湿地演变及其水文驱动机制分析——以嫩江流域为例

湿地与森林、海洋被地理学界称作＂三大生态系统＂,是最重要的富饶多产的生态体系之一。湿地由于受气候、环境与人类活动等共同影响下,正在逐年发生变化,使其区域的水文也跟着发生相应的变化。从而给人类生存活动带来不利影响。本文前半部分分析嫩江流域的沼泽湿地近三十余年来演变的现状,后半部分析沼泽湿地面积减少的水文驱动的因素。     

近50年嫩江流域径流变化及影响因素分析

根据嫩江主要代表水文站石灰窑、同盟、江桥、大赉1956-2006年51年的径流资料,应用数理统计、累积滤波器、Mann-Kendall秩相关法及小波分析法等多种方法,分析了嫩江径流年内、年际变化特征及其影响因素。结果表明:嫩江径流年内分配不均匀,主要集中在7、8、9月份。嫩江年径流量在1963年左右发生了一次全流域的减少突变,80年代径流有所增加,90年代中后期又发生了一次减少突变。嫩江径流主要存在8年的年际周期,20年及大于40年的年代际周期。径流变化的主要气候影响因素是降水,人类活动通过土地覆被变化及水利工程等对径流也有重大影响。     

耦合湿地模块的流域水文模型模拟效率评价

耦合湿地模块的流域水文模型是开展流域湿地变化的水文效应及其水文功能评估的有效工具,其模拟效率直接关系到模拟精度和应用价值。选取中国湿地主要分布区之一的嫩江流域,利用PHYSITEL/HYDROTEL模型平台,构建孤立湿地和河滨湿地模块并与流域水文模型耦合,并从拟合优度指数和模拟效率角度评价了耦合湿地模块的流域水文模型模拟效率。结果表明,耦合湿地模块的流域水文模型,拟合和验证期间模型的拟合度指数均有所提高,嫩江富拉尔基和大赉水文站控制流域的Nash-Sutcliffe系数和克林效率系数平均提高了3.08%和4.64%,均方根误差和相对偏差平均降低了12.72%和55.93%,且整个研究时段模拟结果的流量指数总体更接近于观测的径流数据。可见,耦合湿地模块的流域水文模型可提高水文过程模拟精度,更好地定量评估湿地水文功能,为流域水资源精准调控与湿地修复保护提供重要支撑。     

三江平原沼泽湿地格局变化及影响因素分析

为揭示湿地变化剧烈区湿地格局变化过程及规律,利用GIS和RS技术,结合地学信息图谱与空间自相关方法,对1954-2010年三江平原沼泽湿地格局变化及其影响因素进行研究。结果表明:1954-2010年三江平原沼泽湿地面积逐渐减少,88.7%的沼泽湿地丧失,湿地斑块数量呈先增加后减少的趋势;三江平原沼泽湿地的空间聚集性逐渐降低,且空间格局由集中连片分布转变为零星散布;降雨量减少、气温升高及径流量减少,是造成沼泽湿地减少的主要原因之一,地形地貌影响到沼泽湿地的丧失程度,以海拔20~80 m的沼泽湿地面积丧失最多。三江平原沼泽湿地的丧失同时受农业开发、居民点分布、湿地保护区建设影响,距居民点越近,沼泽湿地面积丧失呈指数增加,距保护区越近,沼泽湿地面积丧失越多。     

流域湿地水文调蓄功能研究综述

湿地是流域水循环和水量平衡的重要调节器,在维护流域水量平衡、减轻洪旱灾害和应对气候变化等方面发挥极其重要的作用。流域湿地水文调蓄功能是湿地生态水文学研究的重要内容,科学认识和理解流域湿地水文调蓄功能对流域湿地恢复保护、水资源综合管控与应对气候变化具有极其重要的意义。本文阐述了流域湿地水文调蓄功能的概念与内涵,剖析了流域湿地水文调蓄功能时空变异性、阈值性和多维性三大特征及其影响因素（包括湿地土壤特性、植被特征和初始水文条件等内在因素和流域特征、降雨特征、气候变化和人类活动等外在因素）,探讨了流域湿地不变情景下和变化情景下水文调蓄功能评估方法,并介绍了流域湿地水文调蓄功能定量评估模型与应用情况。最后,从学科发展和实践需求的视角提出了流域湿地水文调蓄功能未来亟需加强研究的重点方向。     

干旱区山地典型流域不同景观结构的水文调节能力分析

在GIS支持下,对祁连山中段典型流域不同景观结构的水文效应进行比较分析.结果表明:以低海拔乔木林占优势的大野口河流域可对其年降水量的36.45%进行调节,雨季径流深是旱季径流深的8.43倍;以较高海拔灌丛占优势的海潮坝河流域可对其年降水量的24.96%进行调节,雨季径流深是旱季径流深的11.8倍.大野口河流域对降水的调控能力强于海潮坝河流域.在降水量不变的情况下,流域森林面积每增加1 km²,流域对降水的综合调节能力将提高0.35 t.100 m^-2(即3.5mm).     

