干旱生态环境及水资源对全球气候变暖响应的研究进展

西北地区现代气候变化基本特征是冬暖夏干,采用脆弱度和影响指数方法定量评价了生态环境对全球气候变暖响应,重点阐述了西北现代气候变化对干旱生态环境和水资源这两个领域的影响.结果表明: 由于现代气候变干变暖的自然和人为因素的共同作用,导致我国西北地区的黄土高原、黑河流域、石羊河流域、甘南高原和黄河首曲的地域生态环境有不断退化的趋势.气候变干使渭河上游、黄河上游(洮河和大夏河)以及黄土高原中部7条主要河流的径流量呈明显下降趋势,引起水资源短缺.     

祁连山中部地区40 a来气候变化及其对径流的影响

过去４０ａ中,我国西北内陆流域山区气候已发生了显著变化。文章主要对祁连山中部的黑河和计赖河流域山区气候变化进行了分析,并根据气候变化特点计算了气候要素与年径流变化的关系。结果显示,同区径流对气候变化具有十分敏感的反应。不同流域、径流对不同气候要素具有不同的依赖性,这主要与冰川、积雪和冻土等寒区水文要素的分布和规模有关,黑河流域径流呈增加之势,主要与降水量增加密切相关,而计赖河径流则表现为减少的趋势     

新疆冰川、积雪对气候变化的响应(Ⅰ):水文效应

新疆是我国冰川、积雪资源最为丰富的地区,冰川和积雪融水在水资源构成中占有重要的地位,其对气候变化的响应使得河流水文过程发生明显的变化,对新疆干旱区的水资源利用和管理产生重大影响.新疆高山流域产流占地表径流的80%以上,其中冰川和积雪融水径流在总径流中的比例可达45%以上,积雪和冰川融水是河流的主要补给来源.在新疆北部的阿尔泰山和天山北坡河流主要以融雪径流补给为主,而在天山南坡、昆仑山、喀喇昆仑山和天山北坡的伊犁河流域的河流以冰川融水补给为主;以融雪径流为主要的河流主汛期在春季到夏初,而冰川融水补给的河流夏季是主汛期.随着新疆气候向暖湿转变,高山流域的水文过程对气候变暖和积雪增加产生明显的响应:以积雪为主补给的河流,水文过程对气候变暖的响应表现为最大径流前移,夏季径流减少明显;以冰川融水补给的河流,径流响应表现为6-9月汛期径流量明显增大,汛期洪水增多,年流量增加.由于不同补给类型河流的水文过程发生变化,其相应对下游的水资源供给和洪水安全管理产生了重大影响,在水资源管理方面需要适应气候变化对水文过程的调整,减缓气候变化对水资源安全的影响.     

祁连山北坡流域冰川物质平衡波动及其对河西水资源的影响

祁连山北坡各流域发育有现代冰川 2 166条 ,总面积 13 0 8km2 ,冰储量 60km3,冰川融水补给河流约 8× 10 8m3·a-1,占河西地表总径流量的 11% .近 4 0a来 ,东段石羊河流域冰川物质平衡 (Bn)呈较大负平衡 ,Bn在 - 80～ - 12 0mm间 ;西段的讨勒河、疏勒河和党河流域冰川具正物质平衡 ,Bn在+ 5 0～ + 90mm ;黑河流域的冰川处于过渡区 ,其冰川物质平衡多年平均在 - 4 0～ + 4 0mm间 .冰川物质平衡的变化直接影响着河流径流的变化 ,洪水坝河、党河和昌马河的冰川融水补给率达 3 0～ 4 0 %以上 ,东大河、大渚马河、马营河和讨勒河的补给率在 12 %～ 14 %之间 ,而西营河和梨园河仅有 7%左右 .冰川物质平衡逐年变化显示 ,2 0世纪 5 0～ 70年代冰川以负物质平衡为主 ,80年代开始向正的平衡开始转化 ,90年代以正平衡为主 ,主要是冬季气温上升引起的降雪量增加的结果 .在全球气温变暖情景下 ,东段冰川物质平衡将呈增加的趋势 ,西段冰川物质平衡将呈下降的趋势 ,将使西段以冰川融水补给的河流径流增加 ,而东段石羊河流域径流下降明显 .     

