基于WEP-L模型的寒区流域径流演变模拟及归因分析

寒区在我国分布广泛,且多为我国主要江河的源头区,其水循环演变会对地区乃至全国的水资源情势产生重要影响。针对寒区冻土作用下特殊的水文特性,研究选择松花江、黄河、黑河、长江、雅鲁藏布江流域内5个典型寒区流域,采用改进的WEP-L模型模拟分析了寒区径流在1960—2010年的时空变化规律。同时,基于水文模拟法,设计不同气候变化与土地利用情景对各寒区流域径流变化进行了归因分析。研究表明：WEP-L针对不同的寒区流域逐月径流过程,取得了较好的模拟效果,NSE（纳什效率系数）基本在0.7以上,相对误差控制在±15%内。5个流域的径流量变化趋势表现为弱显著性,但是黄河流域（唐乃亥以上）和黑河流域（莺落峡以上）的基流指数显著增加,说明这两个流域的河川基流占比不断增加,主要原因可能在于冰川融雪的增加。除了松花江流域（阿彦浅以上）外的四个寒区流域的气候变化对径流的影响较高,贡献率达到78%以上,是径流演变的主导作用。研究结果有助于增强对寒区水循环和水资源演变的认识,为应对未来变化环境下寒区水问题提供参考。     

基流分割方法在寒旱区流域的适用性分析

基流作为寒旱区流域的重要水分补给,在维持生态系统安全和水资源合理规划等方面发挥着重要作用,确定适合该区环境特点的基流分割方法尤为重要。基于数字滤波、滑动最小值(BFI)、时间步长(HYSEP)三类方法对我国西北寒旱区黑河流域上游莺落峡水文站1954~2012年的逐日流量进行基流分割,对三类共9种基流分割方法在研究区的适用性进行比较分析。结果表明:(1)9种方法计算所得年内基流量变化趋势均符合黑河流域特点,但不同月份降雨量的差异对基流分割结果的影响显著;(2)滑动最小值法和时间步长法对不同年份的基流过程有更好的辨识度,且滑动最小值(B1)法、滑动最小值(B2)法、时间步长(H3)法所得的多年平均基流指数与已有实验研究得到的结果相近,结果可靠,同时各法基流指数统计结果表明9种方法所得基流序列均较为平稳,年际变化平缓;(3)时间步长(H3)法得到的基流过程线符合流域汇流规律,与斜线分割法的确定性系数显著优于其它各法(R2=0.825,p0.001)。综上,时间步长法中的局部最小值(H3)法综合考虑了年内基流量变化特征、年基流指数稳定性、径流过程线合理性三个方面,在黑河上游流域进行基流分割最为适宜。     

河西走廊内陆河上游山区基流分割方法适用性与基流特征分析

基流是河西走廊内陆河流域径流的重要补给来源,对维持径流稳定具有重要作用。基流分割方法众多,其中数字滤波法在实际操作中具有简单易用和可重复性强的特点,因而被广泛应用于基流分割研究。本文以河西走廊三大内陆河流域（黑河、石羊河、疏勒河）山区为研究区域,选取4种数字滤波方法（Lyne-Hollick法、Chapman法、Chapman-Maxwell法和Eckhardt法）对研究区内14条河流的最佳基流分割参数进行评价,并对基流特征进行分析。结果表明：Eckhardt法在四种滤波方法中评价最好,是河西走廊内陆河流域基流分割的一种有效方法。在1965—2018年,河西走廊内陆河流域年基流量与径流量呈现相似的线性趋势特征,但径流变化幅度较基流更大。2000年后,黑河流域山区各支流多年平均基流量较2000年以前增加1.5%～20.7%,疏勒河流域山区各支流基流量增加1.9%～54.0%,石羊河流域山区各支流多年平均值变化幅度为-14.1%～5.9%。各流域枯水年基流指数（BFI）比丰水年略高（0.003～0.027）,年内枯水季基流指数（BFI一般达到0.6以上）是丰水季的2.3～5.7倍。本文采用...     

