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。     

土地利用和气候变化对嘉陵江流域水文特征的影响

以嘉陵江流域为研究区,通过模型校准与验证得到适宜于该流域的SWAT模型,在综合考虑土地利用和气候变化特征的基础上构建多种情景模式,模拟了不同情景下的主要水文要素。结果表明:(1)1985—2005年,流域林地减少,城镇和农村居民用地增加;草地和工业用地在上游减少,中下游地区增加;耕地在上游增加,中下游地区减少。流域总体呈暖干化趋势,上游地区水热条件的变化较中下游地区大。(2)与1976—1995年相比,土地利用和气候变化共同作用使地表径流增加,地下径流、土壤含水量、壤中流、实际蒸散发和产水量减少。其中,气候变化对流域水文过程的影响大于土地利用变化。林草地具有明显的水土保持作用,耕地在水土保持和水源涵养方面呈负贡献。RCP8.5情景下年平均产水量较RCP 4.5情景高,但长期来看,RCP 4.5情景对降低地表径流和实际蒸散发,增加地下径流、壤中流和产水量的作用优于RCP 8.5。(3)土地利用和气候变化对流域地表径流的影响较大,对中下游的影响大于对上游的影响。     

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。     

HEC-HMS水文模型在数据稀缺山区流域中的应用——以乌鲁木齐河流域为例

[目的]评价HEC-HMS分布式水文模型在干旱区资料稀缺内陆河流域洪水模拟预报中的适用性。[方法]以乌鲁木齐流域上游为例,结合流域实测水文气象资料,率定模型参数、建立并验证HEC-HMS模型。[结果]1957—2009年乌鲁木齐河上游流域13场历史洪水模拟中,HEC-HMS模型洪水模拟确定系数R2取值分布在0.67~0.87之间,洪峰流量模拟相对误差均小于15.6%,模拟精度较高。[结论]建立的HEC-HMS模型有效,模型参数的率定合理以及HEC-HMS模型在干旱数据稀缺山区流域洪水模拟中具有较好的适用性。     

基于CMIP6的气候变化下资水流域径流响应研究

[目的]探究未来气候变化情景下资水流域的径流响应情况,为实现流域可持续发展、制定防洪抗旱决策提供科学支持。[方法]基于3个CMIP6全球气候模式,通过构建流域SDSM降尺度模型和SWAT水文模型,预估了SSP1-2.6,SSP2-4.5和SSP5-8.5气候情景下资水流域2030—2089年的气温与降水变化,并进一步探究流域径流对气候变化的响应。[结果]未来资水流域呈较显著暖湿化趋势,空间上流域全范围升温且以新宁、邵阳站附近增幅最大;降水增加区域主要集中在以冷水江为中心的中下游地区,减少区域位于洞口站以西。在此背景下,未来桃江站与邵阳站年均径流与流域降水的变化趋势基本一致,邵阳站以上的上游区域可利用水资源量减小的可能性较大。枯水期流域水资源将面临更加紧缺的风险,且汛期有提前的趋势,主汛期水资源分配的均匀程度将上升。[结论]在气候暖湿化的背景下,资水流域水资源管理将遭遇更严峻的挑战,应加强水资源保护和流域综合管理。     

闽江流域不同土地利用情景下的径流响应研究

通过构建适用于闽江流域的SWAT分布式水文模型，结合情景设置法，分别模拟研究区内不同土地利用情景下的径流过程，以定量分析土地利用变化对流域径流影响。结果表明：（1）经过参数率定的SWAT模型，率定期和验证期的评价指标R²>0.9，NSE>0.8，|PBIAS|<10%，符合模型径流模拟要求，在闽江流域具有良好的适用性；（2）相比闽江流域现状土地利用情景，耕地储备、建设开发情景下流域年均径流量分别增加12.41%，22.89%；植被恢复、分区调控情景下流域年均径流量减少4.09%，1.61%，林地和草地类型能有效减缓地表径流，减小径流年际变化量，而耕地、建设用地类型产流作用明显；（3）结合涵养指数值及丰、枯水期月均径流模拟结果分析，研究流域内林地和草地类型涵养水源、调节径流功能显著，耕地和建设用地类型径流调节能力较差，但前者水源涵养能力相对优于后者；（4）以"闽西北区合理开发耕地，保护森林，闽东北区推广坡度工业"为依据设置的分区调控情景，既能有效减缓与调节流域径流，又能保证区域粮食产量与促进经济发展，实现生态效益与经济效益统一，为闽江流域科学高效、可持续的土地利用规划提供参考。     

