气候变化背景下玉龙雪山漾弓江流域径流变化 及其影响因素分析

利用1979-2016年金沙江支流漾弓江流域木家桥水文站流量资料和丽江市气象资料,揭示了漾弓江流域径流变化特征及其主要影响因素。研究结果表明：漾弓江流域年径流量呈先增加后减小趋势。在年代际时间尺度, 20世纪80年代、90年代以及2000-2009年,径流量呈现增加趋势,而2010-2016年径流量呈减小趋势,与2000-2009年相比, 2010-2016年径流量减少了42%（减少径流量为0.88×10⁸ m³）。气温和降水量对径流的影响均较为显著,其中,降水量对径流的影响主要体现在雨季,而气温对径流的影响主要体现在消融期。气温升高导致冰川累积负物质平衡,进而引起冰雪融水变化,漾弓江流域2000-2009年径流变化的主要原因。     

基于水化学特征的长江源区生态水文学研究进展

气候变暖背景下,冰雪、冻土剧烈消融引起的寒区径流成分改变对流域径流演变规律及水循环机制产生了深刻影响。对长江源区各水体水化学特征及其生态水文学研究进行归纳总结,主要进展包括：长江源区的大气降水的水汽来源主要受西风环流和季风环流的控制。冰雪融水的水化学特征受到消融强度、消融持续时间和新雪融水的影响,同时在冰雪融水、积雪以及冰川融水之间可能存在化学离子的交换。冻土层上水受到降水、冰雪融水、地下冰融水等的混合补给,造成水化学特征变化的随机波动。海拔在4 500 m的地区是冻土层上水水化学特征对研究区离子控制源较为敏感的区域。随着海拔高度的增加,降雨直接补给对河水中化学离子的稀释作用逐渐减弱,同时,海拔从4 500 m到5 000 m的降水对河水中离子浓度的稀释效果最大,而在海拔5 000 m以上河水主要受冰雪融水的补给,降水和消融期的变化对河水水化学的影响很小。研究结果为更系统地认知寒区下垫面变化所引起的水文效应提供科学依据,为流域水资源的合理开发利用提供决策依据。     

1954-2007年叶尔羌河上游山区径流和泥沙变化特征分析

1954-2007年的54 a来,在全球气候变暖的大背景下,叶尔羌河流域气温升高,降水增加,水循环加强,年径流量呈线性增加趋势,冰湖溃决洪水增加.随着径流和洪水的增加,叶尔羌河水年含沙量呈显著线性增加趋势,年输沙量也呈显著增加.21世纪以来,栏杆站的含沙量与输沙量占卡群站的比例有明显增大,但与年径流量的变化是相反的.由于冰雪径流与降水增加对流域水文过程的共同影响,使得河流水文过程变化更加复杂.     

拉萨河流域地表径流氢氧同位素空间分布特征

为了探析径流过程中稳定同位素变化特征及其控制因子, 利用2008年拉萨河流域地表径流中δ18O和δD的监测数据以及相关气象和水文资料, 初步研究了流域δ18O和δD的空间分布特征.研究发现: (1)拉萨河流域以大气降水为主要补给来源, 且干流体现了较明显的蒸发效应; (2)河水偏正的d过量参数特征指示了冰雪融水的补给特征; (3)季风降水期间, 拉萨河流域由高程效应和水平距离所造成的δ18O递减率约为0.16‰·(100 m)-1; (4)大循环尺度下, 流域内河水呈现了明显的大陆效应.研究表明高海拔地区地表径流氧氘同位素分布特征能够有效示踪流域水文循环过程, 并提供古高度变化研究的稳定同位素证据.      

气候变化对黄河源区水资源的影响

利用气候模型结果和大尺度分布式水文模型评估黄河源区未来的水资源.根据IPCC DDC的13个系列的GCMs成果,结合黄河源区的实测气象资料,分析了该地区气候在未来100 a内的可能变化;建立了考虑融雪和冻土影响的分布式水文模型,经验证该模型能够适用于黄河源区.计算出了相应的径流情景,分析了黄河源区水量尤其是水资源特性(径流的年内、年际分布)的可能变化;对南水北调西线工程的需水量进行了简单评估.     

