内陆河流域水文过程研究的一些科学问题

水科学研究的发展,对水文科学提出了新的挑战,即如何在流域、区域和全球尺度进行学科交叉、综合集成和协同研究,从而更全面地认识水在地球资源和环境变化中的作用,认识水圈及其与大气圈、岩石圈和生物圈的相互作用。为了解内陆河流域水文循环和水量平衡各分量之间的变化和转化关系及其与生态和环境之间的相互作用,以及对全球变化和人类活动的响应和反馈,基于内陆河流域上游山区径流形成区、中游人工绿洲水资源开发利用区和下游荒漠绿洲径流散失区的流域水文循环特征,从能水通量、生态和生物地球化学过程讨论了山区水文过程;从生态水文、尺度转换、阈值和反馈讨论了水文和植被的相互作用;从国外提出的关键作用带的概念讨论了内陆河流域地下水—土壤—植被作用层的水文过程。提出了开展内陆河流域水文过程观测和研究的基本框架。     

利用SEBAL和改进的SEBAL模型估算黑河中游戈壁、绿洲的蒸散发

蒸散发是干旱、半干旱地区内陆河流域水分消耗的主要途径, 利用遥感估算流域尺度上的蒸散发对内陆河流域水循环和水资源的合理利用具有重要的指导意义. 基于2012年开展的黑河流域生态-水文过程综合遥感观测联合试验(HiWATER)的观测资料和高分辨率的ASTER影像, 分别利用 SEBAL 模型和改进的SEBAL(M-SEBAL)模型估算黑河中游不同时期戈壁、绿洲等不同下垫面的蒸散发, 通过涡动观测数据对比分析了SEBAL模型和M-SEBAL模型估算戈壁、绿洲蒸散发的精度. 结果表明: SEBAL模型在绿洲低估感热通量, 高估潜热通量; 在戈壁高估感热通量, 低估潜热通量. M-SEBAL 模型充分考虑不同下垫面地表辐射温度与植被覆盖度之间的关系, 能很好地反映不同植被覆盖区域的湍流通量的异质性, 估算黑河中游戈壁、绿洲蒸散发的精度高于SEBAL模型.     

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。     

祁连山黑河干流山区水文模拟研究进展

流域水文模拟是在认识水文规律的基础上, 对流域水文过程的一种数学描述.黑河流域作为典型的内陆河流域历来是研究寒区、 旱区水文过程的热点区域.祁连山黑河干流山区的水文模拟研究也备受学者们的关注, 经验模型、 概念模型和分布式水文模型在该区域均有应用, 虽然都对出山径流做出了准确的模拟, 但是引进的模型对高寒山区水文过程的刻画不够详细.内陆河高寒山区流域的水文模拟要充分考虑冰川、 积雪、 冻土等因素所引起的特殊寒区水文过程, 准确刻画这些水文过程是高寒山区流域水文模拟成功的关键.今后应该继续加强野外观测, 深入开展冻土水文过程、 冰雪水文过程的模拟研究, 发展真正适合于高寒山区流域水文过程的分布式水文模型.     

黑河流域典型景观植被带陆面过程同步观测研究

为了解内陆河流域不同尺度内与水循环及生态过程有关的水分、热量分布规律,在黑河流域上中下游选取3个典型植被景观带建立观测场,并布设环境观测系统(ENVIS)进行环境要素的同步观测.结果表明,山区森林草地灌丛复合生态区陆面是冷性湿润的下垫面,中游绿洲荒漠接触带是干性、较湿润的下垫面,下游荒漠河岸林景观带是干热性的下垫面.     

寒区和干旱区水文研究的回顾和展望

寒区和干旱区水文研究冰川,积雪,冻土,高寒山区和山前地带已初步形成了较完整的观测实验和研究体系,８０年代以来,在冰川融水径流,出山径流形成的观测实验,寒区水文过程,冰川作用流域水文过程和大气过程相互关系。乌鲁木齐地区的水资源问题,气候对水资源的影响,高亚洲冰冻圈水文,冰川洪水和融雪径流以及干旱区水文等方面已取得了多项研究成果,近年来,寒区和干旱区水文水资源的研究在内陆河流域水资源合理开发利用与社会     

祁连山与河西内陆河流域绿洲的大气水循环特征研究

祁连山和河西走廊地区为西风带、青藏高原季风、东南季风三个大气环流系统的耦合区,其内陆河流域的大气水循环特征受大气环流影响比较显著.根据已公布文献提供的资料,分析了祁连山区年平均降水与海拔和大气环流影响系统之间的关系,研究了祁连山发育的内陆河流域的绿洲水平空间尺度的分布特征,探讨了海拔和绿洲植被密集度对绿洲地表蒸发力的影响,揭示了绿洲单位面积耗水量与绿洲灌溉率之间的关系.最后,讨论了内陆河流域绿洲的特点以及开发和保护的思路.     

