洮河流域土地利用／覆被变化的水文过程响应

土地利用/覆被变化是导致流域水资源发生变化的重要原因.以中国西北地区的洮河流域为研究区,构建适宜于洮河流域的分布式水文模型(SWAT),在综合考虑流域1985-2000年间土地利用/覆被变化特征的基础上建立多种土地利用/覆被情景,并对不同情景下的水文过程进行模拟,得到以下结论:(1)经校准后的SWAT模型,其验证期的相关系数R~2、相对误差R_e和效率系数E_(ns)分别为0.83、-8%和0.68,说明SWAT模型在洮河流域径流量模拟中具有较高的适用性.(2)草地、林地和耕地是洮河流域的主要土地利用类型.林地的壤中流、土壤湿度和产水量最大,耕地的地表径流和蒸散量最大.与1985年相比,2000年土地利用/覆被情景下地表径流增加了1.72%,地下径流和产水量降低了0.8%和0.4%;耕地扩张和城镇建设用地情景下流域地表径流明显增加,生态恢复情景下流域地表径流和产水量均有所降低.(3)从月径流量来看,林草地可以减小最大与最小流量的变幅,而耕地的作用正好相反.与1985年相比,2000年土地利用/覆被情景下汛期地表径流增加1.67%,地下径流减少0.83%,产水量减少0.36%;非汛期地表径流增加1.86%,地下径流减少0.63%,产水量减少0.46%.说明林草地减少对非汛期的影响更大.     

土地利用和气候变化对王家桥小流域径流的影响

以三峡库区内典型小流域王家桥为例,利用SWAT模型模拟土地利用和气候变化及两者共同作用对径流的影响。结果表明:扩大耕地、退耕还林、发展经济林的土地利用情景下,年均径流量较基准年变化率分别为15.13%、-13.99%、23.22%,退耕还林能有效调节和减少流域径流量;浓度路径为RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5的气候变化情景下,径流量变化率分别为7.13%、7.78%、8.91%,径流量随未来温室气体和硫酸盐气溶胶排放情况增大而增加;两者综合情景下年均径流量均增加,2030年左右增幅较显著;对影响径流的因素进行方差分析,发现土地利用变化对径流的影响比气候变化的影响更显著。在未来气候变化背景下,可通过合理配置流域的土地利用类型,实现对流域水量平衡的调节。     

大通河流域土地利用/覆被变化的水文响应

以大通河流域为研究区域,利用1985年和2005年土地利用数据,结合SWAT分布式水文模型定量评估了流域土地利用/覆被变化的水文效应。结果表明：1985-2005年大通河流域的土地利用变化主要表现为草地向耕地、居工地转变,草地所占比例由46.7%骤降至20.9%,而耕地面积由1985年的1065.8km²增加到2005年的3243km²;相较于1985年的土地利用情景,2005年土地利用情景下的模拟的多年平均径流增加了1.92×10⁸m³,由于上中下游主要的土地利用/覆被变化不同,导致流域径流变化增加程度由西北至东南逐渐增大;大通河流域年径流的增加主要表现为汛期径流增加,讯期月平均径流增幅达到了0.40×10⁸m³·mon^-1;非汛期径流则呈不明显减小趋势,平均降幅为0.024×10⁸m³·mon^-1。合理规划大通河流域土地利用方式,提高水源区涵养能力,对流域水资源可持续发展具有重要意义。     

气候与土地利用变化下黄河源区蓝绿水量的时空响应研究

基于黄河源区1961—2017年逐月气象数据和两期（1980、2015年）土地利用数据集,通过设定多种变化情景,耦合SWAT(soil and water assessment tool)水文模型,探明流域内气候和土地利用变化与蓝绿水的时空响应关系。结果表明：时间上,气候变化情景下,流域内蓝水量减少了16.74 mm/a,绿水量增加了19.52 mm/a;土地利用变化情景下,流域内蓝水量减少了1.9 mm/a,绿水量增加了3.46 mm/a;在气候变化和土地利用变化共同作用下,流域内蓝水量减少了10.09 mm/a,绿水量增加了13.39 mm/a;同时,气候变化对蓝/绿水的贡献率均超过140%,是流域蓝绿水量变化的主导因素;空间上,流域内多种变化情景下,蓝/绿水量在流域内自西北至东南逐渐增加。研究结果将为黄河源区流域水资源调度计划制定提供科学参考。     

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.     

