《中国西北干旱区冰雪水资源和出山径流》专著出版

由康尔泗、程国栋、董增川主编的《中国西北干旱区冰雪水资源和出山径流》专著,已由科学出版社 2002年出版发行.此专著是“九五”国家重点科技攻关计划项目“西北地区水资源合理开发利用与生态环境保护研究”中的“冰雪水资源和出山口径流量及其变化趋势预测研究”专题的成果.本书的主要内容包括西北干旱区冰川水资源及其变化;积雪水资源变化;积雪估算方法和融雪径流;冰雪径流和出山径流对气候变化的响应;冻土和水源涵养林在径流形成中的作用;树木年轮出山径流变化研究;西北干旱区出山径流形成和模拟;河西内陆河出山径流量变化和趋势;内陆河山区流域降水、蒸发和径流计算;出山径流变化趋势预测模型.     

气候变化对乌鲁木齐河流域水资源的影响

分析了乌鲁木齐河流域近40 a来的气候变化及其气候要素与冰川融水、降水径流的关系.结果表明:高山冰川区融水径流的变化主要受气温变化影响,冰川区夏季6~8月累积气温每增加0.5℃,流域37.95 km2冰川产生的融水量将增加3.3514×106m3;近期气温再升高0.5℃,冰川融水年平均径流量将达到35×106m3.降水对中高山径流的影响较大,每增加20 mm降水量,降雨径流量增加8.9×106m3,40 a来其变化呈略增加趋势,年平均增加量为0.4095×106m3,与冰川融水增加量相当;降水与冰川融水径流量增加百分率相比,增加幅度较小.最后提出了减少污染,增加植被覆盖面积等应对气候变化对水资源影响的措施.     

寒区和干旱区水文研究的回顾和展望

寒区和干旱区水文研究冰川,积雪,冻土,高寒山区和山前地带已初步形成了较完整的观测实验和研究体系,８０年代以来,在冰川融水径流,出山径流形成的观测实验,寒区水文过程,冰川作用流域水文过程和大气过程相互关系。乌鲁木齐地区的水资源问题,气候对水资源的影响,高亚洲冰冻圈水文,冰川洪水和融雪径流以及干旱区水文等方面已取得了多项研究成果,近年来,寒区和干旱区水文水资源的研究在内陆河流域水资源合理开发利用与社会     

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.     

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.     

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。     

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。     

新疆冰川、积雪对气候变化的响应(Ⅰ):水文效应

新疆是我国冰川、积雪资源最为丰富的地区,冰川和积雪融水在水资源构成中占有重要的地位,其对气候变化的响应使得河流水文过程发生明显的变化,对新疆干旱区的水资源利用和管理产生重大影响.新疆高山流域产流占地表径流的80%以上,其中冰川和积雪融水径流在总径流中的比例可达45%以上,积雪和冰川融水是河流的主要补给来源.在新疆北部的阿尔泰山和天山北坡河流主要以融雪径流补给为主,而在天山南坡、昆仑山、喀喇昆仑山和天山北坡的伊犁河流域的河流以冰川融水补给为主;以融雪径流为主要的河流主汛期在春季到夏初,而冰川融水补给的河流夏季是主汛期.随着新疆气候向暖湿转变,高山流域的水文过程对气候变暖和积雪增加产生明显的响应:以积雪为主补给的河流,水文过程对气候变暖的响应表现为最大径流前移,夏季径流减少明显;以冰川融水补给的河流,径流响应表现为6-9月汛期径流量明显增大,汛期洪水增多,年流量增加.由于不同补给类型河流的水文过程发生变化,其相应对下游的水资源供给和洪水安全管理产生了重大影响,在水资源管理方面需要适应气候变化对水文过程的调整,减缓气候变化对水资源安全的影响.     

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.     

