基于能量守恒和3S技术的分布式冰川融水径流过程模拟

面向对象的分布式冰川融水径流模型的建立,不仅可以提高模拟计算的精度,而且可清楚地反映冰川融水径流各影响因子的特征,对研究中国西部地区流域水文循环具有重要意义。本研究借助3S技术,根据能量守恒和水量平衡原理,建立了包括栅格冰川融水、融水产流以及汇流子系统且具有严格物理意义的分布式冰川融水径流过程模型。通过DEM数字高程技术,提取流域地理信息;基于Landsat-7卫星遥感影像,反演获得流域的冰川覆盖信息和地表反射率信息。将获取的这些信息作为冰川融水径流过程模型的基本输入数据,分别对扎当冰川和七一冰川融水的日径流过程进行了模拟计算。结果显示,该模型对2个冰川径流量日变化过程的模拟结果与实测过程一致。2个冰川的日径流峰值与其实测值的差异小于6.0%,日径流过程的Nash-Sutcliffe效率系数均大于0.81。所建模型计算结果可靠,可以为实时预测冰川融水径流变化过程提供技术支撑。     

2006年黑河水系典型流域冰川融水径流与出山径流的关系

利用2006年夏季祁连山七一冰川野外观测资料,计算了2006年七一冰川的冰川融水径流模数,为119.85 L·s-1·km-2,是20世纪70年代七一冰川径流模数的2.23倍;依据径流模数估算出2006年冰川融水径流在黑河4条支流出山径流量中的比重为9.6%,大于1991年8.2%的统计值。黑河流域东部河流出山口径流量中冰川融水所占比重变化不大,西部河流冰川融水补给比重显著增大,强烈反映了在全球气候变暖背景下,祁连山冰川对气候变化过程的响应。     

天山东段冰雪消融与产汇流水文过程——以乌鲁木齐河源区为例

应用天山北坡乌鲁木齐河源区1 号冰川、空冰斗和总控3 个水文断面2011 年5-9 月每10min 实测水位数据、15 min 的气温、降水数据、1 号冰川消融及空冰斗区积雪观测数据,采用排除和不排除降水对冰雪消融产流影响的研究方法,系统分析了不同冰川覆盖率下水文断面冰雪消融特征及产汇流过程。结果表明：（1） 乌鲁木齐河源区3 个水文断面流量昼夜差异明显,1 号冰川水文断面白天径流大于夜晚径流,空冰斗和总控断面则相反;3 个断面流量亦具有显著日变化过程,且流量峰值大小和到来的时间存在差异。（2） 在排除与不排除降水两种天气影响下,1 号冰川最大流量滞后最高气温分别为1~3 h 和0~1 h;空冰斗断面分别为10~16 h和13 h,总控断面分别为5~11 h 和6~7 h,反映了1 号冰川从消融产流到汇流时间最短,空冰斗积雪消融产流时间最长,总控位于二者之间,同时亦反映伴随降水过程冰雪融水汇流迅速,即从产流到汇流时间有一定的缩短。（3） 影响3 个水文断面流量变化的因素不同,冰川区热量条件是影响1 号冰川水文断面的关键,1 号冰川在过去20 余年间,冰内、冰下排水道变得更为单一,对融水的阻滞和贮存作用弱化,融水汇流过程变得更为迅速。（4） 冰川覆盖山区流域水文断面在冰川消融期的流量过程线变化及最大流量与最高气温时滞变化规律在一定程度上对于认识冰川覆盖率有差异背景下的流域下垫面水系演化、冰雪消融过程及水文断面径流补给具有重要的指示意义。     