大连滨海湿地景观格局变化及其驱动机制

以2000年和2006年TM卫星影像为主要数据源,配合其它非遥感数据,在遥感与地理信息系统技术支持下,运用景观生态学原理,选取反映景观空间结构和景观异质性的指数,对大连地区湿地的整体景观格局和类型景观格局及其动态变化进行定量分析.结果表明:6年间,大连湿地面积减少了97.62 km2;整体景观多样性指数和均匀度指数降低,优势度指数增加;各类景观格局时间序列上也存在明显差异性变化.湿地景观格局指数的变化, 反映了移山填海工业园区的扩大及养殖业的大力发展等人为活动对景观格局的深刻影响.人为活动已成为大连市湿地景观格局变化的主要驱动因子.     

1957—2007年阿克苏河流域绿洲耕地变化及其河流水文效应

在阿克苏河流域土地利用变化对河流水文过程产生了深远影响,最主要的土地利用类型是绿洲耕地.根据1957—2007年阿克苏河流域各县市的绿洲耕地数据和各主要水文站的实测数据,分析近51a来流域绿洲耕地面积的变化趋势、变化速度、区域差异及其河流水文效应.结果表明:阿克苏河流域绿洲耕地面积呈现波动增加的态势,年均增长率0.77%,其中阿瓦提县最大为2.55%,而乌什县呈减少趋势,为-0.56%;与绿洲耕地总面积增长趋势的相反,人均耕地面积继续减少,年均减少率为1.15%;绿洲耕地空间变化的区域差异明显,水土资源相对丰富的阿瓦提县变化最大为3.32,而水土资源较缺乏的柯坪县变化最小,为0.65.绿洲耕地利用变化引起的河流水文效应显著,随着流域绿洲耕地面积的扩大,消耗水量同步增加,51a间绿洲耕地面积增长为38.48%,同期消耗水量增长约40.05%.与此同时,河流水质恶化和水体污染问题日益严重,逐渐成为制约流域社会发展的瓶颈.为了保障流域的可持续协调发展,必须长期坚持流域的综合治理,建立流域水资源的统一管理体制,确保流域水资源的合理配置和利用.     

松嫩流域湿地景观动态变化

以1975、2000、2007年遥感影像为数据源,应用RS与GIS技术,运用动态度模型景观梯度和景观格局指数,对松嫩流域湿地景观信息进行动态分析。结果表明:松嫩流域湿地总面积从25 574.94km2(1975年)减少到18 152.58km2(2000年)后增加到25 761.01km2(2007年),动态度由-1.21%增加到了5.99%。天然湿地景观梯度(DI)总体呈收缩的趋势,人工湿地反之,梯度最高值由37持续增加到了69,50DI≤70的高值分布区从无到有,在2007年共有高值区5处。湿地的香农多样性指数增加了0.210 3,景观多样性增加,斑块破碎程度加剧;香农均匀性指数增加了0.097 2,聚集度指数减少了8.005 1,湿地景观在空间配置上趋于零碎和分散,连接程度减少。人工湿地的斑块密度大幅增加,面积加权的平均斑块分形指数略大,具有较高的不规则程度。     

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Mann-Kendall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1.1276 mm/a、0.0276亿m3/a,年蒸发量变化呈增大趋势,增加倾向率为...     

滦河流域土地利用/覆被变化的水文响应

以滦河流域为研究区,利用1985和2000年土地利用数据,结合SWAT分布式水文模型定量评价了流域土地利用/覆被变化的水文效应,并分析了流域地表径流变化与主要景观类型的响应关系。结果表明:SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型可以较好地模拟滦河流域的月流量过程,在研究区具有较好的适用性;1985—2000年流域林地向草地和耕地的转变导致流域年均地表径流和总径流量分别增加了12.6%和5.1%;并使得流域年均地表径流变化空间差异显著,整体呈增加趋势,且主要受到林地变化的影响,而在三道河子以上集水区地表径流的变化则主要受到耕地景观的影响。合理规划土地利用格局,对于流域水资源可持续利用具有重要意义。     

嫩江流域径流时空演化规律分析

以流域时空分布理论框架为基础,分析嫩江流域径流时空演化规律,并着重从地形地貌影响因素方面进行归因分析。采用1955-2003年49 a的降水资料和1955-1973年19 a的径流资料,通过对代表性水文站自上游至下游（空间上）径流、地表径流和地下径流的年内与年际（时间上）演变规律进行分析。结果表明：1）嫩江流域降水年内变化及年际变化过程基本一致,可以忽略降水时空分布对径流时空演化规律的影响。2）从径流年内演化规律上可以判定上下游水源组合的差异性：上游以地表径流为主,在春季来源于融雪,汛期来源于大气降水,枯水季节来源于地下水补给;下游全年以地下径流为主。3）由于坡度和水文地质条件作用,上游更容易产流,下游受下垫面调蓄作用更强,不易产流;因此,从径流年际演化规律上可以判定径流产量自上游至下游逐渐减小。     

