气候变化对伊逊河流域水资源量的影响

海河流域作为中国水资源最为紧张的流域,其水资源对气候变化非常敏感.以海河流域中受人类活动影响较小的伊逊河流域为对象,基于海河流域未来气候变化研究成果构建了20种气候变化情景,应用具有物理机理的分布式流域水文模型模拟了不同气候变化情景下的流域水循环情景,对气候变化对伊逊河流域水资源量的影响进行了分析,结果表明气温升高1℃将使流域内3.8mm的径流转化为蒸散发,降水的增加将使流域的蒸发和径流都有所增加,其中新增降水50%转化为蒸发,30%转化为径流.同时径流和蒸散发对于高温和强降水更为敏感.未来气候变化的不确定性使未来水资源量的变化也有很大的不确定性,在以升温为主、降水变化存在很大不确定性的情况下,伊逊河流域天然径流量可能进一步衰减.     

变化环境下海河流域降水演变研究综述

全球气候变化与大规模的人类活动显著地影响了全球的水汽循环和区域降水特征.海河流域是我国人类活动影响最剧烈的地区,近百年来其降水的总量和时空分布均发生了显著的变化,对海河流域水资源产生了十分显著的影响.本文对近年海河流域降水演变相关研究成果进行了综述,重点总结了海河流域降水演变事实和变化趋势、气候变化和人类活动对海河流域降水影响等方面研究成果.     

气候变化与人类活动对太湖西苕溪流域水文水资源影响甄别

采用累积距平曲线与Mann-Kendall法对太湖西苕溪流域降水、潜在蒸散发和径流序列进行趋势分析。结果表明,流域径流与潜在蒸散发在95%的置信水平下为下降趋势,而降水无显著变化趋势。为定量甄别气候变化与人类活动对流域水文过程的影响,探寻流域水文变化的主要驱动因素,采用敏感性系数法与改进前后的双累积曲线法分析了气候变化与人类活动对太湖西苕溪流域1972~2010年水文过程的影响。结果表明,气候变化与人类活动对流域径流变化影响的贡献分别为37%~42%和58%~63%,人类活动影响大于气候变化。     

辽河流域径流对气候变化的响应特征研究

近百年来,全球气候发生了以气温升高为主要特征的显著变化。东北是中国的重要粮食主产区,气候变化将可能加剧东北地区水资源短缺情势,进一步影响到国家的粮食安全。以辽河流域为对象,分析了近60年来降水径流变化特性,采用水文模拟方法,揭示了河川径流变化成因,基于假定气候情景,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:铁岭站实测径流量自20世纪60年代中期以来,总体呈明显的阶段性减少趋势,人类活动是河川径流减少的主要原因。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。     

气候变化对天山北坡奎屯河高山区地表径流的影响

采用奎屯河流域的乌苏、沙湾气象站1960—2009年50 a来的气温、降水量资料和奎屯河将军庙水文站的降水量、径流量资料,分析了气温、降水、冰川等变化对奎屯河出山口地表径流的影响.结果表明:将军庙水文站年降水变化与径流量呈显著正相关;尽管气温呈上升趋势,但年径流与平原地区和出山口的气温相关不很密切,气温可通过影响蒸发增加山区消耗水量,减少径流.然而,气温变暖会加剧冰雪消融,使冰川退缩变薄,特别是消耗冰川积累量来增加河川径流.在奎屯河出山口地表年径流量中,与20世纪80年代相比,冰川径流增加了5.7%,多年平均情况下消耗冰川积累的融水径流约占冰川径流的30%.同时,随气候变化的极值化,要注意高山地区降水减少和汛期气温降低引起河川径流减少,降水、气温高值引起的年径流增大与洪水危害,以及引起河川径流的年际变幅增大,并对水利工程造成的影响.有关气候变化对河川径流定量预测有待今后进一步探讨.     

