基于积雪数据的HBV模型改进及应用

大渡河流域内站点分布较少,历史观测数据不足,给该地区的融雪径流预报带来困难。基于欧洲中期天气预报中心提供的最新一代高分辨率陆面再分析数据集ERA5-Land,将积雪覆盖率和积雪平均深度引入度日因子雪量计算公式中,对HBV模型的积融雪模块进行改进,以提升融雪径流计算的可靠性。以大渡河上游为研究对象,选取1961—2018年的水文气象资料对模型进行率定和验证,并以2019年为例进行试预报研究。结果表明,通过引入ERA5-Land再分析数据,以及对积融雪模块进行改进,发挥了其在模拟积融雪上的优势,有效提升了融雪径流预报精度,对大渡河流域具有适用性。研究成果可为稀缺资料地区融雪径流模拟预报提供经验。     

黄河流域典型地区遥感动态研究

“黄河流域典型地区遥感动态研究”是“七五”国家科技攻关“遥感技术开发”项目中的专题,由中国科学院遥感应用研究所负责,中科院冰川所、中科院地理所和中国科技大学参加共同完成。在攻关中,利用多种遥感数据在黄河上游进行冰雪覆盖遥感监测,发展了流域雪盖率提取方法,融雪径流预报模型及春季径流周期分析与趋势预报等短、中期预报模型和超长期预报预测模型,实现了为龙羊峡水库春季入库流量的业务预报服务。从1987年连续三年发布春季旬平均入库流量实时预报及春季径流总量的预测,其精度满足生产部门的需要和水文预报规范的要求,为水库的用水调度提供了可靠的科学依据。由于及时、准确,仅1989年就增发了三亿度电,取得了重大经济效益,在甘宁蒙黄灌区的经济建设中发挥了重要的作用。     

概化的Tank模型及其在龙羊峡水库汛期旬平均入库流量预报中的应用

Tank模型（又称为水箱模型），是一种用于流域径流预报的确定性水文模型，根据龙羊峡水库入库主要产流区－－黄河上游唐乃亥水文站以上流域下垫面条件下产汇流特性，将其概化为以降雨量为输入，径流量为输出的单孔出流的线性水箱，工用于该水库汛期旬平均入库流量的预报，经对历史资料进行拟合和试验预报的 结果表明，该模型具有较高的预报精度，现已应用于黄河上游龙羊峡水库汛期旬平均入库来水量的中期预报中，取得了十分显著的经济效益。     

黄河上游径流丰枯变化特征及其环流背景

为了揭示影响黄河上游径流丰枯变化的气候因子,为径流的长期、超长期预报与水资源的规划利用提供依据,利用相关台站的降水、径流观测资料,分析了黄河上游汛期径流的丰枯变化特征及其环流背景.结果表明:黄河上游(唐乃亥以上)流域丰、枯水段基本上是交替出现的,总体上枯水持续时间多于丰水,一个完整的丰枯循环周期大约在18 a左右.黄河上游径流的丰、枯,与大气环流的异常有着非常密切的关系,其中,西太平洋副热带高压偏西、偏强、偏北,青藏高原中部地区有西风槽存在是黄河上游汛期降水偏多、径流偏丰的两个重要因素.因此,基于汛期流量的丰枯与其所对应的环流背景之间的联系,可根据前期环流的演变特征对黄河上游汛期流量的丰枯做出大致预测.     

Local Modeling模型及其在黄河上游月径流预测中的应用

基于黄河上游有关水文气象台站的降水径流资料, 将Local Modeling方法应用于龙羊峡水库月入库径流预报的中长期水文预报模型. 模型的检验和应用结果表明, 该方法有着稳健性好、数学物理意义明确、对数据系列要求不高和容易操作等优点, 在非汛期各月的径流预测中具有较高的准确性, 并且在考虑了降水的影响后, 对汛期径流的计算精度亦基本符合水文情报预报规范和实际应用的要求. 该模型在黄河上游水量预报和调度工作中具有良好的应用前景.     