基于分布式大流域径流模型的中国西北黑河流域水文模拟

水资源短缺是中国西北干旱地区长期的问题,区域人口增加、城市化扩张,加之气候变化的影响进一步加剧了西北地区水资源短缺,也使生活用水、灌溉用水、工业用水和维持生态系统稳定的用水危险加剧.采用分布式大流域径流模型(DLBRM)模拟黑河流域水文(中国第二大内陆河,流域面积128 000 km2)来理解区域的冰川和积雪融化水、地下水、地表水、蒸散发等方面的分布,评估气候变化对水文的影响和冰川退缩对中游和下游来水量的影响.模拟结果表明,黑河流域的大部分产流那源于黑河上游地区的祁连山.模拟1990-2000年黑河河流日流量变化结果认为,黑河中游正义峡给下游的供水为10×108m3,其中地表径流占51%,层间流占49%.中游地区沙土具有较高的蒸腾发能力,近一半的地表水被蒸发掉.模拟实践证明,分布式大流域径流模型可以结合气候变化、水资源管理方面的成果,改进流域水文模拟的精度.     

甘肃省黑河地表水资源时空分布变化研究

基于第三次甘肃省水资源调查评价收集的1956-2016年系列径流资料以及评价成果基础上,对甘肃省黑河流域地表水资源时空分布变化进行分析研究,主要研究包括年内变化、年际变化、空间分布等特性。黑河属于河西地区主要水源地,对河西的农业和工业发展起到决定性作用。黑河流域径流多年呈增加趋势;径流主要集中7月份,在年内分配不平衡;主要产流在山区,空间分布相差较大。地表水资源的开发利用因其时空分布不均匀的影响,需增加水利工程均衡水资源。     

河西内陆河径流对气候变化的响应及其流域适应性水资源管理研究

为探讨河西地区内陆河径流对气候变化的响应, 选取1955-2008年石羊河、黑河和疏勒河的河流流量资料进行计算和分析. 结果表明: 50多年来, 石羊河年径流总体呈明显下降趋势, 黑河呈略有增加趋势, 疏勒河呈明显增加趋势, 地域上呈现愈往西部的河流年径流量增加愈明显. 三大河流进入1990年代后有下降趋势, 进入21世纪均有明显增多趋势. 三大河流径流对气候变化有不同响应, 石羊河流域主要受季风气候影响, 气候变暖, 蒸发加剧, 水分散失量大, 是造成径流减少的主要原因;黑河和疏勒河流域主要受西风带环流影响, 径流增多的重要原因是气候变暖降水明显增多. 为减缓气候变化对流域水资源利用的不利影响, 在分析三大内陆河流量对气候变化响应特征的基础上, 提出了适应性水资源管理的建议. 建议应提高水资源利用效率;改变生产方式, 调整农业种植业结构与布局;加大祁连山自然保护区建设, 搞好水资源可持续利用;积极开发祁连山丰富的空中云水资源、哺育祁连山冰川等流域适应性水资源管理对策, 对流域进行综合治理与开发利用, 这些措施和对策将为流域水资源开发提供科学依据.     

甘肃省黑河流域土地沙漠化的水文学指征初探

黑河流域土地沙漠化及水资源合理利用一直是该流域研究的焦点问题。文章首先从土地沙漠化分布范围、种类、面积、沙漠化程度等方面，分析了黑河流域土地沙漠化的现状：土地沙漠化主要发生在流域的中下游地区，尤以额济纳绿洲沙漠化形势严峻；其次，从地表水、地下水之水质、水量方面分析了黑河流域水环境变化的状况：人类不合理的经济活动，导致黑河流域水资源环境恶化，具体表现在地下水、地表水水位下降、水质恶化。在此基础上，从黑河流域地表水及地下水着手，初步提出了黑河流域土地沙漠化的水文学指征体系：其中，地表水主要包括蒸发与蒸腾的消耗、径流和渗漏3个部分；径流部分又分为地表水流经区域及水量变化、干流水量的系列变化以及泥沙沉积3方面；地下水则主要有水质变化及水位的连续变化2方面。     

