中国水文地理研究的回顾与展望

1949年以来中国水文地理研究经历了4个重要的发展阶段,分别为河流水文主导时期、区域水文与实验水文快速发展时期、水资源与水环境主导时期和水系统综合与学科交叉融合研究时期。中国水文地理研究在河流水文与水文区划、水文实验与水文分析、水循环机理与水文模型、水系统和社会经济综合研究等方面取得了系列原创性成果。本文梳理了水文地理学不同发展阶段的研究特点,以在学科发展和服务国家等方面起到重要作用的科研工作和系列成果为例,回顾中国水文地理研究的历程,希望以此启发当代水文地理学研究,促进水文地理青年学者的成长。     

横断山区水文区划

本文分析了横断山区径流的分布、水源补给、径流的年内分配等的地区差异,从中选取形成水文地域分异的最重要的水文特征值,作为划分水文区域的指标。文内将横断山区划分为两级水文区域,并阐述了每个水文区和水文亚区的基木特征。     

遥感水文模型研究综述

遥感水文模型是水文学与遥感学的交叉领域，既包括水循环要素遥感反演模型，也包括以水文过程模拟分析为对象的遥感水文模型。本文汇总分析20世纪70年代以来遥感在水文方面应用成果，综述遥感水文模型研究历史、现状及发展趋势。研究表明，20世纪70年代以来遥感水文模型就一直是遥感水文的热点；中国在遥感水文研究兴起之时就与国际上同步，在遥感水文的概念认知、遥感与水文相结合的科学认识，以及遥感水文模型的研发应用等诸多方面做出了探索性的成果。随着信息技术发展，结合多重信息采集手段，围绕遥感径流监测、多传感器智能物联网、缺资料区水文分析和流域水量—水质—水生态精细化模拟等重大实际问题是遥感水文模型发展的趋势。     

水文地理研究发展若干问题商榷

水问题研究一直是我们国家最重要的课题之一,关系到社会稳定、民生福祉、经济发展等一系列国家重大需求。水文地理是水文学与地理学交叉学科,主要采用地理学原理、观点和方法。陆地表层系统的提出对水文地理的系统性研究具有重要的启发作用。首先,对水文地理学的交叉关联、研究内容、全球水系统和生态水文研究的兴起进行阐述;其次,在总结陆地表层系统论思想的主要倡导者及其观点后,讨论了地理研究综合性和区域性的关系,提出综合性、区域性和时空动态过程机理等“三性”应是水文地理系统的研究思想;再次,基于学科基础理论的扩展,给出深化水文地理时空动态过程机理的系统科学技术的几个案例;最后,讨论了中国水文地理研究的几个重点发展方向,主要包括气候变化与人类活动对水循环过程的影响、生态水文四大平衡动态演变过程机理、水资源可再生性维护、“蓝绿水”的认知意义、水文地理区划与制图技术及智能技术等。     

基于DEM的分布式水文模型构建方法

基于 DEM的分布式水文模型是现代水文学同高科技 (如计算机技术、 3S技术等 )相结合的产物 ,是研究变化环境下水文循环与水资源演化规律的理想工具 ,代表了水文模型的最新发展方向。从 DEM的特性出发 ,本文探讨并总结了分布式水文模型的特点、建模思路和模型基本结构框图。在流域离散化方面 ,重点介绍了分布式水文模型常用的三种单元划分方法 ;最后 ,针对分布式水文模型构建问题 ,从“输入模块”、“单元水文模型”、“河网汇流模型”三方面 ,阐述了分布式水文模型微结构构建方法。     

气候变化下极端水文事件的研究进展

气候异常变化导致洪涝灾害、干旱等极端水文事件的发生及其增加的水灾害风险正成为人类生存所面临的重大挑战。近年来,开展气候变化背景下流域极端水文事件的变化趋势、发生机理及其对气候变化的响应与预测研究正逐渐受到国内外众多学者的关注。本文从极端水文事件的定义、研究方法、水文极值分布函数、观测事实及模拟研究等方面分析评述了极端水文事件问题的研究现状和研究成果。在此基础上,讨论了研究现状存在的问题并对该领域未来研究方向进行了展望。     

