陕北黄土高原退耕还林还草工程产水效应

以陕北黄土高原为研究区,利用InVEST产水量模型,基于水量平衡和水文过程原理,通过对降水、蒸散发、土壤、植被等自然因子和土地利用/覆被变化因子进行空间叠加与模拟计算,定量评价了研究区退耕还林还草工程的产水效应。结果表明：2000-2010年研究区林地、灌丛、草地面积分别增加了122.7、285.2和3 204.0 km²,耕地面积减少了3 984.5 km²,退耕还林还草工程土地覆被变化显著;2000-2010年研究区产水能力整体下降,延安市境内总产水量减少了8.9×10⁸ m³,榆林市境内总产水量减少了7.2×10⁸ m³,空间分布与退耕还林还草工程实施区域高度一致;土地利用类型转化致使研究区产水量整体减少了11 665.4×10⁴ m³,其中,耕地向林灌草的转化导致研究区产水量减少最为明显,共减少了11 254.2×10⁴ m³,占总减少量的96.5%。通过产水量重要性分级和空间分区,可为生态系统及流域的科学管理、退耕还林还草工程的科学实施提供参考和指导。     

基于1960-2018年实测径流与水文学方法的开都河生态流量分析

为科学地确定河流生态流量,保障流域水安全与生态环境健康,基于开都河大山口水文站1960-2018年的实测径流数据,采用Tennant法、典型水文频率年法、最枯月平均流量法和Q_p法等4种水文学方法计算了河流的生态流量,通过对比分析确定基于Tennant法的计算结果最为适宜。计算结果表明：开都河大山口水文站10-翌年3月的平均生态流量应不小于15.60 m³/s,对应最小生态环境需水量为 2.47×10⁸ m³;4-9月的平均生态流量应不小于46.15 m³/s,对应最小生态环境需水量为7.30×10⁸ 　m³,全年生态流量平均不小于30.88 m³/s,对应最小生态环境需水量为9.77×10⁸ 　m³。该生态流量目标可满足开都河大山口至博斯腾湖河段的河道径流损失,保证河流基本生态功能与水生态安全。计算分析结果可为开都河河流生态流量管理提供支撑。     

“双碳”和“高碳”情景下金沙江中上游流域未来径流模拟

受全球气候变化影响,金沙江中上游流域的水文情势发生了较大改变,模拟金沙江中上游流域未来径流,对区域水资源利用具有重要意义。根据中国的“碳达峰”和“碳中和”目标,基于CMIP6的5种全球气候模式（GCMs）,耦合SWAT模型和CA-Markov模型,预估了未来“碳达峰”时期(2021—2040年)和“碳中和”时期(2041—2060年)的流域径流变化趋势,为水资源的管理与规划提供理论支撑。结果表明：2021—2060年间金沙江中上游流域呈现暖湿趋势,“高碳”情景下气温和降水量增幅更大。未来土地利用变化表现为除未利用地面积减少之外,其他类型土地面积均有增加。“双碳”情景下年径流量呈现增加趋势,“碳达峰”时期增长率为1.55×10⁸~2.01×10⁸ m³/a,“碳中和”时期增长率为2.07×10⁸~4.02×10⁸ m³/a;“高碳”情景下未来时期年径流量呈现减少趋势,“碳达峰”时期减少率为0.99×10⁸~1.07×10⁸ m³/a,“碳中和”时期减少率为0.85×10⁸~1.06×10⁸ m³/a;从月平均径流量来看,“双碳”情景下水资源更加丰富,年内分配更为均匀。     