我国寒区径流对气候变暖的响应

文章总结了近期我国冰冻圈变化对水文过程影响研究的主要成果。研究表明,过去50年全球变暖已经对我国主要寒区河流径流产生了影响。实测资料和模拟结果均表明气候变暖导致冰川径流的显著增加,但未来气候变暖导致的冰川径流峰值大小和出现时间取决于冰川规模和升温速率。同时冰川融化加剧已经导致青藏高原冰川补给湖泊面积扩大、水位上升,随着气温的变暖,冰川减薄后退、冰川融水增多、冰湖库容增加,结果是洪水总量在不断增大,洪水频率也在不断增加; 气候变暖已经导致融雪径流过程提前,改变了径流的年内分配; 冻土退化使径流年内过程趋于平缓,主要是由于随着冻土退化,冻土的隔水作用减小,一方面使冻土区地表径流减少,有更多的地表水入渗变成地下水,使流域地下水水库的储水量加大,导致冬季径流增加;另一方面,入渗区域的加大和活动层的加厚,使流域地下水库库容增加,使流域退水过程更为缓慢。     

1957—2019年昆仑山北麓车尔臣河流域水文情势及其对气候变化的响应

气候变暖背景下干旱区水文、水资源的变化仍是影响区域水资源利用和洪水灾害防治的关键科学问题。基于1957—2019年长序列的水文、气象资料,系统分析了昆仑山北麓车尔臣河流域的水文变化特征及其对气候变化的响应。总体上,车尔臣河流域的水文过程的显著变化发生在1990s末期,变化前后年径流量约增加了54.67%,所有季节径流的增加共同造成了年径流的增加,其中夏季径流的增加对年径流增加的贡献最大,其次依次为秋季、春季和冬季。降水增加（第一控制因素）和气温升高（第二控制因素）共同造成了车尔臣河流域水文过程的变化。具体到径流年内变化,降水是春夏季径流变化的主控因素,而秋冬季径流变化的主控因素是气温。径流增加为中下游提供更多水资源的同时,也导致年际间水文洪涝和干旱事件发生的频率增加、强度增强。冰冻圈在该地区水文循环中起着重要的作用,但其对水文过程的影响仍不明确,加强阿尔金高山区的冰川、多年冻土监测将为进一步预估水文对气候变化的响应提供基础数据支撑。     

寒区流域水文模拟研究

冰雪和冻土的水文物理特性, 及其对径流形成过程的作用, 是寒区流域产汇流的主要矛盾或矛盾的主要方面.针对北方寒冷地区, 寒季水循环的大气水、土壤水及地面地下径流的动力和热力过程, 在水文物理及冰雪水文的有关理论基础上, 参照国内外非寒区流域模型(新安江模型、水箱模型、萨克拉门托模型)的结构, 研究建成了具有物理基础的概念性寒区流域水文模型.利用我国东北地区现有的寒区观测资料, 对寒区产汇流的各主要环节, 分别进行了模拟研究.     

祁连山-黑河流域水循环中的大气过程

利用气象台站探空资料、地面观测资料和NCEP/NCAR再分析气候资料,分析了祁连山-黑河流域水循环中的大气过程,结果表明:受西风带波动影响的水汽来源贫乏是此区大气水汽含量少的原因之一;水汽输送通量辐散是此区大气水汽含量少的原因之二;就年平均而言,祁连山-黑河流域大气水汽含量仅为高湿的江南地区的20%,为半干旱区的华北中部的约40%;高海拔的祁连山区因降水效率高,地面蒸发量小,地表水物质易于聚积形成径流;黑河流域因降水效率低,降水量值与地面蒸发量值相当,对地表水的贡献很小。在祁连山黑河流域25°×25°区域上空,大气年输入水量为6678亿m3,输出为6502亿m3,净输入水量为176亿m3;输入水汽呈逐年减少的趋势。20世纪70～80年代有明显的下降,近40年来祁连山黑河流域的气温在升高,大气中的水汽含量在减少,降水量的减少将难以避免。     

天山南坡清水河流域径流过程对气候变化的响应

干旱区的高山寒区水文过程对气候变化特别敏感,冰川、积雪和冻土变化产生的水文效应对下游水资源供给具有重要影响.以天山南坡清水河流域为研究区域,通过分析水文站径流变化,结合流域上游山区巴伦台的气象资料,研究了高寒流域在气候变化背景下径流过程的响应特征.结果表明:降水变化决定着径流过程,但气温上升对径流产生额外影响;气温变化产生的径流变化对径流产生延迟效应,冬季径流明显增加.南疆天山地区冬季积雪较少,产生的春季融水径流不明显;夏季降水和径流同期出现,使得高寒山区水文过程对固体降水变化不敏感;冻土退化产生的水文效应使冬季径流增加明显.为应对气候变化对水文过程产生的影响,应加强山区水库建设,通过工程措施调节,保障持续的水资源供给和利用.     

