大尺度水循环模拟系统不确定性研究进展

水循环过程受众多自然因素和人为因素影响,决定了水循环系统的变化性和复杂性。水循环系统模型作为研究流域水文循环过程及演变规律的重要工具,必然也存在较大的不确定性,特别是对于大尺度陆-气耦合下的水循环模拟系统,其不确定性来源包括输入和参数不确定性、结构不确定性、方法不确定性以及初始和边界条件不确定性。本文在分析不确定性量化方法和传统水文模型不确定性研究基础上,重点评述当前大尺度水循环系统模拟的不确定性研究进展和存在的瓶颈问题,并介绍一种针对大型复杂动力系统的不确定性量化解决方案和工具系统-PSUADE,基于此讨论PSUADE在大尺度水循环模拟系统不确定性量化过程中的优势。     

北京中心城区内涝成因

城市化的发展改变了原始的自然水文循环系统,打破了水量的均衡而导致了城市内涝。本文梳理了应对雨水的基本模式,并总结出与城市规划相关的三方面主要致涝因素——城市土地利用、水系统和基础设施。以北京中心城区为案例,综合考虑城市用地变化过程,从城市基本汇水区单元的视角出发,分析城区内涝程度和上述三方面因素之间的关联规律。结果表明平均坡度、河网密度与城市内涝程度呈线性正相关;耕地比率、林地比率、荒地比率与城市内涝程度呈线性负相关;而不透水表面比率和建设用地比率与城市内涝程度呈指数正相关关系。     

基于模块的分布式水文模拟系统及其应用

由于水文循环过程的复杂性和空间变异性,集成不同的水循环模型,基于模块化结构、构建面向多目标的水文模拟系统已经成为当今水文模拟技术发展的一个重要方向。本文从科学研究和水资源管理的实际需要,首次研发国内基于模块化的分布式水文模拟系统,并提出了“信息化水文模拟系统(HydroInformatic Modeling System, 简称HIMS)”。HIMS是一个以水循环信息平台为基础,基于组件式结构设计的开放式综合水循环模拟系统,侧重于分布式水文过程的模拟与应用。文中对HIMS的设计思路,主要功能与结构进行了详细介绍,包括基于国产GIS软件SuperMap的水循环信息系统、模型数据前/后处理系统和水文模型方法库系统。其中,HIMS的水文模型方法库系统集成了水文过程方法库和多种水文模型,并提供定制水文模型的功能。HIMS的提出发展了水文模型理论和建模技术,拓宽了国内分布式水文模型的研究思路。     

中亚天山地区关键水文要素变化与水循环研究进展

天山地处欧亚大陆腹地,是丝绸之路经济带中段的重要水源地.天山地区的水循环系统具有时空差异性大、水源机制复杂、径流构成多元以及水系统脆弱等特点,水循环各环节受陆表格局和气候变化影响显著,水文要素对气候变化响应敏感,难以沿用现有的流域水循环模式阐述其内在机理.结合文献阅读和研究,系统分析了气候变化背景下天山地区关键水文要素...     

潮河流域时变增益分布式水循环模型研究

在广泛了解有关分布式水文模型研究进展的基础上,结合中国实际资料条件和问题,提出了一种"水文循环机理-系统理论"相耦合的分布式水循环模型——时变增益分布式水循环模型(DTVGM),并建立了潮河流域分布式水文循环模型。实例研究表明,DTVGM的应用是比较成功的,基本上能够满足水资源管理的要求。     

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。     

气候变暖背景下塔里木盆地水资源可持续利用

根据塔里木盆地水循环的特点,从系统的观点出发定义塔里木盆地水资源可持续利用的定量化概念,建立了水文循环的系统动力学模型。从模型可以看出,径流量主要由降水量、冰雪贮水量决定,而降水量又由内、外循环系数及系统贮水量决定。仿真模拟结果显示:在温度升高的背景下,系统贮水量减少,水资源系统恶化;水资源系统对内、外循环转化率变化非常敏感。因塔里木盆地降水转化率与全国相比很低,具有改善的潜力,考虑盆地独特地形条件及气候系统特征,从概念上分析人工影响塔里木盆地水文循环的可能及途径。     

水文学研究进展与展望

水文学是研究地球上水的起源、存在、分布、循环运动等变化规律,并运用这些规律为人类服务的知识体系。水文学研究经历了由经验到理论、由简单过程到复杂系统、由定性描述到定量模拟的发展历程,其学科体系演进与科学技术进步及社会发展需求紧密联系,并由此衍生出诸如生态水文学、气象水文学、冰冻圈水文学、遥感水文学、同位素水文学、城市水文学、社会水文学等多种交叉研究领域与分支学科。当今水文学研究在水文多尺度观测、陆面—水文—社会耦合模拟及多源观测—模型同化技术等领域取得显著进展,水文学研究的广度和深度不断拓展。未来水文学研究将面向陆地水文循环的变化规律及其效应,重点关注水文循环变化特征和机理、水文循环变化趋势预估及水文循环变化的自然和社会影响等前沿课题;从原有就水论水研究思路转向在自然地理综合分析框架下以水循环为纽带开展的多尺度、多过程集成研究。     

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。     

从地球系统圈层互馈与地理综合角度探讨水循环研究

地球是一个由岩石圈、土壤圈、水圈、生物圈、大气圈等层圈组成的系统,水循环过程是这些圈层间联系的纽带,维持良性水循环是实现可持续发展的关键所在。水循环不是一个独立的自然过程,水问题的解决方案往往涉及到地球系统的各个圈层和经济社会的方方面面。本文以森林与水的关系、水循环变化预估、水循环综合研究这3个话题为例,尝试从地球系统的角度探讨水循环研究。