耦合SWAT与RIEMS模拟黑河干流山区径流

以黑河干流山区为研究区,采用1：100 000植被类型图、1：1 000 000土壤类型图和气象水文观测数据,耦合SWAT水文模型与RIEMS高分辨率区域气候模式,模拟1995-2010年月径流变化过程,探讨水文模型气象驱动数据的优化方法和气候水文模型耦合的区域适宜性。RIEMS气候模式输出精度较高,降水、温度、湿度、风速的相关系数均在0.80以上,均通过了0.01显著性水平检验,时空分辨率达到6 h和3 km。构建虚拟气象站点,弥补气象观测站点稀少且分布不均匀的不足,对水文模型气象驱动数据进行优化;遵循多时间尺度、多变量和多站点的原则来校准模型。结果表明,径流模拟值与观测值的过程趋势拟合程度较好,NSE均在0.60以上,PBIAS介于±20%之间,R²达到0.70以上。径流模拟在枯水期表现较好,在丰水期存在一定的误差,主要是受降水驱动数据偏高的影响,气候模式模拟能力需要提高,水文模型空间插值方法和气候水文模型耦合方案需进一步完善。总体来看,耦合SWAT模型与RIEMS模式能够较好地模拟黑河干流山区水文过程,可为流域水资源的预测和管理提供科学依据。     

黑河流域山区植被生态水文功能的研究

依据土壤-植被-大气系统的结构特性,从林冠层、苔藓-枯枝落叶层、土壤层剖面结构分析了黑河流域山区水源涵养林在水文过程中的作用.观测试验表明,林冠截留大气降水的32.7%,使到达林地的水分相对减少而养分增加,而林冠遮荫使林内土壤蒸发仅为林外草地的34.2%.苔藓-枯枝落叶层疏松多孔,最大持水量可达12.5mm水层深,加上表层较高的体积含水量和较小的水分变差系数,使其在涵蓄一部分大气降水的同时具有良好的保水性能.林地土壤具有良好的渗透性和涵蓄大气降水的能力,从而减少了地表径流量.森林的蒸散发使林区空气湿度高于周边地区17%,形成山区独特的森林小气候,从而进一步影响着山区的水文过程.     

黑河流域水文特性

介绍了黑河流域基本概况,依据黑河流域多年水文资料,分析了黑河流域降水、蒸发、径流的年内分配、年际变化和地域分布。黑河流域降水稀少,蒸发量大,水资源短缺,植被稀疏,水土流失严重,生态环境极为脆弱。     

黑河干流山区流域月蒸发力计算模型

研究西北内陆河山区流域的水文循环,对于维持区域可持续发展和生态环境的保护具有重要意义。应用数值迭代方法,对黑河山区流域平均月蒸发力与月平均气温和月降水量的关系进行了探讨。结果表明,山区平均月降水量、月平均气温和月蒸发力之间存在着复杂的非线性关系,降水和气温都是影响蒸发力的一个综合因子。     

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。     

干旱地区内陆河流域水文问题的研究实践与展望

过去，干旱地区内陆河流域水文研究主要偏重于山区水文，注重山区来水及径流分析，而很少涉及灌区问题和生态问题，对绿洲水文和荒漠水文的研究十分缺乏。以新疆为例，通过对干旱地区河流的基本特征和水文机理的分析研究，从径流形成、水资源开发利用、生态环境保护三位一体，即从全流域水文循环的角度出发，提出了以山区水文、绿洲水文、荒漠生态水文为三大构成要素的干旱地区内陆河流域水文系统的新概念，并基于干旱地区内陆河流域水文问题的研究实践，提出了各自领域的研究内容和方向，进一步拓宽了水文问题的研究领域，对水文学科的研究与发展提出了新的思路，注入了新的内容。     

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。     

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。     

祁连山黑河山区土地适宜性评价

以黑河山区为研究区域,利用Logic回归模型和空间分析技术对山区土地利用进行适宜性评价.以2011年土地利用现状数据作为背景值,构建气温、降水、海拔、坡度、人口密度、水系、交通网、村镇分布8种因子的评价指标体系.采用多尺度训练的方法确定适宜性评价最佳模拟尺度,对土地利用数据和评价因子进行Logic回归分析,得到评价因子对土地利用适宜性的影响程度.利用Spatial Analyst模块对对黑河山区土地适宜性进行评价,为区域土地资源合理利用提供科学参考.结果表明：（1）适宜性评价最佳尺度为210 m（ROC=0.79）.（2）Logic回归结果显示,坡度、气温（β_Temp=1.11）、降水对林地、草地的影响程度较高,同时距道路距离、人口密度（β_Pop=-0.555）对其分布也有重要影响.（3）山区土地利用适宜性排序为：Max_林地=Max_耕地 > Max_建设用地 > Max_裸地 > Max_草地 > Max_水域,林地与耕地最高,适宜性达到0.99.     

