祁连山黑河径流变化特征及影响因素研究

基于黑河流域径流、气象和土地利用类型等资料,采用弹性系数等方法研究了黑河径流变化特征及影响因素。结果表明：（1） 1990年后黑河流域径流量增加趋势明显加速,并且在黑河干流表现最为明显,1957—1990年莺落峡站径流量增加速率为0.75×10⁸ m³·(10a)^-1,而1991—2020年其增加速率为2.60×10⁸ m³·(10a)^-1,后者是前者的3.47倍,并且黑河全流域1990年后径流量增加主要发生在夏季和秋季,较1990年前分别增加了7.07%和26.58%。（2） 径流对气候变化的响应在夏季最为敏感,并且降水是导致径流增多的主要气候因素,夏季降水量增多1.000%,同期径流量平均增多0.741%（P<0.01）。（3） 2020年较1980年黑河流域耕地和建设用地面积相对增幅分别为24.20%和71.43%;草地和未利用土地面积相对降幅分别为1.30%和5.28%。径流量与林地面积、建设用地面积呈正相关,而径流量与草地面积呈负相关。研究结果可以为黑河流域水资源的科学管理、优化配置和后续生态工程的实施提供参考。     

毛乌素沙地东南缘植被NDVI时空变化及其对气候因子的响应

了解植被生长对气候变化的响应是厘清生态系统动态关系的重点。基于1990—2018年气象数据和归一化植被指数（NDVI）,应用偏相关分析与地理探测器等方法,分析了在生长季,毛乌素沙地东南缘不同类型植被年均NDVI的变化趋势,探讨了年均气温与年总降水量对各类型植被的影响。结果表明：（1） 1990—2018年生长季研究区植被年均NDVI显著与极显著增加面积达97.9%,整体生态环境质量大幅度改善。2005年之前植被年均NDVI增速缓慢,此后以0.011·a^-1的速率发生了突变增加,其中灌丛类植被年均NDVI增长幅度最大。（2） 2000年为年总降水量与年均气温的趋势突变点,突变前年总降水量以-5.510 mm·a^-1的速率减少,此后以5.541 mm·a^-1的速率增加,且主要依赖于大雨雨量的增加;年均高温与年均低温在突变前上升速率分别为0.122 ℃·a^-1与0.230 ℃·a^-1,突变后,年均高温下降速率为-0.014 ℃·a^-1,而年均低温上升速率为0.022 ℃·a^-1。（3） 在植被年均NDVI缓慢增长阶段（1990—2005年）,年均低温对植被影响较大,与不同类型植被年均NDVI多呈显著正相关;在植被年均NDVI快速增长阶段（2006—2018年）,年总降水量与不同类型植被年均NDVI呈显著正相关,大降雨事件的频发使得降水量对于植被的生长起主导作用。年总降水量与年均气温尤其是年均低温的交互作用是促进植被生长的关键。     

2000—2018年青海湖流域气温和降水量变化趋势空间分布特征

青藏高原是全球气候变化的敏感区,气温和降水量的空间分布及变化趋势是气候变化研究的核心和基础,为开展生态环境变化评估提供基础资料。基于2000—2018年青海湖流域及其周边气象站观测数据,以高程为协变量,结合专业气象插值软件ANUSPLIN对气温和降水量进行空间插值。利用线性回归法分析了青海湖流域2000—2018年气温和降水量的变化趋势;利用双变量空间自相关分析法分析了青海湖流域气温和降水量空间匹配关系。结果表明：（1） 2000—2018年青海湖流域年平均气温呈显著增加趋势,平均增速为0.30 ℃·（10a）^-1,春季增温显著。（2） 降水量呈显著增加趋势,平均增速为73.20 mm·（10a）^-1,春夏季增速显著、秋季变化不明显、冬季趋于变干。（3） 青海湖流域气温和降水量空间匹配差异显著。从年尺度来看,气温和降水量莫兰指数（Moran’s I）为-0.66,表现为显著的负相关,面积比为67.56%,水热组合空间匹配不佳。从季节尺度来看,青海湖流域春季、夏季、秋季和冬季的气温和降水量Moran’s I分别为-0.49、-0.80、-0.32和-0.14,均为空间负相关。春夏季,流域低海拔区域气温逐渐升高,高海拔区域降水量逐渐增多,气温和降水量空间负相关面积逐渐增大,水热组合空间匹配不佳。值得强调的是青海湖巨大水体对环湖区局地气温的调节作用明显,是青海湖流域的“气候调节器”。     

