高山寒漠带水文、生态和气候意义及其研究进展

高山寒漠带在青藏高原和天山地区的面积比率约为20%~30%,在高海拔山区面积分布广阔,是山区流域降水的高值区,下渗迅速,产流系数高,是山区流域的主要产流区。由于其海拔高、气温低、地形陡峭、植被稀疏,是重要的水文功能区和极端寒区生态脆弱区,附生在其中的稀疏植被和低温微生物是高山生命带的重要组成部分,对气候变化也有指示意义,但国内相关研究很少。人类活动对高山寒漠生境植被的影响比低海拔区要小,因而为我们提供了一个可以进行气候变化效应比较监测的机会。提出高山寒漠带在我国冰冻圈水文、生态和气候等方面的重要性,并对相关进展进行初步总结,建议将高山寒漠带作为一个特殊的生态、气候和水文功能区,专门进行研究。     

概念性水文模型在出山径流预报中的应用

根据HBV水文模型的基本原理，建立了西北干旱区内陆河出山径流概念性水文模型。该模型反映了我国西部山区流域的径流形成特征，将山区流域划分为高山冰雪冻土带和山区植被带两个基本海拔景观带来对山区径流的形成和汇流过程进行模拟计算，以常规气象站的月气温和降水量为模型的初始输入，模拟计算月出山径流量。应用该模型对河西走廊黑河祁连山北坡的山区流域水量平衡进行了模拟计算，并对年径流和逐月分配进行了预报。结果表明，从枯水年到丰水年，降水量、蒸发量、径流量和径流系数均增加，而冰川融水和积雪融水对出山径流的补给比重则减少，这表明了冰雪融水对径流的具有调节作用。黑河山区流域径流系数远比干旱内流区的平均值大，但要小于全国的平均径流系数。所提出的内陆河山区流域出山径流的模拟和预报模型对年径流量和月分配的预报具有较好的精度，可用于黑河以及其他西北干旱区内陆河出山径流的预报，为内陆河流域中下游的水资源分配和开发利用提供依据。     

乌鲁木齐河山区流域径流形成的实验研究

乌鲁木齐河山区流域较之山前平原区有着充沛的降水，是径流形成的基础。降水量随海拔增加而增加，高山带降水以固态为主，使冰川成为山区流域重要的水储存形式。降水观测误差对流域降水量和蒸发量的估算有较大影响。冰雪消融可以依据常规气象要素的参数化热通量表达式来计算。在高山草甸蒸发量的观测、计算中，蒸渗器称重法与波恩比率法较之通量－梯度法有较高的观测精度。山区流域径流系数随流域平均海拔增加而增加，高山冰川作用区在径流形成和调节中起着重要作用。     

甘南高原区大峪沟流域水文要素特性分析

以大峪沟流域为研究对象,利用多坝水文站水文要素监测资料,采用趋势分析、距平分析和MannKendall检验等方法,对水文要素进行了时空变化分析,结果表明:大峪沟流域水文要素年内分配不均匀;年降水量和年径流量变化呈减小趋势,减小倾向率为1.127 6 mm/a、0.027 6亿m~3/a,年蒸发量变化呈增大趋势,增加倾向率为1.601 mm/a,降水量、蒸发量的变化趋势不显著,径流量的变化趋势显著;不同年代段降水量的变化较为平稳,处于正常水平,径流量变化幅度不大,蒸发量变化相对平稳;降水量、径流量、蒸发量在序列内均发生突变,该流域径流量的减少、蒸发量的增加与降水量减少有密切关系。     

冻土水文研究进展

冻土改变了区域水热条件、产汇流过程、产流量多寡及年内/际变化,冻土水文成为寒区生态-水文过程的核心环节.系统总结了国内外冻土水文研究进展,包括冻土水热传输特征,特殊的产汇流过程,流域尺度水平衡,以及各种水热传输物理模型和流域尺度水文模型.未来冻土水文的发展应在数据和方法积累的基础上,进一步探索产汇流过程机理,并建立完善...     

