伊洛河上游流域退耕还林还草对蓝水绿水分配的影响

土地利用变化对区域水循环具有重要影响,土地利用决策就是水资源决策,这一命题已经被诸多研究证实并被研究者和决策者所认识。本文以黄河流域中游的伊洛河上游流域为研究区域,应用分布式流域农业生态水文模型SWAT （Soil and Water Assessment Tool）,在我国退耕还林还草的生态恢复和重建的重大背景下,分别设置了6种不同的土地利用变化情景,基于蓝水和绿水的视角,研究土地利用/覆被对流域水循环的影响。本文对SWAT模型输出的月径流结果进行了率定和验证,证明该模型对研究流域水文循环的模拟达到了可接受水平的准确性与合理性。采用单因素方差分析和多重比较,分析基于不同水文年型下土地利用变化对各水文要素变化的影响。结果表明：1）2010-2015年多年平均降水资源总量为34.94亿m³,多年平均蓝水绿水资源总量为34.09亿m³,蓝水资源量占多年蓝水绿水资源总量的33.73%,绿水资源量占多年蓝水绿水资源总量的66.27%。2）不同情景退耕还林或还草,蓝水资源量均减少,绿水流均增加,绿水库均减少。在丰水年和平水年,退耕还林还草对蓝水资源量中地表径流分量影响较明显。该结论对于加深认识伊洛河上游流域土地利用/覆被和水资源的相互关系具有一定意义,为该区域高效合理利用水土资源提供了科学依据。     

晋江西溪流域绿水蓝水资源量估算及分析

运用SWAT模型计算了东南沿海晋江西溪流域的绿水蓝水资源量。对西溪流域绿水蓝水的组成和时间分布规律进行了研究,并分析了西溪流域与中国北方两流域在绿水占水资源比例上的差异。研究结果表明:(1)西溪流域1973—1979年绿水蓝水资源总量是传统水资源量的1.6倍;(2)绿水蓝水的年内分布特点为汛期最高,冬季最低,且绿水流是绿水的主要组成部分;(3)由于气候湿润、干燥度指数较小等原因,晋江西溪流域水资源以蓝水为主,约为绿水资源量的1.8倍;但也表明即使在南方地区,绿水资源仍是水资源的重要组成部分,应予以重视。     

浑河流域降水与径流变化特征及同步性分析

为了科学预测浑河流域降水对径流的影响,利用浑河流域1956—2011年56年的逐月降水与径流资料,借助累积距平、滑动平均等方法分析了浑河流域降水量与径流量的变化趋势及时间尺度上的相关性。结果表明:（1）浑河流域降水集中在6—9月（7月最大）,径流集中在7—8月,且流域降水年内分配的不均匀性由上游至下游逐渐递增,而径流年内分配的不均匀程度总体呈现由上游至下游逐渐减小的趋势。（2）浑河流域降水量与径流量的相关系数为0.682,累积距平曲线和滑动平均曲线均显示浑河径流量与降水量的年际变化趋势是一致的,70年代之前好于70年代之后,丰水年份好于枯水年份。结合累积距平曲线和滑动平均曲线分析得出浑河流域降水量和径流量具有较高的相关性,可为浑河流域水资源的可持续利用及区域社会经济的永续发展提供科学依据。     

基于SWAT模型分析岷沱江流域蓝/绿水资源量的时空变化特征

基于SWAT模型,从不同土地利用类型及水文循环的角度出发,模拟大流域尺度下岷沱江流域1981-2014年的蓝水(地表径流、土壤中流和地下径流)、绿水(蒸散用水和土壤含水)资源量,探究岷沱江流域的蓝/绿水时空分布特征,采用Man-Kendall(M-K)检验法分析年际间水资源量变化趋势,模拟不同土地利用情景下的蓝/绿水资源量变化规律。结果表明:(1)1981-2014年,岷沱江流域的绿水资源量有所增加,M-K统计值为0.0232,未通过M-K置信度为90%的显著性检验;蓝水资源量和流域降水量呈减少趋势,M-K统计值分别为-0.1729、-0.1087,均未通过M-K置信度为90%的显著性检验,线性变化趋势均不显著;(2)空间上,流域内蓝/绿水资源量均自北向南先逐渐增加后减少,即中游最多,下游次之,上游最少。(3)在岷沱江流域降水减少的情况下,林地、草地中蓝水资源量波动减少,绿水资源缓慢增加,且在不同土地利用类型中,蓝/绿水资源量差异明显,表现为耕地林地草地,其中耕地面积仅占流域总面积的25%,但对蓝/绿水资源量的贡献率最高。建议加强对岷沱江流域耕地的管理,合理利用中下游蓝/绿水资源,对上游干旱、半干旱地区实施绿水信贷补偿措施,以达到区域水资源优化配置。     

