瓦赫什河流域月径流过程模拟研究

用水文模型模拟流域的径流过程有助于我们掌握流域径流的影响因素及变化趋势。文中以塔吉克斯坦国瓦赫什河流域为研究区,采用含融雪结构的新安江模型模拟该流域1976-1985年的月径流过程,利用出山口实测径流数据对模型进行率定和检验。模拟径流过程基本符合实际径流过程的变化趋势,径流量相对误差在20%以内。结果表明:含融雪结构的新安江模型基本可以反映该流域产、汇流的主要物理机制;瓦赫什河流域径流对气温的变化较敏感,并与气温有较好的同步性。     

SWAT模型及SUFI-2算法在秃尾河上游流域径流模拟中的应用

通过构建处于干旱和半干旱地区的秃尾河流域(上游)的水文、气象、土地利用土壤等数据库,利用基于分布式的SWAT模型对该流域的水文过程和产流机制进行模拟,并通过改进的SUFI-2算法对模型参数进行不确定分析、率定和验证,探讨SWAT模型在于旱和半干旱流域的适应性.采用1977-1983年的月径流实测数据进行模型率定,用1984-1989年的月径流数据进行模型验证.验证结果表明:该研究流域年径流相关系数(R2)和模型效应系数(Ens)均小于0.6(通常认为当模拟结果期望值大于0.6时,模型能比较准确地描述了研究流域的水文过程);月径流相关系数和模型效应系数超过或者接近0.6的水平;汛期(5-10月)模型径流相关系数和效应系数最高(超过或接近0.8).研究表明通过改进的SWAT-SUFI模型能较好地模拟研究流域的汛期径流,而对全年径流和枯水期的径流模拟不够理想.     

气候变化对干旱缺水区中尺度流域水文过程的影响

基于1997-2003年的气象水文资料,选择了黄土高原泾河流域上游,对半分布式生态水文模型SWIM进行了率定和验证,并以流域历史气象条件为基准,固定其它气候因素不变,针对单一气候因素变化(降水或温度)进行了情景模拟,分析、评价了降水和温度对流域径流量、蒸散量和土壤蓄水量各水文过程的影响。结果表明:流域降水量增加(减少),年径流、蒸散及蒸散分量、土壤蓄水量均增加(减少),且降水转化为各水量平衡分量的比例大小依次为径流量(蓝水)>蒸散量(绿水)>土壤蓄水量;流域温度升高,蒸散及其分量随之增加,但径流和土壤蓄水量则随之相应减少。研究结果对于变化环境下的干旱区流域水资源管理具有一定的意义。     

基于SUFI-2算法的SWAT模型在陕西黑河流域径流模拟中的应用

参数率定及敏感性分析是用来提高模型精度,确定模型关键参数及改善模型结构的非常有效的方法。本文基于SUFI-2算法,通过SWAT模型对陕西黑河流域进行了模拟,同时基于SUFI-2算法对模型参数进行了敏感性分析,结果表明：（1）影响黑河流域径流模拟结果精度的主影响因子是scs径流曲线参数;（2）用2005年到2011年的实测径流资料对模型进行了率定与验证,模拟确定性系数 R2和模型效率系数ENS均高于0．8;（3）通过SUFI-2算法与SCE-UA算法比较,发现SUFI-2算法所需时间短,精度更高。     

基于GPD模型的黑河出山径流极值变化分析

以黑河出山径流为研究对象, 利用黑河上游1944-2010年67 a的实测月均径流资料, 采用广义Pareto分布模型（GPD模型）, 对黑河未来出山月均径流的变化进行了预测。结果表明：运用超阈值的观测资料建模的GPD模型, 能够达到信息量使用的最大化, 对黑河极值变化的预测精度较高; 黑河出山径流重现期为25 a、50 a、100 a和150 a的月均径流量极大值分别为219.8 m³•s^-1、235.3 m³•s^-1、 249.5m³•s^-1和257.4 m³•s^-1; 重现期为25 a、50 a、100 a和150 a的月均径流量极小值分别为9.0 m³•s^-1、8.8 m³•s^-1、8.6 m³•s^-1和8.5 m³•s^-1;在当前“暖湿”的气候背景下, 黑河出山径流变化不大。     