安徽皖南山区人类活动及生态变化影响的水文效应初探

流域出口断面的水文要素是流域系统对降水的响应结果,流域下垫面的变化自然引发系统响应的变化,本文以安徽皖南山区代表流域为例,分析研究区域产流、汇流以及产沙的变化规律.研究表明,流域地貌的水文效应整体比较稳定,90年代后期的流域产流、产沙存在减少趋势.     

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.     

水能联合方程恢复流域古降水量时参数的确定方法及其应用──以青海湖全新世大暖期古降水量推算为例

在同一季风作用区域内,相同天文辐射、降水量、地理环境(包括地形与海拔)的地区其气候是相同或相似的。而这种相同气候条件下的下垫面条件和各气候因素又是相同或相似的,因而其表面蒸发量也应该相同或至少相差不大。利用建立在此基础上的多次逼近法,可定量估算J.E.Kutzbach能量平衡方程中的各气候与水文参数,并据此定量估算封闭流域的蒸发量、降水量。用此法,对青海湖在全新世大暖期高湖面稳定存在时的流域年降水量进行了定量估算结果表明:当时青海湖流域年降水量为585±10mm左右,比现代流域年降水量多200mm左右。     

内陆河流域分布式日出山径流模型——以黑河干流山区流域为例

应用常规的气象水文数据并结合GIS,建立了一个适合西北干旱区内陆河山区流域的以日为步长的分布式径流模型,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,根据植被覆盖将各子流域分为裸地区、乔木区、牧草区和冰川区,并根据实际调查将土壤分为 3层,各分区单独进行水量平衡计算。产流过程以土壤储水能力和储水量表征,而储水能力和储水量等则由土壤的孔隙度、干密度和厚度等表征。入渗原理基于土壤储水率平衡原理,并考虑重力势的作用。实际蒸散发与蒸发力和土壤体积含水量的乘积成正比,不同的土壤和植被具有不同的调节参数。模拟结果表明,模拟效果较差的原因是区域日降水过程具有较大的随机性,难以用有限的站点合理计算区域日降水量。寻找一个合适的区域日降水量计算方法是目前少资料大型流域分布式水文模型模拟成功的关键。     

寒区典型下垫面冻土水热过程对比研究(Ⅰ)：模型对比

冻土水热传输和水热耦合过程是寒区水循环的核心环节和重要组成部分,土壤温度和湿度(含水量)的观测和模拟是冻土水热过程分析的基础. 以中国科学院寒区旱区环境与工程研究所黑河上游生态-水文试验研究站葫芦沟试验小流域为依托,选取季节冻土区的高寒草原、高寒草甸和多年冻土区的沼泽化草甸、高山寒漠等4种典型寒区下垫面,分别布设自动气象站,并调查相关土壤和植被参数,利用SHAW和CoupModel模型对试验点的土壤水热条件进行模拟计算.结果表明：4个试验点多层土壤含水量和地温SHAW模型计算值与实测值对比平均相关系数R²分别为0.65和0.90;CoupModel模型计算值与实测值对比平均R²为0.72和0.93. 总体上,地温的模型估算结果略好于含水量;相对于SHAW模型,CoupModel模型是更适合寒区各种下垫面的一维SVATs模型.     

内陆河流域山区水文与生态研究

以河西走廊黑河干流山区流域为例,从山区水文循环、水文与生态系统以及径流形成和预测等方面讨论山区流域水文和生态相互作用研究的有关问题。山区降水的空间和时间分布规律和固态、液态降水组成变化主要受制于海拔和地形的影响,而不同海拔和地形条件下的下垫面不同土地覆被和复杂的空间异质性则主要影响蒸散发量。对内陆河山区流域的水文小循环的研究,有助于进一步研究和认识内陆河流域上、中、下游水文和生态系统的相互联系问题。至今,对山区水文过程与生态系统的相互作用问题的研究还非常薄弱,需要研究山区森林草地生态系统在山区水文循环中的作用以及在维持和保护山区生态和环境中的作用和意义。内陆河流域山区水文过程复杂而综合性强,须加强对山区径流形成机理的多学科交叉研究,不断改善出山径流对气候变化和人类活动响应过程的模拟和预测水平。     

