塔里木河流域近50年来生态环境变化的驱动力分析

结合塔里木河流域近50年来水文、植被以及社会经济等方面的资料,采用趋势分析方法估算人为因素对流域地表径流的影响,通过相关和主成分分析等数学方法分析人类活动诸因子与流域地表径流和地下水质之间的关系。研究结果表明,塔里木河上游源流区的地表径流在过去的几十年里没有减少,且有一定程度的增加,塔里木河干流地表径流量减少是人类活动所致;人类活动在1970、1980和1990年代对流域上中游地表径流的影响量分别为41.59%、63.77%和75.15%;由人类活动所导致的地表径流量减少是影响河道水质发生变化的主导因子,而地下水位变化则影响灌区和非灌区地下水水质;塔里木河下游生态系统受损与人类活动直接相关。     

气候变化和人类活动对中国地表水文过程影响定量研究

利用中国372个水文站月径流数据（1960-2000年）及41个水文站年径流数据（2001-2014年）,采用基于Budyko假设的水热耦合平衡方程,构建气候变化和人类活动对径流变化影响定量评估模型,在Penman-Monteith潜在蒸发分析基础上,进一步分析气象因子对径流变化的弹性系数,量化气候变化和人类活动对径流变化的影响。结果表明：① 中国北方地区流域径流变化对各气象因子弹性系数明显大于中国南方地区。就全国而言,径流变化对各因子的弹性系数为：降水>土地利用/土地覆盖变化（LUCC）>相对湿度>太阳辐射>最高气温>风速>最低气温;② 1980-2000年,气候变化总体上有利于增加中国年径流量,而降水对年径流量增加的贡献最为显著;③ 1980-2000年,中国南方流域中,气候变化对年径流变化的影响以增加作用为主,而北方流域,以减少年径流作用为主。对中国大多数流域径流变化而言,人类活动的影响主要以减少年径流量为主。2001-2014年,气候变化以减少径流量为主,人类活动对径流变化的影响程度明显增强,气候变化与人类活动对径流变化的贡献率分别为53.5%、46.5%。该研究对气候变化与人类活动影响下,中国水资源规划管理、防灾减灾及保障水资源安全具有重要理论与现实意义。     

气候变化和人类活动对白洋淀上游水源区径流的影响

白洋淀是华北平原最大的湖泊湿地,对维持华北平原生态平衡具有极其重要的作用。近年来,白洋淀流域水源减少已经引起了严重的生态环境问题,本文以唐河上游流域为例,根据流域内1960-2008 年水文气象数据,采用气候弹性系数和水文模拟方法,研究了气候变化和人类活动对白洋淀上游水源区径流量的影响。结果表明：年径流下降趋势显著,下降速率为1.7 mm/a,且径流在1980 年前后发生了突变;气候变化对唐河上游流域径流减少的贡献率为38%~40%,人类活动对径流的减少起主导作用,为60%~62%。为维持白洋淀的生态功能,必须保证一定的最小生态需水量,开展湿地生态用水调度与监管。     

利用树木年轮重建嫩江上游近200 a来1~3月径流量

嫩江是东北地区最重要的河流之一,了解嫩江长期水文变化规律,对嫩江流域林业、农牧业生产具有重要意义。通过对嫩江上游4个地点兴安落叶松（Larix gmelinii）树轮年表与气候水文数据分析,发现4个地点的平均年表与1~3月平均径流量有着极显著关系。因此,基于树轮宽度重建了嫩江上游1804年以来1~3月平均径流量,重建方程解释了43.9%的径流变异,经检验证明重建结果可靠。重建嫩江径流变化表明：1804年以来,嫩江流域上游1~3月份径流经历了6个偏枯和7个偏丰阶段。同时,嫩江上游径流量存在60、4.3~4.0、3.4~3.2、3.1~2.9和2.3 a的变化周期。在19世纪初至20世纪初嫩江1~3月流量的变化幅度较小,而20世纪中后期变化幅度较大。另外,重建结果与黑龙江省历史记载的旱涝时期比较吻合。     

