鄱阳湖流域抚河径流特征及变化趋势分析

抚河是鄱阳湖流域第二大河流,其径流变化研究对揭示鄱阳湖水文情势演变规律和鄱阳湖生态环境保护具有重要的科学意义。本文采用鄱阳湖流域抚河上、中、下游8个主要水文站的实测资料,分析了抚河径流年内分配特征及变化规律;应用Mann-Kendall非参数检验与回归分析等方法,研究了近几十年内抚河年、月径流变化规律及与降雨的关系。结果表明:(1)抚河径流年内分配不均,但不均匀性在流域内空间差异较小;(2)受水利工程调蓄影响,径流年内分配越来越均匀;(3)不同年代年径流特性存在差异,20世纪70年代至90年代初,径流相对稳定,90年代中期到2002年,呈较明显上升趋势,2002年后,表现为下降趋势;(4)月径流变化有增有减,基本规律为枯水期(11月~次年3月)月径流量基本呈上升趋势,洪水期(4~6月)月径流基本呈下降趋势;(5)抚河的年降水量在2002年附近发生突变减少,与年径流量突变时间基本吻合,说明气候变化降雨量减少对近10年鄱阳湖流域抚河入湖径流的减少影响显著。     

渭河源区典型小流域水沙演变规律分析

根据渭河源区清源河典型小流域实测水文资料,分析了流域水文要素的年内和年际变化规律,流域降水、径流和泥沙主要集中在汛期,5-9月降水量占全年的78.5%,5-10月径流占全年的78.7%,5-8月输沙量占全年的88.9%。受上游修建水库、水土保持等人类活动的影响,流域汛期径流和泥沙1997-2013年比1980-1996年均减少了5.9%。流域面平均降水量、平均流量、平均输沙量年际变化不稳定,总体呈减少趋势,序列最大可能变异点分别为1995年、1994年和1997年。建立了流域年降水量与年径流深、次降水量P+Pa与次径流深相关模型,相关系数达到0.902和0.860。以年最大洪峰流量为参数,分别建立了流域年径流量与年输沙量、次径流量与次输沙量关系模型,相关系数达到0.835和0.917,公式模拟值与实测值接近,误差较小,可以作为以径流推算泥沙的重要依据。通过定性定量分析人类活动对流域径流、泥沙的影响程度,对区域抗旱防洪减灾、水资源管理、小流域治理及生态环境保护具有重要意义。     

耦合水库群参数化方案的区域陆面水文模拟

中国水库数目众多,密集的水库运行和调蓄影响着陆地水循环和陆气间的水分能量交换过程,给高强度开发地区水文规律认知和水文模拟及预报带来了挑战。围绕这一问题,本研究以鄱阳湖流域及流域内千余座水库为研究对象,从水库水量平衡方程、水库蓄泄规则、多阻断扩散波汇流等方面构建了水库群参数化方案,并从地表水、地下水、蒸散发、能量通量等角度实现了其与陆面水文双向耦合模式（CLHMS）的动态耦合。结果表明:所构建的水库群参数化方案可以较好地模拟水库的蓄泄过程,提高了耦合模式在鄱阳湖流域的径流模拟精度;水库群可以使赣江、信江、抚河丰水期径流减少3.7%~6.0%,枯水期径流增加5.9%~12.6%,多年平均径流减少0.6%~1.5%;在空间分布上,水库群对流域中部和北部径流的调蓄作用相对显著。本研究所改进的陆面水文模式可以为高强度人类活动影响下气象、水文、水资源交叉领域的研究提供分析工具和模型基础,从而支撑变化环境下区域水资源的可持续利用。     

