基于四元驱动的海河流域河川径流变化归因定量识别

海河流域水资源极为短缺,河川径流下降显著,定量识别径流变化成因对于科学认识流域水循环演变机理、支撑水资源开发利用具有重要的科学意义和实际价值。基于模型参数区域化技术构建了海河流域可变下渗容量（VIC）模型,重构了流域天然河川径流序列。建立了气温变化、降水变化、下垫面变化和取用水四元要素驱动的河川径流变化归因定量识别技术体系,分析了4种因子在海河流域河川径流减少中的贡献。结果表明:①1956—2010年,人类活动是海河流域河川径流减少的主要原因,但是气候变化的影响不可忽略,其中气候变化的贡献约为1/3,人类活动的贡献约占2/3;气候变化中,降水下降的贡献远大于气温升高的影响,分别约为30%和4%;人类活动中,取用水的影响大于下垫面变化的影响,分别约为55%和11%。②海河流域4个水资源二级区的河川径流变化成因相比,从北向南气温升高的影响减小,降水减小的影响增大,海河北系和海河南系的取用水影响较大,滦河流域径流变化时间较晚,徒骇马颊河径流变化程度最小。     

气候变化对天山北坡奎屯河高山区地表径流的影响

采用奎屯河流域的乌苏、沙湾气象站1960—2009年50 a来的气温、降水量资料和奎屯河将军庙水文站的降水量、径流量资料,分析了气温、降水、冰川等变化对奎屯河出山口地表径流的影响.结果表明:将军庙水文站年降水变化与径流量呈显著正相关;尽管气温呈上升趋势,但年径流与平原地区和出山口的气温相关不很密切,气温可通过影响蒸发增加山区消耗水量,减少径流.然而,气温变暖会加剧冰雪消融,使冰川退缩变薄,特别是消耗冰川积累量来增加河川径流.在奎屯河出山口地表年径流量中,与20世纪80年代相比,冰川径流增加了5.7%,多年平均情况下消耗冰川积累的融水径流约占冰川径流的30%.同时,随气候变化的极值化,要注意高山地区降水减少和汛期气温降低引起河川径流减少,降水、气温高值引起的年径流增大与洪水危害,以及引起河川径流的年际变幅增大,并对水利工程造成的影响.有关气候变化对河川径流定量预测有待今后进一步探讨.     

气候变化对天山伊犁河上游河川径流的影响

用水量平衡模型研究气候变化对天山降雪比较丰富的伊犁河上游山区河川径流的影响。研究表明，作为西北干旱区水资源主要形成区的山区，由于气温较低和降水丰富，未来气候变化对水资源量的影响将主要取决于降水量的变化，气温升高的影响相对较小。气候的变暖，一方面使径流的年内分配发生变化，月径流峰值减少，时间提前，春季径流增加，而其余季节径流减少，其中夏季减少最多；另一方面将使年径流量的变率增大，这对水资源的利用极淡     

气候变化对伊逊河流域水资源量的影响

海河流域作为中国水资源最为紧张的流域,其水资源对气候变化非常敏感.以海河流域中受人类活动影响较小的伊逊河流域为对象,基于海河流域未来气候变化研究成果构建了20种气候变化情景,应用具有物理机理的分布式流域水文模型模拟了不同气候变化情景下的流域水循环情景,对气候变化对伊逊河流域水资源量的影响进行了分析,结果表明气温升高1℃将使流域内3.8mm的径流转化为蒸散发,降水的增加将使流域的蒸发和径流都有所增加,其中新增降水50%转化为蒸发,30%转化为径流.同时径流和蒸散发对于高温和强降水更为敏感.未来气候变化的不确定性使未来水资源量的变化也有很大的不确定性,在以升温为主、降水变化存在很大不确定性的情况下,伊逊河流域天然径流量可能进一步衰减.     

黄河源区气候对径流的影响分析

根据对降水响应速度的快慢,径流又可分为直接径流和基流。基流一般定义为河川径流中来自于地下蓄水或者其他延迟水源的成分,代表地下水出流;直接径流表示对降水事件的直接响应。从这一思路出发,文中在分析降水到总径流、直接径流和基流的转化率的基础上分析了气候变化对径流的影响。研究发现,黄河源区的径流系数随降水量的增加而增大,随气温升高而降低;径流随着降水的增加而增加。20世纪90年代降水减少和气温的大幅度升高是黄河源区径流减少的重要原因。区间子流域分析表明,不同的子流域气温和降水对径流的影响不同,在吉迈以上区间,年气温比较低,气温是影响径流系数的主要因子,径流随着气温的升高而降低,降水对径流的影响比较小;在吉迈—玛曲区间,直接径流量/降水量主要受降水的影响,总径流量/降水量、基流量/降水量随降水增加而升高,随气温升高而降低。总径流和基流随降水的增加而增大,随气温的升高而减少;在玛曲—唐乃亥区间,径流系数随着降水量的增加而增加,直接径流量/降水量随气温的升高而降低,降水是径流的主要影响因素。     