基于高分辨率模式的京津冀地区无人机航路风向风速模拟分析

随着中国低空空域的陆续开放,依靠现有的低空飞行气象保障技术为低空安全飞行提供服务略有不足,对飞行影响最大的风进行预报也有一定的困难。论文基于WRF(Weather Research and Forecasting Model)中尺度数值模式,对2015—2019年京津冀地区的风速风向进行模拟,并将模拟结果与气象站观测数据进行对比分析,可为该地区无人机低空航路飞行安全提供保障。结果表明:WRF模式能够较好地模拟风速的季节变化趋势,平原地区的模拟效果优于山区,山区模拟的风速偏大,但误差在可接受的范围内(RMSE<1.5 m·s^-1)。平均风速、最大风速最小值均出现在夏末,平均风速最大值出现在春季(山区4.43 m·s^-1、平原4.13 m·s^-1);最大风速在冬、春、夏初呈波动递增,夏季中旬开始减少,夏末秋初降至最小。京津冀地区风速呈西北向东南递减,泊头站(-0.02 m·s^-1·(5 a)^-1)和天津站(-0.02 m·s^-1·(5 a)^-1)平均风速呈下降趋势,其余站点风速呈上升趋势,唐山站上升率最大(0.08 m·s^-1·(5 a)^-1);在风速季节空间分布中,平均风速以上升趋势为主,站点所占比例为春季45.45%、夏季90.91%、秋季63.63%、冬季81.81%。平原地区盛行风呈东北—西南向;山区站点怀来站风向以WNW(18.70%)和W(15.01%)为主,蔚县站风向以N(16.79%)和NNW(12.03%)为主,相较于平原地区,山地地区风速8.0 m·s^-1的大风数量显著上升。1000 m高度的平原地区大风出现频率显著增加,增长速度高于山地地区,不利于无人机飞行,风速17.0 m·s^-1以上出现的概率明显高于山地地区。     

基于WaTEM/SEDEM模型的沂河流域土壤侵蚀产沙模拟

基于WaTEM/SEDEM模型,结合临沂水文站和角沂水文站的输沙数据对模型进行校正和验证,分析模拟1975—2015年沂河流域侵蚀产沙的时空变化特征,并进一步研究降水、地形位和土地利用变化对流域侵蚀产沙的影响。结果表明：① 沂河流域输沙能力系数K_tc-low和K_tc-high在40 m和150 m组合下效果最优,模型在沂河流域具有较好的适用性。② 1975—2015年,沂河流域主要以侵蚀为主,微度侵蚀所占面积最大,其次是剧烈侵蚀,沉积主要分布在河谷处;流域侵蚀强度呈现先增加后减少的趋势,侵蚀模数由1975年的30.92 t·hm^-2·a^-1增加至1995年的49.32 t·hm^-2·a^-1再下降至2015年的29.60 t·hm^-2·a^-1;各县（区）平均侵蚀模数为沂水县>费县>沂南县>沂源县>蒙阴县>平邑县>兰山区。③ 沂河流域土壤侵蚀产沙强度的变化是降水、地形、土地利用等综合作用的结果。1975—2015年,流域降雨侵蚀力呈现先降低后升高又降低的变化趋势,各县（区）平均降雨侵蚀力为费县>兰山区>沂南县>蒙阴县>平邑县>沂水县>沂源县,降雨侵蚀力时空变化与流域侵蚀产沙强度时空变化并不完全一致;地形位等级空间分布与流域侵蚀产沙强度空间分布基本一致,侵蚀产沙的优势地形位区间是4~6级,即高程75~428 m,坡度5°~39°;耕地和林地的转化是土壤侵蚀强度转化最主要的原因,林地转化为耕地使侵蚀强度面积升高3389.97 hm²·a^-1,耕地转林地则使侵蚀强度面积降低2216.65 hm²·a^-1,草地与其他土地利用类型的转化对流域侵蚀强度影响较小。该研究可为区域土地利用方式调整和水土流失调控提供参考。     

