西南河流源区径流量变化规律及其未来演变趋势

采用统计学方法及集合经验模态分解、小波分析、水文模型等多种方法,在对气象水文、湖泊岩芯、树木年轮、气候模式数据进行深入分析的基础上,研究了西南河流源区径流变化规律与历史丰枯规律及其驱动机制,分析了未来气候变化影响下的径流演变趋势。结果表明：三江源地区的径流近50 a整体表现为上升趋势,雅鲁藏布江流域除尼洋河外的其他区域年径流量整体呈不显著下降趋势,气候变化是导致三江源、雅鲁藏布江和怒江流域径流变化的主要原因,其中降水是引起径流变化最关键的因子;主要河流径流不同时间尺度的丰枯演变规律为,雅鲁藏布江中游全新世洪水事件呈现出早晚全新世频繁、中全新世相对较少的特征,近500 a怒江流域重建径流序列存在10个丰水期和10个枯水期,丰枯序列变化主要受季风环流和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)活动的影响;在未来15～60 a,全球持续增温将使西南河流源区平均年径流深相比近30 a增加6%～14%,而极端径流呈现出“干更干、湿更湿”的变化特征,同时生态因子对径流变化的影响不可忽视。     

雅鲁藏布江流域气候和下垫面变化对径流的影响研究

典型高原寒区雅鲁藏布江流域径流变化是反映该区域气候和下垫面变化的重要指标。在全球升温背景下,由于观测资料稀缺,导致缺乏针对整个流域的气候和下垫面变化对径流影响的研究。因此,本研究基于1986—2010年的气象数据和奴下水文站月尺度、动态土地利用数据等,利用改进的水文模型并结合不同的模拟策略厘清了流域1991—2010年不同时段间气候和下垫面变化对径流的影响。结果表明：在1991—2010年期间,不同时段间气候和下垫面变化对径流变化的贡献率差异较大,气候变化对径流变化的贡献率高于下垫面变化,且使径流量增加。从空间上看,气候变化对流域产流的贡献率在上游和中游都较大,在下游东北部的贡献率较小,而在该区域下垫面变化的贡献率较大。雪冰融水径流呈增加的趋势,对年径流的平均贡献率在21.1%~48.6%范围内,多年平均贡献率为33.6%;雪冰融水径流一般从4月开始增大,8月达到最大,10月达到消融末期。本研究的开展和发现既是雅鲁藏布江流域水文、水资源基础性研究的需要,具有重要的理论研究意义,同时也可为该流域的水资源保护、规划与管理提供科学理论和决策依据,具有重要的现实意义。     

雅鲁藏布江径流演变规律及其驱动因子分析

本文以雅鲁藏布江为研究对象，结合Mann—Kendall非参数检验方法，分析了流域1956—2000年的年径流演变规律及其驱动因子。结果表明，流域径流总体上呈减少的趋势，演变过程中表现出明显的阶段性和突变性。相关分析进一步揭示了降雨是河川径流演变的主要驱动因子，气候变化也在一定程度上控制着径流演变的趋势。     

1961-2010年西藏雅鲁藏布江流域降水量变化特征及其对径流的影响分析

采用1961-2010年雅鲁藏布江流域6个气象站近50 a降水量的实测数据,统计降水量的年、干季、湿季平均序列;结合流域6个水文站近50 a年径流序列资料,分析雅鲁藏布江流域降水变化特征及其对径流量的影响. 研究表明： 雅鲁藏布江流域1961-2010年近50 a年平均降水量表现为不显著增加,增加速率为3.3 mm·（10a）^-1,其中干季、湿季分别为1.9 mm·（10a）^-1 和1.4 mm·（10a）^-1,均为增加趋势;降水量的年代际变化在20世纪60年代相对偏多,70年代较平稳,而80年代为最少,到90年代有所回升,21世纪前10 a降水量处于不显著的增多态势. 雅鲁藏布江径流的变差系数C_V值在0.15~0.40之间,年际变化较小. 径流的年代际变化总体上存在一定的周期性波动,20世纪60年代是一个相对的丰水期,70年代减少,80年代达到最小值,之后径流有所回升,进入21世纪前10 a呈不显著增加趋势. 年、湿季尺度上径流量和降水量的相关显著,湿季作为径流主要形成期,其降水量的多寡直接影响流域径流量的丰枯,湿季降水量的增减影响着流域径流量的增减. 由此可见,降水变化是雅鲁藏布江天然径流最主要影响因子,最终也决定了雅鲁藏布江流域年径流量的丰枯.     