渭河径流年内分配变化特征及其影响因子贡献率分解

研究渭河径流年内分配变化特征及其影响因子,有助于在区域视角下进一步掌握全球变暖与人类活动不断加剧背景下的水文响应。本文基于1960-2005年实测径流、面降雨以及潜在蒸发量的月序列数据,采用集中度与不均匀系数两个指标分析渭河径流年内分配特征的时空变化规律。运用Mann-Kendall法求算了渭河流域径流集中度与不均匀系数的变化趋势,采用启发式分割法诊断径流年内分配特征值的变异点,并运用累积量斜率变化率比较法定量计算气候变化与人类活动对径流年内分配特征变化的贡献率。结果表明:①渭河实测径流年内分配特征值的年变化过程呈现上升趋势,其中张家山站呈现显著上升趋势,该流域旱涝风险有所增加;②林家村与张家山站的实测径流年内分配特征值均存在1973年这一变异点,而华县站无变异点存在;③气候变化与人类活动影响对林家村站径流年内分配集中度与不均匀系数的贡献率分别为27.15%,72.85% 和12.10%,87.90%,而对张家山站的贡献率分别为39.11%,60.89%和33.73%,66.27%。人类活动是渭河实测径流年内分配特征变化的主要驱动力。     

沂河流域水文特征变化及其驱动因素

以沂河流域为研究区,运用水文特征参数时间序列法,分析1951—2002年流域降水、径流、洪峰流量等水文要素的演化趋势,通过临沂站50年来天然径流过程的回归模拟及其与实测径流的比较,定量分析气候变化和人类活动对径流的影响。结果表明：近50年来沂河流域年径流量和各月径流量显著减少,并且对降水波动的响应迟缓,而单次暴雨径流对降水反应敏感;10年尺度的降水波动中,径流随着降水的多少而发生相对一致的变化趋势,降水变化在一定程度上控制着径流的演化;但是20世纪60年代中期以来,临沂站实测径流的平均值减少了149mm,占天然径流量年平均值的51．6％,气候变化和人类活动对径流减少的贡献率分别为39．3％和60．7％。水利工程建设、土地利用变化、水资源开发利用等人类活动对径流产生更为深刻的影响。流域可持续发展要求在遵循水循环自然规律的基础上合理约束人类活动。     

气候变化和人类活动对信江流域径流影响模拟

以1960―1990年为基准期、1991―2005年为影响期,使用HSPF（Hydrological Simulation Program-Fortran）水文模型定量分析了影响期气候变化和人类活动对信江流域径流的影响及其各自的贡献率。结果表明：1）相对于1960―1990年,1991―1995、1996―2000年的年平均径流深分别增加了271.9和246.3 mm,2001―2005年的年平均径流深减少64.1 mm。其中,气候变化对径流的影响分量在65.6%~88.0%之间,人类活动对径流的影响分量在12.0%~34.4%之间。2）人类活动对极值流量有影响。在影响期,年最大7 d平均流量和最大15 d平均流量模拟值大于对应的实测极值流量。3）在气候变化因子中,流域降水量的增加,是引起20世纪90年代信江流域径流显著增大的主要原因,其次是蒸发量的下降;人类活动包括植树造林、城市化以及水利工程修建,是影响流域径流变化的次要原因。     

水利水保措施对潮河流域年径流量的影响 —— 基于经验统计模型的评估

利用时间序列对比法分析了1961-2005 年潮河流域降水、径流、用水量、水利工程、 水土保持措施变化。结果表明: (1) 自20 世纪60 年代以来, 潮河流域年平均面雨量略有减 少, 但流域年径流量却呈明显减少趋势, 1991-2000 年的流域年径流量平均值为1961-1970 年 的90.9%, 减少幅度较大; (2) 潮河流域径流量的变化主要与水利水保等人类活动有关。利用 降水-径流经验统计模型评估了流域水利水保措施对年径流量的影响程度: 1981-1990 年、 1991-2000 年、2001-2005 年、1981-2005 年, 受水利水保措施影响所产生的年均减水量分别 为1.15、0.28、1.10、0.79 亿m³, 水利水保措施减水效应分别为31.99%、7.13%、40.71%、 23.79%。水利水保措施对枯水时段的减水效应更为突出。     