新疆哈密2018·7·31特大暴雨山洪汇水量估算与应用研究

在干旱少雨的山区开展小流域的暴雨山洪预报预警关键技术研究,对防灾减灾意义重大。2018年7月31日新疆哈密北部山区出现特大暴雨,发生罕见的山洪灾害,致使射月沟流域水库漫坝溃口,下游受灾严重。射月沟流域气象观测站点少且缺乏水文监测资料,为客观定量分析射月沟流域大暴雨面雨量、形成的洪水汇水量以及致灾水库过程。通过采用空间插值法和多源融合逐时降水资料（CMPAS）计算了射月沟水库上游面雨量并进行检验分析。根据不同面雨量驱动Floodarea模型得出射月沟水库上游累计汇水量,结果表明：多源融合降水产品估算所得最大洪峰流量和累计汇水量与水利部门事后调查数据较吻合,最大洪峰量为1 756 m³·s^-1,精确性达到调查值的95%,射月沟水库上游暴雨山洪总量为2.64×10⁷ m³,远超该水库的防洪库容和溢洪道承载能力。     

缺测站干旱流域生态输水遥感监测与农业节水效益分析

生态输水与农业节水是实现内陆干旱流域可持续发展的重要手段,连续水文观测资料的缺乏制约了生态输水与农业节水效益评价。为此,以中国甘肃敦煌疏勒河流域下游为例,基于遥感水文站与谷歌地球引擎进行2016—2020年月尺度的生态输水遥感监测,在此基础上结合蒸散发和土地覆盖类型等多源遥感数据评价生态输水与农业节水效益,分析两者之间在水资源方面的平衡关系。结果表明：（1） 遥感水文站与谷歌地球引擎（Google Earth Engine, GEE）能够为生态输水遥感监测与农业节水效益评价提供可靠的数据支撑。（2） 2017—2020年生态输水能够为下游湿地与河道平均每年提供2.50×10⁸ m³生态用水,其中30.06%的水量到达下游湿地,18.47%的水量被下游河道周边的植被所利用,且使下游河道周边植被面积增加112.25 km²。（3） 农业节水在保持耕地面积维持上升趋势的前提下,2017—2020年平均每年降低耕地的蒸散发量0.395×10⁸ m³;耕地蒸散发减少量平均占生态输水量的14.22%,农业节水有效缓解了内陆干旱流域农业用水挤占生态用水的问题。本文将为内陆干旱缺测站流域的生态输水遥感监测与农业节水效益评价提供新的思路,以期为未来的生态输水与农业节水工程的实施提供理论支撑。     

新疆孔雀河流域生态基流与天然植被需水量研究

研究和确定流域生态基流及天然植被需水量是为了遏制因河道断流或流量减少而造成的生态环境退化,以确保流域生态系统健康发展。根据孔雀河流域植被类型分布及多年径流状况,将河道分为A、B两部分,A段为孔雀河上游塔什店至第三分水枢纽常年未断流河道;B段为第三分水枢纽以下天然植被主要分布区。基于塔什店水文站近50 a水文数据,结合Tennant法等4种方法对A段河道生态基流进行估算;选择潜水蒸发法、定额法对B段距河道1 km辐射范围内的天然植被需水量进行计算。结果表明:Tennant法估算的年均生态基流为9.13 m³·s^-1,对应基本生态水量为2.88×10⁸ m³·a^-1,满足A段河道2000—2018年多年平均河损,且近10 a(2009—2018年)塔什店实测年均流量均可满足此生态基流标准;B段河道辐射范围内天然植被总面积为4.66×10⁴ hm²,生态需水量为0.95×10⁸ m³·a^-1,以孔雀河生态输水工程为例科学调控水资源,在满足A段基本生态基流的同时兼顾B段天然植被需水量。研究结果对实现孔雀河河道修复和不同水平年下生态供水具有一定的意义。     