未来气候情景下天山西部山区融雪径流变化研究

基于三种不同模式的CMIP5气象数据,采用互信息法挑选预报因子结合RBF神经网络模型,预测不同排放情景(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)下未来气候变化下天山西部山区融雪径流的变化情况。对三种模式下不同排放情景预测出的未来径流量进行分析发现:(1)未来径流量在2020～2030年将持续上升,在2060年趋于稳定;未来径流量在非汛期有大幅度的增加而在汛期径流量减少;(2)通过灰色相关性分析找到未来不同模式不同情景下影响径流的主要相关因子,对各相关因子未来变化情况进行分析,发现径流在非汛期有大幅度的增加而在汛期径流量减少的主要原因是:非汛期的降水增加而蒸发减少或增加幅度不大;汛期降水减少而蒸发随气温升高导致汛期的径流量减少。     

海河流域河川径流对气候变化的响应机理

利用可变下渗容量(Variable Infiltration Capacity,VIC)模型,在海河流域选取了6个典型流域来率定VIC模型的参数。通过模型参数移植技术,建立了全流域的径流模拟平台。根据假定的气候变化情景,分析了海河流域河川径流对气候变化的响应机理。结果表明:在年平均气温升高2℃时,海河流域的径流量将减少6.5%;当年降水量增加或者减少10%时,海河流域的径流量将分别增加26%和减少23%;当汛期降水占年降水量的比例分别增加或者减少10%时,全流域的径流量将会增加12%或者减少7%;在空间上,在年平均气温升高和年降水量变化的情景下,海河流域西北部的河川径流比东南部更敏感;在降水年内分配变化的情景下,海河流域东南部的河川径流比西北部更敏感。总体上,年降水量越大,径流量对降水量的敏感性越小,对平均气温的敏感性也越小,而对降水年内分配的敏感性越大。     

Study on runoff simulation of the upstream of Minjiang River under future climate change scenarios

Climate change is one of the main factors that affect runoff changes. In the upstream of Minjiang River, the temperature increased significantly in the last 50 years, while the precipitation decreased on the contrary. In order to analyze the effect of climate change on site runoff, watershed runoff depth and evaporation, nine climate scenarios are assumed based on rainfall and temperature indicators. A SWAT model of Minjiang River is constructed, and runoff simulation is carried out with the nine scenarios. The results show that if precipitation increases or decreases 20 %, the change rate of runoff depth will increase or decrease 28–32 %; if temperature increases or decreases 2 °C, the change rate of runoff depth will decrease or increase 1–6 %; if temperature increases or decreases 2 °C, the change rate of the potential evaporation will increase or decrease 5–16 %, and the actual evaporation rate of variation will increase or decrease 1–6 %. Overall, precipitation variation has greater effect on simulated runoff than temperature variation dose. In addition, temperature variation has more obvious effect on the runoff simulation results in dry years than in wet years. The actual evaporation of watershed depends on evaporation capacity and precipitation and increases with the increasing of the potential evaporation and precipitation. The study also shows that the climate change scenarios analysis technology, combined with SWAT hydrological model, can effectively simulate the effect of climate change on runoff.

     

Study on runoff simulation of the upstream of Minjiang River under future climate change scenarios

Climate change is one of the main factors that affect runoff changes. In the upstream of Minjiang River, the temperature increased significantly in the last 50 years, while the precipitation decreased on the contrary. In order to analyze the effect of climate change on site runoff, watershed runoff depth and evaporation, nine climate scenarios are assumed based on rainfall and temperature indicators. A SWAT model of Minjiang River is constructed, and runoff simulation is carried out with the nine scenarios. The results show that if precipitation increases or decreases 20 %, the change rate of runoff depth will increase or decrease 28–32 %; if temperature increases or decreases 2 °C, the change rate of runoff depth will decrease or increase 1–6 %; if temperature increases or decreases 2 °C, the change rate of the potential evaporation will increase or decrease 5–16 %, and the actual evaporation rate of variation will increase or decrease 1–6 %. Overall, precipitation variation has greater effect on simulated runoff than temperature variation dose. In addition, temperature variation has more obvious effect on the runoff simulation results in dry years than in wet years. The actual evaporation of watershed depends on evaporation capacity and precipitation and increases with the increasing of the potential evaporation and precipitation. The study also shows that the climate change scenarios analysis technology, combined with SWAT hydrological model, can effectively simulate the effect of climate change on runoff.     