黑河干流上中游径流变化及其原因分析

根据黑河干流出山径流控制站莺落峡、中游的高崖和正义峡等水文站的径流和区域内的气象资料,以及中游的地下水位资料,对黑河上中游来水的年际变化和年内分配,径流沿程变化规律及其影响因素进行分析研究。结果表明： ①黑河干流出山径流自1945年以来整体上呈小幅增加趋势,其年内最大径流月份在进入21世纪后,由7月份推后至8月份,主要受降水的影响; ②高崖和正义峡断面的水量自1977年以来呈微弱增加趋势,前者增幅略大于后者;由于中游社会经济发展引起用水增加,莺落峡至高崖区间的耗水量以每年近850×10⁴ m³的增量变化,而高崖至正义峡区间灌溉回归水和地下水补给河道的水量与区间灌溉引水和其他耗水量基本持平; ③地下水的超量开采一定程度上减缓了黑河干流统一调度的压力,但不利于流域水资源的可持续利用。该研究成果对于今后黑河水资源科学配置、合理调度具有一定的参考和指导作用。     

基于地表水循环遥感观测的黑河流域水平衡分析

流域内水循环各环节的水量及其时空分布是不断变化的,掌握流域水循环与水平衡状况是进行流域水资源合理开发利用的重要基础。以2000—2019年黑河流域水文显著变化期为研究时段,综合应用TRMM与GPM卫星观测的降水量、遥感估算的蒸散发量等数据并结合气象站点、水文站点等观测数据,对流域降水、蒸散发与径流等水循环要素的水平衡进行了分析。结果表明:祁连山区是主要产流区,向中游年均下泄水量约为45.11×108 m3。其中,消耗于中游的年均量约为29.92×108 m3,约占66%;补充下游的年均量约为15.19×108 m3,约占34%。民乐—张掖盆地是黑河中游水资源消耗的主要区域,年均消耗的上游来水和当地降水量达43.97×108 m3,约占中游消耗量的75%;中游农田蒸散发年均消耗水量约20.3×108 m3,占总消耗量的35%;上游区降水量增加是黑河干流出山口径流量增加的主因,对径流量增加的贡献率为96%,导致年均径流增加0.35×108 m3,潜在蒸散发对径流增加几乎没有贡献。根据目前黑河干流上游径流量变化与中游水资源消耗现状,如果未来水文周期变化导致上游径流减少,中下游用水矛盾凸显的风险较大。地表水循环遥感观测可作为流域水平衡分析的方法之一,分析流域地表水水资源的空间分布状况、揭示水资源变化趋势与原因,支撑水资源合理配置,陆面实际蒸散发是水平衡分析不确定性的主要来源,准确估测不同类型下垫面实际蒸散发量是提升分析可靠性的关键。基于互补相关的陆面实际蒸散发估算方法相对简单,但其中用于计算湿环境蒸散发量的Priestley-Taylor公式中乘性经验系数受地形影响空间变异很大,区域上采用统一数值会对结果造成不可忽视的影响。     

黑河流域水文特性

介绍了黑河流域基本概况,依据黑河流域多年水文资料,分析了黑河流域降水、蒸发、径流的年内分配、年际变化和地域分布。黑河流域降水稀少,蒸发量大,水资源短缺,植被稀疏,水土流失严重,生态环境极为脆弱。     

九龙江径流Flashiness指数时空变化分析

通过分析河流Flashiness指数的时空变异,进而评估水电开发、土地利用变化等人类活动对河流径流时空变异特征的影响。本研究选取地处东南沿海的中尺度流域——九龙江流域,基于1967~2007年近40年的水文资料,利用Flashiness指数、基流指数等重要水文指数,并借助GIS、多元统计分析的方法来识别九龙江北溪与西溪两大干流流域近40年来径流时空变化特征及其影响因素。研究结果表明,九龙江流域近40年来径流特征发生显著的变化,流域面积是影响九龙西溪和北溪径流时空变化的自然因素,大坝建设、水电开发改变了九龙江流域的水文条件,进而影响了径流量的年内分布规律及泥沙输出特征,土地利用变化是影响流域径流特征变化的潜在因子。研究结果可为流域水资源管理提供科学依据。     