塔里木河中上游土地利用变化的径流响应

为了定量分析塔里木河中上游土地利用变化对径流的影响程度,基于塔里木河流域1980-2015年土地利用数据及相关水文系列资料,利用MIKE SHE分布式水文模型客观模拟评价了流域中上游土地利用变化下的水文响应过程。结果表明：MIKE SHE模型可以较好的模拟塔里木河流域中上游的日流量过程,在研究区具有良好的适用性;1980-2015年间流域土地利用变化导致流域地表日径流量减少了4.2 m³·s^-1。通过仿真模拟分析草地、林地、耕地三种土地利用情景,得到日均流量分别为147.56 m³·s^-1、141.80 m³·s^-1,144.72 m³·s^-1由此可见,该流域径流对不同土地利用类型的响应差异较大,产流量的总体趋势为草地>耕地>林地。研究成果对于流域土地利用格局的合理规划及极端水文事件的控制具有重要意义。     

基于Budyko假设和分形理论的水沙变化归因识别——以北洛河流域为例

全球气候变化及人类活动深刻影响了区域水文过程,进行水沙变化归因识别对流域生态保护和高质量发展尤为重要。基于Budyko假设和分形理论,采用弹性系数法,对北洛河流域上（丘陵沟壑区）、中（土石山林—高塬沟壑区）、下游（渭北旱塬农区）3种不同地貌和植被类型区1959—2019年的水、沙通量变化进行归因分析。结果表明,北洛河上、中、下游径流量均显著减少,由20世纪60年代的35 mm、32 mm、34 mm,减少到21世纪10年代的19 mm、24 mm、6 mm,60 a减少率分别为0.3 mm a^-1、0.2 mm a^-1、0.4 mm a^-1。上游输沙量极显著减少,中游降低趋势不显著,下游显著减少,由20世纪60年代的99×10⁶ t、8×10⁶ t、3×10⁶ t,减少到21世纪10年代的10×10⁶ t、3×10⁶ t、0.3×10⁶ t,60 a减少率分别为1.5×10⁶ t a^-1、0.04×10⁶ t a^-1、0.1×10⁶ t a^-1。20世纪70年代以来,上游径流变化逐渐受人类活动影响,且影响程度逐渐增强,21世纪10年代人类活动贡献率达66.3%;气候变化是中游径流变化的主控因子,21世纪10年代降雨和潜在蒸散发的贡献率分别为77.0%和20.2%;下游径流减少主要为人类活动影响,21世纪10年代其贡献率为64.3%。对比20世纪60年代流域输沙量变化始终受人类活动主导,21世纪10年代人类活动对上、中、下游输沙量减少的贡献率分别为80.7%、59.2%和92.7%。上游人类活动对输沙量减少的贡献中,退耕还林等沟坡措施和沟道工程措施分别为39.0%、42.7%,中、下游人类活动贡献的估算结果反映出高植被覆盖区和农区汲水灌溉对区域水、沙的影响特征。     

