分布式水文模型在黄河流域的应用

流域的水资源规划和管理都离不开水资源的定量化评估。而准确评估流域的水资源量,尤其是在大流域,必须明晰不同气候、地形、土地利用等自然条件下的水文循环过程。同时农业灌溉及水库调节等人工的直接取水和调控使水文过程变得更为复杂。仅依靠气象及水文观测数据,已很难拟合出单一的降雨-径流关系来模拟和预测流域水资源的时空分布。这时就需要一种新型水文模拟手段,它可以利用地理信息来描述流域的空间不均一性,并基于物理控制方程来描述水文过程,这就是分布式水文模型。作者介绍了这种模型及其在黄河流域的应用。     

Evaluating the suitability of TRMM satellite rainfall data for hydrological simulation using a distributed hydrological model in the Weihe River catchment in China

The objective of this study is to quantitatively evaluate Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) data with rain gauge data and further to use this TRMM data to drive a Distributed Time-Variant Gain Model (DTVGM) to perform hydrological simulations in the semi-humid Weihe River catchment in China. Before the simulations, a comparison with a 10-year (2001-2010) daily rain gauge data set reveals that, at daily time step, TRMM rainfall data are better at capturing rain occurrence and mean values than rainfall extremes. On a monthly time scale, good linear relationships between TRMM and rain gauge rainfall data are found, with determination coefficients R² varying between 0.78 and 0.89 for the individual stations. Subsequent simulation results of seven years (2001-2007) of data on daily hydrological processes confirm that the DTVGM when calibrated by rain gauge data performs better than when calibrated by TRMM data, but the performance of the simulation driven by TRMM data is better than that driven by gauge data on a monthly time scale. The results thus suggest that TRMM rainfall data are more suitable for monthly streamflow simulation in the study area, and that, when the effects of recalibration and the results for water balance components are also taken into account, the TRMM 3B42-V7 product has the potential to perform well in similar basins.     

黄河源区径流年内分配变化规律分析

河川径流的年内分配特征与特定的径流补给条件关系密切。在气候变化以及人类活动的影响下,河川径流的年内分配特征也发生着相应的变化,直接影响水资源的开发利用以及生态系统的健康。本文根据黄河源区主要测站1952～1997年的月天然径流资料,分析了年内分配不均匀系数、集中度和集中期、变化幅度等特性。结果表明:1)黄河源区径流的年内分配特征20世纪90年代和70年代较为接近,而80年代则与60年代较为接近。2)90年代的径流年内分配特征出现了较大的变化,突出表现在汛期径流量的减少;3)玛曲水文站径流年内分配的不均匀性、集中度以及相对变化幅度都略高于唐乃亥,而绝对变化幅度则较小。     

黄河流域NDVI时空变化及其与降水/径流关系

NDVI是表征区域植被覆盖的重要指标。本文把黄河流域划分为 16个区域 ,利用Pathfinder (探路者 )的AVHRR NDVI资料 ,得到各区域 1982～ 1998年NDVI统计序列 ,详细分析了各区域NDVI时空变化特征。研究表明 ,17年来黄河流域各分区年平均NDVI都呈增加趋势 ,说明植被覆盖增加 ,生态环境好转 ,但是 8月份龙羊峡以上和兰河干流区间NDVI则有所下降 ,生态环境有局部恶化趋势。最后研究各区域NDVI与降水、径流和径流系数的年内、年际相关关系 ,结果表明 :从年内变化看 ,黄河流域各区域NDVI变化与降水、径流变化呈明显的正相关 ;从年际变化看 ,黄河流域各区域NDVI波动趋势与降水具有一定的相关性 ,但与径流、径流系数变化的关系相对复杂 ,不具有明显的相关性     

1766 年以来黄河中游与永定河汛期径流量的变化

利用清代志桩涨水尺寸和雨分寸记录、近现代器测水文与降雨数据等多种资料,重建/修正了永定河卢沟桥断面和黄河三门峡断面1766-2004 年的汛期径流量(m³/s),其在夏秋汛期的多年平均径流量分别为109.0 m³/s 和5121.1 m³/s。并依据多年径流量平均值±1 个标准差值得出了新的丰-枯水发生年表。小波分析显示两者具有较为明显的30~40 年周期,1920 年之后,永定河持续性的枯流使河流水量变化周期消失,黄河中游的高频周期则更加发育。两者在1780-1900 年存在20 年尺度上的变化同步性现象,而1840-1860 年代和1890-1910 年代两者出现了明显的反相位现象。从1766 年以来的情况分析,中国东部季风区进入20 世纪暖期之后,黄河中游与永定河卢沟桥以上流域的汛期降雨基本为反相关关系。     