青藏高原东南缘迪庆地区年季蒸发皿蒸发、降水和径流深分析

利用青藏高原东南边缘核心区迪庆地区3个站的蒸发皿蒸发、降水、径流深观测资料,分析了各要素年内、年际变化规律,检验了突变点,探讨了区域蒸发、降水、径流深相关关系。结果表明：（1）研究区蒸发量年内四季分布相对均衡,其次为径流深及降水量;径流深年际离散系数低,其次为降水量、蒸发量;径流深年内季节分布年际离散系数低,其次为蒸发量、降水量。（2）研究区年度蒸发量的增加主要因春季蒸发增加,年度降水量的减少主要因冬季降水量减少,年度径流深的增加主要因夏季、秋季、冬季径流深增加所致,夏季径流深增加主要因夏季蒸发减少,秋季径流深增加主要因秋季降水增加、蒸发减少、夏季径流增加、蒸发减少所致,冬季径流深增加主要因秋季径流增加所致。（3）研究区年度、春季蒸发量下降趋势显著,年度干旱、春旱风险呈降低趋势;降水量年内占比趋向于向夏季、秋季集中,径流深夏、秋季呈增加趋势,区域内洪涝灾害风险有增大趋势。2000年以来,区域内年度蒸发量出现较为明显增加趋势,年度降水量、年度径流出现明显减少趋势,该趋势与线性趋势出现背离,且年度和四季降水量、径流深在2014年左右均检测出变少突变信号,该现象可能对区域生态环境及水资源状况产生较大影响。     

托木尔峰南麓径流变化的气候因素分析

以冰雪融水补给为主的托木尔峰南麓河流, 温度的上升和降水的增大均对径流的增加有积极的作用. 互功率谱分析表明: 本区冰雪融水补给为主的径流周期波动主要受温度周期波动的影响, 温度对径流量变化的影响显著大于降水对径流的影响, 对径流主要的周期变化起控制作用, 径流量的不同尺度周期波动变化对温度的响应存在滞后性. 降水是径流周期变化的次要控制因子, 对径流的影响具两面性和不确定性.     

挠力河流域湿地和耕地变化对径流深的影响研究

运用线性、对数、指数和三次函数关系拟合挠力河流域1956～2000年湿地面积、耕地面积以及面降水量对径流深的影响,得出:①三次函数拟合的相关性最好;②湿地面积减少和耕地面积增加与径流深的相关性小于面降水量与径流深的相关性.通过分析湿地面积减少和耕地面积增大对径流递减贡献机理,认为湿地面积减少,降低了湿地冷湿效应,增加了陆面蒸发的潜力;湿地转变成耕地,改变了土壤对降水的再分配过程;耕地面积的扩大增大了土壤蒸发潜力;旱地改成水稻田增大了地表水的利用率和地下水的利用量,这些是流域地表径流深减小的原因.研究结论显示湿地面积的减少和耕地面积的增加对流域径流深的递减有较为明显的贡献;径流深的减小是流域呈干旱趋势的指征.     