黑河流域水资源生态环境安全问题研究

对黑河流域水文资料进行分析计算发现, 由于有冰川补给流域水资源比较稳定, 最枯年和最丰年水资源量之比仅为1:2, 这在北方河流中是非常罕见的。多年平均水资源量为32.31亿m³·a^-1, 人均水资源量为1689m³·a^-1, 略低于国际上公认的人均水资源安全警戒线1000~1700m³·a^-1的上限。根据黑河流域水资源反复转化多次重复利用的特点, 扣除7.5亿m³·a^-1的生态用水量, 结合流域正在执行的综合整治和节水措施的推广, 目前水资源状况是安全的, 下游生态环境的危机可以通过水资源统一调配来解决。依据天然出山水资源变化和水土资源开发利用规模及额济纳旗生态环境状况, 在不增加土地灌溉规模并适当采取节水措施的前提下, 可以确定32.31亿m³·a^-1的天然来水量为流域水资源安全临界线, 28亿m³·a^-1的天然来水量为流域水资源安全警戒线。     

汉江上游郧县段北宋时期古洪水事件研究

古洪水水文学研究是全球变化研究领域的前沿科学。通过对近年来古洪水成果的整理发现,汉江上游郧县段4个沉积剖面——晏家棚（YJP） 、尚家河（SJH） 、归仙河口（GXHK） 和弥陀寺（MTS） 均记录有北宋时期（960~1 127 CE） 的古洪水事件。通过对4个沉积剖面所在河段的研究,根据实测的河槽断面数据、水文参数以及设计推求的古洪水流量过程,采用HEC–RAS模型模拟了北宋古洪水的演进过程及古洪水水面线。此外,采用2010年“7·18”洪水进行了模型的可靠性验证。结果表明：与调查的古洪水水位相比,4个沉积剖面处的模拟水位误差介于- 0.31%~0.34 %之间,说明这4个沉积剖面极有可能记录一次古洪水事件;洪峰在研究河段内演进历时约1.15 h且削减不足1%,这符合研究河段的洪水传播特性。该研究对于认识汉江上游特大洪水的演进规律具有重要的科学意义,为流域的洪水设计、洪水预测及防洪减灾提供一定的基础数据与科学支撑。     

祁连山北麓中段青海云杉林土壤水热时空变化特征

以祁连山北麓中段青海云杉林为研究对象,利用5套土壤温湿度自动监测系统对海拔2 500~3 300 m的青海云杉连续监测3 a,旨在探讨青海云杉林土壤水热的变化特征及土壤水热间的互作效应。结果表明：（1）7：00~19：00,土壤温度整体上呈升高趋势,8：00土壤均温最低,为1.03 ℃,18：00土壤均温最高,为1.32 ℃;土壤湿度的变化幅度较小,且差异不显著（P>0.05）。（2）冷期（1~4月、11~12月）、暖期（5~10月）,各占全年的50%;8月前随月份增大土壤温湿度增大,月份增大1月,土壤均温增大2.21 ℃,湿度增大0.021 m³·m^-3,8月后随月份增大逐渐减小,月份增大1月,土壤均温减小3.12 ℃,湿度减小0.017 m³·m^-3。（3）土壤温度与海拔之间有负相关关系（R²=0.81,P<0.05）;土壤湿度与海拔之间存在二项式相关关系（R²=0.95,P <0.05）。（4）土壤温度与土层深度间呈负相关关系（P <0.05）,而土壤湿度与土层深度呈线性正相关关系（P <0.05）,土层每增加一层,土壤均温减小0.142 ℃,度约增加0.009 m³·m^-3。（5）青海云杉林土壤温度和湿度间呈显著线性负相关关系（P <0.05）。     

不同情景下干旱区尾闾湖泊生态水位与需水研究——以黑河下游东居延海为例

水位作为湖泊重要的水文要素之一,在反映湖泊水量变化,指示湖泊湿地生态环境状况等方面都有重要的生态意义。选取黑河下游尾闾湖东居延海为研究区域,采用湖泊形态学法对湖泊最小生态水面和最低生态水位进行了研究。依据水量平衡原理,结合已有研究对不同情景下的生态需水量进行了估算。最后结合黑河输水河道耗水规律,提出不同情景（水文频率）下各水文断面需下泄水量。研究结果对于干旱区流域湖泊湿地的保护和水资源的合理利用都有重要意义,同时也为黑河流域生态输水工程的实施提供现实的科学依据。