起伏地形下黄河流域太阳直接辐射分布式模拟

基于数字高程模型(DEM)数据和气象站观测资料建立了起伏地形下太阳直接辐射分布式计算模型,模型充分考虑了地形因子(坡向、坡度、地形相互遮蔽)对起伏地形下太阳直接辐射空间分布的影响;以1km×1km分辨率的DEM数据作为地形的综合反映,计算了起伏地形下黄河流域1km×1km分辨率太阳直接辐射的空间分布;深入分析了起伏地形下太阳直接辐射受地理、地形因子影响的变化规律。结果表明:受地形起伏和坡向、坡度等局地地形因子的影响,山区年太阳直接辐射量的空间差异比较明显,向阳山坡(偏南坡)的年直接辐射量明显高于背阴山坡(偏北坡)     

黄河流域生态系统服务权衡协同关系时空异质性

探究流域生态系统服务的权衡协同关系及其尺度效应对合理制定生态环境政策和有效配置环境资源具有至关重要的意义。以黄河流域为研究对象,采用1990、1995、2000、2005、2010、2018年6期数据,采用InVEST和CASA模型评估产水量、碳储量、土壤保持量、生境质量和净初级生产力（NPP）5项生态系统服务,采用Spearman相关性分析黄河流域及其二级流域各项生态系统服务间的权衡关系。结果表明：全流域尺度上产水量与碳储量、生境质量呈权衡关系,其余各项服务间呈协同关系;产水量与碳储量、产水量与生境质量、碳储量与土壤保持量、碳储量与生境质量、碳储量与NPP、土壤保持量与生境质量之间的关系8个二级流域与黄河流域全域均保持一致。产水量与土壤保持量、产水量与NPP、土壤保持量与NPP以及生境质量与NPP的关系在二级流域间出现了差异。各生态系统服务整体表现出了明显的二级流域差异且显示地域规律性。多尺度评估生态系统服务间的权衡协同关系,可为制定黄河流域发展和生态保护双赢政策提供可靠参考。     

黄河流域植被覆盖度动态变化与降水的关系

利用8km分辨率Pathfinder NOAA-NDVI数据，对黄河流域1982－1999年地表植被覆盖的空间分布及时间序列变化进行了分析，并通过计算不同时段降水量与年最大NDVI之间的相关系数分析了降水对流域植被覆盖的影响。结果发现近20年来黄河流域平均植被覆盖度有增加趋势，但青藏高原上有所减小；汛期降水量的多少对地表植被覆盖度的年际变化起主要作用，其中草原地区影响最显著，而在森林植被区及部分灌溉农作区，降水的年际变化对地表覆盖的影响比较小。     

起伏地形下黄河流域太阳直接辐射分布式模式

基于数字高程模型(DEM)数据和气象站观测资料建立了起伏地形下太阳直接辐射分布式计算模型,模型充分考虑了地形因子(坡向、坡度、地形相互遮蔽)对起伏地形下太阳直接辐射空间分布的影响;以1km×1km分辨率的DEM数据作为地形的综合反映,计算了起伏地形下黄河流域1km×1km分辨率太阳直接辐射的空间分布;深入分析了起伏地形下太阳直接辐射受地理、地形因子影响的变化规律.结果表明受地形起伏和坡向、坡度等局地地形因子的影响,山区年太阳直接辐射量的空间差异比较明显,向阳山坡(偏南坡)的年直接辐射量明显高于背阴山坡(偏北坡).     

Runoff of the upper Yellow River above Tangnag:characteristics, evolution and changing trends

Runoff and its evolution, based on hydrometeorological data from surface measurement stations, are analyzed for the upper reaches of the Yellow River above Tangnag. Some mathematical statistical models, for example, Period Extrapolation-Gradual Regression Model, Grey Topology Forecast Model and Box-Jinkins Model, are applied in predicting changing trends on the runoff. The analysis indicates that the runoff volume in the upper Yellow River above Tangnag is ending a period of extended minimum flows. Increasing runoff is expected in the coming years.