气候和土地利用变化情景下闽江流域水沙变化模拟

[目的] 模拟未来土地利用和气候影响下的流域水沙变化有利于制定适合的流域管理计划。[方法] 基于土地利用和气象数据,结合CMIP6气候模式数据、PLUS模型和SWAT模型,定量模拟2030年土地利用及不同气候情景下径流和泥沙的时空变化。[结果] (1) SWAT模型在闽江流域月尺度模拟精度较好,其中径流模拟的R²范围为0.80~0.95,NSE范围为0.75~0.91;泥沙模拟的R²范围为0.75~0.98,NSE范围为0.64~0.94。(2)利用2020年土地利用数据对PLUS模型进行精度评估的Kappa系数为0.77,模拟2030年闽江流域建设用地和耕地将分别增加325.64,1 157.51 km²。(3) SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下,2025—2035年平均降水量分别增加0.15%和2.18%,年平均气温分别增加0.23,0.62℃。(4)低碳情景和高碳情景下,仅土地利用变化导致年平均径流量相较于基准期分别增加0.08%和0.07%,年平均输沙量分别增加0.24%和减少0.05%;仅气候变化导致年平均径流量相较基准期分别减少4.76%和4.11%,年平均输沙量分别增加18.12%和0.13%;土地利用和气候综合影响导致年平均径流量相较于基准期分别减少4.57%和3.93%,年平均输沙量分别增加18.28%和0.33%。(5)未来气候和土地利用综合变化情景下,地表径流和产沙量较高且增幅较大的区域集中在以南平邵武市为中心的流域西北部和以三明将乐县为中心的流域西南部。[结论] 研究结果为未来闽江流域的合理开发建设提供一定参考依据。     

基于HEC-HMS模型的兰江流域径流预测

[目的] 分析兰江流域径流对气候变化的水文过程响应,为区域水资源可持续发展和防洪抗旱提供科学基础。[方法] 利用2015—2018年日降雨径流过程和6场暴雨洪水过程率定并验证HEC-HMS水文模型在该流域的适用性;基于SDSM统计降尺度模型,对2030—2100年CanESM2模式下RCP2.6,RCP4.5和RCP8.53种情景的气候数据进行降尺度,生成兰江流域6个气象站点未来日降水序列以预测未来气候变化下的径流响应。[结果] HEC-HMS模型对场次洪水和逐日径流模拟的相关系数平均值达到0.89,0.77,平均效率系数达到0.86,0.76;RCP2.6情景下研究区面降水量较于基准期（2015—2018年）减小0.82%,在RCP4.5,RCP8.5情景下分别增大6.18%,18.17%;RCP2.6,RCP4.5,RCP8.53种情景下多年平均径流相较于基准期分别增幅为17.00%,26.22%,41.93%。[结论] HEC-HMS模型在兰江流域有较好的适用性;未来兰江流域径流呈显著上升趋势,增幅程度随辐射强迫度的增加同步增大。当辐射强迫度升高至8.5 W/m²时,流域径流量平均每10 a上升49.49 m³/s。预计21世纪末多年平均径流量达到1 101 m³/s,年径流变化起伏剧烈,汛期径流占全年比例较高,旱涝事件趋于频繁,对人民福祉威胁较大。     

未来气候情境下渭河流域陕西段非点源污染负荷响应

[目的]在全球气候变暖的背景下,探讨气候条件变化对渭河流域陕西段非点源污染负荷的影响,旨在为流域综合治理措施提供依据,从而缓解气候变化对水环境的不利影响。[方法]基于非点源污染分布式模拟模型(SWAT模型),分别对2020,2030和2050年气温和降雨等气候因子变化下渭河流域陕西段径流及非点源污染负荷进行模拟,探讨了气候变化对该流域径流及水体中氮、磷年均负荷的影响。[结果](1)气候变化对流域径流量影响较大。随着未来气温升高降雨增加的共同作用下,径流量增加;到2050年,在平均气温增加2.2℃,降雨量增加7%的情况下,渭河陕西段径流量将增加11.9%。(2)在未来气候变化的影响下,流域年均总氮负荷增加20.9%;总磷负荷增加13.3%。[结论]未来气温升高和降雨增多的气候变化共同作用下,河道径流量增加,总氮、总磷负荷增多,农业非点源污染问题越来越突出。     