塔里木河源流水资源变化趋势预测

在分析了塔里木河流域源流40a来的水量变化及其影响因素的基础上,选择有物理意义的气温、降水作为预报因子,并用PPR建模,预测在西北气候转向暖湿的背景下塔里木河流域水资源量.预测的结果:气温升高0.5～2.0℃,5条源流水量将随着气温的升高而增加;降水增加10%～30%,冰川融水占比重大的河流随降水增加年径流量减小;气温升高2.0℃降水增加10%～30%,年径流量增加明显,但随着降水增多又有所减少.     

淮河上游干流径流量对不同气候要素变化的响应研究

基于淮河流域上游地区8个气象站点1959~2008年日降水量与温度数据,通过改变降水量和温度建立25种气候情景,利用SWIM水文模型,对不同情景下的径流量进行模拟,分析了淮河上游地区径流量对不同气候要素变化的敏感性,有利于该地区旱涝灾害的及时预警。结果表明,淮河流域上游地区,降水量的变化对径流量的影响较大,在仅考虑降水量和温度的情况下,径流量对降水量变化的敏感性系数处在1.7012~2.1358范围内,而对温度变化的敏感性较弱,三个站点径流量对温度变化的敏感性系数处在-0.0499~0.1547范围内;研究区在研究期内降水量变化对径流量的变化贡献较小,由大坡岭向下游依次为-0.0014,-0.0052,-0.0009,温度变化对径流量的贡献较大,由大坡岭向下游依次为0.0828,0.0152,0.0039,径流量对气候要素的响应不仅由其对气候要素变化的敏感性决定,也受到气候要素变化幅度的影响。     

全球变暖情景下黑河山区水循环要素变化研究

利用有关水文气象台站的观测资料,对近50年来黑河上游山区流域降水、气温与径流深等水循环要素的变化进行了分析,结果表明：该区域的平均气温变化总体上呈上升的趋势,且其升温幅度高于全球过去50年的升温幅度;降水与径流的变化均呈增加的趋势,但增幅不是十分显著,且径流增长的增幅要大于降水量,这意味着径流的增长并不完全依赖降水的增加,气温上升导致的冰川和高山积雪及地下冻土层融水增加也是影响黑河上游山区流域径流变化的重要原因。根据降水和气温未来的变化趋势,预计在未来50年中, 除非遭遇到特别极端的气候组合,黑河山区径流仍将维持过去50年来缓慢增加的趋势,但增幅非常有限,最大变幅基本在目前多年均值的±5%左右。     

天山乌鲁木齐河源1号冰川径流对气候变化的响应分析

利用天山乌鲁木齐河源1号冰川1959-2006年的气象、冰川物质平衡和1980-2006年的水文资料,分析了其冰川径流的变化.结果表明:由于1996年以来的显著升温,导致了1号冰川水文点径流主要受夏季气温变化的控制,冰川物质损失对径流的补给作用已超过了降水的作用.1996-2006年与1980-1995年相比,夏季气温...     

疏勒河上游径流组分及其变化特征定量模拟

气候变化背景下,西北干旱区内陆河流域的水文过程发生显著变化,制约着地区经济社会和生态建设的稳定发展。定量分析和评估高寒山区径流的变化,有助于加强西北地区水资源的规划管理,实现水资源的可持续利用,保障区域水安全。选取位于青藏高原东北边缘、祁连山西段的疏勒河上游作为研究区,利用包含冰雪消融模块的寒区水文模型分布式SPHY模型（Spatial Processes inHydrology model）对流域的径流过程进行定量模拟,根据模拟结果分析了疏勒河上游近45 a径流组成及径流与各组分的变化特征。结果表明：（1）率定期日径流和月径流模拟的Nash效率系数分别为0.62和0.86,验证期达到0.79和0.95,模拟的月径流与实测月径流过程基本一致;（2）径流由四部分组成,冰川径流占总径流的年平均比例为30.5%,融雪径流的占比为12.9%,降雨径流的占比为13.5%,基流的占比为43.1%;（3）由于气温升高、降水增多,冰川径流与降雨径流均呈增加的趋势,平均增加幅度分别为4.66×10⁶ m³·a^-1和2.46×10⁶ m³·a^-1,融雪径流呈减少的趋势,平均减少幅度为1.01×10⁶ m³·a^-1;（4）近45 a年径流增加了69.6%,冰川融水对流域径流增加的贡献率达到48%,非冰川区降水增加的贡献率达到52%。