近50年新疆天山奎屯河流域冰川变化及其对水资源的影响

基于地形图、遥感影像、气象与水文资料,对气候变化背景下奎屯河流域近50 a冰川变化及其对水资源的影响进行了研究。结果表明：1964~2015年该流域冰川面积减小了约65.4 km²,冰储量亏损了约4.39 km³,且2000年后冰川消融与退缩加快。消融期内正积温增大带来的冰川物质支出（消融）高于源自年内降水的冰川物质收入（积累）是造成该流域冰川消融与退缩的主要原因。1964~2010年该流域径流年际变化总体呈上升趋势,1993年后径流增加趋势显著,且周期性丰枯变化发生了改变。52 a间该流域冰储量亏损引发的水资源损失量达39.5×10⁸m³,年均亏损量约占多年平均径流量的12%,且20世纪80年代后冰川融水在径流中所占比重增大。     

玉龙雪山冰川稳定同位素分馏冬夏对比

利用玉龙雪山白水1号冰川区冬季和夏季表面积雪、雪坑、融水以及白水河河水中δ¹⁸O资料,对比分析了冬季和夏季我国典型季风温冰川系统内稳定同位素分馏行为的差异。分析结果表明,夏季冰川系统内各水体相变过程中稳定同位素分馏程度均比冬季强烈,指示出夏季季风海洋型冰川强烈消融的特点。另外,不论是冬季还是夏季,从表面积雪到融水再到由融水补给的河流,δ¹⁸O垂直变化梯度依次增大,反映了从固态降雪向冰川融水补给的河流河水转换过程中,稳定同位素分馏程度逐渐增强,体现了沉积后过程对海洋型冰川区同位素记录的影响具有空间差异性。     

阿克苏河地表径流过程与绿洲耗水分析

塔里木河流域近期综合治理,使流域灌溉条件和生态环境得到了初步改善.由于全球气候变暖,一方面冰川消融增强,雪线升高和冰储量减少,尽管冰川融水量近期有所增加,但长期会造成对河川径流调节能力减弱;加上对降水影响,使河流洪枯水量悬殊,可利用水资源量减少.另一方面使平原地区干旱加剧、消耗水量增加;同时,社会经济发展对水资源需求量不断增加,水资源供需矛盾及水质恶化的问题,是制约流域社会发展的瓶颈.因此,为了保障流域的可持续协调发展,必须长期坚持对塔里木河流域以节约、保护、合理配置水资源和盐碱化防治为主的综合治理.     

贡嘎山东坡海螺沟的河川径流特征

对贡嘎山高山水文观测试验系统进行了简要介绍，并对海螺沟冰川河以及黄崩溜沟的径流特征进行了初步探讨。由于大气降水同是冰川河及黄崩溜沟径流的重要补给来源，故其径流量的季节变化明显带有大气降水过程的烙印，显得丰、枯分明。在冰川河，冰雪融水和地下水在枯水季节的稳定补给改变了大气降水对冰川河径流的年内分配过程；在黄崩溜沟，由于冰雪融水和地下水对其径流的补给非常有限，大气降水过程对其径流过程的影响便明显大过冰川河。     

气候变化对中亚天山山区水资源影响研究

本文结合资料分析和文献阅读,对全球气候变化背景下的中亚天山山区水文、水资源变化进行了讨论分析。在全球升温滞缓背景下,中亚天山山区在过去的10余年,气温却一直处于高位态波动状态;气候变暖及持续高位态波动加剧了山区冰川和积雪等固态水体的消融,导致山区降雪率降低,天山山区降雪率从1960-1998年的11%~24%降低到2000年以来的9%~21%,有97.52%的冰川表现为退缩状态,水储量呈明显减少趋势,减小幅度约为-3.72 mm/a;气候变暖直接影响区域水循环和水系统的稳定性,引起径流补给方式和水资源数量的改变,加大了水资源时空分布的不确定性。天山山区在短时期内因冰雪融水增多,会出现径流量增加现象。但在未来气候持续变暖、降水条件维持不变的条件下,河川径流量将会出现减少趋势。     