黑河流域河道径流和人类活动对地下水动态的影响

文章概述了西北内陆干旱区黑河流域地下水系统的构成及第四纪含水层分布,在系统收集整理1986~2009年间黑河流域河道径流、地下水位、灌溉引水资料及补充调查成果的基础上,重点分析了径流变化和人类活动对流域地下水动态的影响。根据高程梯度、地貌类型和径流对平原地下水系统的补给作用,流域地下水动态类型可分为3个典型区：1）山前潜水含水层强入渗补给区,河道过水量控制着年地下水位变幅;2）冲积扇边缘细土平原承压含水层区,人类活动干预下的地表-地下水复杂交互过程使地下水位多年变化呈动态平衡状态;3）下游荒漠平原入渗生态补给区,政策性分水计划强烈影响地下水动态变化和空间分布。地表-地下水交互过程强烈影响地下水系统的动态平衡,且在不同区域呈现的时间尺度不同。中游绿洲农业区的人类活动通过政策性的水量再分配及土地利用空间格局变化影响地下水的循环路径及补径排条件。通过建立地表-地下水-生态水文过程耦合模型是量化动态水循环过程、合理管理地表-地下水资源的迫切需求,是未来干旱区水资源可持续利用研究的方向。     

祁连山区黑河上游多年冻土分布考察

高山多年冻土的分布及土壤季节冻融过程对地表水文过程、 生态系统、 碳循环及寒区工程建设等都有很大的影响. 黑河上游地处祁连山中东部, 属于高原亚寒带半干旱气候, 研究黑河流域多年冻土分布对于系统理解该区域的生态-水文过程、 气候与环境变化以及水资源评价、 工程建设等非常重要. 2011年6-8月对黑河干流源头西支开展了多年冻土调查, 沿二尕公路(S204)在热水大坂垭口至石棉矿岔口之间区域, 完成测温孔7眼, 并布设测温管进行地温监测. 根据勘察、 钻探及测温资料, 确定了黑河源头地区山地多年冻土下界为海拔3 650~3 700 m之间. 受高度地带性的控制, 随着海拔的降低, 活动层厚度由在海拔4 132 m时的1.6 m增加至在多年冻土下界处的约4.0 m, 多年冻土年平均地温也相应的由-1.7℃增加到0.0℃左右, 而多年冻土厚度由100 m以上减小到多年冻土下界处的0.0 m. 同时, 坡度和坡向、 岩性、 含水(冰)量、 地下水、 河水等局地因素对多年冻土温度和厚度也有重要的作用.     

中国西北内陆河水问题及其应对策略——以黑河流域为例

中国被联合国列为13个贫水国之一,占国土面积1/3的内陆河地区先天性的水资源不足,再叠加不合理的利用,使得水问题成为西北内陆河流域经济发展和生态保护的关键性问题.以黑河为例论述了流域尺度的水、土、生态、环境及管理问题;提出缓解流域水资源矛盾必须在流域尺度提高水效益的适应对策;讨论了绿洲灌区水资源利用率提高的4个环节,即灌溉水向土壤水转化、土壤水的生物利用、生物水的生产率以及市场需求的产业配置;展示了水源涵养、节水型绿洲建设、生态水利用率提高的部分实例;分析了水资源的社会化管理的阶段、问题与途径,强调流域虚拟水配置战略,指出提高流域水-生态-经济综合效益仍有较大潜力.     

甘肃省黑河流域土地沙漠化的水文学指征初探

黑河流域土地沙漠化及水资源合理利用一直是该流域研究的焦点问题。文章首先从土地沙漠化分布范围、种类、面积、沙漠化程度等方面，分析了黑河流域土地沙漠化的现状：土地沙漠化主要发生在流域的中下游地区，尤以额济纳绿洲沙漠化形势严峻；其次，从地表水、地下水之水质、水量方面分析了黑河流域水环境变化的状况：人类不合理的经济活动，导致黑河流域水资源环境恶化，具体表现在地下水、地表水水位下降、水质恶化。在此基础上，从黑河流域地表水及地下水着手，初步提出了黑河流域土地沙漠化的水文学指征体系：其中，地表水主要包括蒸发与蒸腾的消耗、径流和渗漏3个部分；径流部分又分为地表水流经区域及水量变化、干流水量的系列变化以及泥沙沉积3方面；地下水则主要有水质变化及水位的连续变化2方面。     

黑河流域地下水与地表水转化研究进展

地处我国干旱内陆区的黑河流域,其地表水与地下水在不同的地貌单元发生着大数量的、有规律的、重复的转化过程,极大地提高了水资源的利用率.早在20世纪80年代,甘肃省地矿局等单位率先开展了有关黑河流域地表水与地下水转化过程研究的国家"七五"、"八五"科技攻关项目,取得了丰富的勘查研究成果,促进了这一地区有限水资源的合理开发利用.进入21世纪以来,随着勘查研究理论的丰富和环境同位素技术的广泛应用,黑河流域地表水与地下水资源及其循环转化引起了学术界的广泛关注,并相继完成并发表了一批具有较高水平和学术价值的科研成果,进一步提高了干旱区水资源的开发与保护.但仍存在着水资源转化关系和转化规律还缺乏流域系统研究、中下游盆地深层地下水的补给来源尚不能确定等方面的不足,不利于协调社会经济发展与生态环境保护之间的用水矛盾.     

