土地利用和气候变化对王家桥小流域径流的影响

以三峡库区内典型小流域王家桥为例,利用SWAT模型模拟土地利用和气候变化及两者共同作用对径流的影响。结果表明:扩大耕地、退耕还林、发展经济林的土地利用情景下,年均径流量较基准年变化率分别为15.13%、-13.99%、23.22%,退耕还林能有效调节和减少流域径流量;浓度路径为RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5的气候变化情景下,径流量变化率分别为7.13%、7.78%、8.91%,径流量随未来温室气体和硫酸盐气溶胶排放情况增大而增加;两者综合情景下年均径流量均增加,2030年左右增幅较显著;对影响径流的因素进行方差分析,发现土地利用变化对径流的影响比气候变化的影响更显著。在未来气候变化背景下,可通过合理配置流域的土地利用类型,实现对流域水量平衡的调节。     

气候变化、土地利用/覆被变化及CO2浓度升高对滦河流域径流的影响

在构建分布式水文模型与生物地球化学模型的耦合模型（DTVGM-CASACNP）及应用元胞自动机-马尔科夫（CA-Markov）土地利用预测模型基础上,以滦河流域为例分析气候变化、土地利用/覆被变化（LUCC）及CO₂浓度升高对径流的影响。研究结果表明: DTVGM-CASACNP耦合模型以及CA-Markov模型在滦河流域均具有较好的适用性;气候变化与土地利用/植被覆盖变化对滦河流域径流的影响较CO₂浓度升高的影响程度大;未来不同情景下滦河流域2020—2049年径流呈减小趋势,大部分情景下年径流较基准年减少,与非汛期相比,滦河流域未来汛期径流对不同情景更敏感,总体上在汛期径流相对基准年减少,而在非汛期径流相对基准年增加。     

汾河上游土地利用变化及其水文响应研究

以河岔水文站以上的汾河流域为研究区,采用土地利用转移矩阵和SWAT模型模拟方法,就汾河上游土地利用变化对水文过程的影响进行研究. 流域从1995-2000年,以耕地向林地和草地转变为主;从2000-2010年,城市建设用地不断增加,主要是对耕地的占用. 结果显示,在相同气候背景、不同土地利用情景（1995、2000年2010年）下,流域1992-2000年多年平均产水量微弱增加（分别为85.69 mm、85.75 mm和85.82 mm）,主要因为耕地持续减少,草地和城市建设用地不断增加. 但是各年产水量的大小关系不完全一致,枯水年和平水年与丰水年存在差异,而土壤水分呈现一致的减少状况. 子流域水平上,降水条件同样影响水文过程对土地利用变化的响应程度. 以上结果表明,汾河流域在退耕还林还草政策等影响下,土地利用发生变化并且直接影响流域的水文过程,但是流域水文过程对土地利用变化的响应还受到降水的影响.     

气候变化、土地利用/覆被变化及CO_2浓度升高对滦河流域径流的影响

在构建分布式水文模型与生物地球化学模型的耦合模型(DTVGM-CASACNP)及应用元胞自动机-马尔科夫(CA-Markov)土地利用预测模型基础上,以滦河流域为例分析气候变化、土地利用/覆被变化(LUCC)及CO2浓度升高对径流的影响。研究结果表明:DTVGM-CASACNP耦合模型以及CA-Markov模型在滦河流域均具有较好的适用性;气候变化与土地利用/植被覆盖变化对滦河流域径流的影响较CO2浓度升高的影响程度大;未来不同情景下滦河流域2020—2049年径流呈减小趋势,大部分情景下年径流较基准年减少,与非汛期相比,滦河流域未来汛期径流对不同情景更敏感,总体上在汛期径流相对基准年减少,而在非汛期径流相对基准年增加。     