1960-2013年广东省梅江流域径流特征及其对降水的滞后效应

[目的]全面了解梅江流域的水文特征及其变化趋势,为河流水量调节、防洪防汛及流域生态环境保护等方面提供决策依据。[方法]以该地区的典型河流梅江为例,利用1960—2013年流域的径流、降水数据,结合累积距平、变异系数、集中度和集中期等数理方法,对梅江的径流量、降水量在年代、年际、季节等时间尺度上进行分析,并用集中期来反映径流对降水变化的滞后效应。[结果]梅江径流量年际变化整体呈下降趋势,递减率为5．79 mm／10 a ;流域径流主要集中在4—9月,季节上主要集中在夏季和春季,径流集中期主要集中在5月下旬至7月中旬;流域内多年降水量呈波动减少趋势,但减少幅度很小,降水集中期主要集中在5—6月;流域内年径流量与降水量存在极大的相关性,并呈线性回归关系（r ＝0．824＞0．428＝ R0．001,54,回归显著水平超过0．001）,流域径流对降水具有滞后效应,多年平均滞后时间为21 d ,且滞后天数随着时间推移呈扩大趋势。[结论]可以推测是人类活动改变了地表覆被状况或者是气候的变化。     

半干旱黄土区降水和气温对北川河径流的影响

[目的]揭示山西省方山县北川河上游流域降水和气温对北川河径流的影响,为分析三川河上游流域乃至黄河中游流域径流量的变化原因提供参考。[方法]利用圪洞控制站数据,采用回归分析、累计距平、多元线性回归模型等方法分析了山西省方山县北川河上游流域1985—2009年间的气象数据、北川河径流变化特征及其相关性。[结果]北川河流域1985—2009年年降水量变化波动性大,整体呈现不明显的下降趋势。最高、最低气温2003年出现骤变,与气温的升高趋势相反,潜在蒸散发呈逐渐下降趋势。北川河年径流量变化差异较大,具有一定的阶段性和突变性,整体呈不明显的下降趋势。[结论]年降水量与温度是影响北川河径流量的主要因子,降水量中汛期降水量占主导地位。     

植被恢复对青海省北川河流域水循环演变趋势的影响

[目的] 研究植被恢复对流域水循环的影响,明确植被恢复条件下流域水资源的演变趋势,为指导干旱半干旱地区开展科学的植被恢复工作提供数据支撑。[方法] 结合青海省北川河流域植被覆盖变化及长序列气象、水文数据,分析流域尺度水循环要素的演变趋势,分析植被恢复对关键水循环要素演变的影响作用。[结果] 20世纪80年代以来,北川河流域丘陵山区植被覆盖快速增加,仅2000—2019年期间平均增幅14.98%,最大增幅52.2%。1956—2019年,流域年降水量相对平稳,但年径流量呈不显著衰减趋势,平均降幅1.60×10⁷ m³/10 a,流域生态用水量增加是造成径流衰减的主要原因;植被恢复改变了流域大气降水的时空分配,在空间上更多降水用于流域内部生态消耗,减小了对下游的水源供给量,在时间上更多降水参与土壤水—地下水循环,延长了向流域外的排泄周期;地表风速、水面蒸发量、干旱指数等气象要素显著降低。[结论] 植被恢复影响下,北川河流域生态用水量增大,径流量衰减,降水—土壤水—地下水循环过程的水量比例增加,流域水源涵养能力不断提高,半干旱的气候条件有所改善。     