黑河流域上游融雪径流时间变化特征及成因分析

以黑河流域上游莺落峡水文站和札马什克水文站1959-2008年及祁连水文站1967-2008年的天然径流序列为基础数据, 通过计算水文站的流量质心时间来表示融雪径流时间, 研究了黑河流域上游融雪径流时间变化的特征. 结果表明: 莺落峡站和札马什克站自20世纪70年代起, 融雪径流时间表现为提前的趋势, 祁连站自20世纪80年代起融雪径流时间提前.野牛沟站和祁连站10月至次年4月降水量增加或4-7月气温升高, 会使得莺落峡站融雪径流时间提前, 札马什克站融雪径流时间的提前与野牛沟站10月至次年4月降水量的增加具有较高的相关性, 祁连站融雪径流的提前与祁连气象站4-7月气温升高的相关性较强.通过分析莺落峡站融雪径流时间与年径流及各季节径流的相关性, 可知如果融雪径流时间提前, 莺落峡站观测到的年径流量和夏秋季的径流量均会减少, 而同时冬春季的径流量会增加, 这对合理安排流域水资源配置和管理具有重要的指导意义.     

黄河源区水文预报的关键科学问题

黄河源区水文预报对龙羊峡、刘家峡等黄河上游梯级水库群的洪水资源化调度乃至整个黄河流域的水旱灾害防御都起着举足轻重的作用。然而,由于降水的地面观测严重匮乏、且缺少适用于高寒山区的专用水文模型,源区水文预报成为长期困扰黄河洪水/径流业务预报的难题。在回顾国内外相关研究的基础上,从高海拔缺资料地区的降水观测与降水预报、寒区水文模型构建与气象水文耦合系统集成、高原降水发生的气象成因与形成机制3个方面,评价了黄河源区水文预报的当前现状与技术水平,提出了黄河源区水文预报面临的关键科学问题;指出新一代多源降水信息融合与同化、高寒区特殊产汇流模型构建、无缝隙气象水文集合预报、强降水与连阴雨的多影响天气系统解析等,是当前黄河源区水文预报的研究重点与发展方向。     

银川盆地晚上新世物质来源及其对黄河上游形成年代的约束

黄河上游河段的形成年代依然存在争论,而银川盆地是黄河上游物质的主要沉积区之一,该盆地沉积序列的研究能为了解黄河上游的物质来源和形成年代提供重要线索。对银川盆地钻孔（PL02）底部进行了碎屑锆石U-Pb测年和碎屑组分统计研究,并与上游黄河沉积物以及盆地周边贺兰山和鄂尔多斯高原西部的锆石U-Pb年龄数据和碎屑组分数据进行了对比分析。结果表明贺兰山和鄂尔多斯高原西部并不是银川盆地晚上新世沉积物的物质供应区,而是黄河将银川盆地以上河段地区物质输送到银川盆地。这一结果进一步证明了黄河上游兰州—银川段在晚上新世已经形成的观点。     

GAS参数优化方法在黄河上游非汛期径流预报中的应用

本文采用相关分析与GAS参数优化相结合的方法,对黄河上游非汛期径流预报模型进行了研究,并对2000～2003年的径流进行了实时预报检验,从检验结果来看,这种预报方法具有较高的预报精度.本文为非汛期径流预报研究提供了参考和借鉴,同时,就计算分析手段而言,GAS在参数优化方面具有广泛的应用价值.     

河流封冻日期长期预报的MMFA模型

本介绍了均值生存函数这一时间序列分析中的新概念，并经过主成分分析建立了时间序列模拟与预测的数学模型（记作ＭＭＦＡ）。该模型应用于黄河下游利津河段封河日期序列的模拟和预报。结果表明，１９５０－１９８１年度序列拟合的平均相对误差为９．５％，１９８１－１９９１年度序列预报的精度达８５％以上。总之，ＭＭＦＡ模型应用于黄河下游封冻日期长期预报是完全可行的。同时指出了ＭＭＦＡ模型的实用性和存在的不足之处。     

黄河上游龙羊峡水库春季入库流量预报模型研究

The catchment above Longyangxia Gorge in the upper Yellow River basin is situated in the northeast of the Tibetan Plateau. Meltwater from snow is the main water supply to the rivers in this region during spring (late March to early June). In this paper, the study target is the inflow to the Longyangxia Reservoir, the largest reservoir in the upper Yellow River basin, during late March to early June. Then a mid-term operational runoff prediction model based on snow cover data from AVHRR images of NORR meteorological satellite and ground surface hydro-meteorological data, called double sifting and stepwise regression model, is presented to forecast the inflow during this period. Examining at the reservoir shows that the forecast accuracy is satisfying.     