气候变化背景下冰川积雪融水对博斯腾湖水位变化的影响

依据近50年来博斯腾湖流域开都河大山口水文站径流数据和8个气象台站的气温、降水、积雪融水资料,并借助相邻流域天山1号冰川物质平衡资料,对气候变化背景下冰川和积雪融水对开都河径流量及博湖水位的贡献率进行了诊断分析。通过多元线性拟合法和偏相关分析法研究表明,1号冰川物质平衡与大山口水文站年径流量具有显著反相关关系,相关系数-0.28,但开都河年径流量变化并不能完全由冰川融水解释,降水和积雪融水的影响也非常重要,它们与大山口年径流的偏相关系数分别为0.57和0.40,超过99.9%和99%置信度水平。气温、降水、积雪融水拟合年径流与观测年径流的相关系数达0.63,超过99.9%置信度水平。各季节分析表明,春、秋季的降水和气温对径流具有显著影响,偏相关系数分别为0.52和0.37;夏季主要是冰川和积雪融水对径流的影响,其中积雪融水与径流的偏相关系数达0.51。夏季是一年中径流最大的季节,其变化主导着年径流量的变化,因此冰雪融水作为博斯腾湖的入湖水源,对博斯腾湖水位变化的影响不容忽视。     

多模式预测气候变化及其对雪冰流域径流的影响

冰川覆盖流域的雪冰融水对河川径流有重要的调节作用。气候变化影响雪冰融水过程和数量变化,河川径流过程和径流量相应变化,其程度与流域冰川情况相关。通过利用CMIP5气候模式输出气象数据驱动流域水文模型,模拟研究天山地区3个不同冰川覆盖率河流(库玛拉克河、玛纳斯河、库车河)的径流对气候变化的响应。结果表明:随着未来气温和降水的持续增加,3个流域的雪融水均有增加,冰融水变化受冰川覆盖面积的影响,在各个流域变化不一致。径流变化主要受降水增加和雪冰融水变化的综合影响,在未来情景下各流域径流均有增加,分别增加了5.8%～14.3%(库车河)、2.9%～11.4%(玛纳斯河)、12.9%～47.1%(库玛拉克河),且冰川覆盖率越大的流域,预估径流不确定性变化区间受冰融水影响越大。预估3个流域的径流、雪冰融水年内分布变化表明,各河流的春季融雪时间提前和融雪量增加使得流域春季径流量较历史时期增大;在夏季,受雪冰融水变化的影响库车河、玛纳斯河夏季径流峰值量减小,而库玛拉克河径流峰值量增加,且预估的各流域夏季径流变化不确定性区间明显大于其它季节。     

冰川

P343.62006010138托木尔峰南坡冰川水文特征及其对径流的影响分析=Anal-ysis on the glacial hydrological features of the glaciers on thesouth slope of Mt.Tuomuer and the effects on runoff/谢昌卫,丁永建…∥干旱区地理.—2004,27(4).—570~575托木尔峰地区冰川消融和冰雪融水径流对温度和降水变化有很好的响应,冰面消融与同期温度之间呈线性相关性,冰川年消融深与消融期6-8月份平均气温呈指数关系.过去40年来该地区年冰雪融水量增加了8~10×108m3左右,而在区域温度持续升高的趋势下,冰雪融水补给量将会持续增加.冰雪融水对河流补…     

独库公路冰川泥石流分布及其特征

对独库公路冰川泥石流的考察及重点泥石流沟的观测，摸清了９条泥石流沟的分布，泥石流发生概况、危害和形成的水文气象条件。以实测资料分析了公路沿线冰川泥石流运动规律基本特征和形成机制。参与泥石流形成的主要水源为融雪水、冰崩和冰川融水，其次是暴雨和冰川融水的叠加所形成的洪水，实测最大容重为２．４６ｇ／ｃｍ￣３。     

天山冰川厚度及其储量计算

天山是我国现代冰川主要分布区之一。天山冰川的融水对天山南北广大的农田灌溉,起着极为重要的作用,素有高山固体水库之称。为了估算这些固体水库的储量,必须了解冰川的厚度;选择不同类型的冰川,用雷达法和重力法进行冰川厚度的测定,并由此建立了推算天山冰川厚度的公式,对天山冰川的储水量进行计算,以便供大家参考使用。     

