中亚干旱区陆地水资源对气候变化的响应

气候变化对中亚干旱区高山融雪、蒸散发以及径流等水循环过程产生影响,从而引起区域水资源在空间和时间上的重新分配.在归纳总结降水、土壤水、地表水、陆地水储量等不同水体类型在气候变化下改变情况的基础上,综述了中亚干旱区陆地水资源变化对气候变化响应的现状及进展.由于使用的数据和评估方法不同,水资源变化研究结果具有一致性及不确定...     

全球气候变化对干旱区影响分析

干旱区约占地球陆地面积的41%,养育了世界上超过38%的人口,是大多数发展中国家和贫困人口的聚集地,也是全球气候变化影响和响应最敏感的地区之一,对其气候、水文和生态环境变化开展研究是十分必要的。近几十年来相关研究不少,但结论比较零散,也有很多不一致的地方。基于对国内外文献的分析,归纳梳理了气候变化下干旱区的气候、水文、面积和类型的变化及其这些变化对生态系统的影响。梳理的主要结果如下：干旱区CO₂排量约为湿润区的30%,但升温速率却比湿润区高20%～40%。在过去的半个多世纪,干旱区面积增加了约2.61×106km²,预计21世纪末,全球干旱区面积将继续扩大约5.8×10⁶km²,占陆地总面积的一半以上。在全球变暖背景下,干旱区中以降水和冰雪融水补给为基础的水资源系统将会更为脆弱,冰、雪等水文要素及水资源构成发生改变,水文波动加大,水资源不确定性加剧。伴随干旱区面积扩大和干旱程度增加,干旱区水资源短缺、水体面积萎缩、生态系统退化、荒漠化程度也随之加剧,未来干旱区社会经济发展和生态安全保障将面临更严峻的...     

气候变化对柴达木盆地水资源的影响-以克鲁克湖流域为例

利用气象、水文和遥感资料,根据柴达木盆地克鲁克湖流域湖泊、湿地和水文状况进行了分析.对柴达木盆地克鲁克湖流域1990-2006年TM卫星影像图解译,并与20世纪50-70年代遥感影像资料对比发现,克鲁克湖以及湿地沼泽群的面积变化不显著,而位于河流尾闾的托素湖水域面积以8.71 km2·(10a)-1的趋势缩小.建立了气候因子与湖泊面积回归方程,计算表明:上一年8-10月降水及年降水对克鲁克湖影响为正效应,而蒸发量及年干燥度对湖泊影响为负效应;气温对托素湖面积影响的贡献率最大,其次为年均水汽压饱和差,均为负效应.当降水量不变,气温每升高1 ℃,托素湖面积将减小5.40 km2;1989年以前,人为因子对托素湖萎缩占主导作用,贡献率为72.73%～85.03%;1989年之后,克鲁克湖维系了一个新的平衡,气候因子对湖泊萎缩贡献率占居主导作用,贡献率为78.39%.     

基于地下水陆面过程耦合模型的黑河干流中游耗水分析

耗水分析能够直接揭示水资源利用的本质, 蒸散发是流域尺度耗水的主体. 将一个典型的陆面过程模型和一个地下水模型紧密耦合, 从而在地下水模型中增加具有物理机理的蒸散发描述, 同时改进陆面过程模型中地下水的动力过程, 由此在发挥这两类模型各自优势的基础上, 构建了一个地下水-陆面过程耦合模型. 利用该模型模拟了黑河干流中游2008年逐小时的蒸散发过程. 结果表明: 黑河干流中游2008年总耗水量约为35.7×10⁸ m³, 耗水最大的地表类型是农作物为19.3×10⁸ m³、 裸地和戈壁为7.2×10⁸ m³、 草地为6.0×10⁸ m³、 稀疏植被为3.1×10⁸ m³, 其中, 不同地表类型的年蒸腾量分别为8.8×10⁸ m³、 0.02×10⁸ m³、 2.2×10⁸ m³以及0.4×10⁸ m³, 对应它们的年蒸散发强度分别为: 580 mm、 117 mm、 331 mm以及202 mm. 通过耗水平衡分析也得到2008年黑河干流中游地下水呈负平衡状态, 全年地下水超采约0.9×10⁸ m³, 其中区内地下水储量在7—11月间呈增加趋势, 其他各月呈减少趋势.     