天山南坡高冰川覆盖率的木扎提河流域水文过程对气候变化的响应

木扎提河是天山南坡冰川面积覆盖率最大（48.2%）的河流, 流域径流过程对气候变化极为敏感, 为了合理管理和规划水资源, 确保水资源的可持续利用, 亟需定量评估气候变化对该流域水文过程的影响。以VIC-CAS分布式水文模型为计算平台, 利用实测的径流和两次冰川编目间的冰川面积变化数据开展了模型的多目标参数化校正和验证, 有效提高了模拟结果的“真实性”, 然后通过数值模拟结果结合观测数据定量解析了流域径流的组成、 变化特征及对气候变化的响应机理。结果表明： 木扎提河总径流集中在暖季（5 - 9月）, 占全年总径流量的77.9%, 冰川径流、 融雪径流和降雨径流分别占总径流量的66.6%、 26.4%和7.0%。1971 - 2010年木扎提河流域气温和降水呈显著增加趋势, 由于降水的增加, 降雨和融雪径流均呈增加趋势, 但冰川径流呈现明显减少趋势, 导致总径流呈现下降趋势。在RCP4.5情景下, 未来该流域气温呈现明显升高趋势, 降水表现为微弱下降趋势; 气候变暖后, 更多降水以降雨形式发生, 未来降雨径流将明显增加, 降雪和融雪径流已于20世纪90年代达到峰值, 随后明显减少; 冰川面积将持续萎缩, 冰川径流于21世纪10年代达到拐点, 随后明显减少, 导致河道总径流量也将明显减少。     

1956—2018年中国江河径流演变及其变化特征

地表水资源是维系区域生态平衡和促进经济社会发展的制约性要素,河川径流是地表水资源的主要形式,二者的丰枯变化均直接影响流域水资源管理。基于江河实测径流量资料和水资源公报资料,初步分析了1956—2018年中国主要江河实测径流量和中国十大水资源区地表水资源的变化和演变特征。结果表明:① 除长江大通站外,中国主要江河代表性水文站实测年径流量均呈现下降趋势。② 黄河上游唐乃亥站实测年径流量为非显著性减少趋势,黄河花园口站实测径流量呈现显著性减少趋势;1980—2000年和2001—2018年唐乃亥站实测径流量较基准期1956—1979年分别变化1.8%和-5.9%,而同时期花园口站实测径流量分别减少26.7%和41.0%。③ 地理分布上,黄河是中国南北地区径流变化的分水岭,黄河以南地区江河径流量为非显著性变化,黄河以北江河径流量为显著性减少趋势,特别是海河流域,实测径流量减少最为显著;21世纪以来,黄河以北河流实测径流量较1980年之前减少幅度超过25%,海河减幅高达80%以上。④ 1956—2018年全国地表水资源量约为27 266亿m³,较第二次全国水资源评价结果偏少122亿m³。21世纪以来,海河、黄河、辽河地表水资源明显减少,进一步加重了区域水资源供需矛盾。     

1956-2018年中国江河径流演变及其变化特征

地表水资源是维系区域生态平衡和促进经济社会发展的制约性要素,河川径流是地表水资源的主要形式,二者的丰枯变化均直接影响流域水资源管理。基于江河实测径流量资料和水资源公报资料,初步分析了1956—2018年中国主要江河实测径流量和中国十大水资源区地表水资源的变化和演变特征。结果表明:①除长江大通站外,中国主要江河代表性水文站实测年径流量均呈现下降趋势。②黄河上游唐乃亥站实测年径流量为非显著性减少趋势,黄河花园口站实测径流量呈现显著性减少趋势;1980—2000年和2001—2018年唐乃亥站实测径流量较基准期1956—1979年分别变化1.8%和-5.9%,而同时期花园口站实测径流量分别减少26.7%和41.0%。③地理分布上,黄河是中国南北地区径流变化的分水岭,黄河以南地区江河径流量为非显著性变化,黄河以北江河径流量为显著性减少趋势,特别是海河流域,实测径流量减少最为显著;21世纪以来,黄河以北河流实测径流量较1980年之前减少幅度超过25%,海河减幅高达80%以上。④1956—2018年全国地表水资源量约为27266亿m 3,较第二次全国水资源评价结果偏少122亿m 3。21世纪以来,海河、黄河、辽河地表水资源明显减少,进一步加重了区域水资源供需矛盾。     

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.     

