基于CMIP6的通州区未来地表水资源量估算

为探究气候变化对未来地表水资源量的影响,以南通市通州区为研究区,选用CMIP6中的气候模式数据,驱动平原河网产流模型,计算未来地表水资源量。结果表明,平原河网产流模型在通州区径流过程的模拟有较好适用性,率定期月地表径流深模拟R²、NSE分别为0.89、0.88,验证期月地表径流深模拟R²、NSE分别为0.92、0.92;未来区域降雨量、气温较基准期呈增加趋势;相较于基准期,通州区未来地表水资源量总体呈增加趋势,SSP126、SSP245、SSP585情景下,地表径流深分别增加了2.7%、11.1%、15.9%。研究成果揭示了通州区地表水资源量变化趋势与气温、降水之间的相互关系,可为通州区水资源规划提供科学理论依据。     

考虑气候变化因子的变参数Budyko理论及其在赣江流域未来水资源预估的应用

水资源长期变化的准确预估对流域未来水资源规划具有重要的战略意义。Budyko水热耦合理论已广泛应用于评估流域未来长期的水资源变化情况,但其无法动态考虑流域下垫面的变化对水资源的影响。结合Budyko水热耦合方程及蒸发互补原理提出了一种可以考虑流域下垫面产流特征变化的流域水资源量预估方法,并结合CMIP6多个气候模式的未来模拟数据,对赣江流域的未来水资源量变化情况进行了预估。主要结果如下：(1)在高排放情景(SSP5-8.5)下,赣江流域的未来下垫面特征发生了较为明显的变化,流域特征参数变小,流域蓄水能力减小;(2)SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5三个情景下赣江流域未来期降水和水资源量相对变化均在10%以内,潜蒸发变化幅度较大,在10%～20%之间。(3)研究所提出的基于Budyko水热耦合方程和蒸发互补原理耦合的流域水资源量模拟方法可在一定程度上考虑流域未来产流特征的变化。     

改进的WEAP模型在水资源管理中的应用

在水资源评价和规划模型(WEAP)的基础上耦合多边形网格地下水三维流有限差分模拟系统,建立了WEAP-Tsinghua模型。该模型既能反映各水文测站的径流情况和水资源供需关系与分配,也能反映地下水位动态变化。以石羊河流域为例,建立了该流域的水资源管理模型,并利用2000年用水结构、水文测站径流数据和地下水位观测数据进行参数率定和模型验证,模拟和实测地下水水头差值小于1.0m的观测孔达到总监测点数的50%,模拟和实测蔡旗同金川峡站流量年误差小于1％,模拟的用水结构符合实际,预测分析说明石羊河流域现状用水模式不合理。改进WEAP模型具有友好的用户界面和易于使用的功能,可用于区域水资源规划模拟分析。     

黑河地表-地下水交互作用对水量调度的影响

地表-地下水交互作用关系对于水资源调度管理具有重要影响,深入理解这一关系是进行科学调度的基础.本文基于MODFLOW建立了黑河中游地区的地表-地下水联合模拟模型,通过1995-2000年间的实测资料对模型进行了参数率定和模型验证,并模拟了 2001-2006年黑河水量调度实际情况.结果表明,黑河流域地表-地下水之间的交...     

未来气候变化下拉萨河流域径流变化趋势研究

【目的】气候变化引起水文循环的变化,主要表现为降水、径流等的显著改变。【方法】基于拉萨河流域分布式径流模型,应用第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的4个气候模式数据,分析未来气候变化情景下拉萨河的径流变化。【结果】结果显示：SSP1-2.6情景模式下,拉萨河上中下游年径流深均呈减少趋势,约减少42%,但月径流量年内分配比例较实测月径流分配比例变化不大;SSP2-4.5情景模式下,总体上呈增加趋势,约增加1.5%,中上游径流深呈减少趋势,约减少1%～7%,下游支流呈增加趋势,约增加1%～37%;SSP5-8.5情景模式下,总体上呈增加趋势,约增加10%,下游支流增加趋势更加显著,约增加17%。【结论】结果表明：在CMIP6未来气候情景模式下,径流变化较为显著且不同情景模式差异较大;未来径流深变化趋势与未来降水变化趋势较为一致;拉萨河流域未来不同气候情景模式下径流深时空分布存在差异。通过对CMIP6未来气候模式进行模拟,分析拉萨河流域径流变化特征,为区域水文水资源配置、水资源利用等提供参考依据。     