Hydrochemical and hydrological processes in the different landscape zones of alpine cold region in China

Investigation of water sources and flow pathways is crucial to understand and evaluate the characteristics of surface water and groundwater systems. This article aims to identify the hydrochemical and hydrological processes in different landscape zones based on hydrochemical analyses of various samples, including samples from glacier, snow, frozen soil meltwater, surface water, groundwater, and precipitation, in the alpine cold region of China. Hydrochemical tracers indicated that chemical compositions are characterized by the Ca-HCO₃ type in the glacier-snow zone; the Mg-Ca-SO₄ type in the alpine cold desert zone; the Ca-HCO₃-SO₄ type in the marsh meadow zone; the Ca-Mg-HCO₃ type in the alpine shrub zone; and the Ca-Na-SO₄ type in the mountain grassland zone. An end-member mixing model was used for hydrograph separation. The results showed that the Mafengou River in the wet season was recharged by groundwater in the alpine cold desert and alpine shrub zones (67%), surface runoff in the glacier-snow zone (11%), surface runoff in the alpine cold desert zone (8%), thawed water from frozen soil in the marsh meadow and mountain grassland zones (9%), and direct precipitation on the river channel (5%). This study suggests that precipitation from the whole catchment yielded little direct surface runoff; precipitation was mostly transformed into groundwater or interflow and was then concentrated into the river channel. This study provides a scientific basis for evaluation and management of water resources in the basin.     

多年冻土区风火山流域降水河水稳定同位素特征分析

由于多年冻土区流域土壤冻融过程对水循环影响的复杂性,水循环物理过程观测存在困难和不足,而利用稳定同位素方法可以有效地解决该问题。因此,基于2009年长江源风火山流域夏季定点降水和河水δD和δ¹⁸O,对研究区降水河水稳定同位素特征进行分析。结果表明,研究区夏季降水δD和δ¹⁸O受到降水量和温度的双重影响,即受海洋性和大陆局地气团的交替影响。河水氢氧同位素的季节变化和空间差异与壤中流、地下水补给河流的季节差异和植被覆盖的空间差异有关。随着地温升高和土壤冻融锋面的迁移,河水补给来源和同位素特征发生改变,表明土壤冻融变化对多年冻土流域径流过程起到重要作用。此外,蒸发分馏作用是研究区河水同位素的重要影响因素。     

祁连山北坡稳定同位素生态水文学研究的初步进展与成果应用

2012年以来祁连山北坡稳定同位素生态水文学研究的初步进展包括：（1）云下蒸发和水汽再循环是降水稳定同位素演化的重要因子;（2）各水体稳定同位素年内变化指示了地表水和地下水的不同转化模态;（3）海拔2 000 m以上山区水汽再循环贡献了约24%的降水;（4）冰雪冻土带贡献了出山径流的80%左右。上述结果为祁连山国家公园范围区划和生态保护提供了科技支撑。     

敦煌西土沟沙漠洪水资源开发利用模式及成效分析

收集研究区域内雨量站历年降水量资料,水文站历年径流系列资料以及历年最大洪峰流量、洪水总量成果资料及西土沟敦煌沙漠水文实验研究站实测水文资料,调查该区域内洪水沟道的历史最大洪水。用水文学原理和方法对洪峰流量和洪水总量变化规律进行统计分析,结合敦煌西土沟流域灾害综合治理工程实施情况估算区域水资源可利用量,提出沙漠洪水资源开发利用新模式。结果表明:西土沟流域洪水灾害综合治理工程的实施探索出导流+分洪+工程防护的洪水资源开发利用模式、拦蓄洪水产生地下径流利用模式和沙漠冷水虹鳟鱼养殖到葡萄种植的区域水资源重复利用模式;有效遏制了研究区内沙漠的进一步推进并可显著增加流域内可利用水资源量,实现了区域生态治理与经济发展的良性循环。     

