冰冻圈水文过程对黑河上游径流的影响分析

黑河上游处于高寒山区,开展冰冻圈水文过程对径流的影响研究,对于判断该地区径流变化趋势及其可持续性具有重要意义。本文应用基流分割、逐步多元回归等方法,分析了1960—2013年黑河上游出山径流量的变化及其原因,重点估计了融雪、冰川融化对径流的贡献,探讨了土壤冻融过程对径流变化的可能影响。分析结果表明,黑河上游山区河川径流在近54年间呈现上升趋势,其中以基流部分的上升为主。降水与气温变化对河川径流上升均有较大贡献。导致春季径流增加的主要因素为温度、降水次之;导致秋季径流增加的主要因素为降水、温度次之。夏季黑河上游东支的雨强有显著增大趋势(日雨量增幅为0.9 mm/10 a),对于河川径流贡献的比例约为15%。黑河山区的逐年降雪量变化不显著,冰川融化对径流增加的贡献小于10%。由此推断气温上升导致基流增加的主要原因是:气温升高导致高寒山区冻土活动层增厚,增加了土壤蓄水容量,从而导致降雨下渗量增加和基流量增大。由于黑河上游冻土分布广泛,未来气温持续上升的情况下,这种产流机制变化导致的基流增加具有可持续性。     

黑河上游生态环境问题及其对策

黑河发源于祁连山的河西走廊三大内陆水系之一，黑河上游是黑河的主要产流区和径流来源区，产生的地表径流是承载黑河流域经济和社会发展的基础，对流域生态环境也有着决定性的影响。由于受地理位置，气候等自然因素和人类活动的影响，黑河上游生态环境呈日趋恶化的趋势，直接威胁着流域水资源可持续利用和整个流域生态环境状况的改善。本文通过对黑河上游在流域内所处的地位及生态环境现状的分析，提出了改善上游生态环境的对策。     

气候变化对汉江上游蒸发量的影响

根据汉江上游1961～2000年的月降水和月气温的实测资料,利用GCMs模型输出的气候背景为输入条件,采用气候情景趋势分析结果和直接利用GCMs模型的输出结果两类方法确定气候变化的数据源,分析了未来降水和气温变化对蒸发量的影响。分析结果表明：未来气候变化情况下蒸发量年内分配与多年平均年内分配一致,没有明显的变化。降水量变化对蒸发量的影响枯水期大于汛期,降水减少对蒸发量的影响大于降水增加的影响。气温变化对蒸发量的影响枯水期大于汛期,气温减少对蒸发量的影响大于温度增加的影响。降水对蒸发量的影响大于气温。     

渭河流域上游气候变化及其对径流的影响

气候要素变化对水文循环有很大的影响。依据包括气温、降水量、风速、日照时间、蒸发量等气候要素在内的渭河上游25个气象站1960-2017年的数据及4个水文站1960-2010年的径流数据,利用气候诊断法、相关分析法、双累积曲线法分析各气候要素与径流量的时空变化特征及其相关关系,探讨自然气候和不同强度人类活动对区域径流量变化的贡献率。结果表明：渭河上游区域年均温上升速率为0.29 ℃/10a,年降水量、年均风速、日照时间、蒸发量的减少速率分别为-14.36 mm/10a、-0.05 (m·s^-1)/10a、-19.91 h/10a、-4.64 mm/10a,林家村、北道、武山、渭源水文站径流量分别以-5.074×10⁸、-2.895×10⁸、-1.201×10⁸、-0.033×10⁸ m³/10a减少;气候要素季节变化与年变化基本一致,但空间变化有所差异;各气候要素表现出20～30 a的主周期变化,同时也存在突变特征。相关分析表明,径流量与气温、日照时间和蒸发量呈显著负相关,气温升高0.1℃、日照时间增加1 h、蒸发量增加10 mm,径流量分别减少1.09×10⁸、0.03×10⁸、0.53×10⁸ m³;与降水量正相关关系显著,降水量增加10 mm,则径流量增加0.61×10⁸ m³;与风速关系较差。气候变化对径流量减少的贡献率在各区域及年代均不同,人类活动强度大的干流下游区域在5%～25%之间,强度较低的上游及源头区域在11%～43%之间,这与区域人类活动程度及气候要素的异常变化有密切关系。     

气候变化和人类活动对黑河水资源的影响

随着全球变暖和人类活动强度的增强,水资源正经历着巨大的改变,定量分析气候变化和人类活动对水资源的影响就显的尤为重要。选择西部干旱区内陆河黑河的中游为研究区,分别运用主观、客观赋权法和组合赋权法分析气候变化和人类活动中各因素对黑河水资源影响的权重。组合权重评价结果表明:人类活动是研究区水资源变化的主要原因,其累计权重达66.63%,大于气候变化影响权重33.37%;人类活动因素中人口占主导作用,权重为17.67%;气候变化因素中年降水量是主要因素,权重为24.83%。     