Assessment of land use land cover change impact on hydrological regime of a basin

The sustainability of water resources mainly depends on planning and management of land use; a small change in it may affect water yield largely, as both are linked through relevant hydrological processes, explicitly. However, human activities, especially a significant increase in population, in-migration and accelerated socio-economic activities, are constantly modifying the land use and land cover (LULC) pattern. The impact of such changes in LULC on the hydrological regime of a basin is of widespread concern and a great challenge to the water resource engineers. While studying these impacts, the issue that prevails is the selection of a hydrological model that may be able to accommodate spatial and temporal dynamics of the basin with higher accuracy. Therefore, in the present study, the capabilities of variable infiltration capacity hydrological model to hydrologically simulate the basin under varying LULC scenarios have been investigated. For the present analysis, the Pennar River Basin, Andhra Pradesh, which falls under a water scarce region in India, has been chosen. The water balance components such as runoff potential, evapotranspiration (ET) and baseflow of Pennar Basin have been simulated under different LULC scenarios to study the impact of change on hydrological regime of a basin. Majorly, increase in built-up (13.94% approx.) and decrease in deciduous forest cover (2.44%) are the significant changes observed in the basin during the last three decades. It was found that the impact of LULC change on hydrology is balancing out at basin scale (considering the entire basin, while routing the runoff at the basin outlet). Therefore, an analysis on spatial variation in each of the water balance components considered in the study was done at grid scale. It was observed that the impact of LULC is considerable spatially at grid level, and the maximum increase of 265 mm (1985–2005) and the decrease of 48 mm (1985–1995) in runoff generation at grid were estimated. On the contrary, ET component showed the maximum increase of 400 and decrease of 570 mm under different LULC change scenario. Similarly, in the base flow parameter, an increase of 70 mm and the decrease of 100 mm were observed. It was noticed that the upper basin is showing an increasing trend in almost all hydrological components as compared to the lower basin. Based on this basin scale study, it was concluded that change in the land cover alters the hydrology; however, it needs to be studied at finer spatial scale rather than the entire basin as a whole. The information like the spatial variation in hydrological components may be very useful for local authority and decision-makers to plan mitigation strategies accordingly.     

汾河上游土地利用变化及其水文响应研究

以河岔水文站以上的汾河流域为研究区,采用土地利用转移矩阵和SWAT模型模拟方法,就汾河上游土地利用变化对水文过程的影响进行研究. 流域从1995-2000年,以耕地向林地和草地转变为主;从2000-2010年,城市建设用地不断增加,主要是对耕地的占用. 结果显示,在相同气候背景、不同土地利用情景（1995、2000年2010年）下,流域1992-2000年多年平均产水量微弱增加（分别为85.69 mm、85.75 mm和85.82 mm）,主要因为耕地持续减少,草地和城市建设用地不断增加. 但是各年产水量的大小关系不完全一致,枯水年和平水年与丰水年存在差异,而土壤水分呈现一致的减少状况. 子流域水平上,降水条件同样影响水文过程对土地利用变化的响应程度. 以上结果表明,汾河流域在退耕还林还草政策等影响下,土地利用发生变化并且直接影响流域的水文过程,但是流域水文过程对土地利用变化的响应还受到降水的影响.     