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。     

面向供水对象转型的引大入秦工程水资源优化配置研究

引大入秦工程（以下简称引大工程）建成初期主要以秦王川农业供水为主,但随着兰州新区的建设发展,其供水对象开始向城市生活用水和工业用水转型,如何实现有限水资源的合理配置是目前研究的重点问题。基于此,依据引大工程供水区（以下简称引大供水区）可持续发展要求,构建以实现经济、社会、生态效益最大化为目标函数,可供水量、输水能力、用户需水量、排水系统排水量与变量非负为约束条件的多目标水资源优化配置模型,使用遗传算法进行求解。结果表明：2025年引大供水区不同用水部门配水量（保证率P=50%、P=75%）分别为生活用水8 323.85×10⁴、8 322.49×10⁴ m³,农业用水15 001.95×10⁴、15 631.53×10⁴ m³,工业用水11 111.00×10⁴、11 100.00×10⁴ m³,生态用水946.88×10⁴、947.02×10⁴ m³,各部门总配水量与优化前供水量4.23×10⁸ m³相比,达到供需平衡;2030年引大供水区不同用水部门配水量（保证率P=50%、P=75%）分别为生活用水12 650.51×10⁴、12 666.53×10⁴ m³,农业用水16 397.77×10⁴、17 019.70×10⁴ m³,工业用水20 498.00×10⁴、20 508.00×10⁴ m³,生态用水948.00×10⁴、948.88×10⁴ m³,不同保证率下各部门总体缺水率分别为12.27%、13.38%。2025—2030年引大供水区的非农业用水结构将大幅提升,农业灌溉用水量降低。研究结果可为引大供水区优化水资源配置决策提供参考依据。     

和田河流域冰川径流对气候变化响应的模拟分析

为模拟和田河流域上游冰川径流,构建了嵌入冰川模块的SWAT模型,并基于实测径流数据及冰川编目数据对模型进行校正与验证,定量分析了和田河流域上游冰川径流的变化趋势及其对出山径流的贡献和对气候变化的响应规律。结果表明:1967—2017年玉龙喀什河流域多年平均冰川径流量为11.02亿m³,冰川径流对出山径流的贡献率为48.7％,喀拉喀什河流域多年平均冰川径流量为9.51亿m³,冰川径流贡献率为45.5％;在0.01显著性水平下,玉龙喀什河流域气温与降水量均呈显著上升趋势,喀拉喀什河流域气温呈显著上升趋势,降水量呈不显著上升趋势;气候变化背景下,两条支流由于地理位置、冰川特征等的不同,导致两条支流的径流响应呈现较大差异,玉龙喀什河流域冰川径流量呈显著增加趋势,而冰川径流对出山径流的贡献率呈显著下降趋势,喀拉喀什河流域冰川径流量与冰川径流贡献率均呈不显著增加趋势。     

新型防洪减灾措施在洞庭湖中的模拟应用研究

为提高洞庭湖的防洪能力及增强其枯水期供水能力,提出了适用于洞庭湖区的新型防洪减灾措施——“河湖分离”方案。通过采用数值模拟方法,以洞庭湖1996年型洪水为例,探讨了“河湖分离”方案对洞庭湖区防洪效果的影响,并统计分析了在应用该方案后洞庭湖1996-2014年的蓄水能力。结果表明：洞庭湖实施“河湖分离方案”后,若遇1996年型洪水,湖内有效防洪库容可由1996年的20.91×10⁸ m³增加至119.01×10⁸ m³,从而增强了洞庭湖的削峰能力。通过统计分析发现,洞庭湖具有很大的蓄水潜力,即使在年极端干旱年份（比如2006及2011年）,“河湖分离”方案仍能使得洞庭湖的可用蓄水量超过18.0×10⁸ m³,这说明“河湖分离”方案能有效地缓解洞庭湖区季节性缺水的状况。     

