土地利用变化对牤牛河流域径流的影响

土地利用变化对流域水资源配置及其循环过程有显著的影响,了解土地利用与径流的关系是流域水文学研究的重要内容。以牤牛河流域为研究区,基于SWAT分布式水文模型,利用流域DEM、土地利用、土壤、气象等数据,结合GIS和RS技术,并采用极端土地利用分析方法,对流域土地利用变化的径流响应进行定量研究与分析。结果表明:流域内1998年与2009年土地均以耕地、林地、未使用地为主,约占总面积的90%;相同的气象条件下,两期土地利用情景下年、月均径流量变化趋势一致,2009年土地利用情景下的年、月径流量较1998年略小,年均径流量减少605.5万m3;7,8月份月径流模拟减少量明显;土地植被覆盖度增大径流量减小,反之则增大;在极端土地利用情景下,径流量将发生剧烈变化。因此,在不考虑研究期间内气候变化等因素的条件下,土地利用变化是影响流域径流变化的主要因素。     

基于FLUS模型的流域土地利用变化预测及水文响应评估

模拟未来不同发展情景下流域土地利用变化,评估其对流域水文的影响,对流域的土地利用优化和水安全起着重要的指导作用。通过分析2000—2018年汨罗江流域土地利用变化趋势,基于流域土地利用变化特点,运用FLUS模型从不划定发展控制区域的基准情景和划定限制发展区域的限制情景2个方面出发,进行2035年汨罗江流域土地利用预测,并通过SWAT模型评估不同情景土地利用引起的水文响应变化。结果表明:①2000—2018年汨罗江流域6种土地利用类型都发生了变化,其中以林地、耕地转化为建设用地为主要趋势;②限制情景相较基准情景林地、未利用地分别增加0.14 km²和0.04 km²,耕地和草地分别减少了0.13 km²和0.06 km²,各类土地利用类型总体面积比例无变化;③限制情景下的流域年径流量较基准情景下减少383 500 m³。     

汾河上游土地利用变化对径流的影响研究

为研究土地利用变化对流域径流的影响,以汾河上游为研究区,利用1951—2016年的水文气象资料,结合不同土地利用类型的时空变化特征,进行SWAT模型的构建,设置1978年、1998年和2016年3种土地利用情景,模拟土地利用变化与径流的关系。结果表明:模型在研究区具有很好的适用性,可以精确地模拟汛期月径流量及全年径流量,年平均径流量呈下降趋势;1978—2016年研究区林草面积占比显著提高,农用地面积占比呈下降趋势;土地利用变化使汛期径流量、最大月径流量减小以及汛期径流系数减小。     

湘江流域SWAT模型参数敏感性分析及土地利用变化情况下的径流模拟

基于SWAT模型对湘江流域内湘潭、衡阳站的月径流进行模拟,验证模型在湘江流域的适用性。通过全局敏感性分析,得到两站最敏感参数均为径流曲线数CN2、基流回退系数ALPHA_BF、土壤湿容重SOL_BD、土壤蒸发补偿系数ESCO和浅层地下水径流系数GWQMN。构建在不同时期土地利用下的分析模型,在时间尺度上,1980年土地利用情景下两站径流量最大,2000年次之,2018年最小;对比各时期两站土地利用情况,水域比例是影响径流量的重要因素。在空间尺度上,衡阳站径流量变化幅度较湘潭大,对土地利用变化更敏感,可为土地利用规划提供参考。     

淮河上游土地利用变化对次洪的影响

为了揭示不同土地利用模式下淮河流域产水响应规律、定量评价土地利用引起的淮河流域生态环境变化,以淮河上游大坡岭水文站以上流域为研究区,基于1990s和2000s的土地利用数据及气象、水文等数据,以0.5 h为时间步长,应用改进的新安江模型模拟次洪过程,并分析土地利用模式变化对次洪的影响。结果表明:在相同降水条件下,1990s到2000s的土地利用模式变化导致次洪的径流量、洪峰流量、径流模数、径流系数、地下径流比例均增加。     

SWAT模型在土地利用变化对水资源的影响研究

土地利用变化直接反应了人类活动,对水资源循环过程影响十分显著,以乌伦古河流域二台水文站上游集水区构建SWAT模型并模拟径流,利用1986年、2000年和2010年三期土地利用图设置三种土地利用情景,模拟研究区径流量,同时定性的分析土地利用变化对径流的影响,3种情景模拟结果表明:土地利用变化对径流的影响较大,主要原因在于流域土地利用开发导致下垫面产流特征的变化。     