黑河流域中游盆地地表水与地下水转化机制研究

地表水与地下水相互转化是中国西北干旱内流盆地水循环的显著特征,转化机制研究是盆地水循环规律认知和水资源可持续管理的重要基础。以我国西北干旱内流河黑河流域中游的张掖盆地和盐池盆地为研究区,建立了黑河主干河道时变水平衡模型和地表水地下水耦合数值模型,研究了长周期水文变化和人类活动双重影响下地表水与地下水转化机制,得到如下认识:（1）补给条件由以天然条件下河流渗漏为主的线状补给演变为以河流与引水渠道渗漏的线状补给和灌区田间入渗面状补给,排泄条件由以泉水溢出和天然湿地排泄演变为以泉水溢出与地下水开采为主的排泄。（2）张掖盆地黑河干流河道入渗段和溢出段大致以G312 大桥为界,亦称为地表水与地下水转化的转折点。莺落峡—G312 大桥段为悬河渗漏段,河道入渗补给主要受控于进入河道的实际过水量。其中,莺落峡—草滩庄段河道入渗补给率为28.20 %;草滩庄—G312 大桥段河道入渗补给量与河道过水量的关系可用分段函数表达,河道过水量大于或等于0.37×108 m3/mon时呈幂函数关系,小于则呈线性函数关系。G312 大桥—正义峡段为地下水溢出段,其中G312大桥—平川大桥段地下水溢出量约占全部溢出量的70%,溢出峰值出现在高崖水文站下游约6 km处,其单长溢出量可达0.46 m3/(s·km)。（3）研究区是一个相对完整的河流—含水层系统,近31年来经历了连枯和连丰的水文变化,地下水补给排泄条件及与地表水转化机制均发生了相应的变化。地表水与地下水转化最强烈的地区为张掖盆地中部的黑河—梨园河倾斜平原。1990—2001 年连枯期,灌区引水量总体逐年减少,以河道入渗和渠系渗漏为主的补给量平均以0.06×108 m3/a速率减少,农田灌溉面积增加导致灌溉用水增加,地下水开采量显著增加,地下水水位逐年下降,储存量累计减少5.77×108 m3,地下水溢出量平均减少0.16×108 m3/a;而2002—2020 年连丰期,灌区引水量总体逐年减少,河道入渗量呈增加趋势,地下水总补给量平均增加0.15×108 m3/a,灌溉面积继续扩大,农灌开采量随之增加,以河道入渗量增加为主导,地下水水位持续上升,储存量累计增加5.45×108 m3,地下水溢出量平均增加0.08×108 m3/a。总之,补给和排泄条件变化较大,地下水储存量先减后增,地下水溢出总量变化较为平缓,反映了该区巨厚含水层系统的巨大调蓄功能。（4）位于张掖盆地东部的诸河倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于地表水开发过度,补给量锐减。黑河侵蚀堆积平原地下水水位基本稳定。30 多年来盐池盆地倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于移民开垦导致地下水过量开采。（5）内流盆地天然悬河入渗段是珍贵的地下水补给通道,无论连枯期还是连丰期,河道实际过水量是河道渗漏补给量的关键,保护上游天然河道和一定的河道实际过水量是内流盆地水资源可持续管理的关键。     

气候变化及人类活动对水资源的影响探讨——以河北省为例

由于气候变化和人类活动的影响,河北省水资源量处于减少态势。降水量减少、气温升高是造成水资源减少的根本原因。地下水超采所引起的地下水位持续下降,造成地表产流减少,使降水对地下水的补给量减少。作物产量水平的提高,在直接消耗大量水资源和土壤水分的同时,也使农田蒸散加强,造成地表径流量和地下水补给量的减少。要充分考虑环境变化对水资源的影响,加强地下水位大埋深条件下,地表产流量,地下水补给量,以及作物产量水平提高对水资源影响的实验研究。     