1960—2010年中国主要流域径流量减小原因探讨分析

针对1960—2010年径流量显著减少的中国主要流域,包括松花江、辽河、海河、黄河和汉江等,选择其上游地区受人类直接取用水影响较少的山区小流域,分析径流变化及其原因.采用基于Budyko假设的流域水热耦合平衡方程,估计了流域年径流量变化的气候弹性系数和下垫面弹性系数,并对各流域径流变化进行了归因分析.结果表明,在气候较为湿润的地区,径流对气候和下垫面变化均不敏感;在气候较为干燥的地区,径流对气候和下垫面变化都更为敏感,且区域差异性明显.潜在蒸散发的变化对径流减少的影响微弱,降水减少和下垫面变化是径流减少的主导因素,其中人类活动导致的下垫面变化对径流减少的影响尤为显著.对比两个阶段的径流变化归因分析结果,近10年间流域下垫面变化对年径流量的影响程度较前20年有显著增加.通过分析近30年的归一化植被指数(NDVI)数据发现,植被覆盖改善是下垫面变化的重要原因,说明中国水土保持工程发挥了显著生态效益的同时也导致了流域径流减小.     

黄河流域天然河川径流量演变归因分析

受气候变化和人类活动影响,黄河流域水资源量持续衰减。以往水资源归因分析的研究主要针对气候变化和人类活动对实测径流量衰减的贡献,对天然径流量衰减的原因关注不够,不利于支撑黄河流域水资源高效利用和科学管理。基于黄河二元水循环模型评价不同时期黄河流域天然河川径流量,并采用多因素归因分析方法分析主要影响因素对天然河川径流量衰减的贡献。结果表明,2016年水平年情景相比于1956—1979年水平年情景,花园口断面多年平均天然河川径流量减少114.6亿m³,其中气候变化、下垫面变化和社会经济取用水影响的贡献率分别为24.4%、25.0%和50.6%。从分区来看,兰州以上气候变化是主导因素,兰州以下人类活动是主导因素。为遏制天然河川径流量衰减的趋势,促进黄河流域生态保护与高质量发展,应加强深度节水、刚性控水、适度增水、强化管水和立法护水。     

海河流域河川径流对气候变化的响应机理

利用可变下渗容量(Variable Infiltration Capacity,VIC)模型,在海河流域选取了6个典型流域来率定VIC模型的参数。通过模型参数移植技术,建立了全流域的径流模拟平台。根据假定的气候变化情景,分析了海河流域河川径流对气候变化的响应机理。结果表明:在年平均气温升高2℃时,海河流域的径流量将减少6.5%;当年降水量增加或者减少10%时,海河流域的径流量将分别增加26%和减少23%;当汛期降水占年降水量的比例分别增加或者减少10%时,全流域的径流量将会增加12%或者减少7%;在空间上,在年平均气温升高和年降水量变化的情景下,海河流域西北部的河川径流比东南部更敏感;在降水年内分配变化的情景下,海河流域东南部的河川径流比西北部更敏感。总体上,年降水量越大,径流量对降水量的敏感性越小,对平均气温的敏感性也越小,而对降水年内分配的敏感性越大。     

基于水文模型与机器学习集合模拟的水沙变异归因定量识别——以黄河中游窟野河流域为例

黄河水沙变化是当前流域水文与江河治理领域研究的前沿和热点问题。以黄土高原窟野河流域为典型研究对象,利用VIC水文模型和8种基于机器学习算法的输沙量模型,耦合构建流域水沙集合模拟技术,定量识别流域水沙演变特征与变异成因。结果表明:① 1960—2014年窟野河流域年气温和降水分别呈显著增加和不显著减少趋势,径流和输沙量都呈显著减少趋势,1980和1999年是流域产水产沙特性发生改变的重要转折点;②模拟月径流和输沙量的Nash-Sutcliffe效率系数和相关系数分别超过了0.6和0.7,适用于该流域水沙过程模拟;③与天然期1960—1979年相比,1980—2014年气候变化和人类活动对径流减少的贡献分别为24%~39%和61%~76%,对输沙量减少的贡献分别为15%~36%和64%~85%;④人类活动是窟野河流域水沙减少的主要原因,且随时间推移呈增大趋势。相关成果为流域水沙变异归因定量识别提供了新的技术方法,对促进黄河流域水资源开发利用和水沙治理具有重要的支撑作用。     

