气候与土地利用变化对汉江流域径流的影响

作为联结大气圈和地圈的纽带,水文循环同时承受气候变化和土地利用/覆被变化（LUCC）的双重影响,然而大多数的水文响应研究主要关注未来气候变化对径流的影响,忽略了未来LUCC的作用。因此,本文的研究目的是评估未来气候变化和LUCC对径流的共同影响。首先采用2种全球气候模式（BCC-CSM1.1和BNU-ESM）输出,基于DBC降尺度模型得到未来气候变化情景;然后,利用CA-Markov模型预测未来LUCC情景;最后,通过设置不同的气候和LUCC情景组合,采用SWAT模型模拟汉江流域的未来径流过程,定量评估气候变化和LUCC对径流的影响。结果表明：① 未来时期汉江流域的年降水量、日最高、最低气温相较于基准期（1966—2005年）,在RCP 4.5和RCP 8.5浓度路径下,分别增加4.0%、1.8 ℃、1.6 ℃和3.7%、2.5 ℃、2.3 ℃;② 2010—2050年间,流域内林地和建设用地的面积占比将分别增加2.8%和1.2%,而耕地和草地面积占比将分别减少1.5%和2.5%;③ 与单一气候变化或LUCC情景相比,气候变化和LUCC共同影响下的径流变化幅度最大,在RCP 4.5和RCP 8.5浓度路径下未来时期年平均径流分别增加5.10%、2.67%,且气候变化对径流的影响显著大于LUCC。本文的研究结果将有助于维护未来气候变化和LUCC共同影响下汉江流域的水资源规划与管理。     

基于SWAT模型的乌裕尔河流域气候变化的水文响应

乌裕尔河流域是气候变化的敏感区,其径流量是扎龙湿地的重要补给水源,探讨气候变化情景下乌裕尔河流域径流量的变化对区域社会经济发展和扎龙湿地生态环境保护具有重要的现实意义.本文利用SWAT模型对乌裕尔河流域进行径流模拟,并分析未来气候变化情景下河流径流量的变化.结果表明:SWAT模型可以较好地模拟乌裕尔河流域的径流量变化过程,尤其是产流量大的站点,模拟效率较高;气候变化对径流量影响较为显著.未来气候变化情景下,流域径流量随着时间的推移不断减少,而且不同水文站径流量减少幅度不同.     

基于河链结构和LUCC的分布式流域水文模型及径流响应

为了定量评估土地利用/覆被变化的水文水资源效应,并考虑流域水文效应的空间差异,提出考虑土地利用/覆被变化的分布式流域水文模型。该模型基于Shreve河链概念对流域河网进行单元划分,基于中国科学院土地资源分类系统的一级类型,将流域划分为6种不同土地利用及覆被变化类型;在每一类土地利用及覆被变化面积上,分别考虑蒸发和下渗的差异,并利用蓄满-超渗耦合产流模型计算该面积上的地表径流量和地面以下径流量;利用地貌汇流模型和线性水库模型将每类面积上的地表径流量和地面以下径流量演算至流域出口断面,从而得到流域的水文过程。模型参数包括流域地貌特征参数、产流参数和汇流参数,前者可以根据地理信息系统技术和遥感技术获得,而后者则需要根据流域的水文资料通过最优化方法求得。利用大理河流域1981—1990年的逐日降雨、蒸发及流量资料对该模型进行了参数率定和检验,率定期1981—1987年的水量平衡系数为0.993,年径流深合格率为100.0%;检验期1988—1990年的水量平衡系数为1.230,径流深合格率为66.667%,计算结果表明该模型在大理河流域具有良好的适应性。并以2000年大理河流域的土地利用/覆被状况为基准,计算得到流域的基准径流深为30.36 mm,并对大理河流域未来土地利用情况进行情景分析,为充分发挥小流域(或单元)水土保持措施带来的各种效益提供参考依据。     