数值模型在黑河干流中游水资源管理中的应用

以黑河干流中游水资源管理为例,利用地下水数值模型研究了天然和人工活动作用下泉水、地下水向地表水排泄量的变化规律;预测分析了不同情景下的水资源开发利用状况.研究表明,地下水向河-泉的排泄量呈衰减趋势,且地下水的增采量和渠系防渗节约的水量主要来源于地下水储存量的消耗;指出在目前有限的水资源条件下,为保护生态地质环境,必须限制地下水的持续超采.     

基于SWAT-MODFLOW地表-地下水耦合模型的结构与应用研究

为了利用Seonggyu Park和Ryan T.Bailey的SWAT-MODFLOW耦合程序实现地表、地下不同范围模型耦合,同时探究耦合程序输出的以SWAT计算的地下水补给量和以MODFLOW网格计算的补给量之间的差异,以及耦合程序在有关地表地下水研究上的优势。本文以该耦合程序示例模型美国佐治亚州南部小河流域（LRW）为例,选取模型中SWAT划分的104号子流域为边界,用GMS10.4建立地下水流模型,最后将地下水流模型和原SWAT模型进行耦合。研究结果表明：(1)耦合程序能实现以地表分水岭自然边界为范围的SWAT模型与以子流域为边界的小范围MODFLOW模型的耦合,但由于地下水流模型网格边界和子流域边界不能完全匹配,导致MODFLOW以网格计算的地下水降雨补给量和SWAT统计的地下水降雨补给量存在差异,误差随网格变小而变小;(2)耦合后各均衡项发生了变化,河道对地下水的总补给量变为耦合前的15.25%,地下水向河道的总排泄量比耦合前多19.29%,总降雨补给比耦合前多17.07%,总蒸发量是耦合前的3.08倍。经过研究发现耦合模型能更准确的模拟地表地下水文过程,反映降水与地下水、...     

Effects of climate change on relationship between water and salts of waters ecosystems in arid zone, China

The process of salinization has increased dramatically over the past several decades in the northwest arid zone of China. Soil salinization has been recognized as a major environmental problem for many years in the Tarim River Basin. It is the key issue of solving the soil salinization problem to study interaction between water and salt in arid zone, which will provide useful principle and methodology to its solution. Taking Tarim River and Bosten Lake for example, by systematically collecting the basic data of hydrogeology, meteorology, and social economy, we analyzed the interaction of water and salt of Tarim River and Bostan Lake in natural and artificial conditions in aspects of basins, oases, lakes and marshes. The results showed that： （1） Temperature and precipitation are both increasing gradually in the whole Tarim River Basin, the climate tends to be come warmer and wetter, but the water quality condition is not optimistic; （2） At the end of the 1950s, mineralization degree was less than 1.0 g/L from the upper reaches to the lower reaches of the Tarim River. At present, it is more than 3.0 g/L in Alaer Lake （the upper reaches of the Tarim River） except in July, August and October, during which it is less than 1.0 g/L. In Qiala （the lower reaches）, it is more than 1.0 g/L except in March, moreover, it is about 5.0 g/L in July and December. The eco-water conveyance project implementation has still not improved Tarim River＇s water quality condition; （3） Bostan Lake was a tiny salt-water lake in the late 1950s, but the water-soil development of the oasis has aggravated the salinization in recent thirty years. Since the West Pumping Station was brought into operation in 1982, the Bostan Lake which accumulated salt has begun to be desalted. We consider that climate may not be the key factor for salinization in this area. Instead, socio-economic factors relevant to human activities should be mainly responsible for such changes, as is confirmed by our further analysis. In order to improve present situation of water-soil salinization, water resources utilization and management should be strengthened, highly efficient and water-saving irrigating technology should be spread,     