基于SWAT模型的内蒙古闪电河流域径流模拟研究

以内蒙古闪电河流域为研究对象,采用分布式水文模型SWAT对闪电河流域水文过程进行模拟,模型采用1962～1975年月径流资料进行参数率定,将1986-2001年作为模型的检验期对模型的适用性进行评估。结果表明:实测与模拟的逐月流量总体较为接近,率定期和验证期的Nash-Sutcliffe效率系数均大于0.60,实测与模拟的月流量之间的相关系数在0.65以上,率定期的多年平均相对误差小于5%。由于人类活动的影响,验证期的模拟误差相对较大,超过12%。总体来看,SWAT模型参数经多次率定之后,能够较好地模拟干旱半干旱地区的径流过程,在同类地区具有一定的适用性。模拟过程中,对于降水量突然增大的月份,SWAT模型对月径流量的模拟结果往往超过实测值一倍,直接导致整个模拟过程的误差偏大。然而,模拟值与降水量在年内分配上却表现出很好的相关性,降水偏大的月份径流量敏感性大。同时,SWAT模型模拟径流结果受参数影响很大,调整融雪参数值,模拟精度在原有基础上相对提高。     

基于SWMM模型的西安市清河流域暴雨洪峰流量模拟

为探讨暴雨洪水管理模型（storm water management model,SWMM）在暴雨条件下对山区流域洪峰流量模拟的适用性,以西安市清河流域为例,在SWMM模型中分别构建了传统的集总模式和以DEM、流域水系为子流域划分依据的半分布模式。通过2016年几次典型降雨洪峰流量验证两种模式的可靠性,结果表明：集总模式与实测拟合程度较好,相对误差为6%,确定性系数为0.871。为了进一步检验集总模式的适用性,从径流过程角度去模拟,结果也令人满意,两场降雨的相对误差均为11%,两场降雨的确定性系数和纳什系数均高于0.8,表明有较好的模拟效果。由此说明,基于SWMM模型构建的集总水文模式适合于清河流域的径流模拟。最后,模拟了不同重现期下流域的径流过程。流量峰值出现在降雨开始后约1.5 h,10年一遇以下重现期径流变化相对稳定。该模型对当地水利部门评估极端降雨事件等方面具有一定的应用价值。     

黑河流域干旱化驱动力机制及其趋势预测

干旱与水资源短缺是黑河流域的基本环境特征。候变暖的背景下,该地区的降水量虽然有所增加,但是远远不能抵消气温升高带来的蒸发量。在气候干旱化增强的背景下,黑河流域的径流量在上游呈现增加的趋势,由于中上游对水资源的开发利用,使得黑河流域越往下游,径流量减少越明显,下游的水文干旱进一步加剧。受气候干旱、水文干旱、人为干旱的影响,近50a干旱灾害面积急剧扩张,选取1957—2004年的张掖市旱灾面积统计资料,采用马儿可夫预测方法,预测了2005—2010年的旱灾面积的状态概率,并提出一些对策。     

土壤水分下渗机制及其在半干旱区产流模拟中的应用

尽管目前提出了许多流域水文模型,但多数模型更适用于湿润地区,将这些模型移植到半干旱半湿润地区,往往模拟结果并不理想。为了研究半干旱半湿润地区流域的产流机制,本文通过描述土壤水分的垂直运动过程,建立了湿润峰和饱和带上界面的移动方程,给出了土壤水的动态下渗过程,并据此将径流分为地表径流和壤中流,建立了流域产流模型。还以滦河水系的柳河流域作为研究对象,尝试性地进行了降雨径流的模拟。结果表明:模型的确定性系数达到77.2%以上,用于该流域的产流计算是可行的。     