基于地下水安全的井渠结合灌区节水潜力分析——以永定河流域张家口段为例

农业节水潜力是确定节水灌溉发展方向以及解决水资源短缺问题的关键参量。为探究永定河流域张家口段井渠结合灌区的节水潜力,将农业节水潜力分为管理节水潜力与工程节水潜力两类,通过引入地下水安全性检验方法,避免井渠结合灌区实现节水潜力后存在地下水超采风险,建立了满足地下水安全的井渠结合灌区节水潜力分析方法。结果表明：永定河流域张家口段大中型灌区现状灌溉用水总量为1.62×10⁸ m³,以常规方法估算的地表水节水潜力为0.805 9×10⁸ m³,考虑地下水安全的地表水节水潜力修正为0.795 4×10⁸ m³,其中管理节水潜力和工程节水潜力分别为 0.610 5×10⁸和0.185 0×10⁸ m³,分别占比76.7%和23.3%,管理节水潜力所占比重较大。永定河流域张家口段大中型灌区的管理必须改变以往重工程建设轻灌溉管理的理念,才能更大程度地挖掘管理节水潜力。研究结果可以在保证井渠结合灌区地下水安全的前提下,对灌区的管理节水潜力与工程节水潜力的占比进行科学评价,对未来灌区灌溉工程规划和建设等方面具有现实的参考意义。     

沙颍河干流与地下水水量交换研究

以沙颍河干流界首至阜阳段为研究区,建立河流与地下水水量交换的数值模型,研究其主要河流与地下水之间的水量交换关系。在研究中发现：排泄河流是地下水的主要排泄方式之一,地下水与地表水的水量交换主要表现为地下水补给地表水。河流与地下水的交换水量与河流水力传导系数C直接相关,基本呈指数关系。当C值为100 m²/d,沙颍河干流高洪水位期间,河流对地下水的补给强度为4.77×10^-6m³/（s·km）,在距离河流小于1000 m范围内的潜水水位受补给影响明显;在枯水季节,地下水对河流平均补给强度为7.26×10^-3m³/（s·km）。枯水季节地下水对河流的补给强度较大,过度开采可能引起地下水对沙颍河的补给量减少,对枯水季节沙颍河河道流量产生重大负面影响。     

金沙江中上游流域未来径流模拟研究

为了探究金沙江中上游流域未来径流变化趋势,为流域防洪规划提供依据,基于SWAT水文模型,选用CMIP5数据集建立未来时段的全球气候模式,从时间和空间尺度解析研究区2022—2050年径流变化趋势。结果表明：流域2022—2050年降水量和平均气温均高于基准期,并且呈现上升趋势,其中流域南部降水量增幅较大,流域北部气温增幅较大。在RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5 3种气候情景下,2022—2050年年径流量均呈现增大趋势,变化率分别为5.79×10⁸、5.53×10⁸、2.99×10⁸ m³/a。相较于基准期,未来春季和秋季径流量呈现减少趋势,夏季和冬季径流量呈现增加趋势,冬季径流量增幅达到了10%。流域产流量呈现从西北到东南依次增加的特点,相较于基准期,流域南部产流量均呈现增加趋势。未来径流量呈现增加趋势,冬季径流量增幅较大,可能会发生冬汛等极端水文事件,流域南部受洪水威胁的可能性进一步增大。     

若尔盖高原径流量变化与储水量计算

若尔盖高原的降水量微弱减少与蒸发量持续上升,使若尔盖高原径流量与储水量逐年降低,直接减少了若尔盖高原的湿地面积和对黄河上游径流量的补给。基于红原、若尔盖和玛曲站的气象数据和7个水文站的径流量数据(1981-2011年),并对数据序列进行插补与计算,获得若尔盖高原的径流量变化与气候因子的响应关系,进而计算储水量变化。计算结果表明:若尔盖高原向黄河年均补水(67. 08±14. 90)×108m3,并以0. 48×108m3/a速率持续减少。降水量每减少1 mm将导致黑河与白河的年径流量分别减少0. 02×108和0. 05×108m3。蒸发量每增加1 mm将导致黑河与白河的年径流量分别减少0. 12×108和0. 27×108m3。1981-2011年若尔盖高原的年均储水量为(59. 30±18. 69)×108m3,其年均递减速率为0. 49×108m3/a。本研究有助于认识若尔盖高原对于黄河上游水资源保障的重要性。     