变化环境下不同等级干旱事件发生概率的计算方法——以无定河流域为例

本文结合考虑土地利用/覆被变化的流域水文模型(WHMLUCC)和Palmer干旱指数PDSI模拟干旱事件的发展过程,从成因途径提出基于WHMLUCC模型和Palmer干旱指数的非一致性干旱概率计算方法,并以无定河流域为例,推求不同情景变化环境下的干旱概率分布规律,进一步结合干旱等级标准计算不同等级干旱事件发生的概率,为该流域干旱预测和干旱规划提供科学依据。研究结果表明:(1)通过干旱概率计算与分析可知,气候条件对干旱影响较为突出,与此同时,在过去气候条件下土地利用面积的变化对干旱影响明显,而在现状气候条件下土地利用面积的变化对干旱的影响较弱;(2)在无定河流域的5种情景中,过去气候条件下情景2的土地利用情况有利于当地极端干旱形势的缓解,现状气候条件下各个情景的干旱形势较为一致;(3)通过成因分析,无定河流域干旱与气候变化和土地利用状况密不可分。     

土地利用变化对汾河流域典型区域径流影响模拟研究

利用气象水文基础数据及土地遥感等数据,基于统计学及水文模型分析了土地利用变化对汾河流域典型区域径流的影响,定量模拟和分析了典型区域1978、1998、2010年土地利用变化遥感数据下径流变化。结果表明:(1)静乐站控制断面以上土地利用发生了明显的变化,耕地面积2010年相比1978年减少了181.06 km~2,而林地和草地分别增加了160.22 km~2和20.22 km~2;(2)土地利用变化对径流量产生影响,1978、1998、2010年3期土地利用分析结果和径流模拟结果表明林地和草地相对于耕地可以减少径流量;(3)土地利用变化对径流的影响受降水条件的影响,降雨量越大,土地利用变化对径流的减少越明显,在未来土地类型规划中,应考虑降水条件和土地利用变化对径流的影响,合理布局土地利用方式。     

鄱阳湖流域气候变化及其对入湖径流量的影响

为分析鄱阳湖流域气候变化特征及评估其对流域径流的影响,研究利用1961-2010年间鄱阳湖流域29个气象站和入湖"五河"水文控制站观测数据,分析该时段内流域气候和径流量变化趋势,建立统计模型分析其对流域径流量的影响。研究结果表明:鄱阳湖流域年气温呈显著性(99%置信度检验)波动上升趋势,流域降水总体呈略上升趋势,降水天数呈下降趋势。受气候变化的影响,鄱阳湖流域径流量呈上升趋势。统计模型计算结果表明,径流量与降雨变化呈非线性关系,径流量对降雨变化有着较强的敏感性,相同的气温变化情景下,降水增加比降水减少对径流量的影响更加显著,表明降水变化对径流量有着不同程度和方向的影响作用。气温对径流的影响呈线性,但其影响不明显。未来气候变化情景下,2050年前鄱阳湖流域在高排放A2和RCP8.5情景下呈现明显增长趋势,但其径流量低于其他排放情景。     

拒马河流域年季月径流量对土地利用变化的响应

为探究年、季、月多时间尺度径流量对土地利用变化的响应,以紫荆关水文站以上的拒马河流域为研究对象,构建拒马河流域WEP-L分布式水文模型,采用情景模拟分析方法设置9类土地利用变化情景定量分析土地利用变化对径流量的影响。结果表明:WEP-L模型在拒马河流域适用性较好;退耕还林将减少年径流量,并随着森林覆盖率的增加,径流量减少更为剧烈,森林覆盖率每提高10%,径流量减少13.10 mm;弃耕撂荒和火灾伐木将使径流量增大;季节径流量对土地利用变化的响应程度呈现夏季秋季冬季春季;月径流量响应结果表现为6-9月变化较大,尤其是7月份最为剧烈,而3和4月较小。研究结果对于流域土地利用合理规划具有重要意义。     

布哈河流域土地利用转移矩阵及空间变化研究

布哈河位于青藏高原东北部,是青海湖最大的补给河流。该流域属于典型的生态脆弱区,是气候变化响应最敏感区域之一。为此运用土地利用转移矩阵和土地利用变化信息变量分析方法,研究了该流域土地利用类型转移规律,分析了引起变化的原因,为青海湖流域未来气候变化情景下下垫面变化引起径流变化的研究提供参考。结果表明,1980年代至2014年流域土地利用类型增加量主要发生在高中低三种不同覆盖度草地,减少量主要表现在未利用地。总变化中将近一半发生了数量上绝对值的变化,另一半发生了空间位置转移。低盖度草地和未利用地以净变化量为主,而中盖度草地与高盖度草地均以交变化量为主。空间转移分析表明,流域西北部海拔3 900 m以上源头区属无人区,受温度升高降水增加全球气候变化影响,源头区植被增加响应明显。而在海拔3 900 m以下区域,植被盖度增加类型分布较分散,整体受气候变化自然因素影响,局部在人类集中分布区域受放牧等人为干扰影响大,为植被减少类型。     