气候变化对中国水资源情势影响综合分析

介绍了近年在气候变化对中国水资源影响研究方面的若干进展。研究表明,中国水资源问题的产生不仅与人口和社会经济快速发展有联系,更与气候环境的显著变化密切相关;未来的气候变化将会导致一些流域水资源更加短缺和洪涝灾害更加频繁,对流域水资源和可持续发展产生重要影响;在流域水资源综合规划与管理中,应十分重视气候变化的影响问题。     

气候变化下水资源脆弱性的适应性管理新认识

气候变化下的水资源脆弱性和适应性管理研究成为全球和国家应对气候变化和保障水资源安全重点关注的问题,也是中国可持续发展面对的重大战略问题。介绍了水资源脆弱性和适应性管理的国内外最新研究进展;针对国家重大需求和国际科学前沿问题,综述了气候变化下水资源脆弱性和适应性管理存在的问题与挑战。提出了气候变化下水资源脆弱性与适应性管理理论与方法研究以应对气候变化的无悔为准则,与社会经济可持续发展、成本效益分析、利益相关者的多信息源的分析与综合决策相结合为原则,对适应性管理与脆弱性组成的互联互动系统及其风险与不确定性进行分析的新认识。     

全球气候变化对地表水环境质量影响研究进展

全球气候变化对水文循环有着重要的影响,由气候变化所引起水资源量的时空分布和水质变化等问题已成为各国科学家和政府关注的热点。目前,气候变化对水资源的影响研究多集中于水量,而有关水质方面的影响研究相对较少。全球气候变化主要包括降水,气温,辐射和风速等气象因子的变化。本文综述了温度的升高、降水的增多或减少、风速和风型的变化、光照时间长短以及辐射增强等变化对地表水环境质量影响的研究进展;阐述了气候变化背景下,气象因子如何通过影响水体中污染物的来源、迁移转化方式、生化反应速率和生态效应等过程而直接或间接对地表水环境质量产生影响。并在对现有研究成果进行总结分析的基础上,从微观、中观和宏观的角度提出了气候变化对水环境质量影响的研究展望。     

西北高寒干旱区哈尔腾河流域植被覆盖变化及其对全球气候变化的响应

基于ArcGIS软件, 对哈尔腾河流域1990年、 2000年、 2010年3期Landsat5-TM遥感影像分6种土地覆盖类型进行解译. 结果表明: 近20 a来, 研究区无植被区面积呈净减少趋势, 减少 2 192.37 km²; 上游高海拔地区草地面积增加明显, 新增1 938.15 km², 新增面积约占流域总面积的10%, 哈尔腾河流域呈显著绿化趋势; 冰雪面积增加210.39 km², 主要是沿原有冰雪的前缘延伸. 各种覆盖类型之间的转换主要表现为无植被区向其他5种类型的转变, 反向转换则比较少; 三种草地之间的转换主要表现为由低向中、 高覆盖类型的转换. 气温的升高与降雨量的增加是该流域土地覆盖变化的主要影响因素. 气候变化明显改善了流域上游的植被覆盖, 但“引哈济党”工程调水1.0×10⁸ m³后将对流域下游大苏干湖的生态系统产生一定影响. 应未雨绸缪, 加强监测和评估.     

中国西北干旱区降雪和极端降雪变化特征及未来趋势

降雪是中国西北干旱区水文系统中关键的组成要素, 同时也是对气候变化极为敏感的因子。利用中国西北干旱区的89个气象站点逐日气象资料结合IPCC-CMIP5气候情景数据, 研究了该区域降雪和极端降雪的时空变化特征, 并分析了其对气候变化的响应机理及未来变化趋势。结果表明： 1971—2010年, 我国西北干旱区年降雪量显著增加, 但降雪次数却明显减少; 年极端降雪发生次数占总降雪次数的比例不足3%, 但其对年降雪量的平均贡献可达1/4, 且极端降雪量和发生次数的增加是近40年西北干旱区降雪总量增加的主要原因。极端降雪发生时的气温要比非极端降雪发生时的气温平均高3.3 ℃; 当气温在1 ℃以下, 降雪强度随气温升高而增大, 该变化特征基本符合克劳修斯-克拉伯龙方程理论, 气候变暖是导致极端降雪显著增加的主要原因。在RCP4.5气候情景下, 我国西北干旱区未来年降雪次数将大幅减少, 年降雪量将在（2040±5）年前后达到峰值随后下降, 年极端降雪量和发生次数预计（2060±5）年左右达到峰值; 相比基准期, 2050s西北干旱区所有站点的年降雪发生次数都将明显减少, 区域平均年降雪量将减少5%, 而年极端降雪量和发生次数有微弱的增加, 分别增加约2%和4%。     