黄河流域分布式水文模型初步研究与进展

结合国家重点基础研究规划项目"黄河流域水资源演化规律与可再生性维持机理"的研究,综述了黄河流域分布式水文模型研究的主要进展,包括分布式水文模型的特点和基本结构、分布式水文模型中的数字高程模型(DEM)和水文学基础、地理信息系统(GIS)和遥感(RS)在分布式水文模拟中的应用等方面的内容,对未来分布式水文模型的研究提出几点认识。     

西藏措勤中——新生代沉积盆地演化

措勤盆地位于西藏冈底斯地块中西段,是在古生界褶皱基底上发展起来的一个中一新生代盆地。通过对措勤盆地内发育的构造、地层、岩石及沉积相综合分析,讨论了措勤盆地与喜马拉雅构造带和班公-怒江构造带的对应演化关系,反演了措勤盆地的地质发展历史。其演化经历了盆地基底形成阶段（D—P）、复合弧后盆地演化阶段（J—E2）和高原隆升盆地消亡三个阶段（E2-现今）。     

黄河小花区间暴雨径流过程分布式模拟

提出了一种松散偶合型结构的分布式水文模型,模型以小时为时段,主要用于洪水模拟。模型构建在DEM的基础上,由数字流域、单元网格模型、河网汇流模型、水库调蓄模型和图形用户界面(GUI)等5部分构成。通过GUI可以实现模型的输入、参数选择和运行输出。模型适用于人类活动较少的、半湿润和半干旱地区,在黄河小浪底-花园口区间洛河卢氏以上流域得到应用。     

长江流域陆地水储量与多源水文数据对比分析

从趋势性、滞后性及相关性三方面,对2002—2013年间GRACE重力卫星反演的长江上游与中游陆地水储量与模型模拟土壤含水量、实测降水和实测径流数据进行了对比分析,并从干旱强度及发展时间两方面评估了标准化陆地水储量指数SWSI、标准化降水指数SPI、标准化径流指数SRI和标准化土壤含水量指数SSMI对区域性干旱的表征能力.结果表明:长江上游地区陆地水储量与降水、径流和土壤水蓄量均无显著变化,而中游地区陆地水储量则与水库蓄量同样具有显著性增加,反映人类活动对中游地区陆地水储量变化有很大影响;各指标指示的各等级干旱月份数量基本相当,但各指标反映的特旱具体月份有较大差别,基于GRACE数据构建的SWSI指标对特大干旱的指示性不好;对比各指标对上游与中游地区干旱事件发展时间,体现出水文干旱、农业干旱对气象干旱存在一定的迟滞关系.     

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.     

变化环境下东江流域水文干旱特征及缺水响应

在干旱事件不确定性和枯期径流变异性的双重影响下,水文干旱特征时序非一致性问题为其联合分布模拟带来困难。基于东江干流测站日径流过程数据,采用游程理论提取水文干旱事件,并结合干旱特征均值变化、时序一致性分析及边缘分布模拟,以确定干旱事件融合及剔除评判标准的合理取值。基于Rosenblatt变换Cramer-von Mises检验统计量拟合方法,构建水文干旱特征两变量联合分布Copula模型,并根据同频法设计两变量组合值。通过对比枯期径流变点分隔子序列干旱特征,分析变化环境下东江流域水文干旱特征及缺水响应。结果表明:水文干旱事件融合和剔除的评判标准值分别取0.1和0.3比较合理。干旱特征两变量之间具有较高的正相关性,但不同时间系列不同变量之间的联合分布及边缘分布最优模型并不一致。流域水库尤其是新丰江水库的径流调节作用,对于缓解东江中下游水文干旱效果明显,超阈联合重现期为2年的设计干旱持续时间、总缺水量和最大日缺水量分别减少了63%~71%、71%~84%和30%~47%,但如果要满足东江河道内最小管理流量目标,其依然分别达到了12~18 d、6 114万~9 030万m3和715.0万~929.0万m3。     

西辽河流域湿地动态变化特征及影响因素分析

为分析西辽河流域湿地变化状况,查明区内湿地演变规律及其变化的影响因素,以2000年的ETM数据和2010年的CBERS数据为数据源,在RS和GIS软件平台支持下,利用人机交互解译方法提取了西辽河流域10年内两期湿地信息,对湿地的时间与空间格局变化进行分析,并从地形、气象和人类活动等方面,对区内的影响湿地动态变化的因素进行了分析研究。结果表明:10年来西辽河流域天然湿地大量减少,人工湿地呈现增加趋势,湿地和非湿地类型间转化明显,水田转化率最高;在研究区内,温度、降水和人口密度是影响湿地变化主要因素。     

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。