洮河流域土地利用／覆被变化的水文过程响应

土地利用/覆被变化是导致流域水资源发生变化的重要原因.以中国西北地区的洮河流域为研究区,构建适宜于洮河流域的分布式水文模型(SWAT),在综合考虑流域1985-2000年间土地利用/覆被变化特征的基础上建立多种土地利用/覆被情景,并对不同情景下的水文过程进行模拟,得到以下结论:(1)经校准后的SWAT模型,其验证期的相关系数R~2、相对误差R_e和效率系数E_(ns)分别为0.83、-8%和0.68,说明SWAT模型在洮河流域径流量模拟中具有较高的适用性.(2)草地、林地和耕地是洮河流域的主要土地利用类型.林地的壤中流、土壤湿度和产水量最大,耕地的地表径流和蒸散量最大.与1985年相比,2000年土地利用/覆被情景下地表径流增加了1.72%,地下径流和产水量降低了0.8%和0.4%;耕地扩张和城镇建设用地情景下流域地表径流明显增加,生态恢复情景下流域地表径流和产水量均有所降低.(3)从月径流量来看,林草地可以减小最大与最小流量的变幅,而耕地的作用正好相反.与1985年相比,2000年土地利用/覆被情景下汛期地表径流增加1.67%,地下径流减少0.83%,产水量减少0.36%;非汛期地表径流增加1.86%,地下径流减少0.63%,产水量减少0.46%.说明林草地减少对非汛期的影响更大.     

气候与土地利用变化对涟水流域径流的影响

以涟水流域为研究对象,选用1990年、2000年、2010年三期土地利用数据资料,将1985-2014年30 a气象条件相应划分为1985-1994年、1995-2004年、2005-2014年三段气象背景时期,并组合细分为7种模拟情景,应用SWAT分布式水文模型模拟不同情景下的径流量,探讨气候和土地利用变化对流域径流的影响。利用PSO粒子群优化算法,以克林效率系数KGE为目标函数,通过湘乡站实测径流数据校准模型参数。运用p-factor、r-factor评价模拟的不确定性,采用相关系数R²、纳什效率系数NS和偏差百分比PBIAS评价模型模拟效果,评价结果表明不同土地利用情景下,校准期和验证期的模拟效果均达到可信程度,模拟的不确定性较小。组合情景间模拟分析结果表明,1985-2014年30 a间,气候变化使涟水流域径流不断减少,土地利用变化使径流有所增加,年径流深总体呈现下降趋势。气候变化对涟水流域径流变化的影响贡献率在逐渐上升,从71.4%上升到了86.3%。土地利用变化对径流变化的影响贡献率则相应下降,从28.6%降低至13.7%。因此,在气候变化背景下,科学管理流域水资源还需要充分考虑流域土地资源空间配置结构和利用方式。     

基于水循环模拟的潮白河流域蓝水绿水资源变化趋势分析

潮白河流域是北京市的重要供水来源,分析变化环境下流域内水资源的变化规律,对于维持生态系统稳定、保障经济社会发展具有重要意义。结合SWAT模型模拟了潮白河流域的水文循环过程,分析了流域内1960～2008年的蓝水绿水资源变化情况并对未来的变化趋势进行了预测。结果表明:潮白河流域的蓝水流与绿水流在研究期内都呈显著减少趋势,绿水储量呈增加趋势但不显著,它们的变化倾向率分别为-19.33mm·10a~(-1)、-6.92 mm·10a~(-1)与0.70 mm·10a~(-1)。未来趋势预测的结果表明这一变化趋势还将持续。     

马莲河流域固沟保塬工程水文响应变化及优化

由于气候变化、土地利用变化及固沟保塬工程实施，黄土高原的水文循环变化备受世界关注。基于SWAT模型和中国大气同化驱动数据集(CMADS),定量分析了固沟保塬工程和4种土地利用情景对马莲河流域水文循环演变的影响。结果表明：SWAT+CMADS模式能够很好地模拟马莲河的水文变化过程；1995—2020年间，流域内年平均径流量减少了13 087.50万m³,降幅达到4.56%;流域内退耕坡耕地全部还林/还草情景较2020年土地利用情景相比，年平均径流量分别减少了283.80万、1 923.70万m³,固沟保塬工程(沟头填埋)情景下年平均径流量减少了1 135.30万m³。模拟研究固沟保塬工程和土地利用变化对马莲河流域径流的影响在生态环境保护和可持续发展方面具有十分重要的现实意义。     

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.     