河西内陆干旱区地表和地下水资源的相互转化研究

根据有关台站的水文气象观测资料及"九五"国家科技重点攻关项目"96－912"专题有关成果,对甘肃省河西内陆干旱区地表水、地下水资源的数量、分布特征与变化规律及相互转化关系进行了分析和研究。结果表明,内陆干旱地区的地表径流主要形成于中、高山区,散失于山前平原和沙漠。径流的补给来源主要为大气降水、冰雪融水和地下水。降水量及其时空分布对水资源的形成有着重要的影响。这里降水、河川径流与地下水转化关系十分明显。内陆干旱地区水资源最主要的特征就是从山区到平原地表水与地下水在不同地质地貌单元间的相互转化,并且由径流源区的山区到河流下游的平原,不同区域、不同地段地表水与地下水的转化关系及地下水的流动模式亦不相同：即由降水与冰雪融水下渗所形成的山区地下水绝大部分以基流形式排泄,形成地表径流进入盆地;而河流在进入盆地或平原区流经透水性极强的山前冲、洪积平原后又大量渗漏补给地下水,山前冲、洪积扇平原的地下水沿地形坡降向冲积平原运动至冲积扇缘地带后,由于含水层土壤颗粒变细,导水性减弱,形成地下水溢出带,地下水沿沟壑呈泉水大量溢出地表,汇集成泉沟进入河流而转化成为地表水。在冲、洪积扇以下的冲积平原上,潜水含水层土壤颗粒细,地下水埋藏浅,径流水平流动缓慢,地下水以垂向水量交替为主。在自然状态下,冲积平原下游直到尾闾湖;洪水季节（洪水季节外,河川径流量很小甚至没有）河流泻洪通过河道补给地下水,余水进入尾闾湖。正是水量不大的河水及其所转化形成的地下水维系着西北内陆干旱地河流下游地区的绿州的存在和这里十分脆弱的生态环境。这些地表水与地下水之间的转化过程的这种特征直接影响本地区水资源的开发利用模式。目前,在上游地区大规模发展经济、开发水资源的情况下,随着地表径流利用率的不断提高和地下水得到的补给减少,许多地方泉水量减少甚至枯竭,原来的泉灌区被迫变为井灌区。冲积平原下游即使在洪水季节也很难接受上游地表径流的补给,造成地下水位持续下降,植被死亡,土壤荒漠化。因此,内陆干旱区的水资源开发利用必须从整个流域的角度出发进行统一的合理的规划,总结不同类型地区水资源开发利用过程中的经验教训,逐步建立不同类型最优化的水资源利用模式,这将对今后干旱区的水资源开发利用具有重要的意义。     

珠穆朗玛峰绒布冰川水文过程初步研究

2005年4月8日至10月11日对珠峰地区绒布河水文过程进行了连续6个多月的观测.结果表明:该地区的水文过程与温度有较好的相关性,6~8月3个月流量约占观测期内总流量的80%.对比该地区1959年和2005年的水文观测数据,发现2005年同期总径流量比1959年有较大幅度增加,6~8月3个月月均流量2005年较1959年分别增加69%、35%、14%.分析冰芯恢复的降水量资料和珠峰附近长时间序列气象数据,降水自1950年以来保持下降趋势,而气温却呈缓慢升高.气温升高是径流量增大的关键因素.2005年观测期内控制流域径流深为622 mm,径流模数为38.52 L·s^-1·km^-2.     

Changes of the Hailuogou Glacier, Mt. Gongga,China, against the Background of Global Warming in the Last Several Decades

Great change, associated with global warming, has occurred at the Hailuogou (海螺沟)has retreated 1 822 m in the past 106 years, with an annual mean retreat of 17.2 m, and the front elevation has risen by 300 m since 1823. Comparison of glacier variations and temperature fluctuations in China and the Northern Hemisphere, over the last 100 years, indicates that glacier retreat stages occurred during the warm phase, and vice versa. Mass balance records during 1959/60--2003/04 have shown that the glacier has suffered a constant mass loss of snow and ice. The accumulated mass balance, -10.83 m water equivalent, indicates an annual mean value of -0.24 m water equivalent. The correlation between the mass balance and temperature is significant, which also indicates that climate warming is the crucial cause of glacier loss.Local hydrological and climatic data demonstrate that runoff from the glacier has been increasing both seasonally and annually.The correlation analysis and trend analysis indicate that ice and snow melted water is the main cause of an increase in the runoff. As the climate has become warmer, changes in the glacier surface morphology have obviously occurred. These include a decrease in glacier thickness, enlargement of glacial caves, and reduction of the size of clefts on the glacier surface. The ablation period has lengthened and the ablation area has expanded. A variety of factors thus provide evidence that the Hailuogou glacier has suffered a rapid loss of snow and ice as a result of climatic warming.     

气候变化对地表水资源的影响

总结了气候变化对水文水资源影响方面的研究方法, 分析了气候变化条件下水文水资源变化的研究现状和存在问题.并以山西省和黄河源区为研究对象, 以分布式水文模型为工具、GCMs输出的气候情景为输入条件, 针对不同的下垫面特征建立不同的分布式水文模型, 分别采用气候情景趋势分析结果和直接利用GCMs输出结果两类方法确定气候变化的数据源, 对研究区域未来的地表径流过程和地表水资源可能的变化趋势进行了研究.从气候情景的预测结果来看, 未来50年山西省的气温和降水都呈增加趋势, 但由于各自对水资源带来的影响不同, 将使山西省水资源呈现先增加后减少的趋势; 且由于冬季气温和降水的增幅比夏季大, 使得未来山西省的水资源年内分布有略微平缓的趋势.对黄河源区而言, 虽然未来100年内的降水和气温都呈增加趋势, 但由于降水增长引起的地表水资源的增加不足以抵消气温升高带来的影响, 因此将导致径流量不断降低的总体趋势, 并使径流年内分布略趋平缓, 而年际分布将越来越不均匀, 旱涝威胁日趋严峻.      