乌江流域蓝绿水对气候和土地利用变化的响应

为了更深入地研究气候变化和土地利用变化对乌江流域蓝绿水时空分布的影响,该研究采用SWAT（soil and water assessment tool）模型,利用1985—2019年逐日气象数据以及1990年、2000年和2010年土地利用数据,设定多种变化情景,定量分析了蓝水绿水对乌江流域气候和土地利用变化的响应。同时,还利用5个CMIP6（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6）模式集合平均（multi-modal ensemble,MME）以及FLUS（future land-use simulation）模型,预估了乌江流域在2015—2100年间蓝绿水的时空变化。结果表明：1）SWAT模型在乌江流域的校准期和验证期的决定系数（coefficient of determination,R²）分别为0.94、0.87,纳什系数（nash-sutcliffe coefficient,NSE）分别为0.94、0.77,FLUS模型的Kappa系数为0.764,证明其在流域水文模拟和未来土地利用预估方面的可靠性。2）在1985—2014年间,乌江流域的蓝水、绿水都呈现出先增加后减少的趋势。蓝水、绿水均先分别增加了137.3、7.9 mm/a,然后分别减少了127.5、12.7 mm/a。气候变化对蓝水变化的影响贡献占比为99%,对绿水变化的影响贡献占比平均为88%,表明气候变化在蓝水和绿水变化中的主导地位。3）到2040年,城镇用地面积几乎比2010年扩张了近1.5倍。在2015—2100年,无论是在SSP2-4.5还是SSP5-8.5情景下,蓝水、绿水都呈增加趋势。因此未来需要合理规划乌江流域的土地利用,控制城镇化速度。研究结果可为乌江流域合理规划土地利用、实现水资源综合管理提供支持和参考。     

渭河流域蓝绿水对土地利用变化的响应模拟

为深入探讨渭河流域土地利用演变过程对蓝绿水时空变化的影响,该研究基于渭河流域1995、2015年土地利用数据,利用CA-Markov(Cellular Automata-Markov)模型预测渭河流域2035年的土地利用格局;结合SWAT(Soil and Water AssessmentTool)水文模型,设置多种土地利用变化情景,定量分析流域内土地利用变化与蓝绿水量的时空响应关系。结果表明:1)CA-Markov模型模拟2015年土地利用格局效果较好,Kappa系数为0.89,可用于模拟预测;1995-2035年间,耕地主要向建筑用地和草地转移,草地主要向林地和耕地转出,流域内耕地呈减少趋势,单一动态度为-0.27%,建筑用地增速最大,单一动态度达到3.75%。2)1995-2015年间,蓝水量增加了2.38 mm/a,绿水量减少了18.74 mm/a,绿水量减少幅度较大,2015-2035年蓝水量增加了14.82 mm/a,绿水量减少了15.23 mm/a,蓝水量的增加幅度较大;在极端土地利用情景下,退耕还草、还林对蓝水量和绿水量均起减少作用,蓝水量分别减少了9.27、11.37 mm/a,绿水量分别减少了32.94、21.13 mm/a。因此需要合理规划渭河流域耕地、林地和草地,防治水土流失问题,促进流域生态环境的改善。研究结果将对渭河流域土地利用规划和水资源管理提供科学参考。     

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。     

基于两种方法的四川水稻气候干旱风险评价对比

利用四川省159个站点1960-2010年逐日降水量、日平均气温资料和水稻生育期资料,分别将降水距平百分率、相对湿润度指数作为干旱指标,分析四川省水稻分蘖期、拔节-孕穗期和抽穗-扬花期不同气候干旱等级发生概率,构建水稻气候干旱灾害风险模型,评估四川省水稻分蘖期、拔节-孕穗期和抽穗-扬花期以及全生育期的气候干旱风险。结果表明,四川省水稻气候干旱风险较高的生育期主要是拔节-孕穗期和抽穗-扬花期,利用降水距平百分率和相对湿润度指数得到的风险区划结果存在一定差异,但其风险分布趋势相近。从水稻全生育期看,风险较高区域主要集中在四川盆地和四川西北部部分地区,川南地区发生干旱的概率较小。研究结果有利于降低干旱对水稻生产造成的损失,为水稻干旱评估和制定防灾减灾措施提供科学依据。     