环境变化对黄河中游汾河径流情势的影响研究

20世纪70年代后我国许多河流的径流量呈下降的趋势.在这些趋势变化中,如何区分人类活动及气候变化的影响是当前流域水文研究的热点和难点.提出了区分人类活动和气候变化影响的分析思路以及定量计算方法.介绍了SIMHYD概念性降水径流模型,并应用黄河中游汾河流域"天然"时期的水文、气象资料率定了模型参数,通过水文模拟还原了人类活动影响期间的天然径流量,进而分析了汾河流域径流情势的变化原因.结果表明:SIMHYD降水径流模型对汾河流域天然月径流过程具有良好的模拟效果;就1970-1999年的平均状况而言,气候因素和人类活动对径流的影响量分别占径流减少总量的35.9%和4.1%,人类活动是汾河流域径流减少的主要因素.     

气候与土地利用变化对涟水流域径流的影响

以涟水流域为研究对象,选用1990年、2000年、2010年三期土地利用数据资料,将1985-2014年30 a气象条件相应划分为1985-1994年、1995-2004年、2005-2014年三段气象背景时期,并组合细分为7种模拟情景,应用SWAT分布式水文模型模拟不同情景下的径流量,探讨气候和土地利用变化对流域径流的影响。利用PSO粒子群优化算法,以克林效率系数KGE为目标函数,通过湘乡站实测径流数据校准模型参数。运用p-factor、r-factor评价模拟的不确定性,采用相关系数R²、纳什效率系数NS和偏差百分比PBIAS评价模型模拟效果,评价结果表明不同土地利用情景下,校准期和验证期的模拟效果均达到可信程度,模拟的不确定性较小。组合情景间模拟分析结果表明,1985-2014年30 a间,气候变化使涟水流域径流不断减少,土地利用变化使径流有所增加,年径流深总体呈现下降趋势。气候变化对涟水流域径流变化的影响贡献率在逐渐上升,从71.4%上升到了86.3%。土地利用变化对径流变化的影响贡献率则相应下降,从28.6%降低至13.7%。因此,在气候变化背景下,科学管理流域水资源还需要充分考虑流域土地资源空间配置结构和利用方式。     

黄河流域天然河川径流量演变归因分析

受气候变化和人类活动影响,黄河流域水资源量持续衰减。以往水资源归因分析的研究主要针对气候变化和人类活动对实测径流量衰减的贡献,对天然径流量衰减的原因关注不够,不利于支撑黄河流域水资源高效利用和科学管理。基于黄河二元水循环模型评价不同时期黄河流域天然河川径流量,并采用多因素归因分析方法分析主要影响因素对天然河川径流量衰减的贡献。结果表明,2016年水平年情景相比于1956—1979年水平年情景,花园口断面多年平均天然河川径流量减少114.6亿m³,其中气候变化、下垫面变化和社会经济取用水影响的贡献率分别为24.4%、25.0%和50.6%。从分区来看,兰州以上气候变化是主导因素,兰州以下人类活动是主导因素。为遏制天然河川径流量衰减的趋势,促进黄河流域生态保护与高质量发展,应加强深度节水、刚性控水、适度增水、强化管水和立法护水。     

气候变化、土地利用/覆被变化及CO2浓度升高对滦河流域径流的影响

在构建分布式水文模型与生物地球化学模型的耦合模型（DTVGM-CASACNP）及应用元胞自动机-马尔科夫（CA-Markov）土地利用预测模型基础上,以滦河流域为例分析气候变化、土地利用/覆被变化（LUCC）及CO₂浓度升高对径流的影响。研究结果表明: DTVGM-CASACNP耦合模型以及CA-Markov模型在滦河流域均具有较好的适用性;气候变化与土地利用/植被覆盖变化对滦河流域径流的影响较CO₂浓度升高的影响程度大;未来不同情景下滦河流域2020—2049年径流呈减小趋势,大部分情景下年径流较基准年减少,与非汛期相比,滦河流域未来汛期径流对不同情景更敏感,总体上在汛期径流相对基准年减少,而在非汛期径流相对基准年增加。     