不同土地利用模式对大洋河流域径流的影响研究

基于分布式水文模型SWAT模型,以大洋河沙里寨水文站以上为研究流域,利用沙里寨水文站2000-2010年水文数据、研究流域分辨率为1 km×1 km土地利用数据以及1:100 000土壤类型数据,定量模拟大城子以上流域2000-2010年径流量,通过设定三种土地利用模式情景,定量分析不同土地利用模式情景下对大洋河流域径流量的影响。研究结果表明:SWAT模型在大洋河流域径流模拟具有较好的适用性,模拟相对误差小于10%,确定性系数0.7以上;在三种土地利用模式情景,其中情景II(林地减少10%,城镇用地增加10%)径流深增加7.7mm,径流系数增加0.16,情景I(林地增加10%,旱地减少10%)以及情景III(林地增加10%,城镇用地减少10%)使得径流深分别减少14.1 mm和16.2 mm,城镇用地对径流影响大于旱地。研究成果对于大洋河水资源规划和保护提供参考价值。     

基于GRACE重力卫星数据的黄河源区实际蒸发量估算

利用GRACE卫星数据反演得到黄河源区唐乃亥流域2003-2008年流域水储量变化, 结合同时间段黄河源区降雨及径流资料, 根据水量平衡方程, 估算流域逐月实际蒸发量. 结果表明: 估算的结果与20 cm蒸发皿观测值和SiB2模型模拟的结果具有较好的一致性和相关性. 黄河源区2003-2008年年平均实际蒸发量约为506.4 mm, 其中, 春季(3-5月)为130.9 mm, 约占全年的25.8%; 夏季(6-8月)为275.2 mm, 约占全年的54.3%; 秋季(9-11月) 为74.3 mm, 约占全年的14.7%; 冬季(12月至翌年2月)为26.2 mm, 约占全年的5.2%. 2003-2008年源区降水基本保持不变, 蒸发呈减少趋势, 径流略有增加, 径流峰值期提前, 黄河源区水储量增加速率为0.51 mm·month^-1, 相当于82.6×10⁴ m³·a^-1, 总增加水量约496.6×10⁴ m³. 降水平均增加速率为0.019 mm·month^-1, 水储量增加速率为0.51 mm·month^-1, 而蒸发的下降速率为0.52 mm·month^-1, 径流的增加速率为0.034 mm·month^-1. 因此, 在降水量变化不大的情况下, 蒸发的下降和冻土消融导致水储量的增加明显, 这也是引起地表径流增加的原因.     

基于不同排放情景的洞庭湖流域水资源演化研究

流域水资源演化与气候变化和人类活动紧密相关,气候变化与人类活动的加剧极大地改变了流域水文循环。通过相似性和独立性分析,从CMIP5公开发布的47个气候模式中筛选出5个代表性气候模式,然后计算未来高、中、低3种不同排放情景下的气温和降水,构造符合研究区产汇流特性的水文模型,计算洞庭湖流域水资源量并分析其演化规律。结果表明:不论温室气体排放水平如何,洞庭湖流域水资源量在未来60a呈现增加态势,汛期水量增加概率加大,而在高排放情景下枯季水资源量表现为减少趋势;未来洞庭湖流域水资源的时程分配将更趋不均匀化,而温室气体的持续排放将使其变化加剧。     

近50a阿克苏河流域土地利用/覆被变化过程

针对干旱区跨境河流域土地利用/覆被变化(LUCC)研究薄弱、无法满足环境变化评价的问题,选择西天山跨越吉尔吉斯斯坦国和中国的阿克苏河流域为研究区,在遥感和GIS的支持下,获取了近50a阿克苏河流域土地利用/覆被数据,并利用数理统计模型,对该流域LUCC的过程、趋势及土地利用程度变化进行系统分析.结果表明:阿克苏河流域土地变化从前期(1960-1990年)的准平衡状态转变为后期(1990-2008年)的不平衡状态,土地类型也呈现出从双向转换向单向转换过渡,且不同类型差异较大;流域后期LUCC的速度是前期的2.1倍,其中耕地和建设用地增加最快而沼泽地和盐碱地减少最快,草地变化速度最小.流域土地利用处于发展时期,且流域下游绿洲区域土地利用程度综合指数及其变化较大.政策调整、人类活动增强、气候变化以及径流变化是LUCC的主要驱动因子.     

