基于Budyko理论的黑河流域中游地区实际蒸散发估算及其变化归因分析

蒸散发是黑河流域中游地区农业绿洲水分消耗的主要途径,准确估算该地区的实际蒸散发量并对其变化规律进行分析对于科学指导当地农业灌溉、优化水资源配置等具有重要意义.基于Budyko理论及其改进的傅抱璞经验模型估算黑河流域中游地区2006-2015年的实际蒸散发量,利用Mann-Kendall方法分析实际蒸散发序列的趋势特征和...     

土地利用变化对横排头流域蒸散发的影响研究

研究土地利用变化对横排头流域蒸散发的影响。以1980,1990,2000年土地利用专题地图和横排头流域1980-2009年30a资料,通过GIS技术与Matlab相结合的手段,首先检验了基于Budyko假设的傅抱璞公式在研究流域的适用性,而后应用它分析研究了土地利用变化时的蒸散发规律。研究表明:不同土地利用的傅抱璞公式的v从大到小依次为耕地未使用地林地城镇草地;研究流域砍林使得多年平均实际蒸散发平均增加193mm,而造林使得多年平均实际蒸散发变化平均减少290mm。     

基于双源蒸散发的新安江模型在淮河上游的应用

传统的新安江模型在计算流域蒸散发能力时仅依据非常有限的几个蒸发站的蒸发皿实测水面蒸发乘以一个折算系数来获得,不能考虑土地利用/覆被、气候特征、植被叶面积指数等因子的时空差异性和土壤特性、流域地形的空间差异性对流域蒸散发量影响。通过将考虑植被叶面积指数动态变化对蒸散发影响的双源蒸散发模型与新安江模型集成,改进了新安江模型的蒸散发计算模块,并以淮河息县水文站以上流域为研究区,以日为时间尺度,基于地形、土地利用、气象及水文资料对息县以上流域2000~2008年降雨径流过程进行模拟,结果表明,基于双源蒸散发的新安江模型能有效地模拟淮河上游降雨径流过程,满足模拟精度要求。研究成果为改进新安江模型中蒸散发计算模块提供了依据,也可为改进的新安江模型在其他流域的应用提供参考。     

基于Budyko假设的黄河源区径流变化归因识别

黄河源区是黄河水塔,其径流量变化的归因分析对黄河流域水资源开发利用至关重要。采用基于Budyko假设的弹性系数法量化气候因素和其他环境驱动因素对黄河源区河川径流量变化的影响。研究结果表明:1965-2013年黄河源区年降水增加,年潜在蒸散发减少,变化趋势均不显著,同时期的年径流序列呈现不显著减少趋势。在1989年实测径流序列存在突变现象,1990-1999年气候因素对径流减少的贡献率约为39%～45%,其他环境驱动因素的贡献率约为55%～61%;2000-2013年气候因素使径流量增加,其他环境驱动因素是径流量减少的主要原因。流域1980-2010年时期土地利用类型和覆盖无显著变化,研究区域冰川退缩、冻土层持续下移等其他环境驱动因素是造成黄河源区径流量减少的主要原因。     

基于时变Budyko公式的年径流变化机理分析——以贵州省六硐河为例

气候变化与人类活动是流域径流变化的重要原因。随着人类活动逐渐频繁，不同地区的水文情势不同程度地发生着变化，因此对径流变化机理的分析一直是水文学界的重要议题之一。Budyko水热耦合平衡公式是常用的径流变化机理分析工具，因其一方面考虑了一定的物理成因，另一方面公式参数较为简单，由此在径流变化归因较长时间尺度分析上得到了广泛应用，但当前对时变形式的Budyko公式研究及应用仍有待加强。以贵州省六硐河流域为例，通过Mann-Kendall检验和突变检验方法对研究区年径流进行趋势和突变分析，基于水热耦合平衡原理构造了包括线性、二次多项式以及具有物理机制等形式的Budyko参数时变辨识公式，以Nash效率系数为评价指标，验证最适应研究区的水热耦合公式，最后计算降水量、潜在蒸散发量和人类活动等因素对径流变化的贡献率，进行六硐河流域径流变化归因分析。研究结果表明，近年来随着气候变化影响加剧，六硐河流域径流呈明显的下降趋势，在1997年发生显著性突变。比较降水量、潜在蒸散发量和人类活动因素对径流的敏感性，发现降水减少是流域径流减少的主导因素，其贡献率为49%。同时，随着人类经济社会的发展，大型水利设施...     