基于四元驱动的海河流域河川径流变化归因定量识别

海河流域水资源极为短缺,河川径流下降显著,定量识别径流变化成因对于科学认识流域水循环演变机理、支撑水资源开发利用具有重要的科学意义和实际价值。基于模型参数区域化技术构建了海河流域可变下渗容量（VIC）模型,重构了流域天然河川径流序列。建立了气温变化、降水变化、下垫面变化和取用水四元要素驱动的河川径流变化归因定量识别技术体系,分析了4种因子在海河流域河川径流减少中的贡献。结果表明:①1956—2010年,人类活动是海河流域河川径流减少的主要原因,但是气候变化的影响不可忽略,其中气候变化的贡献约为1/3,人类活动的贡献约占2/3;气候变化中,降水下降的贡献远大于气温升高的影响,分别约为30%和4%;人类活动中,取用水的影响大于下垫面变化的影响,分别约为55%和11%。②海河流域4个水资源二级区的河川径流变化成因相比,从北向南气温升高的影响减小,降水减小的影响增大,海河北系和海河南系的取用水影响较大,滦河流域径流变化时间较晚,徒骇马颊河径流变化程度最小。     

气候变化对乌鲁木齐河流域水资源的影响

分析了乌鲁木齐河流域近40 a来的气候变化及其气候要素与冰川融水、降水径流的关系.结果表明:高山冰川区融水径流的变化主要受气温变化影响,冰川区夏季6~8月累积气温每增加0.5℃,流域37.95 km2冰川产生的融水量将增加3.3514×106m3;近期气温再升高0.5℃,冰川融水年平均径流量将达到35×106m3.降水对中高山径流的影响较大,每增加20 mm降水量,降雨径流量增加8.9×106m3,40 a来其变化呈略增加趋势,年平均增加量为0.4095×106m3,与冰川融水增加量相当;降水与冰川融水径流量增加百分率相比,增加幅度较小.最后提出了减少污染,增加植被覆盖面积等应对气候变化对水资源影响的措施.     

典型草原地区降水-径流演变趋势分析

深入探究典型草原降水和径流演变趋势和规律,对地区水资源合理配置及利用等工作具有重要意义。基于此,根据锡林浩特市气象站和锡林河水文站实测数据,运用Mann-Kendall法和线性回归法分析了典型草原地区锡林河流域40多年的降水、径流变化特征和演变规律;同时,结合降水频率,对不同水平年降水与径流相关性进行了分析。结果表明,两种评价方法一致认为,降水随时间的变化呈减少趋势,但减少趋势不显著;径流随时间的变化亦呈减少趋势,减少趋势较为显著。另外,不同水平年之间,随降水的增加,典型草原径流增加幅度表现为平水年丰水年枯水年。     

石羊河流域水资源对气候变暖的响应及对生态环境的影响

近46年来石羊河流域的气温呈持续升高趋势,1994年显著变暖.与变暖前相比,年平均气温偏高1.0℃,线性增温速率快7倍.显著变暖后,流域年降水增加了15%(约15.8 mm),出山口径流却呈略减少趋势(约2.2亿m3),地下水位也在快速降低.出山口径流的略减少发生在上游山区年降水量减少的大背景下,人类活动是影响流域中游地表径流利用量和下游可利用量变化的主要原因.对植被的监测表明,以荒漠草甸和沙生植被为主的稀疏植被面积在快速减少,同时还存在植被类型的退化现象,植被覆盖面积和地下水位埋深两者呈显著负相关.受气候变化和人类活动的共同影响,石羊河流域的生态环境正在趋于恶化.     