托木尔峰南坡冰川水文特征及其对径流的影响分析

托木尔峰地区冰川消融和冰雪融水径流对温度和降水变化有很好的响应,冰面消融与同期温度之间呈线性相关性,冰川年消融深与消融期6～8月份平均气温呈指数关系。过去40年来托木尔峰地区年冰雪融水量增加了8～10×108m3左右,而在区域温度持续升高的趋势下,冰雪融水补给量将会持续增加。冰雪融水对河流补给的季节集中性和多年变化的稳定性,造成水资源量高度季节集中和平稳的年际变化。通过对本地区河流月流量持续性分析表明,本地区河流月径流量持续性很差,并且冰雪融水补给越高,持续性越差,对充分利用区域内水资源产生了不利影响。     

内陆河流域分布式水文模型——以黑河干流山区建模为例

应用常规的气象水文数据并结合GIS, 建立了一个适合西北内陆河山区流域分布式水文模型, 并对黑河干流山区出山径流进行了模拟计算和讨论。模型以子流域作为最小的产流、汇流单元, 将各子流域分为裸地区、乔木区、牧草区和冰川区, 并根据实测剖面资料将土壤分为3层, 各分区单独进行水量平衡计算。产流过程基于蓄满产流理论, 以月和日为步长, 月模型在黑河干流山区流域应用效果较好, 日模型受降水的随机性和观测站点少的限制效果不佳。模型参数敏感性分析发现, 降水资料的代表性是模型模拟成败的关键。月模拟结果表明, 植被覆盖可以调节径流过程, 增加流域土壤储水量, 尤其是乔木森林, 即植被具有涵养水源的功能。在全球变暖背景下, 黑河未来出山径流会有一定程度的增加, 冰雪融水和实际蒸散发也会增加, 永久积雪与冰川面积缩小, 雪线上升, 但近期内不会造成冰雪储量大量减少。     

西藏枪勇冰川冰下富碎屑化学沉淀特征与冰下过程

西藏枪勇冰川是我国现代大陆性冰川之一,在其外缘冰床背冰面的基岩表面和节理裂隙中发现了富碎屑化学沉淀,为研究冰岩界面的物理、化学过程提供了良好载体。对该区富碎屑化学沉淀理化特征的研究表明：枪勇冰川冰下存在压力融水,冰下碎屑,特别是陆源气溶胶粉尘来源的碎屑,能与融水及其中溶解的CO₂发生化学反应,释放出Ca⁺⁺;Ca⁺⁺随融水向下游方向迁移,在冰床背冰面,由于上覆压力减小,融水中的CO₂逸出并发生复冰作用,使融水中的Ca⁺⁺重新富集,形成CaCO₃沉淀,并将融水中的粉砂粘粒碎屑胶结,形成富碎屑化学沉淀;枪勇冰川冰下融水的存在,证明其冰下存在温度接近融点的融区,有类似于温性冰川的滑动过程。     

中国典型山地温冰川水化学空间分布特征与近期冰川动态

从我国玉龙雪玉典型温水王白水１号冰川不同区段表面融水,新近积雪和冰川初给河水采样分析结果表明,雪线以下降水中的稳定同位素的离子含量比雪线以下为高,低海拔河水比高海拨融水的氧同浓度为低,可能在来源上存在着差异,这种分布特征说明本温冰川区局部大气环流情况高度而不同,有可能存在季气候区所特有的“降水量效应”或“季节性效应”。冰川不同水体内离子浓度变化说明,冰川融水与地壳表面接触时间越久,其中的可融性离了     