山地流域水文模拟研究进展与展望

山地水文循环是全球水循环的重要组成部分,山地独特的地形特征、日趋变化的社会经济与新技术(遥感观测和信息科学)发展使得山地水文循环研究成为当前乃至未来水文学关注的热点。山地较大的垂直梯度浓缩了水平自然带的自然地理和生态学特征,具有多样的环境敏感性,因此山地水文过程对土地利用变化和气候变化的响应比平坦地区更为剧烈。明晰山地水文过程对区域防洪减灾、制定全球变化背景下区域水资源可持续利用策略、促进经济社会发展具有重要意义。水文模型是研究水循环的重要工具,但山地产汇流机制的复杂性以及实测水文资料匮乏等一系列问题极大限制了山地水文模拟与预测工作。本文首先系统地从数据获取、参数计算、模型结构、建模理论四个方面介绍了国内外山地水文模拟的研究进展,并总结了经验模型、概念模型及基于物理机制的分布式水文模型在我国山地水文模拟中的应用进展,之后从山地水文要素的空间变异性与垂直变异性、驱动力、数据不确定性、强烈的人为扰动等方面对当前山地水文模拟中面临的挑战与难点进行了论述。通过对国内外相关研究前沿的归纳,从多过程耦合机理研究、山地自然—社会二元水循环理论、大数据背景下多源数据获取与同化研究等方面对我国未来山地水文模拟的工作方向进行了展望。     

小波分析方法在水文学研究中的应用现状及展望

本文首先介绍了小波分析的基本方法,主要包括小波函数、小波变换和小波消噪等。然后从6个方面,即基于连续小波变换的水文序列多时间尺度变化特性分析、基于离散小波变换的水文序列分解和重构、水文过程复杂性定量描述、水文序列小波消噪、水文序列小波互相关分析和基于小波方法的水文序列模拟预报技术,综述了小波分析方法在水文学各领域的研究应用现状和主要不足,以及存在的关键和难点问题。最后,对小波分析方法在今后的水文学研究中的应用进行了展望,并就小波函数选择、小波阈值消噪、小波分解、小波互相关分析、水文序列小波预报等具体问题提出了建议。     

水文连通对湿地生态系统关键过程及功能影响研究进展北大核心CSCD

水文连通是湿地生态过程的主要非生物驱动因子,湿地生态系统中水文连通对于湿地稳定性自维持极为重要。湿地生态系统关键生态过程及功能对水文连通受损的响应机制是目前国内外湿地研究的热点与难点问题,综述了目前国内外该科学问题的相关进展。湿地生态系统水文连通具有尺度特征,从群落—生态系统、从局地到区域,其主导影响因素不同。水文连通被阻断,会导致沉积过程改变,进而改变湿地微地貌特征;水文连通可以通过改变生物生境进而影响生物定殖、扩繁及湿地的生物多样性功能,生物觅食与繁殖更趋向选择连通较好的湿地斑块,水文连通的丧失将导致全球生物多样性的降低;完整的水文连通能够促进能量和营养物质的循环,水文连通与生物地球化学连通的耦合,是驱动湿地生态系统能量与物质流转和功能发挥的主要营力。未来关于湿地水文连通与生态系统稳定性研究应着重关注构建湿地水文连通评估方法、水文连通与湿地关键生物地球化学过程的耦合机制、多重胁迫下水文连通与湿地生态系统稳定性作用机制和基于水文连通调控的湿地恢复与保育技术等方面的研究。     

水文特征年内分配的优势期和优势值

用圆周方位来表示水文特征年内出现的日期,而用径向距离来表示相应的特征值,计算部分圆环面积内的密度值,绘制等密线,即得水文特征等密图。该图直观地反映了水文特征年内出现的优势中心及其相应的优势期和优势值,优势度则是它们出现的可能性大小。优势期和优势值是水文特征年内分配的一个重要特点,本文利用等密图的表示方法,揭示和分析了这一客观存在的水文现象。     