黑河干流中游地区耗水量变化的历史分析

黑河流域水资源极其匮乏 ,加之地区上的配置不均衡和中游地区水土资源的过度开发导致了黑河下游严重生态环境问题 ,已影响到我国北方广大地区生态环境质量 ,受到国家的高度重视和全社会的广泛关注。黑河水资源开发利用主要集中在中游地区 ,该区是全国重要的商品粮、蔬菜和经济作物生产基地之一 ,耗水量占流域耗水量的 85 %以上 ,是黑河的主要耗水区和径流利用区。本文利用黑河上游控制站莺落峡站和中游控制站正义峡站水文资料 ,分析了黑河中游耗水量的变化 ,结果表明 :2 0世纪 80年代以前黑河中游耗水量在 4.2 0× 10 8m3 左右 ,比较稳定 ;进入 2 0世纪 80年代以来耗水量明显增加 ,80年代耗水量比 40年代末期至 70年代增加了 2 .0× 10 8～ 2 .5×10 8m3 左右 ;90年代耗水量又比 80年代增加了 1.6 0× 10 8m3 左右。 80年代以来流域耗水量呈明显增加的趋势 ,这是以人类活动影响为主的结果     

1960-2008年黑河流域地表干湿状况的时空变化分析

利用1960-2008年黑河流域16个气象站的逐日气象资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算最大可能蒸散量,进而计算该流域的湿润指数,对地表干湿状况的时空变化特征及其主要影响因素进行分析。结果表明：黑河流域及其上、中、下游地区的湿润指数总体呈上升趋势,地表湿润状况有所改善,且湿润指数的年际波动性较明显,变异系数分别为14.97%、13.63%、25.47%、37.72%。除下游地区外,夏季的湿润指数变化速率最快,冬季的变化速率最慢;春季,黑河流域地表以变干趋势为主,其他季节均以变湿趋势为主。影响黑河流域地表干湿状况的主要因素是降水量,其他气候因子的变化对地表干湿状况起增强或削弱作用。     

黑河中游植被覆盖率变化趋势及其驱动因子分析

利用2002~2011年的黑河干流中游归一化值被指数数据获得植被覆盖率变化趋势,选取合适的NDVI阈值将整个区域划分为"绿洲区"和"荒漠区",并分别探讨了地下水埋深、中游耗水量及累积降水量对两种区域面积和植被覆盖率变化的影响。结果表明:黑河干流中游植被覆盖率整体呈增长趋势,由2002年的32%增长到了2011年的36%,对植被覆盖率增长贡献最大的因素为绿洲区扩张,10年间绿洲区面积占比增长了10%;影响绿洲扩张的主要因素为地下水位埋深和中游耗水量,绿洲区植被覆盖率变化较小,可忽略其影响。荒漠区植被覆盖率的变化主要受累积降水量影响。利用地下水位埋深、中游耗水量、累积降水量可预测区域植被覆盖率的变化趋势,区分人类活动和气候变化对区域植被覆盖率的影响是可行的。     

近年来祁连山中段冰川变化

基于遥感和实测的方法,对近50 a来祁连山中段,包括黑河流域和北大河流域的冰川变化特征进行了分析。研究表明：1956-2003年,祁连山中段所研究的910条冰川面积共缩小了21.7%。其中,黑河流域冰川面积缩小了29.6%,北大河流域冰川面积缩小了18.7%。小冰川面积变化较大冰川要大,其对气候变化的敏感性较强。由于祁连山中段东西跨度较大,气候和地形等因素的不同,直接造成了冰川变化的区域差异。近期野外考察发现,位于黑河上游的葫芦沟流域,1956-2010年冰川面积缩小了30.1%,近7 a冰川面积缩小的比率达到前期的近5倍,且其中的十一冰川由于消融严重,已经完全分离成2条独立的冰川。雪冰融水径流是该流域中重要的水源,在稳定河川径流、调节其年际变化和年内分配方面发挥着重要作用。     

Assessment of wetland fragmentation in the middle reaches of the Heihe River by the type change tracker model

The quantitative research of wetland landscape fragmentation in the middle reaches of the Heihe River is important for the wetland and oasis sustainable development in the Hexi Corridor. Based on the data of remote sensing and GIS, we constructed the type change tracker model with sliding window technique and spatially morphological rule. The suitable scale and optimum scale of the fragmentation model of wetland landscape in the middle reaches of the Heihe River were determined by the area frequency statistics method, Chi-square distribution normalized scale variance, fractal dimension and diversity index. By integrating type change tracker model and the optimum scale with GIS spatial analysis, the spatial distribution characteristics of wetland landscape fragmentation in different periods and the related spatial-temporal change process were clarified. The results showed that(1) the type change tracker model, which analyzes the spatial pattern of wetland fragmentation on the pixel level, is better than the traditional wetland fragmentation analysis on the landscape and patch levels;(2) The suitable scale for the wetland fragmentation ranged from 150 m×150 m to 450 m×450 m and the optimum scale was 250 m×250 m in the middle reaches of the Heihe River; and(3) In the past 35 years, the total wetland area decreased by 23.2% and the fragmentation of wetland markedly increased in the middle reaches of the Heihe River. The areas of core wetlands reduced by 12.8% and the areas of perforated, edge and patch wetlands increased by 0.8%, 3.1% and 8.9%, respectively. The process of wetland fragmentation in the research region showed the order of core wetland, perforated or edge wetland, patch wetland or non-wetland. The results of this study would provide a reference for the protection, utilization and restoration of limited wetland resources and for the sustainable development of the regional eco-environment in the Heihe River Basin.     