基于CMIP5模式和SDSM的赣江流域未来气候变化情景预估

赣江流域未来气候变化预估,对于了解该流域未来水资源的变化、指导流域防洪抗旱和水资源的合理开发利用具有重要意义。为预估该流域未来气候变化,利用1961—2005年赣江流域6个气象站数据、NCEP再分析数据并选择了CMIP5中CanESM2模式下3种排放情景RCP2.6,RCP4.5,RCP8.5,采用SDSM模型研究了赣江流域未来气候变化。结果表明:（1）赣江流域未来温度和降水总体均呈上升趋势。（2）在RCP2.6,RCP4.5,RCP8.5这3种排放情景下赣江流域未来最高气温分别增加1.8,2.1,2.8℃;未来最低气温分别增加1,1.2,1.9℃;未来平均气温分别增加1.5,1.6,2.3℃;3种排放情景下未来温度空间分布都是南高北低,西高东低,并在南北方向呈带状和环状分布。（3）在未来3个时期（2020s,2050s,2080s）、3种排放情景下赣江流域气温呈上升趋势,且6月份增幅最大,2月份增幅最小。（4）在未来3个时期、3种排放情景下,赣江流域未来降水均呈增加的趋势;5—10月降水量均呈现下降趋势,1—4月、11—12月降水量呈现增加趋势;3种情景下的未来降水空间分布基本呈南低北高,在南北方向呈递增趋势。对赣江流域气候要素模拟与预估表明,赣江流域未来气候变化存在降水增加及极端天气事件发生的危险,分析结果可为赣江流域气候变化的水文响应及气候变化的适应性研究提供科学依据。     

土地覆被和气候变化对锡林河流域径流量的影响

土地覆被和气候变化是影响流域水资源宏观调控以及合理规划的两个主要因素,以锡林河流域为研究区,借助锡林浩特及周边4个国家气象站点,通过设定情景模式与SWAT模型相结合的方法分别对其进行了分析研究。通过极端土地利用法对研究区内土地利用/覆被设定不同情景模式,研究了土地利用/覆被变化对径流量的影响,另外采用最新的气候模式CMIP5的两种RCP排放情景RCP4.5和RCP8.5,预测了未来气温、降水、径流的变化情形。结果表明:土地变化对径流量的年际变化影响较弱,但对于汛期径流量影响显著;研究区径流量对气候表现敏感程度非常显著,未来最低、最高气温均表现出增温趋势且未来降水、径流变化趋势基本保持一致,呈增长趋势。     

基于统计降尺度和CMIP5模式的泾河流域气候要素模拟与预估

为了明确变化环境下流域未来气候要素时空变化趋势及特征,该文以泾河流域为研究对象,利用流域1960-2010的逐月降水、气温和NCEP再分析等资料,建立了流域气候要素月序列降尺度模型;然后,将模型应用于CMIP5中CNRM-CM5模式下的RCP4.5和RCP8.5情景,得到了流域未来气候要素的变化趋势。主要成果如下:1)该方法对气温的模拟效果较好,降水次之;2)RCP8.5情景下泾河流域未来年均降水量是356.41 mm,小于RCP4.5情景下的374.19 mm;除冬季外,流域未来春、夏及初秋的降水将有所减少,空间分布在南北方向呈现递减趋势;3)RCP8.5情景下泾河流域未来年均温度是9.32℃,高于RCP4.5情景下的8.96℃;流域未来气温除了深冬初春降低外,其余时期尤其是夏季将显著上升,空间分布为南高北低、西高东低。对泾河流域气候要素模拟与预估表明,泾河流域未来气候演变中存在着降水减少以及极端天气事件发生的风险,这在流域未来水资源管理运行等方面应当引起重视。     