黑河上游生态环境问题及其对策

分析了黑河上游在流域内所处地位及生态环境现状,提出了改善上游生态环境的对策。     

黑河上游生态建设效果后评价

调查了黑河上游生态建设情况，以肃南县为典型，采用前后对比和有无对比的方法对生态建设效果及其对经济、社会的影响进行后评价。结果表明，生态建设取得了较好的生态、经济、社会效应。     

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。     

气候变化对黄河唐乃亥以上地区径流量的影响

根据黄河上游唐乃亥以上气候资料,统计分析了近50年气候变化特点,并以其与唐乃亥站径流关系为依据,建立天然径流量计算公式,计算分析了气候变化对唐乃亥站径流量的影响,结果表明：①近50年降水呈递减趋势,气温表现为显著升高特点;②20世纪90年代以来年平均气温较常年偏高0．5℃左右,而比前期升温达0．7℃～0．8℃;（3）近期降水量不仅较常年偏少,且比前期显著减少,尤其玛曲一带减少幅度达15．8％,并在时间上以6-9月最甚;④20世纪90年代以来天然年径流量与前期相比,减少了43．7亿m^3,气候变化所引起的减幅达20．2％。     

未来气候变化对黑河流域作物需水影响分析

借助作物发育期积温阈值法和气候倾向率法,分析了作物发育期的物候变化,结合气温和物候期两个控制变量,分析了不同气候变化情景下的黑河流域典型作物需水量变化规律。结果表明:利用发育期积温阈值法和气候倾向率法分析作物物候期变化,与实际相符。小麦和玉米生育期整体表现为缩短的趋势,且全生育期长度缩短。小麦全生育期作物需水量非线性增加,即气温平均升高1℃,生育期开始时间提前2 d,生育期缩短2 d,需水量增加约为1.4 mm;玉米全生育期作物需水量非线性减少,即气温平均升高1℃,生育期开始时间提前3 d,生育期长度缩短4d,需水量减少近0.9 mm。     

黑河径流时空演变规律分析

以黑河的祁连站、莺落峡站和正义峡站为代表站,选取1945～2000年的月平均径流资料,采用Mann-Kendall趋势检验法和谱分析方法对黑河径流的趋势变化和周期变化进行分析,结果表明:近半个世纪以来,黑河流域的径流呈现出明显的减少趋势,并显示出2～3年和9年的周期变化规律.     

黑河流域1957-2008年径流变化特性分析

根据黑河干流莺落峡站和正义峡站1957-2008年52年的实测年径流资料,应用累积距平、滑动平均、M ann-Kendall非参数统计检验和R/S分析等多种方法,分析了黑河流域年径流变化规律。结果表明:①总体上,莺落峡站年径流存在增加趋势,正义峡站年径流存在减少趋势,同时两站径流趋势具有一定的持续性;②1961年和1998年是莺落峡站径流量突变开始的年份,1957-1961年间,径流量处于明显增加阶段,1962-1997年间,径流量出现了增长率逐渐减小、径流量减小及径流量微弱增加等阶段,1998年后,径流量再次出现明显增加的现象。③20世纪80年代中期以前,莺落峡、正义峡两站径流量变化规律较为一致,均是丰水年和枯水年交替出现,丰枯转化较为平衡。20世纪80年代末至90年代末,莺落峡站径流量处于增加的趋势,而正义峡站呈现显著减少趋势,主要是这一阶段中游用水量急剧增加,两站径流量差值呈显著增加趋势。进入21世纪由于国家在黑河流域实施了水量统一调度,两站径流量差值保持平稳态势。     

黄河上游近522年径流量序列重建及其变化趋势分析

依据黄河上游古树年轮、旱涝等级和相邻河流径流量等资料及其与兰州站汛期天然径流量的关系,重建522年径流量序列,分析了其历史变化特点和未来趋势.结果表明:(1)重建序列与现有序列具有较好的一致性;(2)近522年径流量变化具有较明显的阶段性、周期性特点,大致经历了8个枯水段和7个丰水段;(3)未来46年平均的汛期径流量为275亿m3左右,较常年偏多约4%,期间可分为平水、丰水、偏枯和偏丰的4个时段.     