中国不同气候区河川径流对气候变化的敏感性

利用一个简单的月水量平衡模型,模拟了位于中国不同气候区的21个典型流域的径流量过程,采用假定的气候情景,分析了河川径流量对不同气候变化的敏感性。结果表明,所采用的月水量平衡模型能够较好地模拟不同气候区的月流量过程,21个典型流域的Nash-Sutcliffe模型效率系数大多超过65%,水量平衡误差也均控制在1%以内。黄河以北干旱半干旱地区的典型流域径流量对气温和降水变化的响应敏感,其次为华中、华南半湿润区和湿润区,西部高寒山区径流对气候变化的响应最弱。因此,中国适应气候变化的重点应集中在干旱半干旱地区。     

大通河流域土地利用/覆被变化的水文响应

以大通河流域为研究区域,利用1985年和2005年土地利用数据,结合SWAT分布式水文模型定量评估了流域土地利用/覆被变化的水文效应。结果表明：1985-2005年大通河流域的土地利用变化主要表现为草地向耕地、居工地转变,草地所占比例由46.7%骤降至20.9%,而耕地面积由1985年的1065.8km²增加到2005年的3243km²;相较于1985年的土地利用情景,2005年土地利用情景下的模拟的多年平均径流增加了1.92×10⁸m³,由于上中下游主要的土地利用/覆被变化不同,导致流域径流变化增加程度由西北至东南逐渐增大;大通河流域年径流的增加主要表现为汛期径流增加,讯期月平均径流增幅达到了0.40×10⁸m³·mon^-1;非汛期径流则呈不明显减小趋势,平均降幅为0.024×10⁸m³·mon^-1。合理规划大通河流域土地利用方式,提高水源区涵养能力,对流域水资源可持续发展具有重要意义。     

秦岭丹江上游流域水源涵养功能时空变化特征及其影响因素

良好的水源涵养功能可以调节区域水文循环和保障区域生态安全，与人类生产生活密切相关，如何精准评估水源涵养功能已成为当下生态水文学的研究热点。基于分布式水文土壤植被模型(DHSVM)和水量平衡法，分析秦岭丹江上游流域2010—2020年水源涵养量的时空变化规律，并探明气候变化和土地利用变化对流域水源涵养功能的影响。结果表明：(1)丹江上游流域年水源涵养量平均值为61.60 mm，月水源涵养量平均值为4.3 mm，有年际和年内变化大的特征。(2)水文要素中，降水量、蒸散发量和径流量11年都呈增长趋势，水源涵养量为减少趋势。流域内水源涵养量的空间分布规律为由东南部向西北方向递减。(3)不同时间尺度下影响水源涵养量的主要气象因子不同。在年际尺度下，影响水源涵养量的主要气象驱动因子为降水，表现为促进作用；年内尺度下影响水源涵养量的主要气象因子为降水和气温，分别表现为促进作用和抑制作用。(4)丹江上游流域主要土地利用类型水源涵养量由高到低依次为：草地、林地、耕地。在土地利用类型变化后，草地面积增加，林地和耕地面积减少，流域水源涵养功能提高。本研究可为当地水资源管理和制定生态保护决策提供科学依据。     

