黑河流域上游径流变化及其归因分析

基于莺落峡站径流资料,结合流域内气象因子及土地利用类型的变化情况,采用Budyko假设下的张橹经验公式,定性和定量分析了不同因素对黑河流域上游径流变化的影响。结果表明:(1)1960-2015年研究区径流量显著增加,在1997年和2004年存在变点,据此将研究期划分为基准期(1960-1997年)、突变期I(1998-2004年)、突变期II(2005-2015年);(2)降水、潜在蒸散发与永久性冰川雪地面积三者的变化与径流变化在一定程度上呈现一致性;降水和永久性冰川雪地融化对径流增加产生正效应,潜在蒸散发对径流增加产生负效应;(3)突变期I时段三者变化对径流变化的贡献率分别为149%、-83%和34%;突变期II时段三者的贡献率分别为138%、-35%和-3%。     

基于多源数据的黑河流域日尺度蒸散发量模拟

植被蒸散发是地表水量平衡和热量平衡的重要参量,也是衡量植被生长状况和作物产量的重要指标,同时也是进行流域水资源优化配置的依据。遥感技术的快速发展使其成为区域尺度蒸散发模拟的重要手段。以黑河流域为例,构建遥感驱动的蒸散发模拟模型,结合多源遥感数据(MODIS、TRMM等)以及GLDAS全球陆面数据同化系统数据,对黑河流域2005、2010、2015年三个时期的潜在蒸散发和实际蒸散发进行了时间尺度为每日、空间尺度为1km的模拟。研究结果表明:潜在蒸散发月际变化明显,从5月开始增长,于7月达到峰值,然后逐渐减少;实际蒸散发在月份之间变化趋势明显,在2015年均达到了最高值;精度检验结果表明本研究采用的两个模型均达到了很好的效果,Kristensen-Jensen模型更适合用于黑河流域。本研究为黑河流域地表特征数据集提供了重要的日尺度蒸散发数据。     

黑河流域上游山区基流量分割及其变化

基于黑河上游莺落峡站1954年-2011年径流资料,采用数字滤波法多种滤波方程对月流量资料进行基流分割;在此基础上,借助Mann-Kendall、Pettitt、流量不稳定系数、累积距平等方法分析研究区基流和基流指数(BFI)在年内、年际以及多年时间尺度上的变化特征。结果表明,数字滤波法分割的基流能较好地反应出不同月份之间基流量的差异及其年内变化特征;研究区夏季基流量最大,其次是春季和秋季,冬季基流量最小;BFI最小值出现在夏季,冬季BFI最大;基流量和径流量的年际变化趋势大体一致,均呈缓慢增长趋势,但基流变化相对缓和,且比较平稳;基流量序列在1979年存在显著变点,变点后基流量较变点前增加16%;多年变化中基流对径流的贡献变化幅度不大,BFI基本维持在0.27左右。     

赣江上游流域蒸散发量影响因素的遥感分析

基于AVHRR遥感数据和气象观测数据,将地表能量平衡系统 (surface energy balance system,SEBS) 模型应用于赣江上游流域,在不同气象条件下对日蒸散发量进行估算。结果表明,SEBS模型对日蒸散发量的估算满足一定的精度,可以应用于此流域。通过遥感反演分析发现,赣江上游实际日蒸散发量受到净辐射、植被覆盖率、地表温度等因素的影响;反演参数与土地利用在空间上有良好的相关性和一致性,且在时间上有明显的年内分布规律。     

植被恢复影响下黄河上游北川河流域蒸散发量变化及成因分析

针对黄河上游水源涵养区植被恢复的水循环影响问题,结合北川河流域的植被覆盖和蒸散发遥感数据以及土壤蒸发野外观测数据,分析植被恢复影响下蒸散发这一关键水循环要素的变化趋势及成因,阐明高寒山区植被恢复对流域蒸散发量变化的潜在影响途径。结果表明：2000-2019年,随着北川河流域植被覆盖度的持续增加,流域年蒸散发量减少了33.23 mm,其中,7、8月份植被主要生长季内蒸散发量减少最为明显,对年蒸散发量的降低具有决定作用;2019年6-9月期间,典型植被恢复区林下土壤蒸发量为207.38 mm,比林外土壤蒸发量减少了157.73 mm,林下土壤蒸发量减少是引起流域蒸散发量减少的一个重要因素,植被作用于地表风速、辐射强度等气象因子而引起的变化对减小流域潜在蒸散发强度具有促进作用。高寒山区蒸散发量随植被恢复而减少的变化趋势与黄土高原及东部地区存在一定差异,这与其寒冷的气候特征及以针叶林为主的植被类型具有一定关系,体现了黄河上游生态涵养林建设的水源涵养功能。     