水文气象学方法计算喜马拉雅山北坡冰川流域物质平衡

卡鲁雄曲是喜马拉雅that坡唯一具有长期常规水文气象观测资料的冰川流域.根据中国冰川水文和气候的分布特征,可推导出一组以水文、气象观测数据计算流域冰川平均物质平衡的公式.据此恢复了1983-2006年卡鲁雄曲流域冰川平均物质平衡各分量的逐年值序列,并用SPSS软件对计算结果进行r统计分析.结果表明:1983-2006年的24 a里,卡鲁雄曲流域的冰川消融逐步加剧:多年平均值为-136.3 mm/a,前12 a(1983-1994年)多年平均值为-83.61 mm/a,后12 a(1995-2006年)多年平均值为-188.98 mm/a,且1986、1998和2005年出现较大的波动,冰川物质平衡值分别为:149.19mm、-654.36 mm和-316.43 mm.通过对影响冰川物质平衡动态变化的影响因素进行分析,发现冰川物质平衡变化主要由强烈消融期(5-9月)的平均温度决定,二者的相关系数达到-0.786,并具有很好的线性关系:MB=-331.8T_(5-9)+2683.5.     

斯瓦尔巴群岛冰川学研究进展与我国北极冰川监测系统建设

北极斯瓦尔巴群岛冰川大多数属于亚极地型(sub-polar)或多热型(polythermal)。Austre Br(?)ggerbreen和Midre Lovénbreen冰川(＜10km~2)长时间系列物质平衡研究显示,自小冰期结束以来几乎所有的观测年中夏季消融比冬季积累更大,导致冰体稳定地减小；而面积更大、海拔高度更高的冰川如Kongsvegen冰川(105km~2)则更加接近稳定态的平衡。斯瓦尔巴群岛冰川流动速率一般较低,但跃动相当频繁,控制跃动型冰川空间分布的因素包括冰川长度、基底岩性和多热场。可通过冰川水文特征、钻孔温度测量和无线电回波探测获取斯瓦尔巴群岛冰川热场的信息。斯瓦尔巴群岛冰川的低流速和多热性结构对冰川上的排水系统相当重要,整个群岛淡水径流的四个主要来源分别是冰川消融、雪融化、夏季降雨和冰崩解,经验回归方法和模式方法用于计算淡水径流量。因夏季融水渗浸作用、采样分辨率低和化学成分分析有限,早期斯瓦尔巴群岛冰芯的准确定年受到严重影响,但最近的研究显示,来自斯瓦尔巴群岛冰帽的冰芯数据仍然能够提供重要的气候和环境信息。通过我国北极黄河站2005年度科学考察,我们已初步建立了Austre Lovénbreen冰川和Pedersenbreen冰川监测系统,并计划在Austre Lovénbreen冰川进行钻孔温度测量、冰川气象要素观测、冰川前缘水文观测以及冰川厚度和内部结构测量,重点开展斯瓦尔巴群岛冰川基本特征和发育条件、冰川表面能量和物质平衡、冰川波动与气候变化关系、淡水径流年际和季节性变化和气/雪/冰界面过程等方面的研究。     

基于氢氧同位素和水化学的祁连山老虎沟冰川区径流过程分析

基于2012-2013年两个消融期在祁连山老虎沟冰川区连续2 a采集的冰川融水径流、雪冰以及降水样品,分析探讨了冰川区水体介质中氢氧同位素和水化学要素(主要化学离子、pH值、TDS和电导率等)在消融期的变化过程及特征。结果表明:祁连山老虎沟雪冰融水中的氢氧同位素值(δD和δ¹⁸O)表现出明显的消融期随月份波动,先升高再降低的趋势,在7月份表现出高值,反映了冰川消融强弱程度的变化过程。冰川径流中同位素含量与冰雪融水接近,且处于当地降水线上,其主要来自冰雪融水和降雨补给。老虎沟冰川融水径流水化学主要表现为Ca-Na-HCO₃-SO₄和Ca-Mg-HCO₃-SO₄型,其组成特征也表现出随消融过程而变化。对氢氧同位素和化学要素组成在消融期(6~9月)随时间的变化过程进行了分析,表明结合冰川区氢氧同位素和化学要素(包括化学离子、TDS、pH值和电导率等)的组成可以区分雪坑和新雪、河水的组分变化,可以反映冰川融水径流在消融期的变化过程。