1960-2012年河西内陆河上游山区降水量变化及其区域性差异分析

基于我国河西内陆河流域有关水文、气象台站的观测数据,对1960年代以来河西走廊的石羊河、黑河、疏勒河三大内陆河水系上游山区降水变化特征、趋势及区域时空变化差异进行了分析.结果表明：受全球变暖的影响,石羊河、黑河、疏勒河流域上游的降水量年代际、年际及季节性的变化总体上呈增加的态势,但不同区域降水增幅存在着一定的差异.其中,1960年代,位于祁连山东部的石羊河水系上游山区、中部的黑河水系上游山区及西部的疏勒河水系上游山区普遍少雨;1970年代,石羊河山区降水偏多并持续至今,黑河、疏勒河水系上游山区则降水偏少;1980年代,三大水系上游山区均多雨;1990年代的黑河、疏勒河山区和2000年代的三大水系上游山区均多雨;2010年以来,黑河山区降水偏少,石羊河与疏勒河山区降水均偏多.相对而言,位于祁连山西部山区的疏勒河水系上游年降水量与夏季降水量的增长较为显著.     

冰川变化及其影响的公众感知与适应措施分析——以甘肃河西内陆河流域为例

以河西地区三大内陆河流域(石羊河、黑河、疏勒河)为案例研究区, 通过社会调查方式, 从总体、再分别通过农户与政府部门人员两个部分, 分析了公众对冰川变化及其可能影响的感知, 剖析了公众感知的流域差异性与原因, 对比分析了三大河流域公众对政府部门已实施应对水资源紧缺对策措施的效果与认可程度. 结果表明:超过65%的受访者认为冰川减少了, 从社会学的角度佐证了冰川明显消融萎缩的科学监测事实. 三大河流域公众对冰川变化对流域水资源、农业生产、生态影响的感知存在空间差异性, 这种差异性归因于三大河流域的地理位置、冰川分布与变化的空间差异性. 在冰川变化背景下, 公众对政府部门已实施应对水资源紧缺的对策措施的效果与接受程度不同. 三大河流域公众均认可种植业结构调整与加大宣传力度提高公众节水意识这两项措施, 且认为实施效果好; 发展设施农业措施的实施效果好, 已得到石羊河和疏勒河流域老百姓的认可与接受; 石羊河和黑河流域的公众认为实施推广节水技术措施的效果好; 退耕还林还草措施在黑河流域实施普遍且效果好; 水票制措施在疏勒河流域实施的最好, 黑河一般, 疏勒河较差.     

天山南坡高冰川覆盖率的木扎提河流域水文过程对气候变化的响应

木扎提河是天山南坡冰川面积覆盖率最大（48.2%）的河流, 流域径流过程对气候变化极为敏感, 为了合理管理和规划水资源, 确保水资源的可持续利用, 亟需定量评估气候变化对该流域水文过程的影响。以VIC-CAS分布式水文模型为计算平台, 利用实测的径流和两次冰川编目间的冰川面积变化数据开展了模型的多目标参数化校正和验证, 有效提高了模拟结果的“真实性”, 然后通过数值模拟结果结合观测数据定量解析了流域径流的组成、 变化特征及对气候变化的响应机理。结果表明： 木扎提河总径流集中在暖季（5 - 9月）, 占全年总径流量的77.9%, 冰川径流、 融雪径流和降雨径流分别占总径流量的66.6%、 26.4%和7.0%。1971 - 2010年木扎提河流域气温和降水呈显著增加趋势, 由于降水的增加, 降雨和融雪径流均呈增加趋势, 但冰川径流呈现明显减少趋势, 导致总径流呈现下降趋势。在RCP4.5情景下, 未来该流域气温呈现明显升高趋势, 降水表现为微弱下降趋势; 气候变暖后, 更多降水以降雨形式发生, 未来降雨径流将明显增加, 降雪和融雪径流已于20世纪90年代达到峰值, 随后明显减少; 冰川面积将持续萎缩, 冰川径流于21世纪10年代达到拐点, 随后明显减少, 导致河道总径流量也将明显减少。     

基于分布式大流域径流模型的中国西北黑河流域水文模拟

水资源短缺是中国西北干旱地区长期的问题,区域人口增加、城市化扩张,加之气候变化的影响进一步加剧了西北地区水资源短缺,也使生活用水、灌溉用水、工业用水和维持生态系统稳定的用水危险加剧.采用分布式大流域径流模型(DLBRM)模拟黑河流域水文(中国第二大内陆河,流域面积128 000 km2)来理解区域的冰川和积雪融化水、地下水、地表水、蒸散发等方面的分布,评估气候变化对水文的影响和冰川退缩对中游和下游来水量的影响.模拟结果表明,黑河流域的大部分产流那源于黑河上游地区的祁连山.模拟1990-2000年黑河河流日流量变化结果认为,黑河中游正义峡给下游的供水为10×108m3,其中地表径流占51%,层间流占49%.中游地区沙土具有较高的蒸腾发能力,近一半的地表水被蒸发掉.模拟实践证明,分布式大流域径流模型可以结合气候变化、水资源管理方面的成果,改进流域水文模拟的精度.     