长江源区沱沱河流域1961-2011年径流特征及其对降水的滞后效应

[目的]分析51 a来长江源区沱沱河流域径流量在降水的年代、年代际、季节等时间尺度上的变化,以及径流对降水的滞后效应,为流域水资源管理和利用提供理论依据。[方法]利用1961-2011年长江源区沱沱河流域沱沱河水文站和气象站的径流量和降水数据,在此基础上结合累积距平、变差系数、集中度、集中期等统计方法开展分析研究。[结果]沱沱河流域51 a来年际及四季径流量均呈增加趋势,其中年际、春季、夏季增加显著,气候倾向率分别为1.00×10⁸ m³/10 a,6.00×10⁶ m³/10 a,6.30×10⁷ m³/10 a;径流量和降雨量主要集中在5-10月,尤其集中在7月下旬至8月中旬之间。径流量与降水之间存在极显著的相关性;径流对降水均具有滞后效应,多年平均滞后时间为10 d左右,且滞后天数随着时间的推移呈扩大趋势。[结论]近51 a来研究区径流量和降水量的变化趋势均呈增加趋势,径流对降水具有10 d左右的滞后效应。     

气候变化对开都河流域径流的影响研究

利用SWAT模型模拟开都河流域的径流变化,并采用1990—2009年的水文站点径流数据进行精度验证,然后设定气候变化情景,模拟不同气候条件下径流的响应特征。结果表明:模拟结果与实测径流较吻合,剔除异常年份（1994年、1995年）后,校准期（1990—2000年）效率系数为0.58,平均相对误差为-5.7%,线性拟合度为0.8;验证期（2000—2009年）的结果与校准期接近,均达到了模型的评价标准,说明SWAT模型在开都河流域的适用性较好。基于此,采用任意情景设置方法,设置了25种气候变化（气温和降水）组合情景,研究了该流域对气候变化的响应,结果表明,气候变化对径流量的影响较为显著,降水增加或气温降低均会导致径流量增加,流域未来年均径流变化的主要影响因素是降水,温度的影响相对较弱。     

艾比湖流域气候变化及对地表水资源的影响

利用艾比湖流域逐月气温、降水数据,结合流域地表径流和艾比湖湖泊面积数据,分析了1961—2010年流域气候要素变化趋势和突变特征,探讨了气候变化对流域地表水资源的影响。结果表明:(1)近50a来艾比湖流域气温、降水均呈波动上升趋势,气候由暖干型向暖湿型转变。冬季升温对流域气温增幅贡献率大,气温在1995年发生突变。冬季降水量增幅明显,夏季只有温泉站点降水量增幅显著,降水量在1984年发生突变;(2)流域年均气温与径流量呈正相关,年降水量与径流量的变化呈显著同步性;(3)流域年平均气温与艾比湖面积大小关系复杂;年平均降水量与湖泊面积的变化趋势趋于同步,1996—1999年这种同步性更明显;(4)气候变化直接影响冰川伸缩与雪线升降,冰川数量和规模均逐渐减小,用水矛盾日益尖锐,影响绿洲社会经济发展。     

基于SWAT模型的赤水河流域径流年内分配特征及其对降水的响应研究

[目的] 研究赤水河流域径流年内分配的非均匀性变化特征及其对降水的响应情况,为流域水资源的开发利用及防洪治涝等研究提供决策依据。[方法] 以赤水河流域中上游为研究区,构建SWAT模型相关数据库并对流域径流进行模拟。以实测逐月径流数据对模型进行率定验证。基于模型输出结果,结合降水/径流集中度和集中期,分析流域径流年内分配特征及其对降水的响应情况。[结果] 两个水文站率定期决定系数（R²）与纳什效率系数（Ens）均在0.83以上,验证期R²与Ens均在0.69以上,满足精度要求;流域降水和径流年内分配不均匀性显著,二者变化趋势较为一致,主要集中在6—8月;径流集中度的时空分布受降水集中度影响显著,由于入渗和蒸散作用的影响,前者通常大于后者,但当降水集中度较低时（PCD<0.3）,径流集中度不再完全以降水集中度为主导;由于流域径流对降水变化的响应存在滞后性,径流集中期往往大于降水集中期,短期较小幅度的降水量增加对降水集中期影响显著,而对径流集中期影响有限。[结论] 降水是引起赤水河流域径流集中度/集中期变化的主导因素,而在不同降水量条件下径流系数的变化,是径流集中度/集中期对降水集中度/集中期产生不同响应特征的主要原因。     