陕西大理河流域土地利用/覆被变化的水文效应

近年来,土地利用/覆被变化的水文效应研究已成为国际的前沿和重点。在大理河流域,LUCC(包括水土保持措施)对水循环和水量平衡产生了深远影响,该流域LUCC水文效应的研究势在必行。根据研究区1990年代三期土地利用数据分析了LUCC的时空变化特征,采用特征变量时间序列法及降水-径流模型对LUCC水文效应进行了研究。结果表明:流域土地利用类型以耕地和草地为主,近10年来,耕地和草地面积有所减少,而林地和建设用地面积持续增加;流域年径流和月径流演化过程均表现出明显的下降趋势;LUCC及水土保持具有减少流域年径流、汛期流量以及增加枯季流量的作用,相对于降水因素,人类活动对流域水文的作用占主导地位;在1990~2000年期间,主要由LUCC引起的年均径流减少量达2616.6×10⁴ m³,占该期间实测减水总量的62.19%。     

土地利用/土地覆被变化对大盈江流域径流的影响

为揭示大盈江流域土地利用/土地覆被变化对径流变化的影响,基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,通过设置不同情景,定量分析了土地利用类型变化对流域内径流的影响。结果显示:(1)SWAT模型在大盈江流域径流模拟中具有较好的适用性,率定期的模型参数R~2、Ens分别达到0.68、066,验证期的模型参数R~2、Ens分别达到0.69、0.67;(2)大盈江流域月均径流量与土地利用类型关系密切:把农业用地变成林地或者草地,径流量均会减少,把林地变成草地径流量则会增加,农、林、草3种土地利用类型中产流由强到弱依次为农业用地、草地、林地。(3)2006～2015年,大盈江流域土地利用类型变化主要为农业用地和林地转化为草地,这种转变导致流域的月均径流量略有增加,增加的径流量主要是由林地转化为草地所致,且林地转化为草地引起的径流增加量强于农业用地转化为草地引起的径流减少量。     

气候变化对高寒山区流域径流量的模拟及预测

柴达木盆地气候干旱、水资源缺乏、生态脆弱,盆地周围的高寒山区是其重要的水资源形成区。关注柴达木盆地高寒山区流域未来气候变化及相应径流变化具有重要意义,然而相关研究较少。本研究选取柴达木盆地东北部典型高寒山区流域—巴音河上游祁连山区,采用局部缩放法和方差缩放法,基于实测降水、温度数据对CMIP6下BCC-CSM2-MR模式SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5 3种气候情景未来气候变化数据进行校准,将校准后的气候数据与SWAT模型耦合,模拟及预测历史及未来时期气候变化对巴音河出山径流的影响。结果表明,SWAT模型对巴音河出山径流的模拟效果满足评价标准,其适用性较好;巴音河上游祁连山区在3种气候情景下,2015—2100年降水量、最高温度、最低温度、出山径流量均增加,暖湿化趋势较为明显;3种情景下,2015—2100年巴音河流域地表径流将呈现先增加后减少的趋势。侧向流、地下径流、总产水量、融雪量将呈现增加趋势。研究结果可为柴达木盆地水资源管理和可持续发展提供科学依据和理论支撑。     

流域LUCC水文效应研究中的若干问题探讨

随着全球变化研究的深入,土地利用/覆被变化(LUCC)的水文效应研究日益成为热点问题。综合国内外研究进展,论文就流域土地利用/覆被变化水文效应研究中的几个问题进行了总结和探讨：子流域和水文响应单元是分布式水文模型对流域基本空间单元的理想划分;对国内外现有的土地利用分类系统进行了适当的调整和归并,建立了基于水文响应研究的土地利用分类系统,将土地利用分为9个Ⅰ级类和21个II级类;土地利用/覆被变化情景分析的常用方法有参照对比法、历史反演法、模型预测法、极端土地利用法、土地利用空间配置法等。     