黄河中游水文变化趋势及其对气候变化的响应

黄河中游水资源匮乏,分析水文要素变化趋势对实现水资源的可持续开发利用具有重要意义。根据流域地貌特征及水文站控制情况,将黄河中游划分为3个区间,分别为:河-龙区间、龙-三区间和三-花区间,采用Mann-Kendall秩次相关检验法与线性回归方法,分析检验了各区间年径流量的历史变化趋势。采用设定情景与水文模拟相结合的途径,评估了不同区间河川径流量对气候变化的响应。根据1950-2005年资料分析,结果表明:黄河中游干流控制站实测径流量与区间径流量均具有显著的减少趋势。若气温升高1℃,年径流量将减少3.7%~6.6%;河川径流对降水变化更为敏感,若降水减少10%,河川径流量将减少17%~22%;近些年黄河中游气温升高和降水减少是河川径流减少的重要原因之一。     

中国不同气候区河川径流对气候变化的敏感性

利用一个简单的月水量平衡模型,模拟了位于中国不同气候区的21个典型流域的径流量过程,采用假定的气候情景,分析了河川径流量对不同气候变化的敏感性。结果表明,所采用的月水量平衡模型能够较好地模拟不同气候区的月流量过程,21个典型流域的Nash-Sutcliffe模型效率系数大多超过65%,水量平衡误差也均控制在1%以内。黄河以北干旱半干旱地区的典型流域径流量对气温和降水变化的响应敏感,其次为华中、华南半湿润区和湿润区,西部高寒山区径流对气候变化的响应最弱。因此,中国适应气候变化的重点应集中在干旱半干旱地区。     

昌马河流域气候变化与水文特性的关系研究

根据昌马堡水文站53年来定点观测的水文系列监测资料,分析以昌马河为代表的西北内陆河小流域内降水、蒸发、径流及泥沙的年际变化规律和地域分布的特点,揭示了气候变化和水文特性的关系。结果表明:受气温变化的影响,河川径流量呈现出显著的增加趋势。其中降水变化的趋势与径流增多的趋势并不完全一致,气温变化与径流的变化相关性较好。年增幅最大的是基流,达到1.92%;其次是非汛期径流量,年增幅达到1.87%;汛期径流年增幅最小,只有1.23%。证明祁连山区气温的升高加剧了终年积雪的消融、冰川溶化和冻土水的析出,增加了河川径流量。     

辽河流域径流对气候变化的响应特征研究

近百年来,全球气候发生了以气温升高为主要特征的显著变化。东北是中国的重要粮食主产区,气候变化将可能加剧东北地区水资源短缺情势,进一步影响到国家的粮食安全。以辽河流域为对象,分析了近60年来降水径流变化特性,采用水文模拟方法,揭示了河川径流变化成因,基于假定气候情景,研究了河川径流量及土壤含水量对气候变化的响应。结果表明:铁岭站实测径流量自20世纪60年代中期以来,总体呈明显的阶段性减少趋势,人类活动是河川径流减少的主要原因。降水增加比减少对河川径流量的影响明显,土壤含水量对降水减少的响应更加敏感,气候暖干化趋势将非常不利于东北地区的水资源利用和农业生产。     

甘肃黄河流域与疏勒河流域降水径流变化特性对比分析

分析了甘肃黄河流域及内陆河疏勒河流域降水径流的年际变化特性。结果表明,黄河流域降水量与径流量变化一致,总体呈现减少的趋势;内陆河疏勒河流域降水量与径流量的变化趋势不一致,降水量呈总体减少趋势,径流量为总体增加趋势。两流域径流补给来源有差异,黄河流域径流补给来源为降水,疏勒河流域径流主要补给来源除降水外,与气温升高融雪水增大有关。     

Hydroclimatological Perspective of the Kerala Flood of 2018

Flood is among the deadliest disasters in India, and the frequency of floods and extreme precipitation events is projected to increase under the warming climate. The frequency of floods in India varies geographically as some regions are more prone to floods than the others. The Kerala flood of 2018 caused enormous economic damage, affected millions of people, and resulted in the death of more than 400 people. Here we provide a hydroclimatological perspective on the Kerala flood of 2018. Using the observations and model simulations from the Variable Infiltration Capacity (VIC) model, we show that the 2018 extreme precipitation and runoff conditions that caused flooding were unprecedented in the record of the past 66 years (1951–2017). Our results show that mean monsoon precipitation has significantly declined while air temperature has significantly increased during 1951–2017 in Kerala. The drying and warming trends during the monsoon season resulted in a declined total runoff in large part of the state in the last 66 years. Apart from the mean hydroclimatic conditions, extreme precipitation, and extreme total runoff have also declined from 1951 to 2017. However, 1 and 2-day extreme precipitation and extreme runoff conditions in August 2018 exceeded substantially from the long-term 95^th percentiles recorded during 1951–2017. Since there is no increase in mean and extreme precipitation in Kerala over the last six decades, the extreme event during August 2018 is likely to be driven by anomalous atmospheric conditions due to climate variability rather anthropogenic climate warming. The severity of the Kerala flood of 2018 and the damage caused might be affected by several factors including land use/land cover change, antecedent hydrologic conditions, reservoir storage and operations, encroachment of flood plains, and other natural factors. The impacts of key drivers (anthropogenic and natural) on flood severity need to be established to improve our understanding of floods and associated damage.     