河西内陆河流域的水循环分析

通过对我国西北内陆区水循环分析,剖析了河西内陆河流域的水循环特点,即在山区形成水资源、在平原散失水资源和在人工绿洲区产生二元结构;揭示了流域内的水资源以水循环为纽带,相互转化并互相联系;并对山区消耗水量,走廊、盆地、人工绿洲建设引起的地表水与地下水转化的变化和消耗水量的增加,以及内陆河下游水分亏缺问题作了分析评价;并提出了要传递流域水循环整体概念、评价山区与平原绿洲之间的局地水循环、实现在西部开发中实施内陆河流域综合治理的良性循环等问题的讨论。     

西北内陆河流域水循环和生态演变与功能保障机制研究

在气候变化、生态保护以及水资源调控影响下,西北内陆河流域水循环和生态环境状态发生了显著改变,迫切需要解答气候变化对植被恢复和产水量的影响,调水和压采等措施下地下水水位动态、管控指标及其对生态环境的维持机制。为此,文章阐述了内陆河流域气候-植被-土壤-水文相互作用机理以及上中下游演变状况。针对上游产水区,提出了山区气候变...     

高寒山区河道径流的形成与水文调节机制研究进展

高寒山区河道径流的形成与水文调节机制是认识流域水资源形成与转化过程,以及预测气候变化下流域水文过程响应规律的基础. 通过分析国内外相关文献,从高寒山区河道径流的水分来源及其气候变化下的影响机制、高寒山区不同类型下垫面对河道径流的调节机制、高寒山区不同类型地下水对河道径流的调节机制三个方面综述其研究进展,总结问题与不足,发现气候变化是影响高寒山区河道径流形成过程的主导因素,探究水文输入、下垫面、地下水等次要影响因素与气候变化之间的响应规律是揭示高寒山区河道径流水文调节机制的关键科学问题,并提出未来研究的总体趋势和改进建议,为高寒山区河道径流形成机制及其对气候变化的响应规律研究提供参考依据.      

青藏高原水文模拟的现状及未来

介绍了青藏高原水文模拟的研究现状和发展趋势。水文模拟是研究水文过程的主要手段,可为流域水资源管理及防灾减灾提供理论和决策支持。国际上第一代水文模型为"集总式",第二代水文模型为"分布式",但它们大都以描述降水—产流的水分输移为主("水圈"),未仔细考虑陆—气水热交换中植被的调节作用("生物圈—大气圈")。近10年来,在气候变化的背景下,随着大气科学以及生态学的蓬勃发展,分布式水文模型开始描述生物圈—大气圈相互作用;通过改进陆—气间的水热交换过程以及植被的生理过程,实现了对流域水圈—生物圈—大气圈的综合模拟。然而,针对显著受冰冻圈过程影响的青藏高原,需要深入研究冰冻圈与其他圈层(水圈/生物圈/大气圈)的相互作用机理,并实现其在水文模拟中的参数化,以提升区域水资源和水灾害的预测能力。     

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。     

西北内陆河流域水资源特点初析

依据西北各省 (自治区)的有关资料,对西北内陆河流域的水资源特点进行了综合分析,提出了西北内陆河流域水资源的四大特点:①内陆河流域径流主要形成于山区,散失于山前平原盆地,径流的补给源主要是降水、冰雪与地下水;②冰雪资源对内陆河地表水资源有较大的调节作用;③降水、地表水与地下水转化关系特征明显;④内陆河区水平衡状态,易受人类活动影响等。     

内陆河流域综合整治的生态恢复与重建技术

通过对我国西北内陆河流域的生态系统、水循环、水资源形成与消耗的特点,生态环境的变化以及水环境保护等问题分析,论述了开展内陆河流域综合治理的必要性和紧迫性。结合近期典型流域治理恢复成效,提出内陆河流域综合整治的第二步生态恢复目标。根据内陆河流域的治理实践,参照干旱区供水集水和保水技术,总结了改善下游绿洲水分生态平衡、控制中上游用水与保护河道水环境,防治河道水质盐化与农田排水再利用等生态恢复与重建的技术。最后,为了实现流域生态环境良性循环和水环境质量整体改善,提出了现阶段要加强水环境监测保护和生态补偿建设的任务。     