土地利用/覆被变化对区域径流的影响——以秦皇岛地区为例

土地利用方式的变化是影响流域径流的重要因素。为定量研究土地利用/覆被变化对径流的影响,该文结合SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型,分析了秦皇岛地区2000年、2005年、2010年和2014年不同土地利用/覆被变化对径流的影响,并在子流域尺度上分析径流的空间变化。研究结果表明:1)SWAT模型能够较好地模拟研究区流域的月径流过程。2000-2005年研究区耕地急剧增加,林地和裸地减少,导致多年平均径流量增加4.79%;2005-2010年林地明显增加,耕地和裸地减少,导致多年平均径流量减少3.32%;2010-2014年城镇建设用地增加明显,耕地和林地减少,导致多年平均径流量增加2.62%。2)耕地和城镇建设用地的增加在不同程度上会增加径流量,而林地具有涵养水源、减少径流量的作用。3)研究区年均地表径流变化空间差异较显著,整体呈增加趋势。研究结果可为合理规划土地利用格局、优化配置水资源提供参考依据。     

不同土地-气候情景下三江源地区产水和水土流失评价（英文）

探讨三江源地区产水和土壤保持对整个青藏高原地区、黄河流域、长江流域及澜沧江流域的生态稳定和人类社会的可持续发展具有重要意义。以4期(2000年、2005年、2010年、2015年)土地利用现状数据、降水及气温日值数据集、1∶1000000中国土壤数据库为研究的数据源,结合居民点、道路、河流等矢量数据及人口、经济栅格数据集和CCSM4通用气候模式预测成果数据,以三江源地区为案例区,基于FLUS模型和降尺度校正方法设计4种土地利用发展情景和2种气候变化情景,应用InVEST模型对研究区域2030年不同情景下的产水和土壤侵蚀进行定量模拟。结果表明:(1)不同土地利用发展情景下,草地仍然是三江源地区的优势土地利用类型,面积占比始终大于67%。(2)RCP4.5气候情景下,年产水量和土壤侵蚀量增加幅度分别超过7%和3.9%;RCP8.5气候情景下,年产水量和土壤侵蚀量的减少幅度分别超过3.3%和1.3%。(3)气候变化在产水量和土壤侵蚀量变化中起主导作用。气候变化对产水量变化的贡献率高达89.97%–98.00%,对土壤侵蚀模数变化的贡献率在60.49%–95.64%之间;而土地利用类型变化对区域产水量变化的贡献率仅在2.00%–10.03%之间,对土壤侵蚀模数变化的贡献率在4.36%–39.91%之间。因此,三江源地区土地开发策略应综合考虑区域发展、退耕还林还草的投入及产生的生态效益等多方面问题。     

塔里木河中上游土地利用变化的径流响应

为了定量分析塔里木河中上游土地利用变化对径流的影响程度,基于塔里木河流域1980-2015年土地利用数据及相关水文系列资料,利用MIKE SHE分布式水文模型客观模拟评价了流域中上游土地利用变化下的水文响应过程。结果表明：MIKE SHE模型可以较好的模拟塔里木河流域中上游的日流量过程,在研究区具有良好的适用性;1980-2015年间流域土地利用变化导致流域地表日径流量减少了4.2 m³·s^-1。通过仿真模拟分析草地、林地、耕地三种土地利用情景,得到日均流量分别为147.56 m³·s^-1、141.80 m³·s^-1,144.72 m³·s^-1由此可见,该流域径流对不同土地利用类型的响应差异较大,产流量的总体趋势为草地>耕地>林地。研究成果对于流域土地利用格局的合理规划及极端水文事件的控制具有重要意义。     

基于遥感和 GIS 的洮河流域面源污染流域尺度模拟及防治对策研究

基于遥感与GIS技术的研究进展，采集洮河流域高程数据、土地利用类型、土壤类型特性、气象数据等，在SWAT模型中模拟与面源污染有关的降水、地表径流、壤中流、下渗和蒸散发等水文过程，计算侵蚀量、总氮和总磷等面源污染负荷，研究洮河流域面源污染特征。结果表明：洮河流域多年平均侵蚀量为0.70×10⁸ t，多年平均总氮面源污染负荷为244.11 t，洮河流域多年平均总磷面源污染负荷为27.91 t，洮河流域1967—2017年多年平均侵蚀量、总氮面源污染、总磷面源污染负荷总体呈不明显的波动减少趋势，同时提出了改变土地利用方式、设置植被过滤带、坡改梯等面源污染防治对策及建议。     