基于区域水平衡理论和SWAT模型的沁河流域水收支平衡演变分析

基于区域水平衡理论和SWAT模型,提出了分布式水收支平衡模型的构建思路及水收支平衡计算方法,对人类活动和未来气候变化情景下的沁河流域水收支平衡状况进行模拟,并通过皮尔逊相关系数和Mann-Kendall检验方法分析了水收支平衡的关键影响要素及其演变规律。结果表明:2010—2016年沁河流域蓄水总量呈下降趋势,降水量及出口径流量为沁河流域水收支平衡相对关键的影响要素；未来多气候情景下蓄水总量呈上升趋势,多年平均降水量及出口径流量两个关键影响要素的总体变化情况与辐射强迫水平呈正相关关系；典型气候情景SSP2-4.5下降水量及出口径流量在2037—2041年、2061—2063年可能存在突变。     

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。     

未来气候情景下和田河流域日径流过程模拟

选取具有物理基础的分布式水文模型MIKE SHE来模拟典型西北干旱区山区和田河流域的水文过程。并采用TRMM遥感数据实现分布式降水的输入。在此基础上利用多模式集合平均法对CMIP5中RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0以及RCP8.5四种排放情景下地表径流的变化情况进行了评估。结果表明:MIKE SHE分布式水文模型能在站点稀少、自然环境恶劣的和田河流域进行水文过程模拟,率定以及验证期的结果均在可接受范围之内。在不同气候情景下的模拟结果表明,和田流域降水、温度以及地表径流在未来不同排放情景下的变化均表现出较好的一致性。春、秋、冬三季降水均增加,夏季降水减少;四季温度均升高且夏季增温最大。和田流域地表总径流量增加,而7-8月径流量减少。融雪期进一步提前,且春季融雪量显著增加。     

气候变化对汾河(运城段）径流影响模拟

将分布式水文模型——SWAT模型应用于汾河（运城段）的径流模拟,以期为流域水资源管理、优化配置提供科学依据。首先,分析模型对研究区域的适用性,并在现有资料基础上对流域径流进行模拟研究,从时间、空间两个方面共同诠释了流域内径流与降水的关系;其次,根据流域未来气候可能变化,由增量情景法设定了不同气候情景,模拟未来气候情景下径流的变化趋势以及径流量的年内变化特征。结果表明:①研究区域内径流在时空分布上均与降水量分布吻合;②研究区域内径流量变化与气温变化呈负相关关系,与降水量变化呈正相关关系,且降水量变化对研究区域径流量产生的影响比温度变化产生的影响大;③径流量的年内分布呈季节性特点,汛期（7—10月份）最大,枯水期（11月至翌年3月份）最小;④未来气候变化趋势下,研究区域径流量将呈相应增加趋势,在气温升高0.5℃和降水量增加10%的情景下,河津水文站的径流量将增加1.29 亿m3。     

利用ABCD模型预测流域水文对极端气候的响应

ABCD模型只有4个参数,以降水量和潜在蒸散量为输入,可以同时模拟蒸散、径流以及土壤水、地下水储量的变化,适用于进行月尺度或年尺度的流域模拟。把ABCD模型运用到美国内布拉斯加州的北Loup河流域,该流域有超过60 a的气象和水文数据。经过对初值和参数进行敏感性分析,确定合理的模型参数和土壤水、地下水储量取值区间,发现模型初值误差只影响10 a以内的径流量模拟结果。利用对初值不敏感时期的实测径流量优化识别了模型参数,在此基础上再利用前10 a数据优化识别了模型的初值。模拟得到的地下水储量变化特征与前人根据地下水位变化推算的结果基本一致,径流量模拟的Nash效率系数为0.68,验证了ABCD模型对北Loup河流域的有效性。然后,对流域气象数据进行统计分析,确定了50 a一遇的极端干旱和极端湿润气候条件,采用ABCD模型预测了持续极端气候情景下的流域水文状态变化情况。结果表明:土壤水储量对极端气候的响应很快,在气候变化的第2年基本达到稳定,对流域径流几乎没有调节作用;地下水储量对极端气候响应较慢,衰减或增加50%所需要的时间均超过10 a,从而降低了流域径流对极端气候的敏感性。     