黑河上游基流计算与变化分析

河川基流是水资源的重要组成部分.近年来,由于气候变化和人类活动的影响,黑河的基流发生了显著的变化,呈增加趋势,基流的增加对黑河径流量的变化起了较大影响.计算基流量,研究流域主要产水区基流变化及影响因素,对合理进行流域水资源评价,研究黑河流域径流变化和科学、合理、有效地配置和利用地下水资源,协调经济社会发展与生态环境保护...     

1954-2007年叶尔羌河上游山区径流和泥沙变化特征分析

1954-2007年的54 a来,在全球气候变暖的大背景下,叶尔羌河流域气温升高,降水增加,水循环加强,年径流量呈线性增加趋势,冰湖溃决洪水增加.随着径流和洪水的增加,叶尔羌河水年含沙量呈显著线性增加趋势,年输沙量也呈显著增加.21世纪以来,栏杆站的含沙量与输沙量占卡群站的比例有明显增大,但与年径流量的变化是相反的.由于冰雪径流与降水增加对流域水文过程的共同影响,使得河流水文过程变化更加复杂.     

甘肃河西地区内陆河流域荒漠化的水资源问题

河西地区内陆河流域荒漠化的水资源问题,根本的原因在于水资源短缺而导致的生态环境脆弱和水资源的过度开发利用.如果上、中游地区水资源的利用超过了水资源量的限度,则流到下游的径流量减沙,地下水位下降;而下游地区为了弥补水资源的不足,便大量开采地下水,致使地下水严重超采,从而导致植被退化和荒漠化.在分析上述问题的基础上,以石羊河为例,说明内陆河流域的荒漠化防治要求实行以农业节水为中心,建立节水型社会的流域综合治理,实现水资源、土地资源、经济、社会和生态环境协调和可持续发展.     

关于黑河流域洪水资源化问题的分析探讨

黑河是我国第二大内陆河,流域内水资源短缺、生态环境恶化、水事矛盾尖锐。对黑河干流莺落峡站最大30d、60d洪量对年径流量的比率和洪水水资源比率与日均流量倍比关系作了分析研究,并提出了洪水资源利用的思考,这对深入认识黑河流域洪水资源,加快洪水资源化进程是十分有益。     

基于不同郁闭度的青海云杉冠层截留特征研究

祁连山区为石羊河、黑河和疏勒河等内陆河流域的主要水源涵养区域,青海云杉作为祁连山区水源涵养林的主要建群种,对流域尺度的水文过程起到了重要的作用。很多学者对该地区的青海云杉冠层截留特征进行了研究,但是在进行集雨器布设的时候多采用随机或者规则采样方法,两种方法由于没有考虑到冠层结构的影响,所以不易具有很好的代表性。试图采用一种新的布设雨量筒的方法:即根据雨量筒上方冠层的郁闭度来确定雨量筒的布设位置,使其大致能够在郁闭度区间内均匀分布。同时在实验样地内还采用了规则采样方法布设了集雨槽,用来做对比分析。为了得到冠层郁闭度,实验采用遥感图像处理软件ENVI来对普通数码相机采集的冠层图像进行处理。利用数理统计原理和数学模型,对观测期间的34组降雨数据进行了综合分析,并且和规则格网采样的结果进行了对比。结果表明:林内的穿透降雨和郁闭度之间呈现非线性关系;平均林内穿透降雨量随降雨量的增加而增加,二者之间呈现良好的线性关系;在一定的降雨量范围内林冠截留量随降雨量的增加而增加,反之,林冠截留量减少;青海云杉林冠层的总截留降水率为22.2%;根据郁闭度来确定雨量筒的布设位置是可行的。     

甘肃河西走廊内陆河流域节水战略选择——地表水与地下水联合管理

过去20多年甘肃河西走廊内陆河流域的水资源管理经历了各类制度改革,不同程度地推动了地表水和地下水的联合管理。但是,由于机构设置及其权限制约以及改革目标差异,河西走廊地区的3个内陆河流域水资源管理效率差异化越来越显著,与石羊河流域相比,黑河和疏勒河流域的监管制度和管理办法并未完全跳出多头管理体制的窠臼,地表水和地下水没有形成有效的联合管理。通过梳理3个流域的水资源管理机构设置和管理模式,总结农业灌溉用水监管的经验教训,对比分析地表水和地下水联合管理措施在实践操作中的利弊,进一步探讨流域联合管理的实践意义和实现路径,寻求普遍适用于内陆河流域水资源的管理办法,保障内陆河流域节水战略的顺利实施。近10 a的实践经验表明：地表水和地下水联合管理是内陆河流域提高水资源利用效率、促进水资源可持续利用最为有效的路径,更是实现区域生态环境绿色发展的必由之路。     