流域离散化对分布式水文模型径流模拟的影响

以嫩江上游诺敏河古城子水文站以上集水区为研究对象,利用分布式水文模型SWAT (Soil and Water Assessment Tool),对研究区进行6种子流域划分,研究不同时间尺度上径流模拟随流域离散化水平的变化,以了解输入数据空间集总程度对分布式水文模拟的影响.结果表明,在年和月尺度上,不同子流域划分对径流模拟精度影响较小,但在日尺度上对径流模拟精度有影响;不同时间尺度上流域离散化水平对出口流量的影响均较小,但地表径流随子流域数量的增加而增大,相对误差达到35.4％;径流模拟结果对降水量较敏感,湿润年份模拟精度更高,而子流域划分对径流模拟结果的影响在干旱年份以及夏季汛期更显著;当流域离散化达到一定水平即最小集水面积阈值为流域总面积的2％时,增加子流域划分对径流模拟结果的影响较小,但减少子流域划分则会导致模拟结果不稳定,且难以满足流域空间格局分析的要求.     

纸坊沟小流域水文特征与降水量关系初步分析

应用纸坊沟小流域1959-1997年降水、输沙及径流观测资料,分析了流域降水和输沙年际、月际变化特征以及年降水量与年径流量、年均土壤侵蚀模数之间的关系,时段治理程度与时段年均输沙量之间的关系。结果表明,降水量年内分配不均且凸显单一峰值,降水在年际上呈平水年-干旱年-平水年（较丰水年）周期性变化;多年平均输沙量月分布过程线峰型单一瘦削,土壤侵蚀及输沙量年际变幅大,稳定性极差;径流年变化幅度很大,地表径流的年际变化11年为一个周期,连续出现枯水年和丰水年的周期均为6年左右;年降水量与年径流量、年降水量与年土壤侵蚀模数、时段年均输沙量与时段治理程度呈线性相关关系,其相关程度均呈极显著（在0.01水平上）。     

1970—2015年秦岭北麓径流重建及变化

渭河流域能否高质量发展的一个关键就是水资源的问题,而秦岭北麓是渭河的重要产水区。为探究秦岭北麓近年水资源的变化特征,采用VIC(Variable Infiltration Capacity)模型,基于水文相似性原理,运用典型流域参证法,重建了1970—2015年秦岭北麓径流变化。结果表明:VIC模型在观测流域有着较高的适用性,在月径流模拟中,纳什系数(N_S)大于0.76,相关系数(R²)大于0.91,相对误差(RE)小于±15%; 通过水文参数移植法模型可以真实还原无观测流域径流变化,在验证期N_S,R²,RE分别为0.81,0.94,4.6。近46 a来北麓径流总量在(16.01～65.4)亿m³/a波动,1983年径流量最高达到65.4亿m³,而1977年最小值仅为16亿m³,丰水年份是枯水年份的4倍,径流年际变化明显,过去46 a秦岭北麓多年平均径流值为35.2亿m³/a。降水是径流变化的主导因素,并且也是水文模拟中最重要的影响要素。     