沙颍河流域径流过程模拟与径流组分变化特征

采用线性关系和非线性关系对沙颍河流域的地下水退水曲线进行拟合对比,基于改进的SWAT(soil and water assessment tool)模型对沙颍河流域径流过程进行模拟,并采用Nash-Sutcliffe效率系数、百分比偏差及确定系数等3个指标对模拟效果进行评价,在此基础上,分析沙颍河流域径流过程的年内和年际变化特征。结果表明:沙颍河流域地下水退水曲线非线性关系拟合比线性拟合效果好,基于此建立的模型模拟结果较好;沙颍河流域地表径流、壤中流和基流分别占径流量的55.5%、25.4%和19.1%,冬季径流主要由基流补给,径流年内分配与降水变化基本一致,具有明显的季节变化和不均匀性;1961-2014年径流量呈上升趋势,地表径流和基流的波动与径流的变化基本一致,呈上升趋势;1961-2014年壤中流呈下降趋势。     

气候变化影响下的赣江流域水资源变化趋势与幅度分析

利用全球气候模式输出结果,经统计降尺度模型降解后得到流域尺度的降水和气温要素,根据实测资料建立气温—蒸发回归关系以及新安江水文模型,使用耦合模拟和MK趋势分析评估未来气候变化情景下赣江流域水资源量的变化趋势和幅度。研究结果表明:未来不同排放情景下的年降水量、年蒸发量和年径流量等水文气候要素变化趋势以显著增加为主。未来年降水量、年蒸发量和年径流量的多年平均值相对基准期有较小幅度增加,最大增幅为年径流量的13.81%。降水、蒸发和径流的年内变化有明显的季节性特征,汛期径流增加、非汛期径流减少的不均匀情况加剧,在一定程度上可能增加赣江流域未来的防洪压力和枯水期供水压力。     

基于水量平衡原理的水循环要素动态分析

通过对2000,2010年水循环变化数据的计算和2020,2030,2040年数据预测,得到流域水资源消耗量、排水沟排水量、地下水消耗量及补给量均在减少,地下水位显著下降,区域未来水循环受人类的影响程度减弱,水资源循环通量的减小程度减缓,水循环进程的加快程度放慢。合理配置塔里木河流域地表水资源、适度开发利用地下水可以缓解灌溉高峰区的供水矛盾,有效控制地下水位,减缓流域自循环能力减弱趋势,保证流域水资源及整个新疆的的可持续发展。     

未来气候变化影响下的流域面源污染负荷特征响应评估

针对流域面源污染负荷在未来气候变化影响下的变化特征,以我国新安江上游率水流域为例,使用通用流域污染负荷模型(GWLF),对其2000-2013年的水量及总氮、总磷面源污染负荷通量进行了模拟,并解析了其负荷来源分配。在此基础上,基于政府间气候变化专业委员会(IPCC)的气候变化评估报告结果,利用GWLF模型分析了到21世纪20年代、50年代、80年代在A1FI(最高排放)和B1(最低排放)情景下,率水流域的水文及总氮、总磷面源污染负荷特征变化。结果表明:未来气候变化对流域水文及面源污染负荷特征均有一定影响。年水资源量先减少后增加,地表径流量和蒸发量逐渐上升而地下水量逐渐下降。到2080s,A1FI情景比B1情景有更多的水资源量。年总氮通量先增加后减少,在2050s最高,而年总磷通量则逐渐增加,且两种污染物均在A1FI排放情景下有更高的污染负荷量,表明人类温室气体的排放会潜在地增加流域水体面源污染负荷。     