气候变化对北江流域径流影响的模拟研究

通过构建北江流域SWAT分布式水文模型,以北江流域13个雨量站10年逐月降水量及北江流域干流石角水文站同步逐月流量数据为输入条件进行水文模型参数率定,应用气候情景设置方法研究了北江流域在降水和气温等不同气候变化条件下径流量的变化规律。研究表明:气温变化1℃对年径流量及其年内分配的影响变化均在1%以内。降水量变化对年径流量影响十分显著,降水量变化10%对年径流量的影响变化可达到15%,而对径流年内分配的影响变化在1%以内,影响较小。随着气温下降和降水量的增加,枯季径流量占年内分配比例均有所上升,枯水期来水量提高,有利于流域城乡供水安全和生态用水安全。     

高寒山区融雪径流对气候变化的敏感性分析

以玛纳斯河流域为研究区,采用数理统计的方法以研究区1958—1987年实测的水文、气象资料为基础进行趋势变化及全球气候变化对降水、气温、径流影响的分析。以新安江模型为基础建立了研究区数字水文模型,并对1981年融雪径流进行模拟。利用该模型结合不同的气候情景假设分析高寒山区融雪径流对气候变化的敏感性。     

汉江流域分布式水文模型构建及应用研究

基于分布式流域水文模型EasyDHM,根据汉江流域不同区域的特点,运用长系列水文实测资料,建立了流域分布式水文模型。在汉江流域水文模拟基础上,分析了1980年、1995年和2000年土地利用情境下,流域气候条件和土地利用的变化对流域水资源响应关系。     

拉萨河流域径流对土地利用和气候变化的响应分析

拉萨河流域处青藏高原中南部,因其独特的地理位置是对气候变化较为敏感的区域之一,同时也是青藏高原人口和耕地较为密集区域。在建立SWAT模型对拉萨河流域水循环过程进行模拟的基础上,通过设置不同气候情景与土地利用状况,分析近30 a来拉萨河流域径流变化的成因,并研究径流对气候因子变化的敏感性。结果表明:①气候变化与土地利用对径流影响占比分别约为82.95%和17.05%,主要原因在于近30 a拉萨河流域土地利用情况变化不大,而气温、降水则呈显著增加趋势;②降水每增加10%,流域径流约增加11.8%,且径流对降水变化敏感性的空间差异性较小;③气温每增加1 ℃,流域总径流约增加2.5%,但径流随气温变化的空间差异性较大,其中,中上游地区径流减小0.7%,下游地区径流约增加3.6%。     

Climate Change Impacts on the Water Supply of Thessaloniki

This paper examines the assessment of the impacts of climate change on water resources in the Aliakmon river basin, Northern Greece, and on some critical water management issues, such as reservoir storage and water supply of the city of Thessaloniki. A monthly conceptual water balance model was calibrated using historical hydrometeorological data. This model was applied to estimate runoffs in the entrance of the Polyfyto reservoir under two different equilibrium scenarios (UKHI, CCC) referring to 2050. Reduction of the mean annual runoff, mean winter runoff and summer runoff would occur. By using these scenarios, the sensitivity of the risk associated with the water supply for the city of Thessaloniki was evaluated under conditions of altered runoff. Increases of the risks associated with the annual quantities of water supply were observed, particularly under the UKHI scenario.     

气候变化对汉江上游径流特征影响预估

为了预测水文站逐月径流,对该流域水资源变化进行评估,运用小波神经网络建立汉江上游流域气象因子与径流过程模拟预测模型,并依据未来气候变化增量情景,对石泉水文站以上流域径流变化响应过程进行不同时间尺度分析。由已知汉江上游流域的月降水量和月平均温度,经小波神经网络自动“学习”训练获得石泉水文站精度较高的逐月径流数据。模拟计算结果表明:在不同未来气候变化设定情景下,该区域径流变化过程较为明显,年平均径流量最大变化范围为-34.7% ~ 21.4%。在降雨量不变、气温升高的情况下,年平均径流的响应变化范围为-5.1% ~ -13.3%。温度升高引起冬季径流增加较为明显,春季及秋季径流则存在减小趋势,秋季明显减少,而降雨量变化对夏季径流的影响最显著。     