新疆阿尔泰山区克兰河上游水文过程对气候变暖的响应

额尔齐斯河支流克兰河上游发源于西风带水汽影响的阿尔泰山南坡,主要由融雪径流补给,年内积雪融水可占年径流量的45%.年最大月径流一般出现在6月份,融雪季节4~6月径流量占65%.流域自20世纪60年代开始明显升温,年平均温度从50年代的1.4℃上升到90年代的5.2℃;年降水总量也呈增加趋势,尤其是冬季和初春增加最多.随着气候变暖,河流年内水文过程发生了很大的变化,主要表现在最大月径流由6月提前到5月,月径流总量增加约15%,4~6月融雪径流量也由占年流量的60%增加到近70%.在多年变化趋势上,气温上升主要发生在冬季,降水也以冬季增加明显,而夏季降水呈下降趋势;水文过程主要表现在5月径流呈增加趋势,而6月径流为下降趋势;夏季径流减少而春季径流增加明显.冬春季积雪增加和气温上升,导致融雪洪水增多且洪峰流量增大,使洪水灾害破坏性加大.近些年来气候变暖引起的年内水文过程变化,已经对河流下游的城市供水和农牧业生产产生了影响.     

塔里木河源区托什干河流域积雪动态及融雪径流模拟与预估

利用已被广泛使用的MODIS积雪数据, 获得了塔里木河源区之一的托什干河流域积雪变化信息. 结果表明: 流域积雪覆盖率时空差异显著, 在积雪丰富的年份, 1月积雪覆盖率可达90%以上, 但在积雪少的年份, 则只有50%; 2000年以来流域积雪呈现微弱增加的趋势, 积雪变化趋势呈现明显的时空差异. 相对于其他季节, 流域冬季积雪增加更为明显; 与其他高度带相比, 作为主要积雪覆盖区的海拔3 000~4 000 m高度带积雪的增加趋势也更为明显. 以流域所在的气象格网数据和积雪覆盖率变化曲线作为输入数据, 应用融雪径流模型(SRM)模拟了流域春季融雪径流过程, 率定了模型主要参数, 获得了较好的结果. 以CMIP5的3种RCP情景为驱动数据, 应用模型预估了流域2021-2050年的融雪径流状况, 结果显示 4月之前径流变化不明显, 之后径流峰值增大显著, 不同气候情景对径流的影响不明显.     

气候变暖情景下黄河上游径流的可能变化

根据水文气象台站观测资料, 分析了全球变暖情景下黄河上游唐乃亥以上流域温度、降水和径流的变化状况, 并采用假定气候组合对未来数十年黄河上游唐乃亥以上流域的径流变化进行了预测. 结果表明: 黄河上游的温度与全球变暖有着明显的对应关系, 近几十年来, 流域各个地方的温度有不同程度的上升. 降水变化因流域各地所处位置、地势、地形的不同而差异较大, 受温度上升和主要产流区域降水大幅减少的影响, 近10余年来黄河上游的径流量呈持续递减的态势. 在未来几十年, 如果遭遇到气温升幅与降水减幅较大的"暖-干"气候组合时, 流域产水量将有较大的减幅; 当气温变化不大而降水增幅较大时, 流域产水量将有明显的增加, 同时由于冰雪及冻土融水的补给, 此气候情景下黄河上游唐乃亥以上流域径流量的增幅还将略大于降水量的增幅.     