土地利用变化对海河流域典型区域的径流影响

为研究海河流域径流对土地利用变化的响应,以阜平流域、匡门口流域和界河铺流域为研究区,利用1970—2011年的水文气象资料,分析了不同土地利用的时空转移特征,然后结合SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,设置4种土地利用情景,评价了土地利用变化对径流的影响。结果表明:模型能够较好地模拟全年及汛期月流量过程;多年径流量呈下降趋势,20世纪80年代到90年代中期呈波动性变化;不同的土地利用类型在时空上的转化呈现可逆性,主要是林地增加,草地减少,耕地略有增加;林地的增加和草地的减少会降低汛期径流量以及最大月径流量;汛期径流系数随着林地面积的增加而减小。合理地规划土地利用格局,对控制流域水文事件具有重要意义。     

1950~2005年大通河流域径流变化特征及影响因素

以大通河流域享堂水文站1950~2005年实测径流数据为基础,综合运用趋势分析、累积距平、R/S分析、Morlet小波分析、降水-径流深度双累积曲线等数理统计方法,研究了大通河流域径流的年内分配、年际变化和周期振荡特征、并定量分析了气候因素和人类活动因素对径流变化的影响。结果表明:（1）大通河径流年内主要集中在510月,占年径流总量的82%左右。1950~2005年,大通河流域年径流呈微弱减少趋势,递减率为-0.55×10⁸m³/10a（R2=0.025,P=0.249）,Hurst指数为0.58,表明未来一段时间内径流仍可能呈减少趋势;（2）1950~2005年,大通河流域年径流在27a时间尺度上周期震荡明显,经历了"多-少-多-少-多-少-多"7个循环交替;（3）大通河流域降水-径流深度双累积曲线在1994年发生显著偏移,1994年之前径流变化主要受降水影响,1994年以后,径流变化主要受人类活动影响。     

Modeling impacts of sediment delivery ratio and land management on adsorbed non-point source nitrogen and phosphorus load in a mountainous basin of the Three Gorges reservoir area, China

Agricultural nonpoint source (NPS) pollution at the Three Gorges reservoir area in China has been increasingly recognized as a threat to aquatic environment in recent years due to the serious eutrophication problem. Adsorbed NPS pollution is one of the major forms of NPS pollution in mountainous regions, the essential of the adsorbed NPS pollution is soil loss. Thus, simple, highly sensitive and continuous methods are required to simulate and quantify sediments yield at watershed scales. It is imperative to construct an integrated model to estimate the sediment yield and adsorbed NPS pollution load. According to the characteristics of climate, hydrology, topography, geology, geomorphology and land use types in Three Gorges reservoir area, a GIS-based dynamic-integrated-distributed model of annual adsorbed NPS load was presented in view of impacts of the rainfall intensity, sediment delivery ratio (SDR) and land management, where the temporally dynamic-continuous model of annual sediment yield was established by modifying the revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE), and the spatially integrated-distributed model of annual adsorbed NPS load was then developed via the correlation between sediment yield and adsorbed NPS load. Furthermore, a case study of the Jialing River basin in China was applied to validate the integrated model, the dynamic-distributed coupling among GIS technology, sediment yield model, and adsorbed NPS load model was achieved successfully. The simulation results demonstrate the following: (1) runoff and sediment are influenced greatly by rainfall intensity, SDR and vegetation cover; rainfall and land management show high sensitivities to the integrated model; the average annual adsorbed TN and TP pollution loads from 2006 to 2010 decreased by 76 and 74 % compared with the previous treatment (1990), respectively. (2) Spatio-temporal variations of adsorbed NPS nitrogen and phosphorus load are mainly related to different land use types and the background level of nutriments in topsoil; different land use types have different contribution rates; the largest contribution rates of adsorbed total nitrogen (TN, 58.9 %) and total phosphorus (TP, 53 %) loads are both from the dryland cropland. (3) The identification of critical source areas can help to implement the prevention and control measures aiming at the reduction of water environmental pollution. These results will provide useful and valuable information for decision makers and planners to take sustainable land use management and soil conservation measures for the control of sediment pollution in the Three Gorges reservoir area. The application of this model in the catchment shows that the integrated model may be used as a major tool to assess sediment yield risks and adsorbed NPS pollution load at mountainous watersheds.     