1960—2020年珠江流域跨季节尺度干旱时空变化

全球气候变化背景下,珠江流域干旱事件尤其是跨季节干旱事件频发,研究珠江流域不同时间尺度下的干旱时空特征对于流域水资源配置和农业结构调整至关重要。为了了解珠江流域跨季节干旱时间时空变化特征,研究基于1960—2020年珠江流域44个气象站逐日气象观测数据,计算不同时间尺度下的标准化降水蒸散指数（standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI）,结合线性倾向估计法、Mann-Kendall突变检验以及Morlet小波分析,分析了近60 a来珠江流域跨季节干旱时空变化特征。结果表明：1）1960—2020年间珠江流域跨季节干旱事件中,秋冬及秋冬春连旱化趋势显著,呈弱干旱化趋势,且干旱化频率有所上升,连旱强度以中旱和轻旱为主,连旱影响范围以局域性为主,其次为全域性,秋冬春季节连旱在1962年和1997年分布出现由干转湿和由湿转干的突变。2）珠江流域秋冬及秋冬春季节连旱普遍存在9～14 a变化周期,相关分析表明珠江流域干湿变化与同期厄尔尼诺现象显著相关。3）珠江流域秋冬及秋冬春季节连旱尺度下大致呈东西干而中间湿的空间分布格局,红水河至左江及郁江流域连旱化趋势减弱,但连旱化频率仍较高,东江流域秋冬季节连旱化频率高且呈弱连旱化趋势,湿润化速率自西南向东北递减,未来发生季节连旱风险高。研究结果可为珠江流域干旱监测与防灾减灾措施提供指导和建议。     

渭河流域降雨结构时空演变特征

为研究气候变化背景下渭河流域降水结构的时空变化,利用渭河流域71个气象站1981—2012年汛期(5—9月)逐时降水资料,选取降水发生率和降水贡献率两个指标,结合线性倾向率和非参数Mann-Kendall检验法探讨了流域降水结构的变化趋势及不同降水历时和不同降水等级的空间变化特征。结果表明:(1)渭河流域各历时降水发生率随历时增加呈指数形式快速递减,降水贡献率随历时增长先快速增大,后波动减小。流域上游短历时降水发生率和贡献率较高,而流域中下游长历时降水发生率和贡献率较高。(2)渭河流域1~6h的短历时和48h以上长历时降水发生率和贡献率均表现为减小趋势,7~24h历时降水发生率和贡献率为增加趋势,这种变化趋势在流域的中下游更加显著。(3)渭河流域降水发生率随降水等级的增加呈指数下降,小雨发生率最高,而暴雨的发生率最低。比较而言,流域上游小雨和中雨的发生率和贡献率较高,而流域中下游大雨和暴雨发生率和贡献率较高,特别是在渭河干流,暴雨贡献率在25%以上。(4)渭河流域小雨级别的降水事件发生率和贡献率均表现为显著的下降趋势,而暴雨级别降水发生率和贡献率表现为增加趋势,这种变化趋势将可能使流域防洪形势趋于严峻。     

赣江流域1966-2015年降水量多尺度时空变化特征分析

为研究全球气候变化影响下的赣江流域降水量时空分布特征,基于赣江流域及其周边的27个气象站1966-2015年逐日降水量数据,采用Mann-kendall、累积距平法及Morlet小波分析等方法研究了不同时间尺度降水量变化特征。结果表明:赣江流域年、汛期、夏季和秋季降水量呈不显著的增加趋势(p>0.05),而春季和冬季呈不显著的减少趋势(p>0.05);不同时间尺度降水量均具有明显的阶段性特征,且进入21世纪00年代后降水量多为枯水阶段;赣江流域降水量变化主周期多在8~10 a,20~22 a,26~30 a。赣江流域全年和春季降水量呈南少北多的分布格局,汛期和夏季降水量空间分布较均匀,无明显的空间差异,秋季降水量呈南北两端少、中部相对较多的分布格局,而冬季降水量呈由北向南递减的变化趋势。     

基于STELLA和气候变化情景的灌区农业供需水量模拟

为了评估气候变化对灌区农业供需水量的影响,基于系统动力学软件STELLA(structure thinking experimental learning laboratory with animation)建立了宝鸡峡灌区供需水量计算模型,结合灌区气象水文数据,利用非一致性水文频率计算原理,预估了未来可供水量和气候变化情景,模拟了气候变化情景下不同规划水平年灌区农业供需水状况。结果表明:灌区主要水源渭河径流在1989年发生跳跃变化,跃幅为-14.25亿m3,各典型年预估径流量(1989-2030年)比原序列(1954-2010年)对应值减少40%~55%,导致农业可供水量锐减;在α=0.05的显著水平上,1981-2010年灌区降水下降不显著,平均气温、最高气温显著上升而相对湿度和风速显著下降,其他因子无明显趋势;灌区未来各典型年农业需水量2030年比2010年增加1.08~2.19亿m3,水资源供需平衡指数上升9.06%~14.46%,说明灌区农业供需水平衡状况受气候变化影响显著,必须在规划、设计和管理中予以考虑并采取积极的应对措施。研究结果为气候变化条件下灌区农业水资源合理配置提供了参考。     