Study on the runoff and sediment-producing effects of precipitation in headwater areas of the Yangtze River and Yellow River,China

Natural runoff observation fields with different vegetation coverage were established in the Zuomaoxikongqu River basin in the headwater area of the Yangtze River, and in the Natong River basin and the Kuarewaerma River basin in the headwater area of the Yellow River, China. The experiments were conducted using natural precipitation and artificially simulated precipitation between July and August to study the runoff and sediment-producing effects of precipitation under the conditions of the same slope and different alpine meadow land with coverage in the headwater areas. The results show that, in the three small river basins in the headwater areas of the Yangtze and the Yellow Rivers, the surface runoff yield on the 30° slope surface of the alpine meadow land with a vegetation cover of 30% is markedly larger than that of the fields with a vegetation cover of 95, 92, and 68%. Furthermore, the sediment yield is also obviously larger than the latter three; on an average, the sediment yield caused by a single precipitation event is 2–4 times as large as the latter three. Several typical precipitation forms affecting the runoff yield on the slope surface also influence the process. No matter how the surface conditions are; the rainfall is still the main precipitation form causing soil erosion. In some forms of precipitation, such as the greatest snow melting as water runoff, the sediment yield is minimal. Under the condition of the same precipitation amount, snowfall can obviously increase the runoff yield, roughly 2.1–3.5 times as compared to the combined runoff yield of the Sleet or that of rainfall alone; but meanwhile, the sediment yield and soil erosion rate decrease, roughly decreasing by 45.4–80.3%. High vegetation cover can effectively decrease the runoff-induced erosion. This experimental result is consistent in the three river basins in the headwater areas of the Yangtze and Yellow Rivers.     

黄河数字流域模型的建立和应用

黄河数字流域模型是“数字黄河”的重要组成部分,在数字流域模型框架下,以坡面为基本单元,建立了包括植被截留、融雪、地表蓄滞、表层土蓄滞、中层土蓄滞和深层土蓄滞共6层的产流模型.模型在垂向上考虑3层出流:地表超渗产流、表层土侧向渗流和中层土侧向渗流,既反映当前的降水过程,又体现前期降水过程和土壤前期含水量的影响,比较适合黄河流域的产流特点.在坡面产流的基础上,还给出了坡面单元侵蚀产沙公式,用于建立流域产沙数学模型.应用建立的模型,给出了3个计算实例:黄河全流域水量计算、小花区间汛期洪水模拟和多沙粗沙区产沙计算.实践表明:建立的模型基本具备了在黄河全流域进行降雨-径流模拟、侵蚀产沙计算的功能,辅以降雨预报模块则可进行洪水预报.     

中国西部大尺度流域建立分带式融雪径流模拟模型

针对中国西部大尺度流域利用遥感信息进行的融雪径流模拟模型建立过程,提供以数字地形因子分析为手段的分区,分带方法。在ＮＯＡＡ／ＡＶＨＲＲ卫星云图为主要监测信息源的前提下,应用支持软件,解决了图像纠正,图形转为图像后再与图像匹配等问题。同时,根据研究得出雪象元之阈值,使用监督分类的训练样本方法统计出流域内雪盖面积及各带的雪盖面积百分比。作为应用和检验,对黄河上游的曲什安流域进行样本操作,分３个垂直带各     

龙羊峡、刘家峡水库运用对黄河上游水沙关系的调控机制

依据龙羊峡、刘家峡水库进出库水沙定位观测资料,根据河流动力学原理,分析了水库运用对径流泥沙过程的调节作用及其影响,揭示了水库对其下游河道水沙关系的调控机制。结果表明:①大型水库运用对进、出库径流泥沙的调节作用与水库的运用方式有关,多年调节的龙羊峡水库对径流为线性调控,对泥沙为非线性调控,而不完全年调节的刘家峡水库对径流、泥沙均为线性调控;②水库运用对其下游河道水沙关系具有很强的干扰作用,主要是打破了天然条件下河道通过长期自动调整所形成的输沙规律,改变了挟沙水流的本构关系;③大型水库运用对水沙关系动力学机制的影响主要归因于重新调整了挟沙水流的平衡条件,使洪水传播过程中切应力降低,临界弗劳德数增大,改变了相对平衡输沙状态,挟沙水流则需通过淤积增大比降,满足临界弗劳德数状态下的水流切应力要求,重新实现挟沙水流的平稳状态,从而致使水沙关系发生相应变化。     

龙羊峡水库兼顾中下游供水运用初步研究

借助于“黄河流域水资源模拟模型“,采用长系列模拟方法计算了龙羊峡水库兼顾中下游供水的效益。初步研究表明,龙羊峡水库可以在一定程度上兼顾中下游用水,特别是在枯水年能够有效减少干流缺水,虽然这是以上游梯级发电效益减少为代价,但代价甚微。