基于多类型雨量计的降雨特性分析

为提高对降雨特性的认识，选择常用的6种测雨设备（翻斗式SL3-1、JDZ05、RG-3，称重式Pluvio2，雨滴谱仪Parsivel2和非计数式JQH-1），成对布设在南京水利科学研究院滁州水文实验基地的同一个实验场地，同步观测了2019年4月1日至8月31日为期5个月的降雨过程。比测分析得到:在中大雨条件下（日雨量≥ 10 mm），SL3-1和JDZ05测的降雨总量能够满足4%误差控制要求，RG-3、Pluvio2和Parsivel2测的降雨量比JQH-1测值小4%；在小雨条件下（日雨量 < 10 mm），翻斗式和称重式雨量计的测量值小于JQH-1测值的4%；SL3-1、RG-3、Pluvio2、Parsivel2测得雨强≤ 0.1 mm/min的频率大于75%，雨强≤ 0.2 mm/min条件下的雨量累积比重大于50%；Pluvio2和Parsivel2监测的降雨开始时间比SL3-1分别早0.5 h和2 h以上，而结束时间分别晚0.5 h和2 h以上。比测结果有助于研究人员选择合适的测量设备获取所关注的降雨特性。     

RCCC-WBM水量平衡模型在北方典型流域的适用性研究

流域水文模型是开展环境变化影响分析和水资源评价的重要工具。以山西省的5个不同尺度的代表性流域为研究对象,分析了RCCC-WBM模型在山西省的区域适用性。结果表明:RCCC-WBM模型能够较好地模拟出山西省径流年内分配特征和年代际变化特点,对典型流域月径流量模拟的Nash-Sutcliffe模型效率系数超过65%,水量模拟误差也较小,该模型在山西省具有较好的适用性,可以用于山西省水资源评价等方面的科学研究。     

“西南河流源区径流变化和适应性利用”重大研究计划进展综述

西南河流源区是中国的水资源战略储备区,但其未来水资源演变趋势不明,为厘清气候变化下的径流变化规律以开展适应性利用,国家自然科学基金委于2015年启动了“西南河流源区径流变化和适应性利用”重大研究计划,本文对重大研究计划的总体情况和主要进展进行综述。重大研究计划实施以来取得了一系列研究成果:构建了西南河流源区天空地一体化监测体系,有效提升了西南河流源区的监测能力;创新了高原寒区径流水源组成的多元综合解析方法,揭示了高原寒区典型径流水源的形成机理及气候驱动下流域下垫面与水文系统的协同变化机理;创建了综合冰雪冻土寒区水文过程和示踪过程的分布式同位素水文模型,揭示了雅鲁藏布江径流变化的历史规律和未来趋势;提出了河流全物质通量概念,开展了大量取样检测,揭示了高原河流生源物质循环及生物响应规律,量化了澜沧江梯级水库运行的环境累积效应;发展了多目标互馈系统理论,从水量、水能、水质3个方面创新了梯级水库适应性利用技术,为西南水电消纳、澜沧江-湄公河水资源合作等国家重大需求提供了支撑。     

粮食产量对气候变化驱动水资源变化的响应

水资源是支撑粮食生产的重要因素之一,气候变化驱动下的水资源变化及对粮食产量的影响是当前研究的国际前沿和热点问题。以汾河流域冬小麦和夏玉米2种主要粮食作物为研究对象,利用线性回归、人工神经网络、支持向量机、随机森林、径向基网络、极限学习机等6种机器学习算法构建粮食产量模拟模型,基于气候弹性系数法分析水资源量对气候变化响应关系,在流域尺度上研究粮食产量对气候变化驱动水资源变化的综合响应。结果表明:①机器学习算法能够较好地模拟汾河流域的冬小麦和夏玉米产量;②降水增加10%导致汾河流域水资源量增加19.4%,气温升高1℃导致水资源量减少4.3%;③当降水减少10%~30%时,冬小麦产量减少6.4%~19.3%,夏玉米产量减少4.0%~15.0%;④当气温升高0.5~3.0℃时,冬小麦产量预计增加1.8%~17.1%,夏玉米产量预计增加1.2%~7.9%;⑤汾河流域冬小麦产量对降水和气温变化的敏感性大于夏玉米。相关成果对于区域水资源管理和农业生产策略制定具有重要的科学意义和实用价值。     