黑河流域水沙通量多尺度变化特征及影响因素

采用小波分析法和累积量斜率变化率法分析了黑河上中游水沙通量的周期性变化特征,定量计算了气候变化和人类活动对水沙通量变化的贡献率。研究结果表明：黑河上中游径流变化周期基本一致,上游输沙量变化周期也基本一致,但中游输沙量在1类和2类时间尺度的变化周期相差较大,且干流两个水文站的径流输沙突变时间存在差异。1981-1989年上游干流影响径流的主控因素为人类活动,但1990年以后主控因素逐渐变为降水,2003年以后主控因素又变为人类活动。影响输沙的主控因素在时间序列上均为人类活动,但影响程度略有不同。干流中游影响径流的主控因素在2005年以后逐渐变为降水影响,而人类活动一直是引起中游输沙变化的主要原因。     

黑河和白河流域湿地变化及其归因分析EI北大核心CSCD

通过构建决策树模型对黑河、白河流域沼泽化草甸湿地、沼泽湿地、湖泊等主要湿地类型进行划分,选取3种景观格局指标分析湿地类型的变化特征,采用主成分分析方法对湿地变化的驱动因素进行分析。结果表明:2000年以来,黑河、白河流域湿地总面积呈增加趋势,沼泽湿地变化趋势与草甸湿地相反,存在此消彼长的特征;两河流域湿地变化的地域分异显著,黑河流域草甸湿地面积呈扩大态势,破碎化程度降低,沼泽湿地有所减少,但斑块密度降低,存在局部连片情形;白河流域沼泽湿地面积增加,适宜地形和水文条件下,草甸湿地和周边草甸可转为沼泽湿地;两河流域湿地变化具有“社会经济+农牧业因素+气候变化”交互作用的特征,社会经济类因素对年代际尺度湿地变化起主导作用。     

挠力河流域耕地变化及其对流域植被及蒸散发特征的影响

挠力河流域地处三江平原腹地,是中国重要的粮食主产区。近年来,随着中国粮食安全和区域农业结构调整,在耕地扩张及种植结构等方面发生了重要的土地利用变化。因此,识别耕地变化及其生态效应对地区生态保护具有重要意义。研究分析了1980—2020年的土地利用变化,然后基于归一化植被指数(NDVI)和实际蒸散发数据,利用耕地变化生态影响指数估算其生态影响,利用蒸散发变化估算其耗水影响。研究发现：(1)40 a间流域耕地面积从7 273.22 km²显著增加至15 313.62 km²,增加了110.55%,主要来自于林地和湿地的开垦;(2)流域内近20 a发生了较为显著的水田和旱地的互转,在面积上旱改水大于水改旱;(3)2000—2020年流域的NDVI和蒸散发均呈现增加趋势,增幅分别为8.15%和18.58%,耕地区域NDVI的增加主要集中在作物生长季节,相反在非生长季对NDVI变化贡献低;(4)各类耕地变化对流域NDVI和年蒸散发的贡献率不尽相同,退耕还林对保护生态和减少耗水有贡献,湿地开垦虽然增加了生长季NDVI但也增加了流域耗水,水改旱有利于流域保...     

基于Priestley-Taylor模型的贵州省涟江流域蒸散发时空变化及其影响因素分析

开展蒸散发时空变化及其驱动因素研究,对流域水土资源开发管理和可持续利用具有重要意义。基于Priestley-Taylor模型,结合地表温度、地表反照率、NDVI、太阳天顶角、DEM、土壤和土地利用覆盖类型等多源遥感数据,对贵州省涟江流域2005—2014年ET(Evapotranspiration,蒸散发)时空格局及其影响因素进行研究。结果表明:Priestley-Taylor模型在涟江流域的反演精度良好,相对误差为-1.39%～12.05%,估算结果能够满足该区的蒸散发研究需求;涟江流域2005—2014年ET多年均值为901.08 mm/a,总体呈波动增加趋势,增长率为36.8 mm/(10a),年内ET呈春、夏季节高而秋、冬季节低的单峰变化形式;流域ET的空间差异明显,总体呈东南、东北高,西部和中部地区低的空间分布格局,春、夏、秋季ET的空间分布与多年平均空间分布基本一致,而冬季的空间分布较为不同;不同土地覆盖类型的蒸散强度表现为:常绿针叶林永久湿地落叶阔叶林裸地或低值被覆盖地城市建成区,高植被覆盖区的蒸散发大于低植被覆盖区;不同土壤类型的蒸散发表现为:石灰土黄壤红壤水稻土紫色土。石灰土的土层较薄,蒸散量较大,不利于土壤水分涵养。     

Temporal variations of reference evapotranspiration and its sensitivity to meteorological factors in Heihe River Basin,China