河西内陆河流域水资源转化分析

分析河西内陆河流域的水循环二元结构,揭示了各自水量转化特点及相互联系;对山区消耗水量,走廊盆地人工绿洲建设引起的地表水与地下水转化的变化和消耗水量的增加,以及内陆河下游水分亏缺问题作了评价.提出了理解流域水循环整体概念,评价山前平原水资源消耗的影响,在流域水资源开发利用中改善水资源转化.     

基于GIS/RS的流域水文过程分布式模拟——Ⅱ模型的校检与应用

GIS/RS是流域水文过程分布式模拟的重要技术支撑。结合泾河流域的实例研究,探讨了GIS支持下,基于栅格DEM流域水文特征的获取,降水、气温等资料的空间插值,以及土壤、植被等下垫面信息在水文模拟单元上的耦合。在此基础上,应用分布式水文模型对泾河流域的水文过程进行模拟。结果表明:所建模型结构上是合理的,在产流计算中泾河25个子流域在水量平衡方面误差均小于5%。潜在蒸发的模拟在趋势上与实测过程基本一致。径流模拟在4个检验站点上与实测过程的相关系数达到0.84～0.93。模型基本能够满足水资源规划与管理的需要。     

水文下垫面分析与分类初探

提出了水文下垫面的定义,分析了组成水文下垫面各要素的基本性质及其在产、汇流方面的作用。以山西省为例,提出了水文下垫面的分类方法,并讨论了水文下垫面分类在水文分析计算、水文预报和水文地理学等方面的可能应用。     

多水塘系统水文连通及其对磷输移影响研究进展

多水塘系统是农业流域常见的小型水利工程,空间交错的沟塘结构导致其水文连通过程复杂多变,对流域营养盐截源控污影响显著。为强化多水塘系统水文连通对磷输移影响的认知,以多水塘系统及其水文连通的定义内涵为切入点,归纳了多水塘水文连通性评估方法;基于景观格局、水文过程和生物地球化学过程聚焦多水塘系统对磷输移的调控作用;阐明了水文连通变化通过驱动干湿交替对磷输移环境以及通过调节水分滞留时间对磷输移通量的影响。指出多水塘系统水文连通变化的驱动机制、沟塘滞留效率的尺度扩展、定量模拟和优化调控是未来多水塘系统环境效应研究的重要方向,以期为保障多水塘水质改善功能提供理论依据。     

黑河流域陆地—大气相互作用研究的几点思考

陆地和大气之间是相互作用、相互影响的,不仅陆面分布与地表过程对大气变化有着响应过程,而且陆面物理过程、地表特征分布对大气过程也有着重要影响。我国西北地区地形分布极不均匀,是水资源变化和气候变化的敏感区与脆弱地区。这里,由于海拔高度起伏造就了以水为主线的上游山区冰雪、冻土—中游森林、绿洲—下游戈壁荒漠的多个自然景观带共存的内陆河流域,是开展陆—气相互作用研究的理想场所。文章集中黑河流域水循环过程、冰雪/冻土与大气相互作用、降水异质性、人类活动影响以及尺度等问题,阐述了流域研究现状以及研究热点,指出发挥各学科优势,将大尺度的大气过程与中间尺度和小尺度的陆面水文/生态过程结合,建立流域尺度大气—水文—生态过程真正的双向耦合模式,不仅研究气候变化对陆面水文、生态的影响,同时探讨陆面小尺度过程对大气的反馈机理,探索流域尺度的水循环过程和驱动机理,为水资源合理利用提供理论基础。     

干旱区水与发展信息全球网络——国际干旱半干旱区地下水建模培训研讨会暨亚洲区域会议

G-WADI(Water and Development Information for Arid Lands-A G1obal Network,干旱区水与发展信息全球网络)是联合国教科文组织(UNESCO)国际水文计划(IHP)启动的针对干旱区水文研究的项目,旨在通过建立全球网络全方位提升对干旱区水系统的理解,增强干旱区水资源合理利用开发的能力.2006年中国科学院寒区旱区环境与工程研究所(以下简称"寒旱所")开展内陆河研究的主要流域--黑河流域成功加入G-WADI试验流域网络.