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。     

气候变化对华北粮食主产区水资源的影响及适应对策

气候变化已成为目前全球最为重要的环境问题之一,气候变化将通过加速水文循环进而对区域水资源产生重要影响。采用统计分析和数学模拟方法,分析了气候变化对中国华北粮食主产区水资源的可能影响。结果表明:过去50年黄河中下游地区和海河流域河川径流呈现显著性减少趋势,淮河流域及黄河上游河川径流为非显著性变化;其中,1980年以来海河流域实测径流量较前期减少超过50%。未来30~50年华北粮食主产区气温将持续上升,降水的不确定性更大,总体呈现弱增加趋势。受气温升高和降水变化影响,未来几十年水资源总体以略微偏少为主,但存在区域性增多的可能;在RCPP2.6、RCP4.5和RCP8.5排放情景下,区域水资源较基准期(1961—1990)分别变化-1.3%、1.0%和-2.3%。在空间分布上,黄河中游水资源可能略有增多,但淮河和海河流域水资源很可能进一步减少,华北粮食主产区水资源供需矛盾可能会因气候变化而更为突出。加强节水型社会建设、水利工程建设以及充分利用非传统水源是该地区未来适应气候变化的核心工作。     

典型浓度路径(RCP)情景下长江中下游地区气温变化预估

为探明典型浓度路径下(高端路径RCP8.5和稳定路径RCP4.5)长江中下游地区未来30a平均气温的时空变化趋势和分布特征,运用联合国政府间气候变化委员会(IPCC)AR5提出的模拟能力较强的BCC-CSM1-1(Beijing Climate Center Climate System Model version1-1)气候系统模式,基于典型浓度情景RCP(Representative Concentration Pathway)输出的2021-2050年0.5×0.5格点主要气象要素的逐日模式模拟数据资料,应用双线性内插法降尺度到长江中下游及邻近区域62个基本气象站点。以1961-1990为基准年,根据同期等长模拟数据和观测数据的非线性函数关系建立订正模型,并利用方差订正法对2021-2050年模拟数据进行误差订正。结果表明:RCP情景输出数据的模拟效果良好,方差订正可降低模拟值与观测值的相对误差和方差,更加真实反应未来气候变化趋势。RCP8.5和RCP4.5两种排放情景下,长江中下游地区2021-2050年年平均气温均呈显著上升趋势,增温幅度总体表现为自南向北逐渐减少。就季节而言,四季均呈现升温趋势,夏季增温幅度最高,变化倾向率大,春冬两季RCP8.5情景下增温幅度大于RCP4.5下,夏秋季则相反;RCP8.5情景下,研究区域年平均气温呈现自中部向东西递减,春夏季增温幅度高于秋季,冬季增温幅度最小,且变化倾向率低,大部分地区未通过0.05水平的显著性检验。RCP4.5情景下,研究区年平均气温自北向南逐渐降低,变化倾向率则表现为北部大于南部,夏季变化速率较大,增温幅度达1.2℃·10a~(-1)(P0.01),冬季较小且未通过显著性检验。     

华北平原干旱事件特征及农业用地暴露度演变分析

根据1961-2014年华北平原52个气象观测站月降水数据和区域气候模式COSMO-CLM（CCLM）输出的逐月降水预估数据,利用标准化降水指数,结合“强度-面积-持续时间”（Intensity-Area-Duration, IAD）方法,研究了华北平原过去（1961-2014年）和未来（2016-2050年）3种排放情景(RCP2.6、4.5、8.5）下,不同持续时间的区域最强干旱事件的强度-面积特征及其时空分布规律。同时,基于2000年的土地利用数据,分析了2016-2050年华北平原农业用地暴露度的演变。研究表明：（1）1961-2014年,华北平原干旱中心在空间上呈由南向北迁移的趋势。（2）相比基准期（1961-2005年）,过去45a未遇的干旱事件在2016-2050年RCP3种情景下均有可能发生;RCP2.6情景下发生频率最高。（3）2016-2050年,RCP2.6和RCP 4.5情景下,华北平原农业用地干旱暴露度（即暴露面积）呈增大趋势,RCP4.5情景下干旱暴露面积增加的速率更大,RCP8.5情景下则与之相反,呈减小趋势。3种情景下暴露度峰值分别出现在2040s后期,2040s前期及2020s中期。     