气候变化和人类活动对汾河流域径流情势影响分析

在人类活动和气候变化的影响下,汾河入黄径流量锐减,加剧了山西省水资源短缺的现状,并引起生态环境的恶化,同时入黄径流量的减少致使黄河干流流量的减少,加剧了黄河中下游的水资源短缺。以汾河流域为研究区,采用水文变异诊断系统分析了汾河流域入黄控制站河津站1956-2012年的径流情势的变化情况,入黄径流有显著下降的趋势,并且在1971年左右发生了突变减少。然后采用多元分析方法,分析造成径流突变减少的影响因子,其径流受到降水量、潜在蒸散发量和人类活动引起的流域属性改变的影响。随后采用Budyko公式分析其敏感性,在相对较长的时间尺度上,气候变化对径流的影响比人类活动更加敏感。最后采用累计斜率法分析上述参数对径流的影响比率,得到径流量受降水量、潜在蒸散发量和流域属性的影响比率分别为16.29%、-4.86%和88.57%。     

塔里木河干流年径流量变化及其人为驱动因素关联分析

根据塔里木河干流1957～2008年的年径流量监测数据,利用线性回归法,对干流年径流量时间序列变化趋势进行分析,并借助相关分析和主成分分析法甄别影响径流变化的主要人为驱动因素。结果表明:近50多a来,塔河干流的年径流量呈显著递减趋势,与干流来水量变化趋势一致;人类活动自1975年左右开始明显的影响径流量,有效灌溉面积、农业人口、耕地面积和一产比重与径流变化相关程度最强,以引水灌溉为主体的农业经济活动成为影响径流变化的最重要因素;人类活动对径流变化的影响程度沿河道自上而下表现出逐渐增强的趋势。     

Hydrological implications of land use and land cover change: Spatial analytical approach at regional scale in the closed basin of the Cuitzeo Lake,Michoacan, Mexico

A spatially distributed water balance model was used to assess the influence of regional land use and land cover change in a poorly gauged basin for the years 1975 and 2000. To carry out this study in the Cuitzeo Lake basin in Michoacan, Mexico, remote sensing and geographic information system tools were integrated in the water balance model. In addition, a transition matrix analysis was used to determine the dynamic change of categories of related hydrologic processes. The analysis of the water balance components, based on landforms and transition matrix, indicated a tendency of improvement in the regional hydrologic conditions in the basin. As a consequence of urban land use growth, however, plains and footslopes of the basin showed an increase of runoff values. In addition, in both years, the topographic lower sections of the basin exhibited a high demand for water from the increased urban land use, along with degradation of Cuitzeo Lake, particularly by pollution and reduction of water supply. The approach used here is suitable for understanding the change in quantity and spatial distribution of water available in poorly gauged basins.     

SWAT模型的原理、结构及应用研究

SWAT(SoilandWaterAssessmentTool)是一个具有很强物理机制的长时段的流域分布式水文模型。它能够利用GIS和RS提供的空间数据信息,模拟复杂大流域中多种不同的水文物理过程,包括水、沙、化学物质和杀虫剂的输移与转化过程。本文着重探讨SWAT模型的水文学原理和模型的基本结构与独特的分布式运行控制方式,并将其成功应用于西北寒区(黑河莺落峡以上流域)的分布式日径流过程的模拟。     