气候变化对玛纳斯河的径流量影响预测模拟分析

山区积雪和冰川融水径流是内陆干旱区的重要水资源, 研究全球变暖情景下温度对融雪径流的影响具有重要意义. 以典型的内陆河玛纳斯流域上游为例, 利用基于度-日因子算法的SRM(Snowmelt Runoff Model)融雪径流模型, 根据当前变化趋势和年内分配模拟出20种假定来模拟未来气候情景(气温上升1 ℃、 2 ℃、 3 ℃、 4 ℃和降水变化率为0、 ±10%、 ±20%的随机组合情况)下的河道径流量, 从而计算出径流量的变化率, 分析了温度和降水变化对径流量的影响. 结果表明: 对于以雪冰融水为主要补给的玛纳斯河, 随着温度和降水的增加, 径流量也会增加, 并会使融雪径流提前. 假定降水量不发生大的变化, 温度增高1 ℃, 径流量增大13%~16%; 在气温一定时, 降雨量增加10%, 径流量增加2%左右, 说明气温和降水都对干旱区内陆河山区径流形成具有重要影响. 该研究对制定气候变化情景下的水资源适应对策具有重要指导意义.     

密云水库以上流域年径流变化趋势及周期分析

密云水库是华北地区最大的水库,是确保首都供水安全和经济社会发展的重要水源地。本文以密云水库控制流域的张家坟站、下会站为代表站,选取19602012年的年径流资料,采用线性回归法、Kendall秩次相关检验法、Spearman秩次相关检验法分析密云水库以上流域径流的变化趋势,采用连续功率谱方法分析密云水库以上流域径流的周期。结果表明:密云水库上游潮河和白河两个流域径流的年际变化非常大,它们在同一年的径流丰枯基本一致,其中同丰同枯的概率最大。近半个世纪以来,上述两个流域的径流均呈现出明显的减少趋势,并且白河流域径流的减小速度快于潮河流域,密云水库以上流域年径流量序列显著存在约45a的周期振荡。     

基于水文模型与机器学习集合模拟的水沙变异归因定量识别——以黄河中游窟野河流域为例

黄河水沙变化是当前流域水文与江河治理领域研究的前沿和热点问题。以黄土高原窟野河流域为典型研究对象,利用VIC水文模型和8种基于机器学习算法的输沙量模型,耦合构建流域水沙集合模拟技术,定量识别流域水沙演变特征与变异成因。结果表明:① 1960—2014年窟野河流域年气温和降水分别呈显著增加和不显著减少趋势,径流和输沙量都呈显著减少趋势,1980和1999年是流域产水产沙特性发生改变的重要转折点;②模拟月径流和输沙量的Nash-Sutcliffe效率系数和相关系数分别超过了0.6和0.7,适用于该流域水沙过程模拟;③与天然期1960—1979年相比,1980—2014年气候变化和人类活动对径流减少的贡献分别为24%~39%和61%~76%,对输沙量减少的贡献分别为15%~36%和64%~85%;④人类活动是窟野河流域水沙减少的主要原因,且随时间推移呈增大趋势。相关成果为流域水沙变异归因定量识别提供了新的技术方法,对促进黄河流域水资源开发利用和水沙治理具有重要的支撑作用。     

土地利用与气候变化对密云水库来水量变化的影响研究

综合应用多种方法,评估了土地利用与气候变化对密云水库来水量变化的影响.应用Mann-Kendall全时段趋势检验方法检验不同时段降水与径流的变化趋势;结合水量平衡方法分析气候与土地利用变化对流域径流的影响;利用双累积曲线方法检测了流域降水-径流关系的突变点,并探讨其原因.结果表明,1960～2016年,密云水库来水量整...