1973-2010年青藏高原西部昂拉仁错流域气候、冰川变化与湖泊响应

采用距离昂拉仁错最近的狮泉河、改则和普兰地区1973-2010年的气象数据和覆盖昂拉仁错流域1973、1976、1990、2000、2001、2002和2009年共7a的Landsat卫星遥感影像提取湖泊变化信息,并选取1976、1990/1992、2001和2009年覆盖全流域的遥感影像分析流域内的冰川变化过程.分析过去近40a内昂拉仁错流域内气候、湖泊和冰川的变化,并探讨了不同时期引起昂拉仁错发生变化的原因.结果表明:昂拉仁错在过去近40a内出现先萎缩后扩张的变化趋势,2000年为转折年,整体的变化趋势为萎缩;流域内冰川在研究时段内一直处于萎缩状态,并持续补给昂拉仁错.分析比较流域附近3个站在气温、降水量和最大潜在蒸发量的变化趋势之后,选用与昂拉仁错流域气候变化最为相近的改则站的气象参数为参照分析引起昂拉仁错湖泊面积发生变化的原因.结果显示,昂拉仁错湖面变化的每个时期内,在气温持续升高、冰川持续消融补给昂拉仁错水量输入的背景环境下,蒸发量和降水量差值的变化主要调控了湖泊面积的变化;区域冰川量的减少与温度持续升高相匹配;当持续增加的冰雪融水与降水量对湖泊水量输入小于流域蒸发量时,湖泊面积萎缩;当冰川冻土随着温度进一步升高而加速融化、流域的降水量逐步上升;当二者的水量输入总和超过流域内蒸发量时,湖泊面积开始扩张.     

黄河源区土地利用/覆盖变化（LUCC）研究

利用遥感（RS）监测手段和地理信息系统（GIS）技术,获取了黄河源区在1975、1990、和2005年3个时期的土地利用/覆盖数据,并通过叠加分析,获得了该地区土地利用/覆盖的时空转移特征. 此外,通过县级行政区对源区各县域内的土地利用/覆盖变化特征进行了统计分析,以期为该地区的环境管理提供科学依据. 结果表明：在1975-2005年间,黄河源区的环境退化非常明显,土地利用/覆盖变化主要表现为耕地、沙地、滩地和水库、坑塘面积增加;沼泽地面积减小;高覆盖度草地面积减小,中、低覆盖度草地面积增加. 从县级行政区划上来看,耕地的增加主要分布于贵南、同德和泽库三个县;林地面积在玛沁和甘德两县有大面积的减小趋势;新增的沙地主要分布在玛多、共和、曲麻莱和若尔盖县;新增水库、坑塘则主要分布于共和、和贵南两县;沼泽地面积的减少绝大部分发生在若尔盖县;高覆盖度草地在甘德和玛沁两县增加非常明显,但在玛曲、玛多、达日、兴海、阿坝、若尔盖、红原等县均有大面积的减小趋势. 因此,在黄河源区开展环境保护或环境治理工作,应根据不同区域的具体环境问题采取相应的治理措施.     

气候变化情景下洮河流域生态水文模拟分析

本文以洮河流域为例,以历史气候数据为分析样本,通过建立分布式生态水文过程模式,对该流域从上世纪80年代至今的气候变化情景下水循环和植被生产力的演变特征进行模拟分析,并对这一特征演化的走势进行预测。分析发现,从上世纪80年代开始,该流域的气温处于逐年上升态势;降水方面,总降水量变化不大,年际变化水平有所下降;地表蒸散量无明显变化。但由于大气中二氧化碳总量的不断增加,植被净生产力增强,速率达到0.6^g/Cm-2α-1左右,水分利用效率提升幅度明显。这表明,该流域生态系统对HadCM3气候变化情景的响应显著,从而发生了这一情景变化。     

金沙江流域实际蒸散发遥感重建及时空特征分析

通过构建基于重力卫星的实际蒸散发重建方法来获取高精度的实际蒸散发信息,为研究气候变化下的水循环规律提供关键信息。利用GLDAS陆面模式同化数据对GRACE重力卫星水储量观测数据进行空间降尺度,通过水量平衡法,重建了金沙江流域2002-2016年的子流域尺度实际蒸散发月序列。结果表明:①基于重力卫星观测与水量平衡方法重建的实际蒸散发（ET_Recon）与ET_PLSH、ET_Jung和ET_MODIS3种遥感反演产品相比有较高的可靠性,其中与ET_PLSH的相关性最高（r=0.82）,与ET_Jung的平均差和均方根差最小。②研究区年均实际蒸散发为410.8 mm/a,空间分布上由西北向东南递增,年际变化上呈增加趋势。③季节尺度上,实际蒸散发夏季最高,呈逐年增加趋势;冬季最低,波动较平稳。