江河源区生物多样性问题研究

江河源区西部、南部、东南部和东北部都毗邻生物多样性中心,生态系统多样,物种较丰富。这种生物多样性是随着青藏高原的隆起而产生和发展起来的并以其环境为生存条件,因而比较独特,不乏特有种、珍禽异兽、名贵药材和受到国家保护的物种。全面了解江河源区特殊的生物多样性将有利于该区的生态环境保护和区内自然保护区的建设。     

珠江三角洲网河区顶点河道断面侵蚀形态的演变

[目的]研究断面形态的演变特征,给上游来水来沙、人类活动影响的分析提供检验,也为下游水文地貌的演变提供科学依据。[方法]利用珠江三角州网河区三水站和马口站资料,通过提取反映河道断面侵蚀形态的指标,采用模拟退火算法优化的投影寻踪模型,综合解析河道断面侵蚀形态的演变特征。[结果]由于三水站2009年的虚实比远大于其他年份的虚实比,2009年三水站断面侵蚀形态异于其他年份外,其他年份侵蚀形态的变化较为缓和;对于马口站而言,尽管该断面的侵蚀形态变化较多,但综合5项反映河道断面侵蚀形态指标来看,该断面形态的变化类型总体上可以划分成2种侵蚀类别。[结论]总体上,21世纪初马口和三水站断面比20世纪90年代过水断面增大,断面的过水能力有加大的趋势。     

江淮分水岭地区干旱分析

通过对江淮分水岭地区气象和水文资料以及多年旱涝状况的分析，得出了该地区基本的气候特点。该地区气候可划分为东、中、西3部分，西部气候湿润而稳定，旱涝灾害较少；中部气候干燥而稳定，旱灾多于涝灾；东部气候变化复杂，分析认为东部气候类型是整个江淮分水岭地区的基本气候类型，中、西部气候是在该基本气候类型基础上受山地和水域等周围地理环境影响而形成的。     

水土保持措施对秃尾河径流的影响

在黄土高原地区,水土保持措施是影响流域产汇流的重要因素之一。本文采用双累积曲线、时间序列分析等方法,分析秃尾河流域降水及河川径流、暴雨洪水特征变化及其对流域水土流失治理的响应。结果表明:流域多年平均降水量406.4mm,河道多年平均径流量3.4亿m3,1977年后年径流量呈显著性减小趋势。与1977年之前相比,在水土保持措施影响下,汛期径流量占年径流量比例下降,枯水期径流量比例上升,季节分配趋于均匀。相似降水条件下,场次洪水总量、洪峰流量减少,洪水过程均化。     

流速仪比较与林边溪流量量测

该研究于屏东县来义乡林边溪上游,采用电磁式流速仪、旋杯式流速仪及超声波数位流速仪,进行河川流速量测,并比较三种仪器所实际量测获得数据差别及其实用性,在枯水期进行河川流量量测时水位较低,可利用一点法或两点法量测其流速,并以平均断面法计算出流量,在低水位时,旋杯式流速仪会因为水流速度太小使旋杯无法转动,因此在低水位时,可以电磁式流速仪或超声波数位流速仪进行流量量测。量测结果显示林边溪α值(R/D)约在0.911～1之间,而流量Q<10cm/s时,α值非常趋近于1,当流量Q>10cm/s时,α值大约在0.91～0.96,流量Q>10cm/s时,水面宽度T及水力深度D的改变量较大。     

长江上游成为第二条黄河的可能性及其防治对策

从气象因素和下垫面因素出发 ,重点针对长江上游地区的金沙江和嘉陵江流域 2个主要产沙区地表侵蚀和河流泥沙输移特征、来水来沙条件 ,以及人类活动对水土流失的影响程度 ,分析了长江上游成为第 2条黄河的可能性。认为气象因素是影响重点产沙区沙量变化的关键因素 ,而长江上游地面物质侵蚀量和河流泥沙的发展主要受人类不合理的社会经济活动影响。由于长江上游地区水热条件和地貌特征具有相对的稳定性 ,并考虑“长治”工程积极开展水土保持的综合治理工作 ,长江上游的河流泥沙在相当长的一段时期内不会发生显著变化。最后还根据该地区的现实情况 ,提出了进一步防治水土流失的对策与建议     