On the basis of daily meteorological data from 15 meteorological stations in the Heihe River Basin(HRB) during the period from 1959 to 2012, long-term trends of reference evapotranspiration(ET0) and key meteorological factors that affect ET0 were analyzed using the MannKendall test. The evaporation paradox was also investigated at 15 meteorological stations. In order to explore the contribution of key meteorological factors to the temporal variation of ET0, a sensitivity coefficient method was employed in this study. The results show that:(1) mean annual air temperature significantly increased at all 15 meteorological stations, while the mean annual ET0 decreased at most of sites;(2) the evaporation paradox did exist in the HRB, while the evaporation paradox was not continuous in space and time; and(3) relative humidity was the most sensitive meteorological factor with regard to the temporal variation of ET0 in the HRB, followed by wind speed, air temperature, and solar radiation. Air temperature and solar radiation contributed most to the temporal variation of ET0 in the upper reaches; solar radiation and wind speed were the determining factors for the temporal variation of ET0 in the middle-lower reaches.     

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.     

汉江上游流域潜在蒸散量敏感性分析

为研究全球变暖背景下汉江上游流域潜在蒸散量的变化特征,根据汉江上游流域1960—2015年汉中、石泉和安康3个气象站的逐日实测气象数据,采用彭曼-蒙蒂斯方程计算逐日潜在蒸散量ET_0。应用敏感性公式计算ET_0对5个主要气象因子的敏感系数,并结合气象因子的多年相对变化分析ET_0变化成因。结果表明:受太阳周年运动及地形等地理要素的共同影响,汉江上游不同气象因子及ET_0的年内分布不一;汉江上游ET_0对相对湿度最为敏感,各气象因子年敏感系数多呈显著下降趋势,敏感程度均达到"中"以上等级;ET_0同气象因子表现出复杂非线性关系,日照是汉中站ET_0变化的主导气象因子,石泉和安康站ET_0变化的主导气象因子是相对湿度。     

拉萨河流域潜在蒸散发的气象因子敏感性

蒸散发可以反映气候变化对水资源的影响状况,根据拉萨河流域两个站点1955-2018年的逐日气象数据,采用FAO-56-Penman-Monteith公式计算潜在蒸散发(ET_0),进而采用敏感性分析、Mann-Kendall趋势检验、气候倾向率及小波分析等方法对拉萨河流域ET_0的变化特征及其影响因素进行分析。对比两个站点的变化规律,结果表明:流域ET_0整体对最高温度最为敏感,最高温度的贡献率最大,气象因子的敏感系数年内变幅为相对湿度最高温度风速日照时数最低温度;流域ET_0的日变化趋势为每10年增加0.03 mm,Mann-Kendall检验流域ET_0增长并不显著;流域的ET_0在25～30a尺度上周期振荡明显,出现了7次循环交替。     

黑河中游典型灌区地下水位的动态变化

基于黑河沿岸地下水位观测井近20年实测观测资料,运用Mann-Kendall方法进行年地下水埋深序列的趋势分析,并选取代表观测井分析不同区域在不同时期内的年际与年内变化。结果表明:研究区地下水位埋深整体为增大趋势,区域地下水位下降趋势明显。年内的季节分配表明,从20世纪80年代至今,地下水位变化由水文-灌溉型逐步向开采型转变,其中平川区开采作用最为明显,集中表现在2000年之后,分水是导致这一时期地下水位下降的主要因素。     

基于通径分析的海河流域冬小麦水足迹及影响因素

为量化冬小麦对水资源的消耗、合理利用区域水资源,基于彭曼公式、日尺度土壤水量平衡与通径分析法核算了1958—2016年海河流域冬小麦水足迹,分析了气象、农业生产投入因素对冬小麦水足迹的直接和间接影响。结果表明:流域冬小麦多年平均总水足迹为239. 6亿m3,平均水足迹为1 840 m3/t;海河流域冬小麦水足迹呈整体下降趋势,空间上京津地区最高,山西次之,山东、河南地区最低;农业机械总动力、化肥施用折纯量对冬小麦水足迹直接影响最大;气象因素主要通过农业生产投入因素对冬小麦水足迹产生影响。可通过提高农业生产力的方式降低冬小麦水足迹,京津等灰水足迹较高的地区应减少施肥。     

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。     

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。     

逻辑框架法在黑河调水及近期治理可持续性评价中的应用

逻辑框架法是通过垂直逻辑关系检验项目的效果和作用,通过水平逻辑关系对资源和成果进行说明和评价。运用逻辑框架法对黑河调水及近期治理可持续性进行评价,同时综合运用成功度评价法和层次分析法对各单项指标进行等级评定和层次分析,得出黑河调水及近期治理可持续性评价总的评价等级结果。