南水北调一期通水后海河流域平原区地下水修复研究

海河流域平原区地下水超采严重。南水北调工程通水后该区域水资源供给格局将发生较大变化,地下水超采情况有望得到缓解。以2020年为水平年,以水资源三级区为计算单元,分析南水北调通水后区域地下水开发利用与修复情况,以追求节约用水和修复地下水位为目标进行地下水调控。该研究对于发挥南水北调工程的巨大作用和促进海河流域平原区水资源的可持续利用具有指导意义。     

土壤蒸散发模型研究

本研究利用新安江流域产流模型研究降雨条件下土壤水分的运动规律。将研究区域的土壤分为上、下和深层分别计算蒸散发,选用2002年7-10月肇州县水利科学研究所土壤水分监测数据及降水和蒸发资料进行模拟,确定了模型的物理参数,其结果三个观测点模拟结果与实际观测值基本吻合,所建立的模型已经能够描述土壤水分的变化规律与降水、蒸散发特点密切相关。     

蒸发资料在灌区流域产流计算中的应用研究

利用灌区下垫面分类明显的特点,用加权平均法解决下垫面对流域蒸散发的影响,建立器测值与流域蒸散发要素之间的定量关系,并利用器测值容易确定的优点解决了常用产流模型中参数选定难的问题,使灌区流域产流计算更加精确,简单。     

蒸发资料在灌区流域产流计算中的应用研究

利用灌区下垫面分类明显的特点,用加权平均法解决下垫面对流域蒸散发的影响;建立器测值与流域蒸散发要素之间的定量关系,并利用器测值容易确定的优点解决了常用产流模型中参数选定难的问题,使灌区流域产流计算更加精确、简单。     

基于LU-SWAT模型的土地利用/覆被变化对水文过程的影响研究——以黑河上游为例

【目的】揭示内陆河流域集水区土地利用/覆被变化对水文过程的影响及其成因。【方法】基于能够逐年调用土地利用/覆被数据的LU-SWAT模型,并结合控制变量法研究了黑河流域集水区黑河上游1990—2009年土地利用/覆被变化对地表径流、侧向流、蒸散发量、地下径流以及总产水量的影响。【结果】LU-SWAT模型对于黑河上游月、年出山径流模拟结果较好,其月径流模拟的纳什系数为0.93,相关性系数为0.94;其年径流模拟的纳什系数为0.83,相关性系数为0.86。此外,其对各个水文要素的模拟结果符合西北干旱区内陆河流域集水区的水文特征;1990—2001年黑河上游土地利用变化主要表现在林地的减少,而2002—2009年土地利用的变化除了林地和草地的增加之外,还表现在裸地的大面积减少;1990—2001年黑河上游地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量都呈现增加趋势,而地下径流呈减少趋势,2002—2009年流域地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量减少,而地下径流量增加。在黑河上游,干旱条件下各水文要素对于土地利用覆被变化的响应更明显。【结论】1990—2001年林地的减少可能是流域地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量都呈现增加趋势而地下径流呈减少趋势的主要原因。2002—2009年裸地的大面积减少可能是流域地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量减少而地下径流量增加的主要原因。     

基于支持向量机的干旱区月潜在蒸散发的模拟

探讨支持向量机回归模型模拟无风速和日照时数条件下潜在蒸散发的有效性,为气象资料短缺的干旱地区提供潜在蒸散发模拟的新途径。根据西北干旱区石羊河流域5个气象站1999―2009年基准期的日气象资料,用Penman-Monteith方程计算月潜在蒸散发量,采用支持向量机回归模型(SVR)模拟潜在蒸散发。以均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、确定性系数(DC)以及相关系数(R)作为模型的性能评价指标。结果表明,在模拟月潜在蒸散发时,无论在训练期还是验证期,当输入变量为最高气温、最低气温、平均气温、相对湿度、风速和日照时数等6个气象因子时,SVR模型取得了较好的模拟效果,各站的R和DC均在0.9以上;当输入气象变量为最高气温、最低气温、平均气温及相对湿度4个气象因子时,SVR模型对月潜在蒸散发的模拟精度略低于6个因子输入的精度,但各站的R和DC依然在0.9以上,说明在无风速和日照时数两个气象因子时,SVR模型可以有效的模拟干旱区月潜在蒸散发量。     