分布式时变增益流域水循环模拟

针对分布式水文模拟的问题,结合河西走廊黑河流域实际资料条件,提出将水文循环空间数字化信息与水文系统理论相结合的分布式时变增益水循环模型 (DTVGM)。DTVGM将单元时变增益水文非线性模型(TVGM)拓广到由DEM划分的流域单元网格上建立非线性地表水产流模型,基于水量平衡方程和蓄泄方程建立土壤水产流模型,并应用运动波方法建立分级网格汇流模型。最后,以黑河干流山区流域为例应用DTVGM开展了实例研究,设计开发了模型系统。研究区域被划分为38 277个网格单元 (网格大小为500 m×500 m),在此基础上将流域划分为456级带状汇流区域。考虑到黑河干流山区的寒区特点,模型耦合了融雪径流模型。模拟结果表明,DTVGM既有分布式水文概念性模拟的特征,同时具有水文系统分析适应能力强的优点,能够在水文资料信息不完全或者有不确定性干扰条件获得比较好的分布式水文模拟效率,在黑河干流山区的应用能够较好地满足水资源管理的要求。     

TIMBER HARVESTING AND THE HYDROLOGIC RESPONSE OF REDWOOD CREEK,CALIFORNIA

Timber removal on publicand private land surrounding Redwood National Park exacerbates naturally high rates of erosion that are common to this region and alters hydrologic processes within the park boundaries. These alterations of the natural environment complicate the efforts of the National Park Service to preserve a remnant of the once extensive coastal redwood ecosystem in the park. A watershed model for Redwood Creek calibrated to pre-logging conditions is employed to define and quantify changes in the hydrologic response of the basin during the years when timber harvesting reduced significantly the acreage of redwoods. Analysis of modeled and observed runoff indicates that timber removal is related to increased runoff during wet months and wet years, but runoff is reduced during dry months and dry years. These alterations in the hydrologic system occur at the least beneficial time because they augment high flows, whereas low flows are depleted. Such changes in runoff contribute to magnified erosion and deposition problems and increased stress for the flora and fauna that reside in and along Redwood Creek. [Key words: Redwood National Park, hydrology, watershed model, timber harvesting.]     

三江平原沼泽性河流径流演变的驱动力分析

在分析三江平原典型沼泽性河流挠力河径流演变特征及趋势的基础上，应用灰色关联分析和径向基函数网络等方法，探讨了引起径流量减少和发生突变的原因，分析结果表明：当地河川径流演化与沼泽化流的地理特征以及近50年来沼泽及沼泽化土地的大规模开垦和水资源的开发利用有密切的关系，人类活动是本区河川径流演变的主要驱动力，气候变化在径流演变中所起的作用相应减少，沼泽湿地对区域水系统的水量平衡产生着重要的影响，在流域下垫面已明显变化，水文循环出现变异的情况下，必须加强沼泽湿地保护的水的调控和管理。     

黄河河源区变化环境下分布式水文模拟

将黄河河源区划分为38个自然子流域,利用分布式水文模型模拟径流量,采用唐乃亥水文站逐年、月实测径流资料进行验证,得到了较好的模拟效果。文章建立了5种土地覆被情景模型及24组不同气温和降水的情景组合,分别模拟不同情景下的年径流量。模拟结果表明,随着植被覆盖度的增加,流域年径流量减小,蒸发量增加。当气温降低2_oC且降水增加20%时,流域径流量增加得最大,增加39.69%。     

SWAT模型参数敏感性分析及应用

地理信息系统(GIS)支持下的SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型以流域离散化空间参数来描述流域水文变化特性,从物理意义上表达流域内的水文过程,但众多不确定的参数影响了模型的应用效果,因此有必要对参数进行敏感性分析。将SWAT模型应用到祁连山黑河上游山区流域,进行了11年(1990-2000年)逐日径流模拟,通过一个简便的敏感性分析方法,将模型影响水文过程的参数分成4类敏感级别,最后确定模型的参数。在11年的逐日模拟中,1990-1995年为参数敏感性分析期和模型率定期,1996-2000年为模型的检验期,模拟结果显示,在黑河山区流域,丰水年逐日出山径流的模型效率系数R2达到0.8以上,平水年和枯水年R2在0.51~0.79之间。     