渭河流域极端降水特性指标分析

为研究渭河流域极端降水特性指标及极端降水事件发生频率,基于渭河流域1961—2016年41个气象台站的逐日降水数据和流域历史洪水资料,选定极端降水量(R95P)、极端降水频数(RD95)、极端降水强度(RI95)和极端降水贡献率(RC95)4个极端降水特性指标,采用线性趋势法、相关分析法、Mann-Kendall突变检验法、普通克里金插值等方法,对各指标时空变化特征以及不同子流域极端降水事件的发生频率进行了分析。结果表明:(1)渭河流域极端降水阈值介于16.40～26.29 mm,流域中17%以上的气象台站极端降水阈值超过25 mm。(2)空间分布上,R95P介于127.81～201.41 mm,随纬度升高而减少; RD95干流和泾河流域较高。RI95介于24.37～39.81 mm/d,与R95P空间分布相关性较好,干流东部和下游较高,综上,渭河流域极端降水量越大的区域极端降水强度越高,未来应考虑多区域极端降水对干流及下游河道的叠加作用,降低灾害风险。(3)年际变化上,R95P和RD95变化不显著,RI95和RC95呈轻微增加趋势,2000年后增加显著。(4)渭河流域几次大洪灾均伴随着极端降水,渭河下游极端降水事件发生频率最高,主要发生于20世纪80年代初期和21世纪初期。     

基于气候变化的黄河三角洲非主粮作物需水规律研究

  目的  为保障黄河三角洲地区的生态安全和高质量发展,需“适水种植”调整作物结构,缩减农业用水占比,留足生态用水。  方法  基于气象站2006 ~ 2019年的实测气象资料,分析研究区降水和气温的变化趋势,利用Hargreaves-Samani法和FAO作物系数法估算当地7种非主粮作物各生育阶段及全生育期内的作物蒸散量,并结合有效降水量和淋洗需水量的计算得到典型干旱年和湿润年以及多年平均的灌溉需水量。  结果  黄河三角洲年降水量变化趋势不显著,春、秋和冬季的降水量呈现下降趋势,而夏季降水量呈上升趋势;年均气温呈现逐年上升趋势,夏季平均气温上升趋势最为显著。研究区非主粮作物灌溉需水由高到低分别为甜高粱、枸杞、黑麦草、苜蓿、菊芋、田菁和谷子,典型干旱年中7种作物均需补充灌溉,典型湿润年中谷子、田菁、菊芋和苜蓿降水量有盈余,平均年份中谷子和田菁降水量有盈余。  结论  作物各生育阶段的有效降水量分配不均,生育期内总降水量有盈余的情况下某些生育阶段依然会处于水分亏缺状态。研究结果可为该地区作物种植结构调整和灌溉制度优化提供参考依据。     

1960-2010年渭河流域旱涝时空分布特征

利用1960-2010年渭河流域12个气象站5-9月降水量资料,采用Z指数作为划分旱涝等级的标准,分析了渭河流域近50 a旱涝时空特征.结果表明,近50a来,流域范围内大旱大涝年份各出现过至少6次.大旱出现最多的站点为环县和平凉两站.大涝出现最多的站点为长武和西吉两站.发生大涝的站点基本位于渭河干流的中下游.受大涝(大旱)影响范围较广的年份主要发生在1965 1970年和1980 1985年(1970-1975年和1985-2000年),尤其是1964,1975,1983,1984和2003年(1972,1994,1995和1997年)受大涝(大旱)影响的站点数超过了50％.1960-2010年大旱站点比例有明显增加趋势,大涝站点比例有降低趋势.根据累积距平曲线可以看出,全流域在1960-1968年和1977-1985年年降水量高于均值,在1970-1974年和1992-2001年年降水量低于均值;对渭河流域区域Z指数进行经验正交函数分析,发现渭河流域旱涝主要受流域中心地带(洛川—长武宝鸡)的早涝气候控制.受地面高程差异影响,北偏西方向发生旱灾机会增大,而南偏东方向发生涝灾的概率增大.东西差异为东部洛川地区旱灾概率加大,流域西部来水概率增强等,表明渭河流域旱涝分布除受大尺度的气候系统影响和控制外,还受地面高程、局地地形等多种因子影响.