疏勒河上游径流组分及其变化特征定量模拟

气候变化背景下,西北干旱区内陆河流域的水文过程发生显著变化,制约着地区经济社会和生态建设的稳定发展。定量分析和评估高寒山区径流的变化,有助于加强西北地区水资源的规划管理,实现水资源的可持续利用,保障区域水安全。选取位于青藏高原东北边缘、祁连山西段的疏勒河上游作为研究区,利用包含冰雪消融模块的寒区水文模型分布式SPHY模型（Spatial Processes inHydrology model）对流域的径流过程进行定量模拟,根据模拟结果分析了疏勒河上游近45 a径流组成及径流与各组分的变化特征。结果表明：（1）率定期日径流和月径流模拟的Nash效率系数分别为0.62和0.86,验证期达到0.79和0.95,模拟的月径流与实测月径流过程基本一致;（2）径流由四部分组成,冰川径流占总径流的年平均比例为30.5%,融雪径流的占比为12.9%,降雨径流的占比为13.5%,基流的占比为43.1%;（3）由于气温升高、降水增多,冰川径流与降雨径流均呈增加的趋势,平均增加幅度分别为4.66×10⁶ m³·a^-1和2.46×10⁶ m³·a^-1,融雪径流呈减少的趋势,平均减少幅度为1.01×10⁶ m³·a^-1;（4）近45 a年径流增加了69.6%,冰川融水对流域径流增加的贡献率达到48%,非冰川区降水增加的贡献率达到52%。     

池河流域径流变化特征及趋势分析

根据池河流域1972—2011年逐月的实测资料,应用Mann-Kendall检验法、分析等方法对池河年径流的变化特征进行分析。结果表明:池河流域径流无逐年代减少趋势,年内分配不均,集中度高,年际变化不大;经分析池河年径流未来无明显变化趋势,为以后水资源开发利用提供参考。     

冻土退化对海拉尔河流域水文过程的影响

利用海拉尔河流域内气象站点1974—2006年冻土冻结深度资料和水文站点1974—2008年的径流资料,通过建立冻结深度和径流的关系,研究了区域近30年来冻土变化对径流变化的影响。结果表明:近30年来,海拉尔、坝后和红花尔基水文站1~3月份径流量有13%~20%的增长,牙克石水文站径流量增长不显著。退水曲线由陡峭趋于平滑,冬季2月份径流量与秋季11月份径流量比值呈增大趋势,同期流域冻土的最大冻结深度减小了50 cm左右。这表明海拉尔河流域冬季退水过程有减缓趋势且冻土的退化是导致退水变慢的主要原因。冻土退化的这一水文效应主要是由于:① 随着冻土年内隔水效应减弱,流域内有更多的地表水入渗变成地下水,造成流域地下水储水量加大,导致冬季径流增加; ② 随着春夏季冻土平均厚度的减薄,流域地下水库库容增加,地下水枯季径流补给能力增强,导致流域退水时间延迟;③ 冻土对气候变暖的响应是一个缓慢的过程,因此冻土退化对径流过程的影响也是一个渐变过程。     

祁连山区主要河流径流演变及趋势预测分析

应用多种趋势检验方法对祁连山区主要河流年平均径流量演变进行分析,并用数学建模技术对未来10年的径流量变化趋势进行预测。旨在为甘肃水利"十二·五"规划涉及的河西地区水资源配置和可持续发展以及应对气候变化的适应能力提供决策依据和技术支撑。结果表明:祁连山区现状径流量自东向西总体呈"减少—增加—显著增加"演变;预计未来该区5年、10年径流量值自东向西总体呈"减少—增加—增加"变化。     

树轮——流域径流变化的记录

根据树轮稳定碳同位素组成序列呆较灵敏地记录降水变化的事实，利用长白山红松树轮δ＾１３Ｃｔ序列与松花江年径流量之间的平均变化关系，重建了近２００年来松花江年径流量的变化；年径流量变化有明显的准２２年周期；１９００年以前，径流量在周期波动中呈上升趋势，１９００年之后，流动中呈下降趋势。     

乌鲁木齐河流域径流增加的事实分析

对应于新疆气候转型过程,天山乌鲁木齐河流域径流呈现了明显的增加趋势.河源区1号冰川水文点、跃进桥水文站及出山口英雄桥水文站径流在20世纪80年代中期以后均呈现出非常明显的增大趋势,但其增加过程的转折时间不尽一致.乌鲁木齐河源1号冰川径流在1997年发生了明显的突变,主要是由于强烈的升温过程导致了冰川的强烈消融和河源区降水的连续增加双重因素叠加的结果;跃进桥水文站径流年际趋势同步和相似于河源区1号冰川水文点径流的变化.初步分析表明:径流增加的主要原因是高山区降水的显著增加,而流域内降水明显增加的区域在高山带及山前平原区,中、低山带降水的增加趋势不是非常显著.     