东江流域近50年径流系数时空变化特征

基于东江流域1964-2012 年降雨、蒸发和径流等气象水文资料,采用线性倾向估计、M-K趋势检验及变化幅度和变化弹性等多种方法,结合ArcGIS自相关等空间统计分析技术,分析了东江流域径流系数的时空变化特征及其对降雨、蒸发和地表植被等影响因素的空间对应关系。结果表明：近50 年来,东江流域年径流系数均呈上升趋势,且随着流域空间尺度的增大而增加,总体形成“南北低、中间高”的空间分布格局;径流系数变化幅度及变化弹性在20 世纪90年代之后显著增加。径流系数变化幅度热度指数高值区大致位于东源及其以北地区。相较于蒸发和地表植被覆盖,流域降雨变化趋势与径流系数及其变动幅度热度指数的空间分布格局具有较好的一致性。本文可为识别变化环境下流域来水过程变异提供科学参考依据。     

降雨变化对东江流域径流的影响模拟分析

降雨变化对流域水文过程的影响是地理与环境科学领域关注的热点。应用流域水文模型HSPF建立了东江流域的径流模拟模型,并结合日降雨随机模拟模型,分析了降雨的长期变化对流域径流的影响。结果表明,降雨对东江流域的径流影响显著,径流量随降雨量均值与降雨量变差系数的增减而增减;相同的降雨量均值变化幅度条件下,径流增减的变化幅度相近;降雨量变差系数增加对径流的影响大于降雨量变差系数减小的影响,降雨强度的变化是影响径流量的重要因素,降雨量变化剧烈时,产生的径流更多;在同等的变化幅度内,降雨量均值变化对径流量的影响大于降雨量变差系数;由降雨情景变化引起的月径流的变化在6~8月最为明显。     

黄河小花间石山林区产汇流特征

产汇流机理研究是水文模拟的基础 ,从实测水文资料出发进行深入分析是认识产汇流特性的有效手段。黄河小花间 (小浪底 -花园口间 )洛河卢氏以上流域为典型的石山林区 ,产汇流特性不同于黄河流域的一般地区。从选取的 43场暴雨洪水资料分析得出 :该地区的暴雨空间分布不均匀 ,存在着明显的暴雨中心 ,产流机制和产流模式复杂。进一步分析变化环境下的降水径流特性后 ,发现年径流量的变化主要受控于降水特性 ,下垫面的改变和人类活动对年降水径流关系影响并不显著 ;但对次洪而言 ,该区生态保护和水土保持措施在一定程度上减少了产流能力 ,提高了暴雨径流相关性。     

水文要素与高程的关系

本文阐明水文要素的垂直变化按不同的尺度范围而各有其规律,并指出这些规律的应用。     

华北平原缺水盐渍区浅层地下水位动态分析

本文以国家农业科技攻关南皮试区为例,分析了华北缺水盐渍区地下水水位动态及其与降水量的关系,应用灰色系统理论的GM(1,1)预测方法,建立了地下水位动态的模拟、预测模型。结果表明,在目前供水、用水和水文地质条件下,未来地下水水位呈缓慢下降趋势,年均下降速度为0.12～0.14m/年。单靠平水年甚或丰水年降水难以维持地下水采补平衡,必须进行多年径流调节或跨流域调水,以丰补歉,互济余缺,并实施农田综合节水技术,防止区域水环境的恶化。     

近数十年湘江流域河流水文变化规律

湘江是长江中游主要支流之一，作者从制约河川水文要素变化的自然环境因素着手，依据湘江流域有代表性水文测站多年实测水文气象资料，较全面地分析了河川径流，水位，暴雨洪水，泥沙。水化学等水文要素的组成，发展与变化规律。     