Predicting plausible impacts of sets of climate and land use change scenarios on water resources

Our world is changing at an unprecedented rate in terms of climate and land use, but these changes can affect our water resources. Hence, we need a methodology that can predict both their individual and agglomerative ramifications. Using the Little Miami River (LMR) watershed as a case study, this paper describes a spatial analytical approach integrating mathematical modeling and geographical information sciences to quantitatively examine the relative importance of the separate and combined hydrologic and water quality impacts of climate and land use changes.The Hydrologic Simulation Program - Fortran (HSPF) model was chosen in this study to simulate stream flow and nutrient transport process. Five hypothetical climate change scenarios were used to cover the possible ranges of variability in the year 2050. An enhanced population-coupled Markov-Cellular Automata (CA-Markov) land use model was developed to predict the 2050 land use pattern. When these scenarios were incorporated into the HSPF model, the future conditions in the LMR basin were postulated. The findings demonstrated that: 1) the LMR watershed would experience an increase in flow and nutrients under the 2050 land use projection, 2) stream flow and water quality impacts would be amplified when both climate and land use changes were simultaneously considered, 3) land use change (and in the case of the LMR watershed, urbanization) could help to alleviate water shortage during the dry years, 4) total phosphorus and nitrogen would increase under all future climate and land use scenarios; the highest increase was found under the combined wettest and future land use scenarios, and 5) the described approach is effective in simulating the hydrologic and water quality effects of climate and land use changes in a basin scale. These results are relevant to planners; they can be useful in formulating realistic watershed management policies and mitigation measures.     

黄河流域降雨侵蚀力对全球变化的响应

分析土壤侵蚀力对全球变化的响应,有助于国家和区域未来水土保持宏观战略的决策.本文利用Had-CM3模型,在A2和B2情景下系统研究了未来不同时期（2020年、2050年和2080年）黄河流域降雨侵蚀力的潜在变化.结果表明在全球气候变化条件下,黄河流域的降雨侵蚀力有显著的增加;增加的幅度随着GCM情景和研究时期的不同而不同,从南向北逐渐增大;A2情景下,黄河流域的降雨侵蚀力分别增加11.5%（2020年）、24.8%（2050年）和40.6%（2080年）,B2情景下的相应变化分别为20.9%、12.5%和20.8%;加强中、长期土地利用规划、植被建设和水土保持是应对全球变化的基本方略.     

气候变化对淮河流域水资源及极端洪水事件的影响

利用法国国家气象研究中心气候模型（Centre National de Recherches Météorologiques Climate Model, CNRM）典型代表性浓度路径（Representative Concentration Pathway, RCP）情景资料和可变下渗容量模型（Variable Infiltration Capacity Model,VIC）,分析了淮河流域未来气温、降水、水资源及可能洪水的变化趋势。结果表明,淮河流域未来气温将持续升高,RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下未来2021~2050年较基准期（1961~1990年）升幅分别约为1.13℃、1.10℃和1.35℃;流域降水可能呈现略微增加趋势,3种排放情景下2021~2050年降水较基准期将分别增加5.81%、8.26%和6.94%;VIC模型在淮河流域具有较好的适用性,能较好地模拟淮河流域的水文过程,在率定期和检验期,模型对王家坝站和蚌埠站模拟的水量相对误差都在5%以内,日径流过程的Nash-Sutcliffe模型效率系数（NSE）在0.70以上,月径流过程的NSE达到0.85以上。气候变化将导致淮河流域水文循环强度增加,流域水资源总体将可能呈增加趋势,王家坝站和蚌埠站断面洪水事件的发生可能性将增大。     