关于中国北方水资源问题的再认识

特殊的地理地形和气候条件决定了中国洪涝干旱灾害频发。由于客观的禀赋条件,中国北方降水量小,水资源供需矛盾突出。在变化环境条件下,中国北方河川径流量呈现减少趋势,且随着经济社会的快速发展,区域需水较大幅度的增加,进一步加剧了北方水资源的供需矛盾;径流变化归因分析表明,人类活动导致的流域下垫面变化、工农业的快速发展及其他经济社会活动是北方河川径流减少的主要原因。实行最严格的水资源管理,加强节水型社会建设是解决北方水资源问题的根本出路。     

渭河上游典型小流域水文特征差异性分析

根据渭河流域两个典型小流域的实测水文和气象资料,分析了不同气候和下垫面条件的流域水文特征及其差异性.结果表明:清源河和牛谷河流域的年平均气温呈上升趋势,降水、径流、泥沙、降水径流系数均呈减少趋势;两个流域的降水、径流和泥沙历年变化不一致,1998-2013年清源河流域降水量相对牛谷河流域减少了8.6%,1993-2013年牛谷河的径流相对减少了21.4%,2000-2013年清源河的泥沙相对减少了24.0%;两个流域的面积、河长、海拔、植被覆盖率等流域特征值相对差在-29.4%~-4.5%之间,气温、降水等气候特征值相对差在-27.4%~16.7%之间,而径流特征值相差较大,相对差在-90.2%~-84.7%之间,泥沙特征差异性更大,相对差在292%~347%之间.对气候、下垫面和人类活动对水文要素的影响进行了研究,受人类活动的影响,清源河流域1996-2013年年径流减少11.6%,牛谷河流域1993-2006年年径流减少25.9%,2007-2013年再减少10.5%,研究人类活动的调水减沙效应,对流域综合治理、生态环境建设具有一定的指导意义.同时,充分利用不同小流域实测水文气象数据,分析水文气象要素的变化规律,可以为分布式水文模型研究和中小河流洪水预警预报提供重要依据.     

涪江流域径流变化趋势及其对气候变化的响应

采用Mann-Kendall非参数检验方法分析了涪江流域实测径流量的变化趋势,根据假定的气候变化情景和HADCM3预估的气候情景,利用考虑融雪的水量平衡模型(SWBM模型)分析了径流对气候变化的响应。结果表明:涪江流域径流量总体呈现递减趋势,但非汛期的个别月份有增加趋势,实测年径流变化主要是由于气候要素变化引起的,流域内的水电开发对径流量的季节分配存在一定的影响。SWBM模型对涪江流域月流量过程具有较好的模拟效果,实测与模拟径流量总体较为吻合,只有个别年份峰值模拟误差相对较大。气温变化固定的情况下,降水变化与径流变化之间的关系接近线性;在降水变化相同的情况下,单位气温变幅引起的径流量变化幅度也基本相当。尽管不同排放情景下涪江流域径流量的变化有一定差异,但总体来看,未来水资源可能以偏少为主,特别是2030年以后,多年平均偏少量将可能超过5%。     

基于Budyko假设预测长江流域未来径流量变化

基于Budyko水热耦合平衡假设,推导了年径流变化的计算公式,分析了长江流域多年平均潜在蒸发量、降水量、干旱指数和敏感性参数的空间变化规律。选用BCC-CSM1-1全球气候模式和RCP4.5排放情景,把未来气候要素预估值与LS-SVM统计降尺度方法相耦合,预测长江流域未来的气温、降水和径流变化情况。采用乌江和汉江流域的长期径流观测资料,分析验证了基于Budyko公式计算年径流变化的可靠性。结果表明:降水量变化是影响径流量变化的主导因素;长江各子流域未来径流相对变化增减不一,最大变幅10%左右;在未来2020s(2010—2039年)、2050s(2040—2069年)和2080s(2070—2099年)3个时期内,长江南北两岸流域的径流将出现"南减北增"现象,北岸径流变化增幅逐渐升高,南岸径流变化减幅逐渐降低。     

Assessing the response of runoff to climate change and human activities for a typical basin in the Northern Taihang Mountain,China