地下水埋深对淮北平原冬小麦耗水量影响试验研究

研究地下水埋深对淮北平原冬小麦耗水量的影响,对浅埋区农业水管理具有重要意义。基于2017—2020年五道沟水文水资源实验站大型称重式蒸渗仪群,模拟不同地下水埋深下冬小麦蒸散发变化过程,以蒸散量表征小麦耗水的变化,识别影响小麦耗水的关键环境因子,探索不同情景小麦耗水特征。全生育期内各地下水埋深0.5,1.0,2.0,3.0 m下小麦蒸散量依次为510.50,499.33,567.88,727.88 mm,各埋深下表层10 cm处土壤含水率与蒸散量相关系数依次为?0.42,?0.69,?0.53,?0.43;依据太阳辐射量划分3类典型日,典型日内蒸散强度为:强辐射日约0.30 mm/h、弱辐射日约0.07 mm/h、微弱辐射日约0.03 mm/h;蒸散峰历时依次为:5:00—20:00、7:00—17:00和9:00—17:00;太阳辐射强时,地下水埋深对蒸散强度峰值出现的时间影响较小,而太阳辐射过弱时,地下水埋深大会阻滞能量传输,蒸散强度峰值滞后;表层土壤水是蒸散发的主要来源,尤其在1.0,2.0 m埋深下表层土壤水对蒸散发贡献率更高;太阳辐射、净辐射和土壤热通量正向驱动小麦耗水,表层土壤水分、平均气温和空气湿度反向驱动。     

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。     

环境变化对澜沧江出境水文过程变异的影响

变化环境改变河流水文节律,影响流域水资源的开发利用;澜沧江-湄公河是位于东南亚源于中国西南的跨境河流,科学厘清澜沧江径流变化原因是实现澜沧江-湄公河流域跨境水利益共享的重要基础工作。基于1961—2020年允景洪水文站的实测径流量资料,采用数理统计与水文模拟相结合的研究途径,诊断径流序列的变异特征,定量分析气候变化和人类活动对径流及其年内分配的影响。结果表明：(1) 1961—2020年允景洪站实测年径流量呈显著性减少趋势,其中,1—5月径流量呈增加趋势,6—12月径流量呈减少趋势;实测年径流量在2008年发生突变。(2) RCCC-WBM模型能够较好地模拟基准期(1961—2008年)的天然径流量过程,模拟相对误差小于1%;模拟的人类活动影响期间(2009—2020年)天然径流量约为371.8 mm,较基准期偏少6.8%,这是气候变化引起的。(3)水利工程建设运行是澜沧江最主要的人类活动,是水库蓄水运行期(2009—2013年)径流减少的主要原因;气候变化对水库稳定正常运行期(2014—2020年)径流减少贡献更大,约为61.7%。(4)水库运行调度使得2014—2020年汛期(6—...     

中国东北地区典型流域水文变化特性及其对气候变化的响应

以辽河的主要水源区太子河流域为对象,分析近50 a来流域的降水径流变化特性,采用水文模拟方法,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:近50 a来实测径流量总体呈现减少趋势;20世纪80年代以来,气候因素对河川径流量的绝对影响量呈现增加趋势;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。     

基于DEM的数字流域特征提取研究进展

数字高程模型(DEM)是地表形态高程属性的数字化表达,利用流域DEM数据构建数字水系模型并提取流域水文特征,是分布式水文过程模拟的重要基础。DEM中闭合洼地和平坦区域的处理、流向的确定以及DEM分辨率的大小都直接影响着流域水系特征提取的质量与效率。针对当前基于DEM提取河网与流域特征的诸多问题,阐述了DEM数据提取流域水系特征的原理,回顾了数字水系模型与流域特征提取方法,评述了洼地和平地的处理方法及水流方向的确定方法的研究进展,介绍了当前基于不同DEM数据类型的提取方法研究,探讨了DEM尺度和分辨率对提取流域特征的影响,总结了平缓区域数字水系和河网提取的研究进展。     

应用地理信息进行无资料地区流域水文模拟研究

无资料或资料缺乏地区的流域径流模拟是水文学研究中的一个重要的课题.提出了应用地理信息系统分析流域的地理信息参数,进行降雨径流模拟的水文模型.该模型中,产流计算采用美国水土保持局(SCS)的径流曲线数法,流域汇流则采用经本文作者改进的三角形单位线.着重阐述了利用地理信息系统,从流域的地理信息中分析和确定模型参数,还简要介绍了该模型在爱尔兰Dodder河上的应用情况.