Impact of Climate Change on the Hydrology of Upper Tiber River Basin Using Bias Corrected Regional Climate Model

The use of regional climate model (RCM) outputs has been getting due attention in most European River basins because of the availability of large number of the models and modelling institutes in the continent; and the relative robustness the models to represent local climate. This paper presents the hydrological responses to climate change in the Upper Tiber River basin (Central Italy) using bias corrected daily regional climate model outputs. The hydrological analysis include both control (1961–1990) and future (2071–2100) climate scenarios. Three RCMs (RegCM, RCAO, and PROMES) that were forced by the same lateral boundary condition under A2 and B2 emission scenarios were used in this study. The projected climate variables from bias corrected models have shown that the precipitation and temperature tends to decrease and increase in summer season, respectively. The impact of climate change on the hydrology of the river basin was predicted using physically based Soil and Water Assessment Tool (SWAT). The SWAT model was first calibrated and validated using observed datasets at the sub-basin outlet. A total of six simulations were performed under each scenario and RCM combinations. The simulated result indicated that there is a significant annual and seasonal change in the hydrological water balance components. The annual water balance of the study area showed a decrease in surface runoff, aquifer recharge and total basin water yield under A2 scenario for RegCM and RCAO RCMs and an increase in PROMES RCM under B2 scenario. The overall hydrological behaviour of the basin indicated that there will be a reduction of water yield in the basin due to projected changes in temperature and precipitation. The changes in all other hydrological components are in agreement with the change in projected precipitation and temperature.     

Hydrology under climate change in a temporary river system: Potential impact on water balance and flow regime

The potential impacts of future climate scenarios on water balance and flow regime are presented and discussed for a temporary river system in southern Italy. Different climate projections for the future (2030–2059) and the recent conditions (1980–2009) were investigated. A hydrological model (Soil and Water Assessment Tool) was used to simulate water balance at the basin scale and streamflow in a number of river sections under various climate change scenarios, based on different combinations of global and regional models (global circulation models and regional climate models). The impact on water balance components was quantified at the basin and subbasin levels as deviation from the baseline (1980–2009), and the flow regime alteration under changing climate was estimated using a number of hydrological indicators. An increase in mean temperature for all months between 0.5–2.4 °C and a reduction in precipitation (by 4–7%) was predicted for the future. As a consequence, a decline of blue water (7–18%) and total water yield (11–28%) was estimated. Although the river type classification remains unvaried, the flow regime distinctly moves towards drier conditions and the divergence from the current status increases in future scenarios, especially for those reaches classified as I‐D (ie, intermittent‐dry) and E (ephemeral). Hydrological indicators showed a decrease in both high flow and low flow magnitudes for various time durations, an extension of the dry season and an exacerbation of extreme low flow conditions. A reduction of snowfall in the mountainous part of the basin and an increase in potential evapotranspiration was also estimated (4–4.4%). Finally, the paper analyses the implications of the climate change for river ecosystems and for River Basin Management Planning. The defined quantitative estimates of water balance alteration could support the identification of priorities that should be addressed in upcoming years to set water‐saving actions.     

Assessing Impacts of Conservation Measures on Watershed Hydrology Using MIKE SHE Model in the Face of Climate Change

Climate change triggers changes in temperature, precipitation, evapotranspiration, etc. and has a significant impact on water resources in many regions. Considering the increasing scarcity of water as a result of climate change, conservation of water and groundwater recharge have become crucial factors for water resources planning and management. In this paper, an attempt is made to study the detailed hydrological behaviour of a treated watershed using physically based distributed hydrological modelling system MIKE SHE to assess the impact of conservation measures on watershed hydrology considering future climate change. Three hypothetical management scenarios are simulated for the period 2010–2040. RegCM4 regional climate model is used in the study for RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios. Detailed hydrological water balance is extracted for individual years from 1979 to 2009 to compare relevant components. The evaluation for base period shows 10.06% reduction in surface runoff and 11.33% enhancement in groundwater recharge. Further simulation with RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios show notable reduction in surface runoff and increase in groundwater recharge. The structures in the micro-watershed influence the surface runoff and increase infiltration into the soil, resulting in higher groundwater recharge. MIKE SHE simulations for various structures management scenarios establish the role of conservation measures in reducing surface runoff and enhancing groundwater recharge under substantial effect of climate change. The results will assist in decision-making on watershed development plans in quantitative terms, including planning for water conservation measures in the face of climate change.