黑河上游高寒山区降雨-径流形成过程的同位素示踪

为揭示中、低纬度高寒山区降雨-径流的形成过程,指导水资源的合理开发利用,选择黑河上游红泥沟小流域为研究区,基于河道径流量及雨水和河水稳定同位素的观测数据,构建二元混合模型,计算了2013年7月23日及8月21日两次典型降雨-径流事件中事件水（降雨）和事件前水（流域前期储水）对河道径流的贡献及其动态变化.结果显示:两次降雨事件中事件前水的贡献比例分别为68.69%和54.46%;事件前水的贡献比例在涨水阶段减小,在退水阶段增大.结合河水电导率的观测结果,进一步分析了降雨-径流的形成过程:河道径流的形成主要受饱和区蓄满产流、河岸带地下径流和山坡地下径流3种产流机制控制;事件水主要源于蓄满产流,事件前水主要源于河岸带和山坡地下径流;事件初期和末期以河岸带地下水补给为主,涨水阶段后期和退水阶段前期转为以蓄满产流和山坡地下水补给为主,洪峰期间蓄满产流的贡献达到最大.两次事件的对比表明,事件前的湿度条件和降雨强度对降雨-径流的形成过程有着重要影响:前期越湿润,流域储水能力越弱,导水能力越强,事件水的贡献越大,河道径流对降雨的响应越迅速;降雨强度越大,蓄满产流及其中的事件水比例越高,河道径流中事件水的比例也越高.      

高寒流域同位素径流分割研究进展

径流分割是应用水文学中的一个基本问题,同位素径流分割则是采用同位素进行分割的方法,其应用范围已从产流理论研究拓展至地下水地表水相互作用、生态水文过程等多个领域.评述了高寒流域同位素径流分割方法原理及其应用研究进展,突出其对全球变化的指示意义.详细介绍了雪融水稳定同位素变化特征机理,以及加权平均值(VWA)、即时值(CMW)及径流校正(RunCE)等误差处理方法及其优缺点.最后,阐述了高寒流域同位素径流分割的应用前景,指出同位素径流分割可以与GIS软件等结合拓宽其研究的空间尺度、与水化学及人工试验等方法相结合拓展其研究手段,可以结合高寒流域独特地形研究山区产流机制.     

和田河流域近 60 年降水尧气温与径流演变特征研究

以新疆和田河流域为例,采取Mann-Kendall趋势检测法、Pettitt突变检测法与小波分析等方法剖析了研究区近60年气温、降雨和径流变动特点。结果显示：（1）研究区降水、气温和径流均有增加或升高趋势,其中气温变化呈显著增加;（2）研究区降水、气温、径流突变分别发生于1986年、1996年和1993年;（3）研究区降水、气温和径流均无显著性周期性变化,但存在短时间段周期变化,降水在研究时段内呈现丰枯交替变化,自20世纪90年代逐渐湿化。气温呈现逐渐升高的发展趋势。20世纪90年代以前,径流年代际变化以偏枯为主,近20年年代际变化以偏丰为主。     

河流集合预报方法在洮河流域径流预报中的应用研究

为研究洮河流域径流预报,根据河流集合预报方法,利用红旗水文站实时监测资料,基于中国洪水预报系统开发的三水源蓄满产流、滞后演算和马斯京根模块构建全流域洪水预报模型,并应用该模型分析预测红旗水文站径流及其概率分布统计。结果表明:径流拟合过程拟合较好,取得了较好的预报效果,模型满足河流集合预报应用的条件,结论可为洮河流域水资源开发利用、防汛保安提供参考依据。     

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.     

祁连山老虎沟流域产汇流特征分析

为了研究老虎沟流域冰川产汇流特征,根据老虎沟流域2009年消融期4-10月的气象与水文观测资料,采用排除和不排除降水对冰雪消融产流影响的方法,对老虎沟流域融水径流的产流特征、白天和夜晚径流特征、径流的滞后效应进行了分析。结果表明： 5-9月各月流量占到整个消融期流量的比例分别为7%、26%、33%、19%、14%。降水对河流的产流贡献率约为22%,冰雪融水和地下水对河流的产流贡献率为78％。观测期内,除5月外,白天流量全部大于晚上流量,而且6-8月白天和夜晚径流之间的差值较大。老虎沟冰川区以裸冰消融为主,冰面湖较少而且小,汇流较快,储水性能并不明显。5-9月流量峰值和谷值平均分别滞后气温7.0 h、3.5 h、2.5 h、2.5 h和4.5 h,冰川排水系统也随着流量变化经历慢速-快速-慢速的变化过程。     

祁连山老虎沟流域强消融期径流对气候变化的响应

为定量研究老虎沟流域径流对气候变化的响应,利用老虎沟流域1959年和2014年强消融期（7月）的气象、径流数据,分析了强消融期气温、降水、蒸发、冰川消融量、径流（流域的径流深）等的变化,进而探讨了老虎沟流域强消融期气温分布和降水形态、流域蒸发和冰川消融对径流的影响。结果表明：老虎沟流域2014年强消融期径流比1959年多159 mm,增加了49.67%。2014年7月平均气温较1959年升高0.38℃,最低气温升高1.34℃。1959年和2014年7月降水量相差较小;老虎沟流域强消融期日降水和日径流之间呈负相关,蒸发量的变化较小,流域内祁连山站的混合态降水比例减少23.01%,导致降水转化为径流的比例增大;起决定性作用的是正积温, 2014年7月较1959年的正积温高11.71℃·d,主要由于2~4℃的气温日数增多导致正积温增加,从而加剧冰川消融对径流的补给。     