泾河流域高含沙水流的尺度效应研究

基于泾河流域1965—2014年5—9月的逐日降雨量、逐日径流量和逐日含沙量数据,选取日含沙量≥100kg/m3作为高含沙水流,分析了泾河高含沙水流的空间特征及其变化,并参考降雨量探讨变化成因。结果表明,研究期内泾河流域的高含沙水流变化可以分为3个阶段:1965—1978年为多发期,1979—1990年为略微减少期,2006—2014年为显著减少期。将泾河流域分为南北两个分支,高含沙水流具有明显的尺度效应,北支的产沙模数随流域面积增加而减少,产流模数随流域面积增加而增加,南支的产沙模数随流域面积增加而增加,产流模数也随流域面积增加而增加。南北两个分支的产流模数和产沙模数在3个阶段经历了相似的变化,先是1979—1990年略微减少,之后在2006—2014年显著减少,使最初的复杂尺度效应转变为后期简单的线性尺度效应。分析结果说明泾河流域内部各区域在水土保持措施长期实施下高含沙水流均得到有效控制。     

塔里木河下游生态输水及河道生态整治工程探讨

通过近几年向塔里木河下游的应急生态输水，水流到达塔里木河尾间台特玛湖，沿岸地下水位上升，沿河部分地段植被长势得以恢复，局部地区生态环境改善。为了从根本上解决塔里木河下游的生态环境问题．探讨了下游河道生态整治工程，包括河道疏浚输水线路选择和设置生态闸的问题。大西海子水库下游河道疏浚工程有3条输水线路可供选择，通过投资、占地、施工、管理、防洪等综合比较，选择在大西海子水库主坝上新建一座放水闸方案。方案在技术上和经济上是可行的。本着尽量少而又要满足河道疏浚后沿岸植被生长需水的原则，分析了沿岸生态闸设置的必要性和保护的生态植被的面积，并探讨了今后生态输水方式的选择与生态闸的开启顺序。     

基于DEM的黑龙江宾州河流域水系提取试验研究

基于数字高程模型(digital elevation models,DEM)提取河网及相关流域信息是数字水文研究中的热点问题。以东北黑土区宾州河流域为研究区域,采用5m分辨率的DEM作为研究数据,运用ArcGIS9.2中的Hydrology水文处理工具包(Arc Hydro Tools)提取研究区河网特征。研究结果表明,分别采用0.75,1.25,2,2.5,3.75和5km2的集水面积阈值提取流域河网特征时,不同集水面积阈值对确定主河道的空间位置影响较小,但提取的数字流域河网特征会发生较大变化。基于河网密度与集水面积阈值及河源密度与集水面积阈值的关系探讨了适宜的集水面积阈值确定方法,发现取集水面积阈值为2km2时提取的河网特征与实际水系特征基本吻合,精度达95%以上。因此,基于Arc Hydro Tools的流域特征自动提取是切实可行的。     

马营河流域河道治理的必要性及工程设计

马营河位于右玉县东北部,属黄河流域苍头河的一级支流。长期以来,马营河流域治理缺乏统一规划,河道治理没有全面开展,两岸修建的一些防洪工程,分布零散,毁坏也比较严重,全河段的综合防洪能力低于5 a一遇洪水标准。加之近年来河道采砂,私挖乱采,大量弃渣与垃圾堆放在河道,严重影响河道正常行洪和生态环境。为了防洪减灾,保证沿岸居民的生命财产安全;发展生态旅游,调整经济结构;改善生态环境,推动脱贫攻坚;开展马营河河道治理势在必行。从多个方面论述了马营河河道治理的必要性,针对目前河道治理现状,规划布局了堤防、护岸、疏浚、蓄水、排水及植物防护等工程,并进行了具体设计和综合效益分析。