黑河流域水资源及现阶段合理开发利用

黑河是我国西部较大的一条内陆河,近30多年来,由于中游地区水资源开发利用程度不断提高,使进入下游额济纳平原的地表水逐渐减少,导致下游生态环境发生恶化.为了拯救下游绿洲,改善生态环境,自1992年起对黑河中、下游用水实行计划调度,1999年开始实施国家定量分水方案.根据近几年的最新调查研究成果,计算评价了黑河流域的总水资源、地表水资源、地下水资源、地表水和地下水的利用现状及开采潜力.在此基础上,提出现阶段中游以加强引输水工程改造、提高地表水资源利用率和推广田间节水灌溉工程,发挥水利用效益;下游以适度开发利用地下水、加强地表水和地下水综合开发利用,改善生态环境.为中、下游科学分配地表水资源和合理开发利用地下水资源提供科学依据.     

概念性水文模型在出山径流预报中的应用

根据HBV水文模型的基本原理，建立了西北干旱区内陆河出山径流概念性水文模型。该模型反映了我国西部山区流域的径流形成特征，将山区流域划分为高山冰雪冻土带和山区植被带两个基本海拔景观带来对山区径流的形成和汇流过程进行模拟计算，以常规气象站的月气温和降水量为模型的初始输入，模拟计算月出山径流量。应用该模型对河西走廊黑河祁连山北坡的山区流域水量平衡进行了模拟计算，并对年径流和逐月分配进行了预报。结果表明，从枯水年到丰水年，降水量、蒸发量、径流量和径流系数均增加，而冰川融水和积雪融水对出山径流的补给比重则减少，这表明了冰雪融水对径流的具有调节作用。黑河山区流域径流系数远比干旱内流区的平均值大，但要小于全国的平均径流系数。所提出的内陆河山区流域出山径流的模拟和预报模型对年径流量和月分配的预报具有较好的精度，可用于黑河以及其他西北干旱区内陆河出山径流的预报，为内陆河流域中下游的水资源分配和开发利用提供依据。     

河西内陆河流域土地利用对地表水资源影响研究

土地利用对水资源的影响,直接导致水资源空间和时间分布格局发生变化,从而对流域生态、环境以及经济发展等多方面产生深刻影响.采用多期TM等卫星影像解译土地利用/覆被变化要素,应用斑块破碎度和分段比重百分比指标等方法,研究河西内陆河流域土地利用/覆被变化;应用河川径流的溯源性和零地表水资源尺度等理论,研究土地利用对地表水资源格局的影响.结果表明:土地利用驱使地表水资源格局产生剧烈变异,地表水资源整体向河源溯进;疏勒河水资源受耕地面积扩张等影响中下游径流变化产生紊乱;黑河耕地面积10万hm2成为水资源格局变化的极值,地表水资源损耗量出现逐步减少的趋势;石羊河耕地面积的扩张对地表水资源的影响力不断减小,转化为对地下水影响的加剧.     

石羊河流域水资源开发利用与补给之间的协调性评判

在甘肃省石羊河流域历史水资源开发利用情况简述基础上,结合城镇化进程,提出目前武威市的农业用水来源于祁连山山前水库拦蓄地表水,景电二期延伸工程向民勤所调黄河水及部分地方开采地下水;工业、生活用水均取自地下水,水量供给与天然补给上已处于严重失调状态。就城市地下水源地保护区划分而言,以传统的地下水开采影响半径为基本依据所进行的现代地下水源地保护区划分是不合理、不够科学的,应当在地下水补给、径流、排泄条件分析基础上,将水源地上游整个流域划定为保护区,以永久性解决城市地下水供水中存在的水源地安全问题。另外,针对石羊河流域重点治理规划中的调水方案,比较科学、合理的做法是：应从石羊河流域地下水文地质条件出发,遵循第四世地质历史时期形成的地下水补给、径流、排泄通道,在全流域实施压减灌溉面积、减少地下水开采量的同时,将景电二期延伸工程所调黄河水与祁连山山前部分水库地表水部分地或全部地从石羊河上游———武威盆地上游区域通过灌溉或其它方式下渗,补给进入地下水系统中,最终达到六河水系及下游地下水位停止下降,石羊河下游民勤盆地地下水位持续回升的综合治理规划目标,而不是将水直接调入下游民勤盆地。     

甘肃河西石羊河流域出山径流分析及来水预测

径流量是水资源规划、利用、管理、调度的重要依据。根据石羊河流域的实测径流资料统计分析得到：流域地表水资源量为15.52×10⁸ m³;流域各代表站出山径流的C_V值在0.15~0.35之间,年极值比在1.77~14.20之间,呈现出从西向东逐渐增大的空间分布特性。运用加法模型对石羊河流域径流量进行预测,结果表明未来4年内为丰水年。