窟野河流域径流变化及其影响因素研究

依据窟野河入黄控制站——温家川水文站1955—2013年实测径流和降水数据,通过线性趋势、累积距平曲线、R/S等分析方法,分析了窟野河年、汛期、非汛期径流变化特性。同时,采用M-K秩相关检验、双累积曲线法分析了降水及人类活动对年、汛期、非汛期径流变化的影响。结果表明:(1)年、汛期、非汛期径流量总体上均表现出减少趋势,且未来一段时间3个时段径流量均有持续减少的态势;(2)年、汛期和非汛期径流量的阶段性变化特征为1955—1978年处于明显上升阶段,1979—1995年在微弱的波动中下降,1996—2013年呈现显著的下降趋势;(3)1979—1995年,降水对年、汛期径流量减少的影响值分别为0.868亿m3和0.810亿m3,是影响径流量减少的主要原因之一;1996—2013年,人类活动成为影响年、汛期径流量减少的主导因素,影响值分别高达4.622亿m3和3.198亿m3。对于非汛期,1979年以来,人类活动一直是影响径流量减少的主导因素且呈增加趋势。     

基于HBV的黑河流域径流对气候变化的响应

黑河流域是我国西北干旱区内陆河研究的代表性流域,研究未来气候变化对黑河流域山区径流的定量影响,对干旱区水资源规划设计、开发利用和保护管理具有重要意义。采用HBV-light模型,首先根据实测径流数据验证了该模型在黑河流域上游的适用性,然后拟定25种气候变化情景模式,模拟气温与降水变化对径流的定量影响。结果表明:(1)当气温保持不变时,降水增加会造成年径流增加;而当降水维持不变时,气温升高将导致年径流减少。(2)关于径流年内分布,气温变化与6~9月份的径流呈负相关关系,而与4月份的径流呈显著正相关关系;降水变化与径流呈明显的正相关关系;年径流与年内分配均表现为对于降水变化的敏感性高于气温变化。(3)未来气候变化有助于缓解黑河流域水资源短缺的现状。     

长江上游水沙特性变化与人类活动的影响

长江上游人类活动频繁,水沙特性发生变化。为了探讨长江上游水沙特性变化与人类活动的关系,采用累积曲线法、M-K次序分析法和聚类分析法对长江上游干支流1950-2014年的水沙特性变化进行研究,分析了人类活动的影响。研究结果表明长江上游干支流年径流量没有明显的变化趋势,除金沙江年输沙量2013年前变化不大外,其他主要干支流水文站年输沙量显著减少,水沙搭配关系发生一定变化,来沙系数减小,河道输沙潜力提高,有利于河道冲刷。结合长江上游水沙变化的特征,分析了流域水土保持、水库拦沙、河道采砂、过度开发等人类活动对河道水沙变化的影响,不同的人类活动对河道水沙量变化的作用存在差异,其中水库拦沙作用明显。     

桑干河流域径流年际变化规律

采用滑动平均法、变差系数法、差积曲线-秩检验联合法、Mann-Kendall统计检验等方法,对桑干河流域册田站1956—2005年径流年际变化规律进行分析。结果表明,该流域天然年径流量呈周期性显著减小趋势,年际变幅也显著减小。研究为流域内水资源的规划利用以及防洪安全管理提供有价值的资料。     

近50年黑河流域降水变化特征分析

黑河流域是我国西北地区第二大内陆流域,中游地区,地势平缓,水源充足,并建有多座水库,是西部粮食和蔬菜生产基地之一。在气候变化的背景下,该流域的降水格局发生了一定程度的变化。现以黑河流域及周边地区15个气象站点1961年-2010年的逐日降水资料和国家1∶25万的DEM资料为基础,分析了黑河流域平原地区和山丘地区的降水变化特征。结果表明:(1)平原地区降水较少而山区降水相对较多,整体呈降水增加趋势且山区所占比例较大;(2)山区和平原地区的降水质心均向西南偏移,且山区偏移明显;(3)全流域上分布较广的0～100mm降水带在萎缩,相反分布稀少300mm以上降水带在增加。     

基于VIC-3L模型的黑河上游流域径流模拟研究

为解决我国西部地区气象水文站点稀少、分布不均匀的问题,并充分表达气象要素的空间差异性,利用VIC-3L模型对黑河上游山区流域进行了模拟研究,以检验该模型在干旱区较细网格尺度上的适用性和模型参数移植以及改造的可能性。模型所需要的土壤参数和植被参数主要通过野外实测、土壤普查数据或根据有关参考文献获得。模拟结果显示,在日、月尺度上的径流模拟变化趋势与实测径流除了在时间上有大约2~3 d的滞后外,其他方面较为吻合,在丰水年日、月尺度上的径流模拟远好于同尺度上枯水年的模拟精度,说明模型在研究区具有一定的适用性,但有待于进一步改进。