黑河上游祁连山区土壤可培养细菌群落生境的垂直分异特征

利用PYGV、 R2A、 NB和Czapek 4种培养基, 研究了不同海拔下黑河上游祁连山区土壤细菌群落结构的变化规律.结果表明: 可培养细菌数量为4.6×10⁶~37.0×10⁶CFU·g^-1, 随海拔升高明显减少; 基于16S rRNA基因序列分析共发现了7个门、 19个属、 26种细菌, 其中Agreia pratensis, Mucilaginibacter ximonensis, 嗜冷冷杆菌(Cryobacterium psychrophilum)和氧化节杆菌(Arthrobacter oxydans)四种细菌是优势种; 嗜冷冷杆菌的相对丰度在高海拔地区明显增加, Agreia pratensis的相对丰度随海拔升高而降低; 细菌的多样性随海拔升高呈现出先升高后降低的趋势. 冗余分析(RDA)显示, 可培养细菌数量与海拔呈显著负相关, 细菌的多样性与植被指数和土壤理化性质均存在明显的相关关系, 说明可培养细菌数量主要受海拔的影响, 而植被和土壤理化性质是影响细菌群落多样性的主要因素.     

基于文献统计的黑河流域研究重点和热点学科演变分析

黑河流域是我国西北地区第二大内陆河流域, 近60 a来国内外对其研究的力度和深度不断增强.从文献计量分析的角度, 透视黑河流域近几十年来的研究成果, 量化分析了论文数量、 核心研究机构、 核心作者群、 研究热点和重点、 主要发文期刊和资助项目来源, 以期为黑河流域后续研究提供参考.计量分析结果表明: 中英文发文量总体呈现增长趋势; 关注黑河流域研究的机构基本上为国内机构, 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所在黑河研究领域处在遥遥领先的地位, 发文量占总量的1/3以上; 水资源、 遥感、 干旱区、 地下水、 气候变化、 土地利用、 生态环境等高频词反映出黑河流域研究中的热点和重点, 建立流域集成模型是近期研究的方向; 基金资助来源类型多样, 但最主要的渠道是国家自然科学基金.     

黑河出山径流的非线性特征分析

应用非线性动力学的理论和方法,对黑河出山径流的非线性特征进行了分析.结果表明,黑河月出山径流的年内分布、年平均流量的一次峰、谷变化符合单重或双重威布尔分布,并具有自相似性质.黑河出山径流多年变化在相空间中的运动轨迹收缩到一个约为4.32维的吸引子上,而描述流量的动力方程需要8个独立变量.黑河出山径流的非线性特征还表现在对内部结构为非线性函数的输入输出模型的良好应用上,如GRNN神经网络模型、非线性回归模型等.     

西风与季风扰动对黑河流域降水影响的数值模拟

利用中尺度天气模式WRF V2.2进行了两组风场的敏感性试验,分别模拟了西风与季风变化对黑河流域降水的影响.通过对大气环流、水汽输送、水汽辐合以及垂直上升运动的分析得出以下结论:西风与季风对黑河流域降水的影响方式不同,西风带直接作用于黑河流域,影响其降水,而季风则是通过对西风的调整间接影响黑河流域降水;西风与季风变化对黑河流域降水的影响范围不同,西风增强后,黑河流域南部山区降水落区西移,降水增加,最大值中心偏西北;季风增强后,黑河流域南部山区降水落区向东南移,降水增加,最大值中心偏东南.与其它量相比,黑河流域降水与垂直速度的对应关系最好.     

流域水资源实时调度研究--以黑河流域为例

系统地总结了流域水资源实时调度的研究现状和调度的基本理论依据。流域水资源实时调度以显式考虑人类活动影响的二元动态水资源演化模式为其理论基础,提出了“宏观总控、长短嵌套、实时决策、滚动修正”的流域水资源实时调度的模式。并以黑河流域为例,进行了应用研究,初步应用表明,该模式能满足流域水资源实时调度管理的需要,可为我国北方干旱半干旱地区流域水资源实时调度提供借鉴。     

河西内陆河地区径流模型概述

径流模拟是河西内陆河地区水文研究中最基本、最重要的一个环节,也是研究其它水文问题的基础.目前广泛应用在河西地区的径流模拟模型大致分为系统理论模型、概念模型和分布式模型三类.但是这些模型各自有哪些特点,应用中应注意哪些问题,却缺少宏观的认识.总结了这三类模型在河西内流河区应用的代表性研究成果,并结合当前所应用模型存在的问题,探讨了研究区未来水文模型可能的发展方向.