基于小波分析和灰色预测的莺落峡年径流量特征分析

[目的]研究黑河莺落峡年径流量的变化规律及周期特征,为水量调配和水资源管理提供理论基础与科学依据。[方法]基于黑河莺落峡水文站1944—2014年径流量实测资料,采用Morlet小波分析、Mann-Kendall突变和灰色预测等方法分析了莺落峡流域径流变化趋势及其变化特征。[结果]莺落峡年径流量呈现微弱的增加趋势,年径流量距平百分率的倾向率为2.78%/10a。在莺落峡流域径流小波方差分析图中,有4个较为明显的峰值,它们依次对应的时间尺度为43,56,12和9a。43a时间尺度对应的最大峰是莺落峡流域年径流变化的第一主周期。根据年径流主周期的循环交替特征推测,在2020年左右莺落峡流域处于丰水时期,年径流量预测为1.843×109 m3。[结论]莺落峡年径流量周期变化特征明显,径流量呈增加趋势。     

基于格网的GCM数据修订分析未来海南岛农业水热资源的变化特征

以海南岛为研究区域，选用5个大气环流模式（GCMs）1970−1999年的逐日输出数据和同期地面气象观测数据，使用空间插值降尺度到0.5°×0.5°格网。以格网单元为基础，应用系统误差修订（修正值法或比值法）和多模式集合平均方法（贝叶斯模型平均法BMA或等权重平均法EW），训练与验证GCMs输出值并进行综合修订。在此基础上，分析RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下，未来海南岛近期（2020−2059年）和远期（2060−2099年）农业水热资源，包括年平均气温、1月平均气温、≥10℃积温、≥20℃积温、年降水量、1月降水量和≥20℃界限温度生长期间降水量的变化特征。结果表明：GCMs输出值的系统误差和BMA权重系数在格网间存在较大的空间差异，且GCMs输出值低估逐日最高气温约3.55℃，高估逐日最低气温约1.19℃，逐日降水量仅为观测值的54.35%。基于格网的综合修订，可有效降低GCMs输出值在空间上的不确定性，BMA与EW的修订结果相似，均优于单一GCM模式。通过格网BMA综合修订后，最高气温、最低气温和降水量在验证期的相关系数r分别约提升0.10、0.07和0.06；均方根误差RMSE分别约降低2.38℃、1.01℃和1.01mm；较单一GCM相对观测值的偏差平均约减少3.25℃、1.13℃和25.67mm。未来海南岛农业热量资源在空间上主要表现为从中部向外围逐渐升高，高温主要分布在南部至西部沿海地区，年平均气温的增幅全岛较为接近，1月平均气温、≥10℃积温和≥20℃积温的增幅分别表现为由东向西、由北向南和由中部向外围递减。在时间上，RCP8.5情景下所有农业热量资源均为极显著增加且增温最快，RCP4.5情景为先增加后平缓，RCP2.6情景较为平缓，远期无显著增温。未来海南岛降水资源在空间上转为由东向西逐步递减的格局，南部和北部沿海地区降水变率增加，西部和中部降水变率减少，在时间上无显著变化趋势。随着未来海南岛气候变暖和降水格局的改变，农作物适宜种植面积扩大，会对农业生产带来巨大挑战，应提前布局，做好趋利避害。     

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。     

基于HEC-HMS的青狮潭水库入库洪水预报研究

[目的]构建青狮潭水库入库洪水预报模型,为实际预报业务提供参考,也可以为桂林市上游地区无资料地区水文气象规律研究提供支撑。[方法]HEC-HMS是一个包含多个产汇流模型的水文模型系统,适用于不同地区的水文问题分析和计算,广泛运用于洪水预报、防灾减灾等方面。利用该模型对桂林市青狮潭水库上游流域进行水文建模,模拟流域发生暴雨时青狮潭水库的入库洪水过程,以此作为研究洪水预报依据。[结果]通过研究发现HEC-HMS模型模拟的结果平均确定性系数达到0.88,洪峰流量和峰现时间误差均达到乙级预报标准。[结论]HEC-HMS模型在青狮潭流域适用性较好,可以用于青狮潭水库入库洪水预报。