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。     

气候变化对地表水资源的影响

总结了气候变化对水文水资源影响方面的研究方法, 分析了气候变化条件下水文水资源变化的研究现状和存在问题.并以山西省和黄河源区为研究对象, 以分布式水文模型为工具、GCMs输出的气候情景为输入条件, 针对不同的下垫面特征建立不同的分布式水文模型, 分别采用气候情景趋势分析结果和直接利用GCMs输出结果两类方法确定气候变化的数据源, 对研究区域未来的地表径流过程和地表水资源可能的变化趋势进行了研究.从气候情景的预测结果来看, 未来50年山西省的气温和降水都呈增加趋势, 但由于各自对水资源带来的影响不同, 将使山西省水资源呈现先增加后减少的趋势; 且由于冬季气温和降水的增幅比夏季大, 使得未来山西省的水资源年内分布有略微平缓的趋势.对黄河源区而言, 虽然未来100年内的降水和气温都呈增加趋势, 但由于降水增长引起的地表水资源的增加不足以抵消气温升高带来的影响, 因此将导致径流量不断降低的总体趋势, 并使径流年内分布略趋平缓, 而年际分布将越来越不均匀, 旱涝威胁日趋严峻.      

我国过去50a来降水变化趋势及其对水资源的影响(Ⅱ):月系列

应用全国范围内的678个气象站1951-1998年长系列逐月降水资料, 用线性回归方法研究降水量的变化趋势, 同时结合长江、黄河和松花江主要控制水文站同期的径流资料, 研究径流对气候变化的响应. 结果表明: 降水的年内变化表现出较大的区域特性, 最显著的变化特点是秋冬季 (8～12月) 东部地区降水量普遍减少, 1～3月江南地区降水有增加趋势. 气候的上述变化趋势对我国干旱的西北地区有利, 该区河流径流量有明显增加; 另一方面, 夏季降水的增加可能会导致洪水事件的濒发, 与此同时, 降水量的年内不均匀变化, 特别是在 8～12月长时间的降水减少趋势, 导致枯水期径流的减少, 从而加剧秋冬季水资源的供需矛盾. 长江、黄河和松花江主要控制水文站6个站1～4月径流基本上表现为增加趋势, 而6～12月大多表现为减少趋势, 只有黄河上游唐乃亥站6月, 长江下游大通站7月和松花江哈尔滨站8月径流为增加; 另外, 气候变暖使发源于青藏高原的长江(宜昌站3、 4月)和黄河上游(唐乃亥站4～6月)的春季的融雪过程提前, 融雪期径流增加.     

黄河源区降水与径流过程对ENSO事件的响应特征

根据最新季分辨率ENSO指数序列所确认的近40年多来所发生的20次ENSO事件，并确定了每次ENSO事件强度及其影响年，通过对相应年份黄河源区降水与径流距平变化值的对比，分析了降水与径流过程对ENSO事件响应的统计规律；ENSO事件与黄河源区降水与径流年际波动变化有很好的相关性，这种相关性与ENSO事件的性质强弱，发生季节以及持续时间等有关。一般夏秋季暖事件无论强弱均使影响年降水减少，发生于春季的中等强度暖事件使发生年降水呈负距平，影响年降水呈增加趋势，冷事件与暖事件对降水的影响正好相反；暖事件对应年份黄河源区径流量减少，而冷事件则使其增加，随着20世纪90年代以来暖事件发生频率的增加，径流呈现持续减少。     

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.

     

Evaluation of drought and flood risks in a multipurpose dam under climate change: a case study of Chungju Dam in Korea

The purpose of this study was to evaluate the effects of climate change on the drought and flood risks of a multipurpose dam. To achieve this, A2 climate change scenarios of RegCM3 were collected about Chungju Dam in Korea. To analyze drought risks, weather data obtained by the statistical downscaling method were entered to produce runoff series by runoff modeling and water balance was analyzed based on water use scenarios to review changes in the storage volume under climate change. To analyze flood risks, changes in water levels of the dam in future flood seasons were reviewed based on the current dam operation method. The results of the review indicated that both the drought and the flood risks of the dam would increase in the future. The reason was considered to be the movement of the flood season’s runoff characteristics from July and August to August and September because of climate change. Therefore, for climate change adaptation planning, not only quantitative changes in hydrologic values but also changes in temporal characteristics should be considered and given importance.     

气候变化对我国水文水资源的可能影响

以平衡的GCM模型输出作为大气中CO₂浓度倍增时的气候情景,采用月水量平衡模型及水资源利用综合评价模型研究我国部分流域年、月径流、蒸发的可能变化及2030年水资源供需差额变化。结果表明淮河及其以北气候变化的影响最为显着,各流域水量的增多或减少主要由汛期径流及蒸发的增减决定。在未来气候条件下,黄、淮、海三个流域水资源短缺可能进一步加剧。