流域水文年及丰枯水期划分方法

研究流域水文年及丰、枯水期划分方法,为水文水利计算提供科学依据。通过分析流域径流变化特点,提出径流累计距平法。将该方法用于黑河上游流域,结果表明:该方法为黑河上游流域确定了合理的水文年及丰、枯水期;在不同水文年起讫日下,黑河上游流域年径流时间序列的统计特性和典型年的径流年内分配特征发生显著变化。因此,径流累计距平法可用于划分流域水文年及丰、枯水期,统一水文年划分方式对水文水利计算十分必要。     

黑河流域径流演变规律及区域性水资源优化配置分析

经对黑河流域径流演变趋势分析研究得出结论：径流的年际变化因受降水、冰川融水、地下水三种类型混合补给，其年际变化较小，有利于水资源的利用；而径流的年内分配因受季风气候的影响，水热同步，是农业灌溉非常优越的条件，但春季来水较少，经常出现卡脖子旱。过去50年径流的总体趋势是在波动中缓慢增大，未来10年径流仍将继续缓慢增大。根据黑河中下游地区社会、经济持续发展对水资源的需求，提出了区域性水资源优化配置建议。     

天山南坡清水河流域径流过程对气候变化的响应

干旱区的高山寒区水文过程对气候变化特别敏感,冰川、积雪和冻土变化产生的水文效应对下游水资源供给具有重要影响.以天山南坡清水河流域为研究区域,通过分析水文站径流变化,结合流域上游山区巴伦台的气象资料,研究了高寒流域在气候变化背景下径流过程的响应特征.结果表明:降水变化决定着径流过程,但气温上升对径流产生额外影响;气温变化产生的径流变化对径流产生延迟效应,冬季径流明显增加.南疆天山地区冬季积雪较少,产生的春季融水径流不明显;夏季降水和径流同期出现,使得高寒山区水文过程对固体降水变化不敏感;冻土退化产生的水文效应使冬季径流增加明显.为应对气候变化对水文过程产生的影响,应加强山区水库建设,通过工程措施调节,保障持续的水资源供给和利用.     

1985-2013年黑河中游流域地下水位动态变化特征

在气候变化和人类活动的影响下, 黑河流域地表水和地下水的时空分布特征发生了很大变化. 研究水系统演化及其驱动机制对流域水资源可持续管理非常关键. 基于甘肃河西黑河中游流域地下水位动态、水文气象、土地利用和灌溉统计数据, 研究了1985-2013年黑河中游流域地下水位时空变化. 结果表明: 地表水的不合理分配和耕地的扩展导致了地下水的过量开采和地下水位的剧烈变化. 1985-2004年区域地下水位以下降为主; 2005-2013年呈现下降和回升两极发展趋势, 冲洪积扇群带地下水最大下降达17.41 m, 而黑河干流沿岸地下水位最大回升了3.3 m, 地下水埋深普遍增加了1.0~3.0 m. 尽管地下水位在2005-2013年表现出回升趋势, 但干流中游盆地地下水系统处于严重负均衡状态, 制定合理的“生态分水”方案和水资源综合管理规划非常紧迫.     

祁连山疏勒河上游基流变化及其影响因素分析

基流是河川径流的重要组成部分,也是干旱半干旱地区最重要的枯季水文特征之一. 基流在维持河川径流和维护河流湖泊生态等方面具有重要意义. 基于祁连山疏勒河上游出山口控制水文站昌马堡站1954-2009年的日径流资料,采用递归数字滤波法和平滑最小值法对日径流进行基流分割,对比分析基流和基流指数BFI的变化特征,并从气温和降水两方面探讨基流变化的主要影响因素. 结果表明：两种方法的计算结果有差异,但平滑最小值法更适用于研究区. 疏勒河上游多年平均基流量为6.07×10⁸m³,基流变化总体上呈上升趋势,进入21世纪以后基流量增加最为显著. 研究区多年平均基流指数为0.66,基流指数的年际变化相对比较稳定,但年内波动幅度较大. 在长时间尺度上,降水是基流变化的主要影响因素,降水量的增加在一定程度上影响了基流和基流指数的变化. 在全球变暖的背景下,气温升高导致冰雪融水的增加和冻土的退化,间接的影响了基流的变化.     