江江河流域降雨径流关系变化及其影响因素分析

以海河流域黑龙港运东地区内的江江河为典型研究区域,通过计算产流面积上的降雨径流关系得出相同降雨量情况下,20世纪80年代后的产流量明显小于80年代前的产流量。并对降雨因素、包气带厚度和灌溉面积等对径流的影响进行了分析。结果表明,区内年降雨量和汛期降雨量均呈不显著的减小趋势,可能是该区域径流量减小的原因之一;地下水埋深增大,包气带厚度增加,致使地下土层的有效储水空间增大,是导致该区域径流量减小的一个主要因素;有效灌溉面积的增加,土地平整化及方格化,也是导致80年代后径流量减小的因素。     

基于MOD16的澴河流域蒸散发时空分布特征

【目的】研究流域尺度上的蒸散发分布规律,为流域水资源评价和农业生产提供依据。【方法】基于2000―2013年的MOD16蒸散发数据集,选取澴河花园站以上流域为研究区,对年际、年内以及不同土地利用类型下的流域实际蒸散发(ET)和潜在蒸散发(PET)进行了研究。【结果】针对本流域ET与PET计算,MOD16数据集的精度总体上符合要求,可用于蒸散发研究;2000―2013年,研究区多年平均ET为635 mm,总体上呈北高南低、东高西低的趋势。多年平均PET为1 536 mm,总体上北部丘陵地区最低,山区最高,其他区域分布较为均衡;ET呈逐年下降趋势,年际变化率5.53 mm/a,显著下降区域分布在平原地区。PET呈上升趋势,年际变化率16.13 mm/a,显著上升区域集中于丘陵地区;以ET和PET差值D反映流域的干旱程度,流域干旱情况呈现上升趋势,在3―6月和9―10月更易出现干旱现象,易旱区域主要为平原地区;不同土地利用类型下的ET在3―11月表现出差异性,从大到小依次为林地草地农田城镇。PET从大到小依次为城镇农田草地林地,林地PET峰值出现在6月,其他均出现在5月。【结论】由于气候条件和人类活动的影响,2000―2013年,澴河流域内ET有所下降,而PET有所上升,平原地区缺水情况最为明显。     

解放闸灌域农田耗水时空变化特征及灌溉效率评价

根据内蒙古自治区河套灌区解放闸灌域多年遥感蒸散发数据(2000-2014年),分析了农田实际蒸散发年际变化、空间分布特征以及其与地下水埋深的相关性。结合水量平衡模型对灌域灌溉用水效率进行了评价,同时对大型灌区续建配套及节水改造以来灌域水循环要素年际变化进行了统计分析。结果表明:解放闸灌域农田蒸散发量年际变化呈增加趋势,多年平均蒸散发量为8.56亿m~3(597.30mm);2000、2003、2006、2009、2012和2014年农田蒸散在空间上表现为西部和东北部区域高于其他区域,其空间差异性并未随时间发生明显变化,与地下水埋深空间分布特征相似,蒸散发高值区域发生在地下水埋深较浅区域,潜水蒸发对农田蒸散发量影响不可忽视。节水改造实施以来,灌域净灌溉引水量有所减少,灌溉水利用系数得到提高,地下水位由1.76m降到2.16m,由此表明了节水改造对该地区生态环境改变的积极影响。     

淮河上游土地利用变化对流域蒸散发能力影响研究

土地利用变化对蒸散发的影响是水文等相关领域研究的热点问题。选取淮河上游息县流域作为研究对象,基于1995年和2000年土地利用资料分析土地利用变化,应用分布式双源蒸散发模型计算基于网格的蒸散发能力,分析土地利用变化对不同典型年不同时间尺度蒸散发能力的影响。结果表明:从1995年到2000年,30%流域面积的土地利用发生了变化,其中水田转变为旱地占比最大;发生蒸散发能力变化的大部分网格的季尺度蒸散发能力在不同典型年均呈现不同程度的减小,且夏季最为显著;发生蒸散发能力变化的大部分网格的年尺度蒸散发能力在不同典型年也均呈现不同程度的减小,且减小幅度依枯水年、平水年、丰水年递减。研究成果可为变化环境下水循环演变研究提供支撑,对水土地资源的开发利用也具有参考价值。     