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。     

气候变化、土地利用/覆被变化及CO_2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。     

东江径流年内分配特征及影响因素贡献分解

基于1956~2009年实测径流、天然径流和面降水的月系列,选用集中度和不均匀系数,分析东江径流年内分配特征的时空变异规律。通过对比降水和径流年内分配特征指标的阶段变化差异,量化分解气候变化、土地利用/覆被变化、水利工程水量调节和用水消耗等主要因素对东江径流年内分配特征变化的影响贡献。结果表明:东江实测径流的集中度和不均匀系数年变化过程均有显著下降趋势,且1973年为时序变点。降水及天然径流的年内集中程度阶段变化较小,但2000~2009年降水及天然径流的年内不均匀性要明显大于20世纪80年代和90年代。降水及天然径流的年内集中度和不均匀系数由上游向下游逐渐增大,显示集水面积越大降水及径流的年内集中程度和不均匀性越大。水利工程水量调节和土地利用/覆被变化降低了径流的年内集中程度和不均匀性,而用水消耗和气候变化增加了径流的年内集中程度和不均匀性。水利工程水量调节、土地利用/覆被变化、用水消耗和气候变化,对东江径流分配特征的影响贡献率分别约为-33.5%、-9.0%、4.5%和1.0%,新丰江水库、枫树坝水库和白盆珠水库的影响贡献率分别约为-21%、-10%和-2%,且近30年来土地利用/覆被变化和用水消耗的影响贡献有逐渐增加趋势。     

SWAT模型水文过程模拟的数据不确定性分析——以青海湖布哈河流域为例

降水、 气温的空间分布是影响流域水量平衡模拟的关键因素, 运用距离权重反比法(IDW)、 梯度距离权重反比法(GIDW)、 样条函数法(Spline)和克里金插值法(Kriging)对青海湖流域及周边地区43个气象站1995-2009年逐日气温和降水进行了空间插值, 并以气象要素空间插值数据驱动模型, 进行布哈河流域径流模拟. 选用布哈河口月平均流量, 以Nash-Suttclife系数(E_ns)、 相关系数(R)和相对误差(R_E)为评价指标, 进行校准期(2000-2004年)和验证期(2005-2009年)的径流模拟效果比较. 结果表明: 径流模拟精度较高, GIDW和IDW更适合于布哈河流域的气象要素空间化, 并且气象要素空间插值数据误差是引起模型模拟不确定性和参数据不确定性的原因之一.     

基于WEP-L模型的寒区流域径流演变模拟及归因分析

寒区在我国分布广泛,且多为我国主要江河的源头区,其水循环演变会对地区乃至全国的水资源情势产生重要影响。针对寒区冻土作用下特殊的水文特性,研究选择松花江、黄河、黑河、长江、雅鲁藏布江流域内5个典型寒区流域,采用改进的WEP-L模型模拟分析了寒区径流在1960—2010年的时空变化规律。同时,基于水文模拟法,设计不同气候变化与土地利用情景对各寒区流域径流变化进行了归因分析。研究表明：WEP-L针对不同的寒区流域逐月径流过程,取得了较好的模拟效果,NSE（纳什效率系数）基本在0.7以上,相对误差控制在±15%内。5个流域的径流量变化趋势表现为弱显著性,但是黄河流域（唐乃亥以上）和黑河流域（莺落峡以上）的基流指数显著增加,说明这两个流域的河川基流占比不断增加,主要原因可能在于冰川融雪的增加。除了松花江流域（阿彦浅以上）外的四个寒区流域的气候变化对径流的影响较高,贡献率达到78%以上,是径流演变的主导作用。研究结果有助于增强对寒区水循环和水资源演变的认识,为应对未来变化环境下寒区水问题提供参考。     