Climate change and human activities are the two main factors on runoff change. Quantifying the contribution of climate change and human activities on runoff change is important for water resources planning and management. In this study, the variation trend and abrupt change point of hydro-meteorological factors during 1960–2012 were detected by using the Mann–Kendall test and Pettitt change-point statistics. Then the runoff was simulated by SWAT model. The contribution of climate change and human activities on runoff change was calculated based on the SWAT model and the elasticity coefficient method. The results showed that in contrast to the increasing trend for annual temperature, the significant decreasing trends were detected for annual runoff and precipitation, with an abrupt change point in 1982. The simulated results of SWAT had good consistency with observed ones, and the values of \(R^{2}\) and \(E_{NS}\) all exceeded 0.75. The two methods used for assessing the contribution of climate change and human activities on runoff reduction yielded consistent results. The contribution of climate change (precipitation reduction and temperature rise) was \({\sim }37.5\%\), while the contribution of human activities (the increase of economic forest and built-up land, hydrologic projects) was \({\sim }62.5\%\).     

雅鲁藏布江流域径流演变规律与归因分析

气候变化驱动下的水循环与水资源演变规律研究是重要的科学问题, 也是国际社会普遍关注的全球性问题。以雅鲁藏布江流域为研究区, 利用线性倾向估计、多元线性回归等方法检验气象要素变化特征, 揭示下垫面演变规律;基于Budyko假设的弹性系数法, 揭示径流演变规律, 并进行归因分析。结果表明: 1961—2014年, 雅鲁藏布江流域气温呈升高趋势, 降水整体呈增加趋势, 气候向暖湿化方向发展;植被整体改善, 上游西北部和下游植被存在退化现象;年径流序列具有3~4 a、12 a、20 a和32 a左右的周期;降水变化、潜在蒸散发量变化、下垫面变化和冰川变化对径流量增加的贡献率分别为39.62%、-2.74%、32.32%和30.94%。相关结果对理解气候变化和下垫面变化下雅鲁藏布江径流演变规律, 具有重要的参考价值。     

Effect of climate change on water resources in the Yuanshui River Basin: a SWAT model assessment

The Yuanshui River Basin is one of the most important river basins ensuring food production and livelihoods in the Hunan and Guizhou Provinces of China. Based on digital elevation model, land use, soil, and meteorological data, the soil and water assessment tool was used to analyze the response of water resources in the basin to climate change. Specifically, the monthly runoff from the Yuanshui River Basin was simulated. Runoff measurements from the 1961–1990 series were used to calibrate model parameters, and measurements from the 1991–2010 series were used for model validation. The Nash–Sutcliffe efficiency coefficient, correlation coefficient, and water balance error were used to evaluate the simulation results; the values obtained for these parameters were 0.925, 0.929, and 2.0%, respectively, indicating that the established model can be applied successfully to runoff simulations. To evaluate the effects of climate change and human activities on runoff, 24 different climate scenarios were modeled. By comparing the model simulation results with the baseline scenario, the effects of climate change were analyzed by year, during the dry season, and during extremely dry conditions. The results showed that runoff decreased with increasing air temperature and decreasing precipitation, and that the effects of rainfall on runoff were greater than those of air temperature. Under the same baseline conditions, the effects of climate change on runoff were most pronounced during extremely dry months.     

环境变化对黄河中游汾河径流情势的影响研究

20世纪70年代后我国许多河流的径流量呈下降的趋势.在这些趋势变化中,如何区分人类活动及气候变化的影响是当前流域水文研究的热点和难点.提出了区分人类活动和气候变化影响的分析思路以及定量计算方法.介绍了SIMHYD概念性降水径流模型,并应用黄河中游汾河流域"天然"时期的水文、气象资料率定了模型参数,通过水文模拟还原了人类活动影响期间的天然径流量,进而分析了汾河流域径流情势的变化原因.结果表明:SIMHYD降水径流模型对汾河流域天然月径流过程具有良好的模拟效果;就1970-1999年的平均状况而言,气候因素和人类活动对径流的影响量分别占径流减少总量的35.9%和4.1%,人类活动是汾河流域径流减少的主要因素.