基于生态需水的黄河中游水平衡分析

为推动黄河流域生态保护及高质量发展,解决地表水资源供需矛盾,亟需开展水平衡分析,建立水平衡模型,为水资源合理分配提供参考依据。作为黄河的重要支流,沁河流域位于黄河中游末端,由于近年来上游调水政策的施行以及流域内生活、生产用水的增加,用水矛盾突出,出现了河道断流、入黄水量偏枯等问题。为保障河流生态环境健康,优化引沁入汾跨流域提水工程实施后的流域水资源供需平衡,以2021年为现状年,在“自然-人工”二元水循环研究理论的指导下,运用水平衡分析理论与方法,以河道内生态需水为保障基础,对沁河流域水资源需求、供水能力与供需平衡进行了分析与讨论。结果表明：（1）沁河流域水资源供给和需求在空间分布上具有分异性,上游山西省境内各河段河道内均能够保障适宜的生态需水量,下游河南省境内,仅可满足最小生态需水量;（2）沁河流域可供给水资源总量为10.04×108 m3,河道外生产、生活及生态用水总量为8.89×108 m3,剩余河道内水量仅为1.15×108 m3,仅可满足河流最小生态需水;（3）推算至2030年,流域内工业生产及生活取用地表水量将达到6.98×108 m3,河道外用水总量将达到9.81×108 m3,剩余水量无法满足最小生态需水。建议采用降低工业用水量、提高农田灌溉用水利用率、推广使用高效节水技术,进一步增强水资源的有效利用,改善流域生态环境。研究结果可为合理规划沁河流域水资源调度提供参考,也可为黄河中游水平衡分析提供范例。     

气候变化对伊逊河流域水资源量的影响

海河流域作为中国水资源最为紧张的流域,其水资源对气候变化非常敏感.以海河流域中受人类活动影响较小的伊逊河流域为对象,基于海河流域未来气候变化研究成果构建了20种气候变化情景,应用具有物理机理的分布式流域水文模型模拟了不同气候变化情景下的流域水循环情景,对气候变化对伊逊河流域水资源量的影响进行了分析,结果表明气温升高1℃将使流域内3.8mm的径流转化为蒸散发,降水的增加将使流域的蒸发和径流都有所增加,其中新增降水50%转化为蒸发,30%转化为径流.同时径流和蒸散发对于高温和强降水更为敏感.未来气候变化的不确定性使未来水资源量的变化也有很大的不确定性,在以升温为主、降水变化存在很大不确定性的情况下,伊逊河流域天然径流量可能进一步衰减.     

气候与土地利用变化对流域水资源的影响——以美国北卡罗莱纳州Trent流域为例

分布式水文模型PRMS可为气候与土地利用变化对流域水资源影响的研究提供技术和理论支撑.对Trent流域产流过程采用PRMS模型进行模拟检验,结果表明,Nash模型确定性系数达到0.8以上.水文响应单元(HRU)划分尺度减小,可以有效地提高PRMS模拟精度达7%左右,划分尺度缩小到71个HRU时,模拟精度不再提高.流域蒸...     

西北黑河下游额济纳盆地地下水系统研究(上)

本文从额济纳盆地含水系统结构及埋藏分布、地下水补给与排泄、地下水流场、水化学特征、水环境同位素等方面的综合分析入手,将全盆地划分为潜水和承压水2大子系统,并进一步区分出5个亚系统及次亚地下水流系统.