祁连山老虎沟流域强消融期径流对气候变化的响应

为定量研究老虎沟流域径流对气候变化的响应,利用老虎沟流域1959年和2014年强消融期（7月）的气象、径流数据,分析了强消融期气温、降水、蒸发、冰川消融量、径流（流域的径流深）等的变化,进而探讨了老虎沟流域强消融期气温分布和降水形态、流域蒸发和冰川消融对径流的影响。结果表明：老虎沟流域2014年强消融期径流比1959年多159 mm,增加了49.67%。2014年7月平均气温较1959年升高0.38℃,最低气温升高1.34℃。1959年和2014年7月降水量相差较小;老虎沟流域强消融期日降水和日径流之间呈负相关,蒸发量的变化较小,流域内祁连山站的混合态降水比例减少23.01%,导致降水转化为径流的比例增大;起决定性作用的是正积温, 2014年7月较1959年的正积温高11.71℃·d,主要由于2~4℃的气温日数增多导致正积温增加,从而加剧冰川消融对径流的补给。     

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。     

近50年黄河入海径流变化特征及影响因素分析*

以黄河口利津站实测、天然径流资料为依据,采用回归分析、相关分析和随机水文学的方法,对黄河入海径流的变化特征进行了分析,并结合流域气候和人类活动资料,定量探讨了近50多年来自然变化和人类活动对入海径流的影响。采用费希尔最优分割法检测出黄河实测入海径流出现1968年、1985年和1996年3个跳跃点,依据3个跳跃点,将入海径流分为4个阶段:即Ⅰ(1950~1968年)和Ⅱ(1969~1985年),Ⅲ(1986~1996年)和Ⅳ(1997~2004年),4个阶段径流量逐阶段递减。根据降雨与径流的相关分析计算出各阶段取水量占入海天然径流量的比重,第Ⅰ阶段为24 ％ ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ阶段分别升至44 ％ , 65 ％ 和79 ％ ,说明流域取水量的增加是造成入海径流量逐阶段减少和断流严重性增强的主要原因,也反映了黄河入海径流由第Ⅰ阶段受自然变化影响为主逐渐过渡至第Ⅲ阶段后受人类活动影响为主。1985年以后流域暖干化、大水库的调节和水土保持等则是促使径流量减少和断流的辅助因素。     

Effect of climate change on water resources in the Yuanshui River Basin: a SWAT model assessment

The Yuanshui River Basin is one of the most important river basins ensuring food production and livelihoods in the Hunan and Guizhou Provinces of China. Based on digital elevation model, land use, soil, and meteorological data, the soil and water assessment tool was used to analyze the response of water resources in the basin to climate change. Specifically, the monthly runoff from the Yuanshui River Basin was simulated. Runoff measurements from the 1961–1990 series were used to calibrate model parameters, and measurements from the 1991–2010 series were used for model validation. The Nash–Sutcliffe efficiency coefficient, correlation coefficient, and water balance error were used to evaluate the simulation results; the values obtained for these parameters were 0.925, 0.929, and 2.0%, respectively, indicating that the established model can be applied successfully to runoff simulations. To evaluate the effects of climate change and human activities on runoff, 24 different climate scenarios were modeled. By comparing the model simulation results with the baseline scenario, the effects of climate change were analyzed by year, during the dry season, and during extremely dry conditions. The results showed that runoff decreased with increasing air temperature and decreasing precipitation, and that the effects of rainfall on runoff were greater than those of air temperature. Under the same baseline conditions, the effects of climate change on runoff were most pronounced during extremely dry months.     

河西内陆河径流对气候变化的响应及其流域适应性水资源管理研究

为探讨河西地区内陆河径流对气候变化的响应, 选取1955-2008年石羊河、黑河和疏勒河的河流流量资料进行计算和分析. 结果表明: 50多年来, 石羊河年径流总体呈明显下降趋势, 黑河呈略有增加趋势, 疏勒河呈明显增加趋势, 地域上呈现愈往西部的河流年径流量增加愈明显. 三大河流进入1990年代后有下降趋势, 进入21世纪均有明显增多趋势. 三大河流径流对气候变化有不同响应, 石羊河流域主要受季风气候影响, 气候变暖, 蒸发加剧, 水分散失量大, 是造成径流减少的主要原因;黑河和疏勒河流域主要受西风带环流影响, 径流增多的重要原因是气候变暖降水明显增多. 为减缓气候变化对流域水资源利用的不利影响, 在分析三大内陆河流量对气候变化响应特征的基础上, 提出了适应性水资源管理的建议. 建议应提高水资源利用效率;改变生产方式, 调整农业种植业结构与布局;加大祁连山自然保护区建设, 搞好水资源可持续利用;积极开发祁连山丰富的空中云水资源、哺育祁连山冰川等流域适应性水资源管理对策, 对流域进行综合治理与开发利用, 这些措施和对策将为流域水资源开发提供科学依据.     

