 5 mm、≥ 10 mm、≥ 25 mm年降水日数呈显著增加趋势,进入21世纪后更为明显,而≥ 0.1 mm年降水日数呈减少趋势;年平均大风日数与湖泊水位、河流流量变化呈负相关,大风天气的减少,可以缓解湖面和土壤因蒸发而导致的水分损失,对植被的改善可增加径流的产生,流入湖泊的流量增加;降水量与湖泊水位、河流流量呈正相关,受21世纪降水量增加的影响青海湖水位逐年上升,共上升1.67 m,达到20世纪70年代末的水位,中西部主要河流流量近几年也达到最大值,而东段流量增加不明显;祁连山区≥ 5 mm、≥ 10 mm、≥ 25 mm年平均降水量与湖泊、河流流量变化呈正相关,各量级年降水量对湖泊水位、河流流量的增加贡献显著。     

气候变化对天山西部哈什河径流变化过程的影响分析

由于气候变化导致的我国西北地区径流变化已引起了广泛关注.哈什河位于新疆天山西部,冰雪融水是哈什河主要补给源.根据哈什河1955年以来的实测水文、气象资料分析表明,50多年来,哈什河降水、气温呈波动性上升趋势,特别是20世纪80年代后期以来,降水、气温进入明显上升阶段.对径流丰枯周期分析表明,哈什河径流变化过程与降水、气...     

中国冰冻圈水文过程变化研究新进展

冰冻圈显著的变化已经对冰冻圈水文过程产生了一系列影响。本文重点梳理和分析了近20年，尤其是近10年以冰川融水、融雪径流、冻土水文等为主体的中国冰冻圈水文过程变化研究方面取得的新进展：①在冰川融水变化研究方面，对不同尺度的冰川融水开展了全面研究，发现冰川融水呈现全面增加之势；对冰川融水"拐点"是否出现进行了科学辨识，有了基本认识；对冰川融水过程进行了模型模拟，取得显著进展。②在融雪径流变化研究方面，通过对不同流域融雪径流估算，可基本掌握各河流的融雪贡献率；中国融雪径流变化差异较大，增减不一；融雪期变化具有普遍性，突出特点是峰值提前。③在冻土水文研究方面，通过对地表水-活动层壤中流-多年冻土层上水之间关系的研究，揭示了冻土区径流形成的重力和热力耦合机制；多年冻土变化对地表径流的影响已经显现，主要表现在冬季（枯水季）径流增加；已经发现多年冻土退化对径流有直接补给作用，在一些流域补给量可能达到一定量级。     

中国冰冻圈水文过程变化研究新进展

冰冻圈显著的变化已经对冰冻圈水文过程产生了一系列影响。本文重点梳理和分析了近20年，尤其是近10年以冰川融水、融雪径流、冻土水文等为主体的中国冰冻圈水文过程变化研究方面取得的新进展:①在冰川融水变化研究方面，对不同尺度的冰川融水开展了全面研究，发现冰川融水呈现全面增加之势；对冰川融水"拐点"是否出现进行了科学辨识，有了基本认识；对冰川融水过程进行了模型模拟，取得显著进展。②在融雪径流变化研究方面，通过对不同流域融雪径流估算，可基本掌握各河流的融雪贡献率；中国融雪径流变化差异较大，增减不一；融雪期变化具有普遍性，突出特点是峰值提前。③在冻土水文研究方面，通过对地表水-活动层壤中流-多年冻土层上水之间关系的研究，揭示了冻土区径流形成的重力和热力耦合机制；多年冻土变化对地表径流的影响已经显现，主要表现在冬季（枯水季）径流增加；已经发现多年冻土退化对径流有直接补给作用，在一些流域补给量可能达到一定量级。     