Quantitative Estimation Models and Their Application of Ecological Water Use at a Basin Scale

Ecological water use (EWU) is urgent in need in the lower reaches of Tarim River in China. Estimation of water amount for EWU is depending on some parameters and modeling. EWU is mainly consists of two parts in no runoff area in the basin, i.e. total water amount for restoration groundwater table and total stand water amount of the all river courses. The former is including water amount for restoration of groundwater table, lateral discharge and evaporation of water surface. The estimated values are 8.18 × 10⁸ m³, 0.68 × 10⁸ m³/a and 0.132 × 10⁸ m³/a respectively. Based on the groundwater depth rising 4.0 meters requiring 5 years, the total water amount for restoration groundwater table is 2.448 × 10⁸ m³/a. The latter, i.e., total stand water amount is 1.992 × 10⁸ m³/a. However, the development of water management measures could alleviate the issue and lead to sustainable EWU in the lower reaches of Tarim River.     

长江荆南三口地区水系连通变异前后的径流变化特征研究

以长江荆南三口河系1956-2016年的实测径流量资料为基础,以1989年为水系连通变异分界点,运用趋势分析法和小波分析法研究基准期和变化期的径流量时空变化特征。结果表明：基准期和变化期年均径流量呈现下降趋势,下降速率分别为1.945 7×10⁸和0.768 2×10⁸ m³/a;径流主要集中在丰水季节,占比达60%~70%,变化期在4个水文季节的径流量比基准期下降了40%~80%,枯水季节下降幅度高达77%;径流量存在3类周期变化,变化期比基准期的小周期丰枯交替次数约增多2次,长周期范围和中心值约缩短6 a;新江口和管家铺两个水文站的径流量约为三口地区总流量的2/3,集中于松滋河的西支和藕池河的东支。研究结果可为荆南三口地区及洞庭湖的水资源调蓄提供科学技术参考。     

黄河河口鱼类春季生态需水

黄河河口鱼类春季生态需水主要满足河道淡水鱼类栖息地及产卵场、河道洄游鱼类上溯通道和近海洄游鱼类低盐产卵场需求。综合考虑鱼类生活习性,径流传播以及与近海淡咸水混合时间和小浪底水库运行以来月均流量特征,鱼类需水应重点关注3—5月。依据河道淡水鱼类和洄游鱼类的生活习性,从洄游通道的全程连续性出发,需要的低流量为240 m~3/s。结合自然时期流量脉冲特征,每年需要一次4月中旬持续8 d的峰值为890 m~3/s的流量脉冲;在此条件下,春季入海径流量为21.6亿m~3,已满足近海洄游鱼类低盐产卵环境要求的21亿m~3冲淡水量。小浪底水库运行以来,平均春季径流量已达到21亿m~3。通过优化年内或年际调度模式,满足鱼类春季生态需水具有很大可行性。     

新疆和田河径流损失辨析

为确保新疆和田河年均向塔里木河输水9亿m3目标,合理估算和田河径流损失是先决条件。通过对比分析已有关于和田河径流损失估算的多篇文献,将和田河上游两支流水量合并、按水文站与渠首监测断面划分河段、考虑瓦鲁瓦提水库运行划分阶段估算径流损失是合理可行的;而和田河径流损失的定量估算结果差异显著的主要原因是径流损失中所含分量不同,即对河道径流损失概念理解不一致。     

灞河流域气候因子对水沙变化的影响

利用灞河流域蓝田气象站和马渡王水文站1960—2012年的气象、水文实测资料,分析灞河流域气候及水沙变化规律,同时运用相关性分析、灰色关联分析、多元线性回归模型等多种方法探讨了该流域水沙变化与气候变化的关系。结果表明:灞河流域降雨量、蒸发量、径流量和输沙量皆呈显著下降趋势,而气温呈上升趋势;降雨量与水沙都有重要的相关关系,1960—1990年影响径流量的气候因子敏感度由大至小依次为降雨量、气温、蒸发量,而1991—2012年则为降雨量、蒸发量、气温,当气温和蒸发量不变时,降雨量每增加1 mm,两阶段的年径流量分别增加0.14亿m3和0.08亿m3;1960—2012年影响输沙量的气候因子敏感度由大至小依次为降雨量、气温、蒸发量,当气温和蒸发量不变时,降雨量每增加1 mm,年输沙量增加0.668万t。     