1960-2012年祁连山东段古浪河流域极端气候事件研究

全球变暖引发极端气候事件频发、加剧,是干旱区研究关注的热点科学和社会问题。通过分析祁连山东段古浪河流域1960-2012年日气温、降水数据,研究表明：古浪河流域升温显著,作物生长期、夏日高温日数和热持续日数均在频次和幅度上显著增加,显示出对全球变暖的良好响应。降水存在准3年和准8年的高频波动特征,强降水对年降水影响日趋显著,普通日降水强度则反映出区域差异性,持续干燥日数显示本区呈现湿润化。上述认识可为古浪河流域水资源研究及生态服务提供科技支撑。     

青藏高原那曲河流域降水及河流水体中氧稳定同位素研究

根据青藏高原中部那曲河流域1998年夏季测得的上下游中稳定同位素的日变化,并与同期观测的流域降水中稳定同位素比较,分析了河水中δ18O的变化特征,初步研究了该流域的稳定同位素水文循环过程.河水中δ18O的变化幅度远小于降水,它是降水中δ18O、降水量以及地表蒸发过程共同作用的结果.研究发现湖水对于稳定同位素变化起着显著的调节作用.河水中δ18O与流域降水中δ18O的差异可能反映了该流域强烈的地表和湖面蒸发作用.     

祁连山青海云杉叶片δ~(13)C特征及其与生理指标关系

以祁连山青海云杉叶片为研究对象,通过测定叶片稳定碳同位素比率(δ13C)、叶片含水量(LWC)、脯氨酸含量、灰分含量、碳含量、氮含量、碳氮比、土壤含水量(SWC)等指标,探讨不同水分梯度下叶片δ13C的控制因子.结果表明,祁连山青海云杉叶片δ13C值在-28.9‰～-25.4‰之间变化,平均值为-27.3‰.沿河西走廊从东到西的干旱梯度(降水量逐渐减少),叶片δ13C表现出偏正的趋势.叶片δ13C与LWC和脯氨酸含量呈显著正相关关系,与灰分含量、SWC显著负相关.叶片δ13C值在青海云杉种内分布稳定,主要是由自身的遗传特性所决定,同时与生长环境条件也有一定的关系,其中土壤可利用水分是最主要的限制因子.叶片灰分含量是δ13C值的可选择性替代指标.     

祁连山排露沟流域水分状况与径流形成

对祁连山排露沟水源流域水分状况进行测定分析,结果表明:流域内水分状况与径流形成潜力具有在空间上的异质性,随坡向、海拔等地形因子而发生规律性变化;流域降水不论坡向、海拔变化均能在满足植被(乔木)生长需要后有结余,水分状况较好.流域高海拔较低海拔水分状况好,形成径流潜力大;同一海拔阴阳坡径流系数没有显著差异,但阴坡森林由于结余的水分多、径流潜力大,对河川径流形成的贡献和调节作用均大于阳坡草地.流域高海拔和阴坡森林面积越大,水分状况越好,产流能力越强;流域阴坡森林对河川径流的调节作用使其面积越大河川径流越稳定.     

基于分布式水文模型的雅鲁藏布江径流水源组成解析

为开展河川径流的水源解析,构建过程描述和本构参数两方面均有较强物理性的分布式水文模型。以雅鲁藏布江为对象,利用水文分区曲线对降雨、融雪和融冰等不同水源主导的流量过程进行划分,以划分的流量过程线子集对相应水文过程参数进行分步率定,提高了水文模型参数的物理性,以此构建了雅鲁藏布江流域分布式水文模型及参数集,内部多个水文站点和流域雪水当量的验证表明模型具有良好的性能。基于模型解析了2001-2015年间雅鲁藏布江的径流水源组成,降雨、融雪、融冰水源对总径流量贡献的比例分别为66%、20%和14%。本文方法对高山寒区径流的水源解析有普遍意义,结果对理解气候变化下雅鲁藏布江径流变化趋势有参考价值。     

基于分布式水文模型的雅鲁藏布江径流水源组成解析

为开展河川径流的水源解析，构建过程描述和本构参数两方面均有较强物理性的分布式水文模型。以雅鲁藏布江为对象，利用水文分区曲线对降雨、融雪和融冰等不同水源主导的流量过程进行划分，以划分的流量过程线子集对相应水文过程参数进行分步率定，提高了水文模型参数的物理性，以此构建了雅鲁藏布江流域分布式水文模型及参数集，内部多个水文站点和流域雪水当量的验证表明模型具有良好的性能。基于模型解析了2001—2015年间雅鲁藏布江的径流水源组成，降雨、融雪、融冰水源对总径流量贡献的比例分别为66%、20%和14%。本文方法对高山寒区径流的水源解析有普遍意义，结果对理解气候变化下雅鲁藏布江径流变化趋势有参考价值。