中国冰冻圈水文未来变化及其对干旱区水安全的影响

受气候变暖持续影响, 中国冰冻圈水文过程正在发生着显著变化。在梳理已有过去冰冻圈融水变化基础上, 重点分析了冰冻圈融水径流未来变化特点, 尤其是对冰川融水拐点及温升2 ℃阈值情况下, 到2050年和21世纪末, 冰川融水的可能变化进行了辨析, 进而研判了冰冻圈水文变化对流域、 重点是干旱区内陆河流域水安全的影响。研究表明, 中国未来大部分流域冰川融水径流总体呈现减少趋势, 并呈现冰川径流持续减少、 在不久的将来出现峰值和持续增加三种情况; 单条冰川融水可能会出现拐点, 而且拐点是否出现和出现的时间与升温速率和冰川面积大小有关; 在流域尺度上, 冰川覆盖率较大、 大型冰川面积占比较高的流域, 到2050年融水径流持续稳定增加; 冰川规模较小的流域, 冰川径流峰值早已出现; 介于上述两种情况之间的大多数流域, 冰川融水峰值在2020 - 2030年相继出现或变化呈现不显著增加或减少, 相对稳定; RCP情景温升2 ℃阈值下, 到21世纪末, 西北干旱区冰川融水量减少34% ~ 74%。冰冻圈水文变化导致水源涵养能力下降、 径流补给量减少、 对水资源的调节作用减弱、 流域径流变化幅度增加、 发生旱涝的风险增加、 春汛提前进而影响用水制度。     

Estimating the contribution of glacial meltwater to Ranwu Lake,a proglacial lake in SE Tibet,using observation data and stable isotopic analyses

It is important for both current monitoring and paleoenvironmental research conducted on proglacial lakes and their adjacent glaciers to clarify the hydrological processes operating on these lakes. However, in remote regions with limited accessibility it may be difficult to study hydrological processes by direct monitoring. In this study, we use measurements of stable isotopic compositions to trace the multiple water sources contributing to Ranwu Lake, a proglacial lake in south-eastern Tibet. Using stable isotopic data from precipitation, inflowing rivers and the lake water, a water and isotope mass balance modelling method was used to calculate the ratio of evaporation to input. Subsequently, using hydrological and climatic data for the outflow, the largest inflow and precipitation, other hydrological elements of the lake water balance were also calculated. The results demonstrate that the ratio of evaporation to inflow is as low as 0.009, the lowest value observed for the Tibetan Plateau, indicating that Ranwu Lake is a through-flow lake with a very short retention time. Glacial meltwater accounts for at least 55% of total runoff, the highest value observed for the Tibetan Plateau, indicating that the sediments of Ranwu Lake may have considerable potential for reconstructing variations in the activity of the local glaciers. Finally, we note that it may be inappropriate in this glacier-fed lake to use the intersection of the local meteoric water line with the lake water line for determining the isotopic composition of the input water, and this possibility must be carefully considered when stable isotope mass modelling is used in proglacial lakes.     

Hydrological basis of the Devils Lake,North Dakota (USA), terminal lake flood disaster

Devils Lake, a terminal lake in northeast North Dakota (USA), has experienced catastrophic flooding since 1993. From January 31, 1993, to December 31, 2014, lake level rose from 433.62 to 442.44 m, lake area expanded from 179.9 to 653.5 km², and lake volume increased from 0.70 to 3.80 km³. More than $1 billion ($USD) has been spent in government payments to mitigate direct, primary, tangible flood damages. This paper provides a case study of the hydrological basis of the Devils Lake flood disaster. The unique geomorphic setting, paleoclimatic record, and hydroclimatic conditions of the region are summarized, and a wide range of hydroclimatic data is examined to provide a broad understanding of the physical basis of the flood disaster. The primary cause of the disaster was a transition to a sustained wetter climate that resulted in a dramatic response in basin hydrological variables in 1993. The transition from a long-term dry period to a long-term wet period caused the lake water budget to begin to change from an atmosphere-controlled water budget dominated by precipitation input to an amplifier lake water budget dominated by surface runoff input to the lake. Other important hydrological factors include a nonlinear precipitation–runoff relationship following the long-term drought, fill-spill and fill-merge hydrological behavior that is characteristic of wetland complexes, an increase in the lake area-to-basin area ratio, and the critical role of frozen soils in controlling infiltration and runoff production of spring snowmelt. Engineering works to manage lake volume through two outlets have reduced, but not entirely eliminated, future flood risk.