水文循环模拟中下垫面参数化方法综述

针对水文循环模拟中地形、土地利用覆被等流域下垫面参数化方法众多,且模拟效果相差较大的现状。本文首先根据水文循环模拟中产汇流原理,对常用水文循环模拟中产汇流模拟方法进行汇总和分类;在此基础上,对产流模拟中的降水径流相关系数法、蓄满产流和超渗产流等及汇流模拟中的等流时线、单位线、圣维南方程、马斯京根法等主要模拟方法中地形、土地利用覆被和土壤类型参数化方法进行分析和讨论;根据其中流域地形、土地利用覆被和土壤类型参数化方法对机理过程的描述程度,将其分为无明确表示类、率定型参数类、确定型参数类、物理过程表达类;进而阐明不同参数化方法中流域地形、土地利用覆被和土壤类型对水文循环模拟结果的响应和贡献。最后回归模型本质,阐述水文循环模拟中流域下垫面参数化方法中存在经验关系对复杂机理简单表述的合理性和物理机理过程描述的欠缺性问题,并预估未来水文循环模拟中下垫面参数化方法朝着简洁实用化和复杂机理化两个方向发展。     

基于氢氧稳定同位素和水化学的青藏高原高寒内陆流域水文过程示踪研究

氢氧稳定同位素和水化学已成为研究水文循环过程的良好示踪剂,两者的结合能很好地揭示流域或者区域（特别是缺少水文观测数据的高寒内陆地区）的水文循环过程。青藏高原地表环境较恶劣,缺乏流域尺度的水文观测资料,不利于对流域尺度水文循环过程的综合理解和认识,成为水资源高效综合利用的瓶颈。为此,本文以青海湖沙柳河流域为研究对象,通过对降水、河水和地下水的定期定点高密度采样和对其氢氧稳定同位素组成（δD、δ¹⁸O）和水化学氯离子（Cl^-）浓度的分析测定,其目的旨在识别和示踪流域不同水体间的补给关系,探究D-¹⁸O同位素和Cl^-离子能否指示流域水文过程。结果显示,青海湖沙柳河流域干、支流河水和地下水均受降水补给,自上游至下游,干流河水受降水补给作用较强,支流河水受补给作用依次减弱,地下水受降水补给作用较弱。下游干流河水主要受下游地下水和全域支流河水补给,比例分别为15.45%和84.55%;下游地下水主要由中上游的河水和地下水补给,比例分别为42.40%和57.60%。上述结果表明结合氢氧稳定同位素和水化学手段可定量揭示高寒内陆河流域的水文过程,可为青藏高原其他类似流域水文过程示踪研究提供范例。     

城市化对西安市降水及河流水文过程的影响

为探究城市化对西安市降水机制及城市河流灞河下游水文过程的影响,根据西安市及灞河1970-2015年水文气象资料以及由遥感影像解译得到的土地利用数据,在分析西安市降水、土地利用特征及灞河下游降水、径流变化特征的基础上,运用水文特征参数时间序列法分析城市化对西安市降水的影响以及灞河水文过程的影响。结果表明：1970-2015灞河降水量呈不显著下降趋势,而径流量呈显著下降趋势;西安市土地利用程度较高,土地利用变化表现为耕地及林地向建设用地转移;受城市化影响,西安市降水机制发生了改变,强降水频次呈增加趋势,且城区增幅大于郊区;降水年内分配不均匀,越来越集中于夏季,增加了城市内涝的威胁;城市化对灞河下游降水-径流关系产生了影响,降水对径流的影响呈减弱趋势,而城市化对径流的影响呈增强趋势;此外,受城市化影响,灞河下游径流量年内波动趋缓,特别是汛期;城市化是影响径流变化的主要因素（61.5%）,降水变化是影响径流变化的次要因素（38.5%）;灞河下游径流量的减流主要是水利工程的作用及过量开采傍河地下水。