Simulating hydrological responses to climate change using dynamic and statistical downscaling methods: a case study in the Kaidu River Basin,Xinjiang, China

Climate change may affect water resources by altering various processes in natural ecosystems. Dynamic and statistical downscaling methods are commonly used to assess the impacts of climate change on water resources. Objectively, both methods have their own advantages and disadvantages. In the present study, we assessed the impacts of climate change on water resources during the future periods (2020-2029 and 2040-2049) in the upper reaches of the Kaidu River Basin, Xinjiang, China, and discussed the uncertainties in the research processes by integrating dynamic and statistical downscaling methods (regional climate models (RCMs) and general circulation modes (GCMs)) and utilizing these outputs. The reference period for this study is 1990-1999. The climate change trend is represented by three bias-corrected RCMs (i.e., Hadley Centre Global Environmental Model version 3 regional climate model (HadGEM3-RA), Regional Climate Model version 4 (RegCM4), and Seoul National University Meso-scale Model version 5 (SUN-MM5)) and an ensemble of GCMs on the basis of delta change method under two future scenarios (RCP4.5 and RCP8.5). We applied the hydrological SWAT (Soil and Water Assessment Tool) model which uses the RCMs/GCMs outputs as input to analyze the impacts of climate change on the stream flow and peak flow of the upper reaches of the Kaidu River Basin. The simulation of climate factors under future scenarios indicates that both temperature and precipitation in the study area will increase in the future compared with the reference period, with the largest increase of annual mean temperature and largest percentage increase of mean annual precipitation being of 2.4°C and 38.4%, respectively. Based on the results from bias correction of climate model outputs, we conclude that the accuracy of RCM (regional climate model) simulation is much better for temperature than for precipitation. The percentage increase in precipitation simulated by the three RCMs is generally higher than that simulated by the ensemble of GCMs. As for the changes in seasonal precipitation, RCMs exhibit a large percentage increase in seasonal precipitation in the wet season, while the ensemble of GCMs shows a large percentage increase in the dry season. Most of the hydrological simulations indicate that the total stream flow will decrease in the future due to the increase of evaporation, and the maximum percentage decrease can reach up to 22.3%. The possibility of peak flow increasing in the future is expected to higher than 99%. These results indicate that less water is likely to be available in the upper reaches of the Kaidu River Basin in the future, and that the temporal distribution of flow may become more concentrated.     

基于改进RVA法的黑河上游水文情势变化分析

客观地评价水文情势变化是进行河流生态修复和流域水资源综合管理的基础。改进RVA法将径流典型年份的变化纳入整体改变度的计算过程中,相对更全面地评价径流水文情势的变化。近几十年来黑河流域气候条件的发生显著变化,黑河上游河流水文情势的变化情况仍需进一步研究。以黑河上游为研究区域,应用M-K检验识别径流的突变年份,采用改进RVA法计算分析黑河上游河流水文情势变化。结果表明,黑河上游径流的突变年份为2002年,2002年前后分别以平水年和丰水年为主;采用RVA法计算的整体改变度为54.68%,而改进的RAV方法计算的整体改变度为74.62%,说明RVA法低估了黑河上游水文情势整体改变度;黑河上游径流水文情势变化主要包括:相比于1960—2002年,2003—2015年后各月平均流量均呈不同程度增加,但最小1日、3日、7日和最大7日流量减小,其余极端流量指标呈不同程度增加,高、低流量发生次数及历时变化微弱,流量平均增加率、减小率以及逆转次数均增加;采用改进的RVA法计算的黑河上游水文情势的整体改变度为74.62%,属于高度改变。气候变化是导致黑河上游水文情势高度改变的主要原因。     