青海湖水量变化模拟及原因分析

为了探讨气候变化和人类活动对流域水文过程的影响,以分布式水文模型SWAT为基础,结合湖泊水量平衡模型,建立了青海湖水位(水量)模型,模拟了青海湖过去几十年水位变化过程。水文因子分析表明,20世纪80~90年代青海湖流域径流和湖泊水位变化的主要原因是气候变化。根据不同气候情景,对未来青海湖水位变化进行了预测。结果表明,未来30年径流增加的可能性比较大,青海湖水位下降速度将会减缓甚至出现上升趋势。这一结果将会缓解青海湖流域水资源日益紧张的局势,并有利于植被的恢复,减少土地沙化面积,对流域生态环境的改善和社会经济的发展将会有极大的帮助。     

气候变化情景下青海湟水流域径流变化的HIMS模拟分析

基于国产HIMS(Hydro-Informatic Modeling System)模型,以青海湟水流域为研究区域,利用1986-2000年33个雨量站和8个气象站的逐日降水和气温数据,对其径流变化进行模拟;选取流域内6个水文站同期的实测径流数据,进行参数率定及验证。结果表明:HIMS模型日、月率定及验证结果良好,在湟水流域具有良好的适用性。在此基础之上,分析了湟水流域1961-2010年降水及气温的变化趋势,并对不同气候变化情景下的水文响应(径流量)进行模拟分析。结果显示气候变化对湟水流域径流量变化趋势影响显著,随气温升高和降水量的减少,径流量呈明显的减少趋势,反之,呈增加趋势。     

大凌河流域土地利用/覆被变化及其对气候变化的响应研究

基于Landsat遥感影像提取大凌河流域1986~2014年7期土地利用/覆被变化信息,并结合1986~2014年流域气候变化情况,发现大凌河流域土地利用变化对流域气候变化具有负面影响。研究表明：① 近30 a大凌河流域土地利用/覆被变化情况表现为：建设用地和农林用地的大幅度扩张,面积分别增加了322.30 km²和1 504.94 km²,并伴随着水域和旱地及其他未利用地面积的显著减少,面积分别减少了102.42 km²和1 724.61 km²;② 大凌河流域近30 a来土地利用变化导致流域平均年降水量、平均相对湿度及平均风速小幅度下降,分别减少了14.94 mm、0.2%和0.04 m/s,平均气温缓慢上升,增长了0.1℃;③ 退耕还林还草及成立凌河保护区等工作能提高流域植被覆盖面积、使流域水域面积得以回升,从而可以缓解城市热岛效应带来的温度升高,提高流域生态环境质量。     

气候变化和人类活动对渭河流域蓝水绿水影响研究

以渭河流域为研究对象,探讨了1980~2009年气候变化和人类活动对蓝绿水资源的影响。结果表明：① 研究时段内,在气候变化和人类活动的共同影响下,蓝水流、绿水流和绿水储量分别下降了23.56 mm/a、39.41 mm/a和17.98 mm/a,中北部的蓝水流和绿水储量呈现增加的趋势,流域上游地区的绿水流呈现下降趋势。② 归因分析表明,蓝水流、绿水流和绿水储量在气候变化驱动下分别下降了13.17 mm/a、44.99 mm/a和22.79 mm/a;土地利用/覆盖变化则导致蓝水流和绿水流分别减少0.42 mm/a和0.37 mm/a,绿水储量增加了0.79 mm/a;而农业灌溉使蓝水流减少了9.97 mm/a,绿水流和绿水储量分别增加了5.95 mm/a和4.02 mm/a。③ 气候变化导致研究区东南部绿水系数呈现增加趋势,而泾河流域绿水系数呈现减小趋势。同时,土地利用/覆盖变化使得东南部的一些子流域绿水系数呈减小的趋势,而在加入农业灌溉情景后,平原地区灌区绿水系数呈明显的上升趋势。