江西禾丰盆地水循环野外科学观测基地建设进展

水循环观测基地是指对区域大气降水、蒸发蒸腾、河川径流、断面流量、地下水补径排等要素开展系统性连续观测,是水资源调查监测和水资源管理的重要科学依据。中国水循环观测基地经历了3个发展阶段,取得了丰硕成果,但仍存在观测基地空间布局不合理、部分区域代表性丧失、设备老化落后等问题。为适应新时期地表水地下水一体化水资源调查,在长江流域选取江西省赣州市禾丰盆地作为典型小流域,建设水循环观测基地。在此背景下,介绍了禾丰盆地水循环野外科学观测基地建设进展。此外,基于当地地质环境条件构建了禾丰盆地水循环监测网络,并综合使用遥感综合解译、大气降水监测、地表河流监测、地下水动态监测井、地下水环境分层监测井等技术手段进行定量观测,根据野外监测数据对地表水地下水循环转换进行了初步分析。     

新疆阿尔泰山区克兰河上游水文过程对气候变暖的响应

额尔齐斯河支流克兰河上游发源于西风带水汽影响的阿尔泰山南坡,主要由融雪径流补给,年内积雪融水可占年径流量的45%.年最大月径流一般出现在6月份,融雪季节4~6月径流量占65%.流域自20世纪60年代开始明显升温,年平均温度从50年代的1.4℃上升到90年代的5.2℃;年降水总量也呈增加趋势,尤其是冬季和初春增加最多.随着气候变暖,河流年内水文过程发生了很大的变化,主要表现在最大月径流由6月提前到5月,月径流总量增加约15%,4~6月融雪径流量也由占年流量的60%增加到近70%.在多年变化趋势上,气温上升主要发生在冬季,降水也以冬季增加明显,而夏季降水呈下降趋势;水文过程主要表现在5月径流呈增加趋势,而6月径流为下降趋势;夏季径流减少而春季径流增加明显.冬春季积雪增加和气温上升,导致融雪洪水增多且洪峰流量增大,使洪水灾害破坏性加大.近些年来气候变暖引起的年内水文过程变化,已经对河流下游的城市供水和农牧业生产产生了影响.     

黑河流域生态—水文观测试验与水—生态集成管理研究

对黑河流域水—生态—经济系统研究的主要内容“流域生态—水文观测试验与流域水—生态集成管理”做了概要论述。认为流域水循环、生态水、集成水管理三大科学问题的解决必需加强该领域的研究;结合黑河流域的前期基础、研究现状和能力建设,提出了近期研究的4个领域：流域水循环、水平衡与可利用水资源;流域生态—水文过程与生态环境用水;人类活动驱动的流域水—生态系统演变;流域生态—水文野外平台与流域集成环境。对此进行了进一步的阐述,对该方面研究的方法论和技术难点亦做了简述。     

气候变暖背景下极端气候对青海祁连山水文水资源的影响

利用青海祁连山区极端气候要素和青海湖、哈拉湖及主要河流的水文资料,研究表明：冷夜日数（10%）呈显著减少趋势,暖夜日数（90%）呈显著增加趋势;年大风日数显著减少;年降水量21世纪初增加趋势最为显著并发生突变,降水量增加幅度中西段大于东段;≥ 5 mm、≥ 10 mm、≥ 25 mm年降水日数呈显著增加趋势,进入21世纪后更为明显,而≥ 0.1 mm年降水日数呈减少趋势;年平均大风日数与湖泊水位、河流流量变化呈负相关,大风天气的减少,可以缓解湖面和土壤因蒸发而导致的水分损失,对植被的改善可增加径流的产生,流入湖泊的流量增加;降水量与湖泊水位、河流流量呈正相关,受21世纪降水量增加的影响青海湖水位逐年上升,共上升1.67 m,达到20世纪70年代末的水位,中西部主要河流流量近几年也达到最大值,而东段流量增加不明显;祁连山区≥ 5 mm、≥ 10 mm、≥ 25 mm年平均降水量与湖泊、河流流量变化呈正相关,各量级年降水量对湖泊水位、河流流量的增加贡献显著。