天山南坡高冰川覆盖率的木扎提河流域水文过程对气候变化的响应

木扎提河是天山南坡冰川面积覆盖率最大（48.2%）的河流, 流域径流过程对气候变化极为敏感, 为了合理管理和规划水资源, 确保水资源的可持续利用, 亟需定量评估气候变化对该流域水文过程的影响。以VIC-CAS分布式水文模型为计算平台, 利用实测的径流和两次冰川编目间的冰川面积变化数据开展了模型的多目标参数化校正和验证, 有效提高了模拟结果的“真实性”, 然后通过数值模拟结果结合观测数据定量解析了流域径流的组成、 变化特征及对气候变化的响应机理。结果表明： 木扎提河总径流集中在暖季（5 - 9月）, 占全年总径流量的77.9%, 冰川径流、 融雪径流和降雨径流分别占总径流量的66.6%、 26.4%和7.0%。1971 - 2010年木扎提河流域气温和降水呈显著增加趋势, 由于降水的增加, 降雨和融雪径流均呈增加趋势, 但冰川径流呈现明显减少趋势, 导致总径流呈现下降趋势。在RCP4.5情景下, 未来该流域气温呈现明显升高趋势, 降水表现为微弱下降趋势; 气候变暖后, 更多降水以降雨形式发生, 未来降雨径流将明显增加, 降雪和融雪径流已于20世纪90年代达到峰值, 随后明显减少; 冰川面积将持续萎缩, 冰川径流于21世纪10年代达到拐点, 随后明显减少, 导致河道总径流量也将明显减少。     

雅鲁藏布江流域地-气系统的水平衡

利用NCEP/NCAR1980-1989年10年逐日00UTC、12UTC再分析资料及青藏高原降水、径流资料,研究了青藏高原雅鲁藏布江流域的水平衡特征,估算了雅鲁藏布江流域的蒸发、土壤和地下水含量。结果表明:雅鲁藏布江流域夏季是水汽辐合区,降水大于蒸发;秋末到次年春季是水汽通量辐散区,蒸发大于降水。降水主要集中在6～9月。径流的年际变化趋势同降水相近,径流主要是由降水补给的,径流峰值滞后降水峰值一个月。雅鲁藏布江流域土壤及地下含水量从1～6月逐渐减少,7月以后开始增加,10月是土壤及地下水最丰富的时段。20世纪80年代中期和后期降水、蒸发、径流等呈增长趋势,这同ENSO事件有关。     

雅鲁藏布江流域极端降水模拟及预估

为了解雅鲁藏布江流域汛期极端降水的变化规律,推算一定重现期的极端降水量分位数,通过百分位法、Hill图法、年交叉率法选取阈值,借助广义帕累托分布函数（GPD）对流域极端降水频率进行了分析。结果表明：99百分位时的阈值为流域内各站点的最佳阈值,且各站点超阈值序列通过了M-K的平稳性检验,无明显突变。拟合效果通过K-S检验,各站点拟合的极端降水理论频数和实测频数基本相符。尺度参数的大值区位于流域下游,表明该地区的极值波动大;形状参数正值区位于流域中上游地区,说明发生破纪录降水事件的概率较大,拟合结果与实际观测一致。从5年一遇和10年一遇的极端降水值来看,雅江流域除拉孜站外,其他地区降水极值均超过30 mm,日喀则地区的降水极值达50 mm;各地区20年一遇和30年一遇的降水极值增长的非常缓慢。通过与实际极端降水值对比分析得出,GPD拟合计算出的重现期水平基本符合实际,即具有一定的合理性。     

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.     

基于WEP-L模型的寒区流域径流演变模拟及归因分析

寒区在我国分布广泛,且多为我国主要江河的源头区,其水循环演变会对地区乃至全国的水资源情势产生重要影响。针对寒区冻土作用下特殊的水文特性,研究选择松花江、黄河、黑河、长江、雅鲁藏布江流域内5个典型寒区流域,采用改进的WEP-L模型模拟分析了寒区径流在1960—2010年的时空变化规律。同时,基于水文模拟法,设计不同气候变化与土地利用情景对各寒区流域径流变化进行了归因分析。研究表明：WEP-L针对不同的寒区流域逐月径流过程,取得了较好的模拟效果,NSE（纳什效率系数）基本在0.7以上,相对误差控制在±15%内。5个流域的径流量变化趋势表现为弱显著性,但是黄河流域（唐乃亥以上）和黑河流域（莺落峡以上）的基流指数显著增加,说明这两个流域的河川基流占比不断增加,主要原因可能在于冰川融雪的增加。除了松花江流域（阿彦浅以上）外的四个寒区流域的气候变化对径流的影响较高,贡献率达到78%以上,是径流演变的主导作用。研究结果有助于增强对寒区水循环和水资源演变的认识,为应对未来变化环境下寒区水问题提供参考。     