     

Unraveling the mechanisms underlying lake expansion from 2001 to 2020 and its impact on the ecological environment in a typical alpine basin on the Tibetan Plateau

Yanhu Lake basin (YHB) is a typical alpine lake on the northeastern Tibetan Plateau (TP). Its continuous expansion in recent years poses serious threats to downstream major projects. As a result, studies of the mechanisms underlying lake expansion are urgently needed. The elasticity method within the Budyko framework was used to calculate the water balance in the Yanhu Lake basin (YHB) and the neighboring Tuotuo River basin (TRB). Results show intensification of hydrological cycles and positive trends in the lake area, river runoff, precipitation, and potential evapotranspiration. Lake expansion was significant between 2001 and 2020 and accelerated between 2015 and 2020. Precipitation increase was the key factor underlying the hydrological changes, followed by glacier meltwater and groundwater. The overflow of Yanhu Lake was inevitable because it was connected to three other lakes and the water balance of all four lakes was positive. The high salinity lake water diverted downstream will greatly impact the water quality of the source area of the Yangtze River and the stability of the permafrost base of the traffic corridor.©2023 China Geology Editorial Office.     

冰川水文模型研究进展

定量评估冰川变化对干旱区流域/区域水资源管理、海平面上升以及冰川自然灾害预防等十分重要。从冰川产流(消融)和汇流两个水文物理过程出发,介绍了国内外冰川水文模型的研究进展,对目前应用最广的两类消融模型——基于气象因子的统计模型和基于物理机制的能量平衡模型进行了分析和讨论;从冰川表面、内部以及下部汇流3个方面阐述了冰川汇流模型所取得的成果。表明冰川产流(消融)模型已相对较为成熟,而冰川汇流过程目前仍处于探索阶段。构建适合不同规模和类型冰川的、包含冰川运动信息的分布式冰川水文物理模型是今后的研究重点。     

慕士塔格卡尔塔马克冰川作用区的水文与水化学特征

利用2003年6月1日~8月25日实测的水文数据,分析了慕士塔格峰卡尔塔马克冰川融水径流的变化特征.卡尔塔马克冰川融水径流主要集中在6~8月,其存在着明显的日变化过程,融水径流受控于温度及降水要素.同时,对8月10~23日采集的冰川径流样品及部分降水样品的pH、EC(电导率)和主要离子(Na⁺,K⁺,Ca²⁺,Mg²⁺,Cl^-,NO₃^-,SO₄^2-,未检测降水样品的离子含量)的测定结果进行了分析讨论.径流样品略偏碱性,pH和EC呈正相关关系.SO₄^2-和Ca²⁺是所测离子中主导的阴阳离子.除NO₃^-外,样品中各离子含量具有一致的变化特征;各离子浓度与流量或水位具有相反的变化趋势.初步讨论了离子的来源,结果表明冰川融水中化学物质组分主要来源于地表.     

概念性水文模型在出山径流预报中的应用

根据HBV水文模型的基本原理，建立了西北干旱区内陆河出山径流概念性水文模型。该模型反映了我国西部山区流域的径流形成特征，将山区流域划分为高山冰雪冻土带和山区植被带两个基本海拔景观带来对山区径流的形成和汇流过程进行模拟计算，以常规气象站的月气温和降水量为模型的初始输入，模拟计算月出山径流量。应用该模型对河西走廊黑河祁连山北坡的山区流域水量平衡进行了模拟计算，并对年径流和逐月分配进行了预报。结果表明，从枯水年到丰水年，降水量、蒸发量、径流量和径流系数均增加，而冰川融水和积雪融水对出山径流的补给比重则减少，这表明了冰雪融水对径流的具有调节作用。黑河山区流域径流系数远比干旱内流区的平均值大，但要小于全国的平均径流系数。所提出的内陆河山区流域出山径流的模拟和预报模型对年径流量和月分配的预报具有较好的精度，可用于黑河以及其他西北干旱区内陆河出山径流的预报，为内陆河流域中下游的水资源分配和开发利用提供依据。     

三峡水库运行前后洞庭湖水资源量变化

为研究三峡水库运行前后洞庭湖水资源量变化情况,通过利用1994—2019年165个时相的多平台中高分辨率(15～30 m)卫星遥感数据,城陵矶多年日观测水位数据和洞庭湖区降水量、蒸发量等资料,采用掩膜处理、K-Means聚类分析提取水面信息,结合观测数据进行统计分析,研究了1994年以来洞庭湖水面面积与湖容变化情况.结...