Ecological Water Requirement (EWR) Analysis of High Mountain and Steep Gorge (HMSG) River—Application to Upper Lancang–Mekong River

As “corridor” in the south–north and “barrier” in the west–east direction, Lancang River, the upstream of Lancang–Mekong River, has an obvious spatial–temporal characteristic and unique regional attributes. Recently, the hydropower development of the mainstream along Lancang River has disturbed the regional ecosystem to have unstable factors, and threatened the ecosystem health. This paper used the couple model of Grading Coefficient of ecological water requirement (GCEWR) and the ecological runoff (ER) to simulate the ecological water requirement (EWR) of Lancang River, in a broad sense, this method belongs to hydrology–ecology methodology. In the GCEWR–ER, We adopted ecological characteristic indexes (ECI) and hydrological characteristic variables (e.g. variance index) to calculate the GCEWR, and used three methods to calculate the basic variable (e.g. ER) of EWR: the first method directly used annual average runoff as ER; the second method was used frequency method and took year as basic time unit, and the third method took season (e.g. flood season, non-flood season) as the basic time unit to evaluate ER. Finally, in order to demonstrate applicability of this developed methodology, this paper adopted GCEWR–ER method to calculate the EWR of Lancang River in the Longitudinal Range-Gorge Region. By the systematic analysis of the results, we could get the minimum, satisfying and optimal EWR for the Lancang River, which were 142.53 × 10⁸, 286.46 × 10⁸ and 385.96 × 10⁸ m³. The three EWR respectively occupied 25.10%, 50.46% and 67.98% of the average measured run-off (567.75 × 10⁸ m³) of the Lancang River, and respectively occupied 18.63%, 37.45% and 50.45% of the natural run-off (765 × 10⁸ m³) of the Lancang River.     

基于地表径流量预测的玛纳斯河流域绿洲适宜规模计算

基于神经网络算法和水热平衡原理,结合水文、气象数据,构建了玛纳斯河绿洲适宜规模模型,分析计算了1990-2020年绿洲适宜规模与现状规模,预测了2021-2030年流域地表径流量和绿洲适宜规模.结果表明:1990-2000年、2001-2010年、2011-2020年绿洲适宜规模分别为11003.3 km2、9902....     

Effectiveness of Rainwater Harvesting in Runoff Volume Reduction in a Planned Industrial Park,China

It is urgent to effectively mitigate flood disasters in humid mountainous areas in southeastern China for the increasing flood risk under urbanization and industrialization. In this study, a rural district with an area of 13.39 km² that planning to build an industrial park covering an area of 7.98 km² in Changting was selected to estimate the potential of collectable rainwater and the extent to which runoff volume can potentially be mitigated by rainwater harvesting. In addition, the optimum cistern capacity of a rainwater harvesting system in the planned industrial park was evaluated using daily water balance simulation and cost-efficiency analysis. The results showed that rainwater harvesting in the planned industrial park has great potential. The annually collectable rainwater is approximately 9.8?×?10⁶ m³ and the optimum cistern capacity is determined to be 0.9?×?10⁶ m³. With the optimum cistern capacity, the annual rainwater usage rate is 0.99, showing neither financial savings nor deficits. Rainwater harvesting can reduce 100 % of runoff volume in the cases of critical rainfall storm (50 mm) and annual average maximum daily rainfall (111.2 mm), and 58 % of runoff volume in the case of maximum daily rainfall (233.6 mm), respectively. All surface runoff can be collected and stored in the cisterns when rainfall amount is less than 135.5 mm in a rainstorm event.