雅鲁藏布江中游及昌果沟遗址古环境分析

西藏拉萨昌果沟遗址位于雅鲁藏布江中游支流的阶地上,是重要的新石器时代遗址.为探讨昌果沟遗址附近的古环境,对遗址附近开展地貌调查,在遗址北面约1 km处选取1个全新世风成沉积剖面进行光释光测年和环境指标分析,在雅鲁藏布江中游选2个阶地剖面进行光释光测年分析;此外,还总结了雅鲁藏布江中游23个全新世古土壤/泥炭的测年数据,进行概率密度分析,试图揭示区域的环境演化特征.研究表明:全新世古土壤/泥炭年代的概率密度可以较好地反映区域气候变化,9.0~6.0 ka古土壤/泥炭发育在波动中增强,气候由冷干向暖湿转换;6.0~2.9 ka古土壤/泥炭发育最强,气候相对温干;2.9 ka后鲜有古土壤/泥炭发育,气候变得冷干,史前人类活动受限.4.5 ka之后雅鲁藏布江中游及其支流一级阶地的形成为新石器时期先民提供农业耕作的场所,古土壤的发育为农作物提供了丰富的营养.1.4~1.1 ka期间(吐蕃王朝时期)局部地区有古土壤发育,气候好转.     

气候变化对玛纳斯河的径流量影响预测模拟分析

山区积雪和冰川融水径流是内陆干旱区的重要水资源, 研究全球变暖情景下温度对融雪径流的影响具有重要意义. 以典型的内陆河玛纳斯流域上游为例, 利用基于度-日因子算法的SRM(Snowmelt Runoff Model)融雪径流模型, 根据当前变化趋势和年内分配模拟出20种假定来模拟未来气候情景(气温上升1 ℃、 2 ℃、 3 ℃、 4 ℃和降水变化率为0、 ±10%、 ±20%的随机组合情况)下的河道径流量, 从而计算出径流量的变化率, 分析了温度和降水变化对径流量的影响. 结果表明: 对于以雪冰融水为主要补给的玛纳斯河, 随着温度和降水的增加, 径流量也会增加, 并会使融雪径流提前. 假定降水量不发生大的变化, 温度增高1 ℃, 径流量增大13%~16%; 在气温一定时, 降雨量增加10%, 径流量增加2%左右, 说明气温和降水都对干旱区内陆河山区径流形成具有重要影响. 该研究对制定气候变化情景下的水资源适应对策具有重要指导意义.     

环境变化下荆南三口河系水文干旱演变特征及归因分析

环境变化下水文干旱研究是水科学研究领域的热点问题之一。根据荆南三口河系1956-2017年5个水文站和22个气象站实测数据,采用标准化径流指数（Standardized Runoff Index,SRI）、降水-径流多元非线性模型、累积量斜率变化率比较法辅以Mann-Kendall检验法等方法,分析环境变化前后荆南三口河系62年水文干旱演变特征,并定量分解气候变化（降水量、蒸发量）和人类活动对径流量衰减的影响。结果表明：荆南三口河系整体干旱频率较高,变化期干旱事件发生频次多且等级高,多尺度干旱平均频率达42.96%,稳定期极少出现干旱现象;三口地区年径流量、年蒸发量在长时间序列上均呈下降趋势,年降水量较为稳定,年径流量检验的突变年份为1970年、1985年和2003年;人类活动是促使三口河系年径流量逐渐衰减的主要原因,1971-1985年、1986-2003年和2004-2017年三个时期人类活动对径流量变化（水文干旱演变）影响的贡献率依次为91.14%、103.73%、78.33%。