Intra-annual stem diameter growth of Tamarix ramosissima and association with hydroclimatic factors in the lower reaches of China’s Heihe River

High-resolution observations of cambial phenology and intra-annual growth dynamics are useful approaches for understanding the response of tree growth to climate and environmental change. During the past two decades, rapid socioeconomic development has increased the demand for water resources in the oases of the middle reaches of the Heihe River in northwestern China, and the lower reaches of the Heihe River have changed from a perennial river to an ephemeral stream with a decreased and degraded riparian zone. Tamarisk（Tamarix ramosissima） is the dominant shrub species of the desert riparian forest. In this study, the daily and seasonal patterns of tamarisk stem diameter growth, including the main period of tree ring formation, were examined. Observations concerning the driving forces of growth changes, along with implications for the ecology of the dendrohydrological area and management of desert riparian forests in similar arid regions, are also presented. The diurnal-seasonal activity of stem diameter and the dynamics of growth ring formation were studied using a point dendrometer and micro-coring methods during the 2012 growing season in shrub tamarisk in a desert riparian forest stand in the lower reaches of the Heihe River in Ejin Banner, Inner Mongolia of northwestern China. Generally, the variation in diurnal diameter of tamarisk was characterized by an unstable multi-peak pattern, with the cumulative stem diameter growth over the growing season following an S-shaped curve. The period from late May to early August was the main period of stem diameter growth and growth-ring formation. Among all of the hydroclimatic factors considered in this study, only groundwater depth was significantly correlated with stem diameter increment during this period. Therefore, for the dendrochronological study, the annual rings of the tamarisk can be used to reconstruct processes that determine the regional water regime, such as river runoff and fluctuations in groundwater depth. For the management of desert riparian for     

黑河流域草原蝗虫分布特征及其与生境的关系

草原蝗虫生态分布特征及其与环境因子的关系研究,是揭示蝗虫地理发生规律的理论基础。以黑河中上游天然草地为例,采用野外调查和定量分析方法,研究了不同草地蝗虫组成、生态种组分布特征。结果表明:黑河中上游天然草地的地形、气候条件和土壤、植被组成具有明显异质性;连续4年野外采集蝗虫38种,隶属于3科11属,32个多布种蝗虫在相关性系数为0.05处聚为8个生态种组,蝗虫具有极为广泛的生态适应性,同时草原区的生境决定着蝗虫的地理分布格局,研究区域蝗虫主要分布在海拔2000～3000m的祁连山地。温度因子是蝗虫种属组成的促进因子,其它因子为抑制因子;温度与降水量是蝗虫密度的促进因子;极端最低温与蝗虫种属组成存在极显著关系(r=0.706、0.761,p<0.01),与蝗虫密度存在显著关系(r=0.665,p<0.05)。     

额济纳旗浅层地下水环境研究

通过 2 0 0 3年 4- 5月在黑河下游额济纳分两条路线 (a -a’和b -b’)采集水样 ,分析了额济纳现状水资源特征。远离河道区域水化学类型有HCO3·SO4-Na、Cl·SO4-Na·Ca、HCO3·Cl-Na·Ca和SO4·Cl-Na ;在河道附近或河道地区水化学类型主要是SO4·HCO3-Na ,类型单一 ;研究区矿化度和各离子含量随距离补给源的远近增减而升降 ,表明它们主要依赖于上游补给水量 ;同时 ,额济纳地处干旱区 ,降雨稀少 ,该区植被的生长发育主要依靠浅层地下水 ,地下水环境的改变直接导致了区域生态的变化。     

基于生态需水配置的额济纳绿洲恢复方案

在简要分析额济纳地区水分-绿洲驱动演变的基础上,分析了额济纳地区未来供水条件,并从生态系统的需水机理出发,提出了基于生态功能考虑的干旱区生态需水量计算方法。以《黑河流域近期治理规划》提出的分水指标和生态恢复水平为依据,综合考虑绿洲规模和生态功能之间的竞争关系,以生态需水为主要配制指标,提出了近期2010年额济纳绿洲的恢复方案。