Modelling runoff and erosion for a semi-arid catchment using a multi-scale approach based on hydrological connectivity

Runoff and erosion processes are often non-linear and scale dependent, which complicate runoff and erosion modelling at the catchment scale. One of the reasons for scale dependency is the influence of sinks, i.e. areas of infiltration and sedimentation, which lower hydrological connectivity and decrease the area-specific runoff and sediment yield. The objective of our study was to model runoff and erosion for a semi-arid catchment using a multi-scale approach based on hydrological connectivity. We simulated runoff and sediment dynamics at the catchment scale with the LAPSUS model and included plot and hillslope scale features that influenced hydrological connectivity. The semi-arid Carcavo catchment in Southeast Spain was selected as the study area, where vegetation patches and agricultural terraces are the relevant sinks at the plot and hillslope scales, respectively. We elaborated the infiltration module to integrate these runoff sinks, by adapting the parameters runoff threshold and runoff coefficient, which were derived from a rainfall simulation database. The results showed that the spatial distribution of vegetation patches and agricultural terraces largely determined hydrological connectivity at the catchment scale. Runoff and sediment yield for the scenario without agricultural terraces were, respectively, a factor four and nine higher compared to the current situation. Distributed hydrological and erosion models should therefore take account of relevant sinks at finer scales in order to correctly simulate runoff and erosion-sedimentation patterns.     

60年来洞庭湖区进出湖径流特征分析

采用集中度与集中期、M-K趋势检验法、变差系数法等方法对洞庭湖入湖径流河流（荆江三口、湖南四水）和出湖径流（城陵矶）年径流量序列进行分析。结果显示：① 洞庭湖区径流集中期为每年6~7月份,最大径流出现时间为6月底7月初;径流集中期合成向量方向介于103.2~190.2°之间,均能够反映各河流进出湖径流量最大值出现的月份。② 径流变差系数介于0.194~0.761之间,说明径流年际变率大。各河流径流极值比均在0.6以上,径流量衰减较为明显。③ 从径流的丰枯交替规律来看,湖南四水水量分配相对较为平均。荆江三口以藕池口丰水年和枯水年概率最大,分别占到32.79%和57.38%,径流年际变化较为剧烈,不利于水资源的合理利用。     

50年来秦岭金钱河流域水文特征及其对降水变化的响应

运用集中度和集中期、Kendall秩相关系数、R/S分析法、降水—径流双累积曲线模型及其他数理统计方法,分析了金钱河流域径流的变化特征,探讨了年际、季节及月尺度上径流变化的趋势并预测了未来趋势,用集中期指标反映了径流对降水响应的滞后效应,并定量分析了降水变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明:50 a来径流量呈现出显著的递减趋势(p<0.05),递减率为34.33 m3(/s 10a),Hurst指数H=0.669>0.5,表明未来的一段时间内变化趋势与现在相同;1~12月各月径流均表现为下降趋势。流域内径流对降水的响应存在滞后效应,50 a径流对降水平均每年滞后23.6 d,且滞后天数具有明显上升趋势。50 a来径流系数呈极显著减小趋势,降水量转化为径流的部分在逐年减少,被植物截留、填洼、入渗和蒸发的部分增加;径流发生突变后比突变前径流系数降低了35.2%。50 a来降水变化对径流变化的影响率为53.4%,高于人类活动影响率46.6%,是导致径流变化的主要原因,人类活动为次要原因。     

近年我国区域水文研究的若干进展

我国区域水文学的研究是在解放后其正发展起来的。尽管迄今人们对区域水文学仍有不同的认识,例如区域水文学是否可以与水文地理学等同,或是区域水文学是否应隶属于区域地理学等等,但是作为水文学的分支学科是无疑的。区域水文学从整体的观点来研究区域水文情势。区城可以是功能区,如城市、出口加工中心区等,或为自然景观区,如干旱区、喀斯特区等,也可以是行政区。目前,许多水文水利工作者已在致力于区域水文学的研究。