Modeling and assessing land-use and hydrological processes to future land-use and climate change scenarios in watershed land-use planning

Effective information regarding environmental responses to future land-use and climate change scenarios provides useful support for decision making in land use planning, management and policies. This study developed an approach for modeling and examining the impacts of future land-use and climate change scenarios on streamflow, surface runoff and groundwater discharge using an empirical land-use change model, a watershed hydrological model based on various land use policies and climate change scenarios in an urbanizing watershed in Taiwan. The results of the study indicated that various demand and conversion policies had different levels of impact on hydrological components in all land-use scenarios in the study watershed. Climate changes were projected to have a greater impact in increasing surface runoff and reducing groundwater discharge than are land use changes. Additionally, the spatial distributions of land-use changes also influenced hydrological processes in both downstream and upstream areas, particularly in the downstream watershed. The impacts on hydrological components when considering both land use and climate changes exceeded those when only considering land use changes or climate changes, particularly on surface runoff and groundwater discharge. However, the proposed approach provided a useful source of information for assessing the responses of land use and hydrological processes to future land use and climate changes.     

渭河上游典型小流域水文特征差异性分析

根据渭河流域两个典型小流域的实测水文和气象资料,分析了不同气候和下垫面条件的流域水文特征及其差异性.结果表明:清源河和牛谷河流域的年平均气温呈上升趋势,降水、径流、泥沙、降水径流系数均呈减少趋势;两个流域的降水、径流和泥沙历年变化不一致,1998-2013年清源河流域降水量相对牛谷河流域减少了8.6%,1993-2013年牛谷河的径流相对减少了21.4%,2000-2013年清源河的泥沙相对减少了24.0%;两个流域的面积、河长、海拔、植被覆盖率等流域特征值相对差在-29.4%~-4.5%之间,气温、降水等气候特征值相对差在-27.4%~16.7%之间,而径流特征值相差较大,相对差在-90.2%~-84.7%之间,泥沙特征差异性更大,相对差在292%~347%之间.对气候、下垫面和人类活动对水文要素的影响进行了研究,受人类活动的影响,清源河流域1996-2013年年径流减少11.6%,牛谷河流域1993-2006年年径流减少25.9%,2007-2013年再减少10.5%,研究人类活动的调水减沙效应,对流域综合治理、生态环境建设具有一定的指导意义.同时,充分利用不同小流域实测水文气象数据,分析水文气象要素的变化规律,可以为分布式水文模型研究和中小河流洪水预警预报提供重要依据.     

雅鲁藏布江流域气候和下垫面变化对径流的影响研究

典型高原寒区雅鲁藏布江流域径流变化是反映该区域气候和下垫面变化的重要指标。在全球升温背景下,由于观测资料稀缺,导致缺乏针对整个流域的气候和下垫面变化对径流影响的研究。因此,本研究基于1986—2010年的气象数据和奴下水文站月尺度、动态土地利用数据等,利用改进的水文模型并结合不同的模拟策略厘清了流域1991—2010年不同时段间气候和下垫面变化对径流的影响。结果表明：在1991—2010年期间,不同时段间气候和下垫面变化对径流变化的贡献率差异较大,气候变化对径流变化的贡献率高于下垫面变化,且使径流量增加。从空间上看,气候变化对流域产流的贡献率在上游和中游都较大,在下游东北部的贡献率较小,而在该区域下垫面变化的贡献率较大。雪冰融水径流呈增加的趋势,对年径流的平均贡献率在21.1%~48.6%范围内,多年平均贡献率为33.6%;雪冰融水径流一般从4月开始增大,8月达到最大,10月达到消融末期。本研究的开展和发现既是雅鲁藏布江流域水文、水资源基础性研究的需要,具有重要的理论研究意义,同时也可为该流域的水资源保护、规划与管理提供科学理论和决策依据,具有重要的现实意义。