基于地表水循环遥感观测的黑河流域水平衡分析

流域内水循环各环节的水量及其时空分布是不断变化的,掌握流域水循环与水平衡状况是进行流域水资源合理开发利用的重要基础。以2000—2019年黑河流域水文显著变化期为研究时段,综合应用TRMM与GPM卫星观测的降水量、遥感估算的蒸散发量等数据并结合气象站点、水文站点等观测数据,对流域降水、蒸散发与径流等水循环要素的水平衡进行了分析。结果表明:祁连山区是主要产流区,向中游年均下泄水量约为45.11×108 m3。其中,消耗于中游的年均量约为29.92×108 m3,约占66%;补充下游的年均量约为15.19×108 m3,约占34%。民乐—张掖盆地是黑河中游水资源消耗的主要区域,年均消耗的上游来水和当地降水量达43.97×108 m3,约占中游消耗量的75%;中游农田蒸散发年均消耗水量约20.3×108 m3,占总消耗量的35%;上游区降水量增加是黑河干流出山口径流量增加的主因,对径流量增加的贡献率为96%,导致年均径流增加0.35×108 m3,潜在蒸散发对径流增加几乎没有贡献。根据目前黑河干流上游径流量变化与中游水资源消耗现状,如果未来水文周期变化导致上游径流减少,中下游用水矛盾凸显的风险较大。地表水循环遥感观测可作为流域水平衡分析的方法之一,分析流域地表水水资源的空间分布状况、揭示水资源变化趋势与原因,支撑水资源合理配置,陆面实际蒸散发是水平衡分析不确定性的主要来源,准确估测不同类型下垫面实际蒸散发量是提升分析可靠性的关键。基于互补相关的陆面实际蒸散发估算方法相对简单,但其中用于计算湿环境蒸散发量的Priestley-Taylor公式中乘性经验系数受地形影响空间变异很大,区域上采用统一数值会对结果造成不可忽视的影响。     

全球变暖情景下黑河山区水循环要素变化研究

利用有关水文气象台站的观测资料,对近50年来黑河上游山区流域降水、气温与径流深等水循环要素的变化进行了分析,结果表明：该区域的平均气温变化总体上呈上升的趋势,且其升温幅度高于全球过去50年的升温幅度;降水与径流的变化均呈增加的趋势,但增幅不是十分显著,且径流增长的增幅要大于降水量,这意味着径流的增长并不完全依赖降水的增加,气温上升导致的冰川和高山积雪及地下冻土层融水增加也是影响黑河上游山区流域径流变化的重要原因。根据降水和气温未来的变化趋势,预计在未来50年中, 除非遭遇到特别极端的气候组合,黑河山区径流仍将维持过去50年来缓慢增加的趋势,但增幅非常有限,最大变幅基本在目前多年均值的±5%左右。     

济南泉域地下水位动态及其对降水响应的交叉小波分析

利用1988—2009年济南泉域8个地下水位动态观测点不同时段观测资料及1998—2009年降水数据,采用连续小波变换、交叉小波变换方法对济南泉域地下水位动态的多时间尺度特征、相互关系及其对降水的响应进行了分析。结果表明:①济南泉域地下水位动态存在显著的0.82～1.16 a的主振荡周期,低频部分仅在部分年份存在1.95～3.09 a的振荡周期;②含水岩组富水性对地下水位动态存在影响,研究区主径流方向上弱富水性地段地下水位动态时滞较强富水性地段长,强富水性地段4个观测孔地下水位波动时序基本一致;③地下水位动态对降水的响应滞后明显,为73.06～134.42 d,总体表现为地下水径流路径越长,响应越滞后;④基于地下水位动态与基于降水—地下水位动态交叉小波变换得到的观测点对水位动态的滞后时间多数一致,同一径流路径上局部点对滞后时间之和与全局点对有很好的对应关系。交叉小波分析可定量评价泉域地下水位动态及其与降水的相关关系。