基于SEBS模型反演凌河流域尺度地表蒸散发量

利用NOAA/AVHRR数据和气象资料,结合反演陆面蒸发较为准确的SEBS(Surface Energy Balance System)模型,反演了2011年我国辽宁西部地区凌河流域蒸散发量的时空分布。研究表明,凌河流域各月的蒸散发量变化范围在0~7mm之间,少数地区超过7mm。研究为大面积获取我国辽西北干旱地区的蒸散发情况奠定了基础。     

陆浑灌区实际蒸散发影响因素分析

实际蒸散发是水文循环的关键环节,分析灌区实际蒸散发及其影响因素对灌区水资源的高效利用和农业高质量发展具有重要意义。然而,目前蒸散发的影响因素研究在确定主要因素时往往采用解释力较差的传统统计学方法,在相关性分析时忽略了蒸散发与其影响因素在空间上的相关性。因此利用改进的随机森林模型确定实际蒸散发的主要影响因素,并通过岭回归模型和地理加权回归模型探究实际蒸散发与其影响因素的时空相关关系。结果表明：(1)在灌溉期,地表净辐射、平均气温、叶面积指数和实际水汽压是实际蒸散发的主要影响因素;在非灌溉期,地表净辐射、平均气温、风速和日照时间是实际蒸散发的主要影响因素。实际蒸散发在一定程度上代表了灌区的作物耗水量。因此,灌区作物耗水在灌溉期和非灌溉期的影响作用有一定的差异。(2)在时间上,风速与实际蒸散发为负相关关系且呈显著负相关(P<0.05),其余影响因素与实际蒸散发均为正相关关系且呈显著正相关(P<0.05);在空间上,除风速与实际蒸散发在大部分区域呈负相关关系,其余影响因素都与实际蒸散发在大部分区域呈正相关关系。因此,除风速外,其余影响因素对灌区作物耗水在大部分区域都为正向促进作用。     

灌区尺度遥感蒸散发模型时间尺度提升方法研究

以内蒙古河套灌区解放闸灌域为典型研究区,构建基于能量平衡原理的单层遥感蒸散发模型,利用2014年Terra和Aqua卫星的MODIS标准陆地产品模拟蒸散发时空分布,分别探讨将遥感蒸散发模型由卫星过境时刻的瞬时值扩展到日蒸散发的尺度提升方法,以及由未受云层遮挡的日蒸散发扩展到全年的尺度提升方法。由瞬时到日的尺度提升采用日内代表性参数法,避免了对气象数据进行降尺度带来的误差及由瞬时蒸散发到日蒸散发尺度提升过程中的误差,由日到全年的尺度提升采用逐象元插值的方法,使遥感数据的利用得到最大化。     

基于Budyko假设的岷江流域实际蒸散模拟研究

基于Budyko假设,采用傅抱璞模型对1980—2010年岷江流域实际蒸散进行模拟,将Mann-Kendall检验法、Pettitt突变检测法、反距离权重插值法用于分析实际蒸散的时空变化特征,以灵敏度及Pearson相关系数为指标分析了岷江流域实际蒸散的主要影响因子。结果表明,基于Budyko假设的傅抱璞模型对岷江流域实际蒸散的模拟效果较好。岷江流域多年平均实际蒸散在空间上呈自东南向西北逐渐减少的分布特征;在研究时段内,流域的多年平均实际蒸散呈显著下降趋势(通过99%置信度检验),并于1991年发生显著性突变(通过90%置信度检验)。岷江流域实际蒸散的变化是多种因素共同影响的结果,其中降雨是主要的气候影响因素。     

汉江流域多种遥感蒸散发产品评估

基于流域水量平衡原理,采用汉江流域2005-2012年GRACE水储量数据,计算得到流域水量平衡月蒸散发(ETWB),并将ETWB作为ETa真值,评估诊断模型(ETMOD16、ETZHANG、ETGLEAM)、陆面模式(ETGNOAH1、ETGNOAH2)、再分析(ETJRA55)3种类型的6种ETa产品精度;通过基于γ累积概率分布的偏差校正方法,对ETa产品进行校正,以提高各产品在汉江流域的可靠性。结果表明,校正前诊断模型产品的精度明显优于其他类型的产品,且6种ETa产品在汉江流域表现出相似的空间分布,流域中部ETa明显高于其他地区。同时,校正后的蒸散发产品精度均得到一定的提高,且偏差校正对蒸散发活动较强的月份改善效果更为明显。此外,校正前后ETGLEAM在汉江流域均表现出较高的适用性。