黑河流域中西部子水系水资源分布特征研究

根据研究区的气象、水文、地质和冰川等资料,结合野外调查,研究了黑河流域中西部子水系的降水资源、冰川资源、地表水资源、地下水资源、水资源总量及其时空分布特征.山区水资源主要由祁连山南部的降水、冰雪融水等形式补给,以冰川、地表水、地下基流形式存在,冰川融水补给量为0.5532×108m3,地表水资源量为11.64×108m3,出山口基流量为5.264×108m3.河流进入山前平原后,地表水与地下水多次重复转化,南盆地地下水资源量为8.74×108m3,北盆地地下水资源量为2.06×108m3.中游耗水量的增加,加剧了中游和下游地区用水矛盾.对河流水质现状进行了分析评价,中、下游受生活污水、工业废水、农业退水的影响,河流水质较差.随着张掖市节水型社会建设和黑河流域综合治理的逐步推进,黑河流域中西部子水系的水资源问题日趋突出,研究水资源的分布特征,可为区域水资源的管理调度、可持续利用提供科学的决策依据.     

河西内陆河流域土地利用对地表水资源影响研究

土地利用对水资源的影响,直接导致水资源空间和时间分布格局发生变化,从而对流域生态、环境以及经济发展等多方面产生深刻影响.采用多期TM等卫星影像解译土地利用/覆被变化要素,应用斑块破碎度和分段比重百分比指标等方法,研究河西内陆河流域土地利用/覆被变化;应用河川径流的溯源性和零地表水资源尺度等理论,研究土地利用对地表水资源格局的影响.结果表明:土地利用驱使地表水资源格局产生剧烈变异,地表水资源整体向河源溯进;疏勒河水资源受耕地面积扩张等影响中下游径流变化产生紊乱;黑河耕地面积10万hm2成为水资源格局变化的极值,地表水资源损耗量出现逐步减少的趋势;石羊河耕地面积的扩张对地表水资源的影响力不断减小,转化为对地下水影响的加剧.     

黑河流域可持续发展的生态经济学研究

黑河流域生态环境脆弱,经济发展相对落后,水资源短缺已成为制约流域可持续发展的主要限制因素,从生态经济系统的角度研究黑河流域的诸多生态经济问题具有很强的现实和理论意义. 黑河流域的水资源不仅是流域社会经济环境可持续发展最主要的限制因子,而且是联系流域生态系统和经济系统的纽带. 在系统总结国际上关于流域尺度生态经济研究状况、进展和黑河流域相关研究的基础上,提出了以水资源可持续利用研究为纽带的黑河流域生态经济综合研究框架,具体研究内容主要包括: 1)生态过程模拟模型的研究; 2)宏观经济水资源模拟模型的研究; 3)环境变化条件下流域水资源可持续利用研究; 4)水资源可持续利用管理研究; 5)决策支持系统的研制. 最后, 根据现有的基础和条件,指出了在黑河流域生态经济综合研究中需要解决的关键问题.     

近三十年黑河中下游盆地地下水资源变化特征与演变趋势分析

根据1980～2005年地下水观测资料,对黑河流域中游张临高盆地与下游额济纳绿洲地下水资源变化特征及未来演变趋势进行了分析和预测。结果显示,近几十年来黑河流域中下游盆地地下水资源的变化过程主要分两个阶段。2000年黑河实施调水之前,中游盆地地下水资源主要受地表径流和阶段性土地开发利用的影响,出山径流与地下水资源的关系相对稳定,下游盆地地下水资源受中游用水的影响十分明显;从2000年实施调水后,中游盆地地下水资源与出山径流的关系发生了变化,中游盆地地下水平均水位持续下降,地下水资源量呈减少趋势,而下游额济纳旗盆地由于流入地表水数量增加,相应对地下水的补给量也增大,地下水水位则有不同程度的上升。为此,建议在水资源的利用中,应当充分利用地表水、地下水多次转化过程,最大限度地提高水资源的总体利用率。