基于MIKE SHE模型的流域地下水水文响应

为研究在流域或盆地尺度上降雨入渗补给地下水水文响应的滞后效应,采用ArcGIS技术,并基于MIKE SHE软件数值分析的方法,建立了丹麦Skjern流域地表水-地下水耦合的分布式水文模型,运用观测值对该模型进行参数率定。通过观测值和模拟值对比,同时分析了Skjern流域气候条件和地下水埋深对地下水水文响应的影响,结果表明:丹麦属于温带海洋性气候,Skjern流域地下水补给集中在9—12月和1—3月;地下水位埋深为1m左右时,降雨入渗补给很快到达地下水面,地下水补给峰值的滞后时间很短,大约1～2 d;对于地下水位埋深在2～5 m之间的,滞后现象较为明显,峰值滞后4～5 d;对于地下水位埋深＞10 m的, 峰值滞后时间则很长。该模型模拟Skjern流域效果较好,模型对于Skjern流域具有一定的适用性和应用潜力。     

基于SDSM-SWAT的气候变化下东江流域径流预测模拟

通过耦合SDSM统计降尺度模型和SWAT水文模型,探讨气候变化下东江流域的未来气候及其径流响应。首先基于SDSM模型,将2011—2099年HadCM3模式下A2和B2两种情景数据降尺度到东江流域各站点,生成未来气候要素(气温和降水);然后建立适用于东江流域的SWAT模型,并模拟该流域未来气候变化下的径流响应。结果表明:未来东江流域的气温、降水量和径流量均呈增加趋势;且A2情景下各气候水文要素的增加速度比B2情景下更快。研究结果可为东江流域的流域综合管理和水资源的可持续利用提供一定的科学依据。     

黑河流域水资源管理模式研究

水资源管理模式是提高水资源动态管理的有效方式,为水资源高效配置和合理利用提供技术支撑。针对黑河流域水资源利用现状与存在的问题,分析和探讨了基于生态需水、水权框架、模拟模型和水资源信息系统的黑河流域水资源管理模式,展望了未来流域水资源发展方向。指出在未来应加强人类活动影响下流域水资源污染研究,流域地表水与地下水联合调度管理和水资源合理配置与流域集成管理研究。     

基于水资源配置情景的地下水演变模拟研究——以海河流域平原区为例

在分析研究国内外地表水-地下水联合应用模型研究现状基础上,提出水资源配置模型与地下水模型联合运用实现用水变化情景下的海河平原区地下水演变模拟。通过数据展布构建两个模型不同时空尺度的数据转换输入。通过动态插值推求从水资源配置水平年年数据结果到连续时间过程的地下水模拟模型动态时间序列数据输入,进而模拟以现状为初始状态的地下水演变趋势。通过不同条件的配置情景模拟得出未来海河平原地下水演变规律以及南水北调工程和地下水限采措施的影响。结果表明,在没有南水北调情景下,海河平原区在2005年-2020年期间地下水负均衡量将接近50亿m3,南水北调工程通水后负均衡量减少到不足14亿m3,典型漏斗区的水位将少下降5~25 m,地下水恶化的趋势将得到有力的缓解。     

改进的新安江模型多目标参数优化 ——以临涣集流域为例

平原灌区水文过程受人类开采灌溉影响较大,地表水与地下水物质能量交换频繁,单目标率定方法难以同时有效模拟该区流量和地下水埋深过程。对此,在新安江模型基础上加入地下水蓄水库,构建地表-地下水耦合模型,建立包含流量与地下水埋深信息的多目标函数。采用MCAT分析流量和埋深单目标以及多目标下的参数敏感性,用SCE-UA算法率定遴选出的敏感参数,比较单目标和多目标率定结果。结果表明,该多目标参数优化方法显著提高了工作效率,解决了单目标率定中无法同时达到流量与地下水埋深过程模拟高精度的问题。模型在临涣集流域的耦合模拟中取得较好效果,为平原灌区地表水与地下水动态模拟和水资源评价提供参考。     

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。