黄河源区水源涵养有关问题探讨

黄河源区是黄河流域重要产水区和水源涵养区,在气候变化和人类活动双重胁迫下,黄河源区各类型生态系统发生了显著变化,影响了源区水源涵养功能。在总结前人研究的基础上,阐述了水源涵养的概念和内涵,系统梳理了黄河源区水源涵养主体的变化过程,论述了水源涵养功能对水源涵养主体变化的响应特征,分析了黄河源区未来水源涵养能力演变所面临的形势,并基于此提出了黄河源区水源涵养能力提升的对策与建议。可为黄河源区水源涵养相关研究的进一步开展及其水源涵养能力提升提供支撑。     

基于WEP模型的黄河水源涵养区水源涵养量动态评估与关键驱动因素解析

基于WEP模型和水源涵养量评估公式,利用地理探测器和情景分析法识别了影响水源涵养的关键因素,并定量评估了气候变化和人类活动对黄河水源涵养区水源涵养的影响。结果表明：黄河水源涵养区多年平均水源涵养量为140 mm,其中兰州以上地区水源涵养量持续增加,而渭河南山支流和伊洛河流域水源涵养量持续减少;水源涵养量高值区主要分布在祁连山区、黄河源区南部、渭河南山支流中段及伊洛河流域上游;降水量是影响研究区水源涵养量的主导因素,气温、相对湿度、地形、蒸散发等因素亦显著影响其分布,且各因素之间存在协同作用;在河湖源头及高原山区,气候变化是影响水源涵养的主导因素,而在人为干扰强度大的地区,特别是中心城区,水源涵养则主要受人类活动影响。     

基于流域水循环视角的黄河水源涵养区水源涵养量评价方法

[目的]水资源是黄河流域经济社会发展的刚性约束,科学评估水源涵养区的水源涵养量,对流域生态环境保护与高质量发展具有重要意义.[方法]针对当前水源涵养量评价存在的不足,从流域水循环角度出发,辨识了多要素对水源涵养功能的影响机制,提出了契合黄河流域特点的水源涵养量评价目标、原则与方法.在此基础上,构建了以分布式水文模型为核心的评价工具,对黄河水源涵养区的水源涵养量进行了评价.[结果]主要研究结论如下:(1)植被的水源涵养功能体现在汛期调蓄洪水、坦化洪水过程,在枯水期增加基流和水资源供给量;土壤的蓄水能力/调节库容即其水源涵养能力,与土壤层厚度、有效蓄水量成正比,并且在一定时期内存在多个\"蓄满—释放—再蓄满\"过程;含水层的调蓄能力即其水源涵养能力,与含水层厚度、储水/释水能力成正比;不同资源开发利用方式对水循环过程施加影响,进而将这种影响传递到水源上.(2)黄河水源涵养区水源评价,应以提升全流域水安全综合保障能力为目标,统筹全流域生态安全、防洪安全以及供水与能源安全需求;应同时考虑平水时段的\"滞留\"、汛期时段的\"调峰\"、枯水时段的\"产水\"三项功能.(3)黄河水源涵养区1960-2018年多年平均年度水源涵养量为205.04亿m3,其中汛期时段涵养量153.27亿m3、平水时段涵养量38.64亿m3、枯水时段涵养量13.13亿m3;从空间分布看,兰州以上片区、渭河南山支流片区和伊洛河片区水源涵养量分别占全区的55.7％、34.1％和10.2％.[结论]研究成果可谓黄河水源涵养区水源涵养量评价提供参考.     

2000—2020年黄河源区水源涵养能力模拟与分析

黄河源区是黄河流域的重要产水区和水源涵养区,其水源涵养能力对河流上中下游区域的社会经济发展影响重大。基于InVEST模型计算了2000—2020年黄河源区的产水量和水源涵养量,结果表明,多年平均产水总量和水源涵养总量分别为198.8×10⁸和35.3×10⁸ m³。产水量和水源涵养量空间分布基本一致,呈现自东向西、自南向北递减的特点。在研究时段内,二者均呈显著上升趋势,整体上升速率分别为3.8和0.7 mm/a,自东南向西北依次表现为极显著上升、显著上升、轻微上升及没有明显变化。各土地利用类型的水源涵养总量由高到低分别为草地、耕地、湿地、林地、未利用地及城镇用地。降水是导致水源涵养量变化的主要原因,其次是蒸散发和土地利用类型。水源涵养量对不同土地利用类型变化响应的结果表明,湿地面积增大能为黄河源区水源涵养量提供最大的增益,其次为草地,城镇用地面积增大对其增益最小。     

黄河重要水源涵养区协同保护协商及博弈分析

黄河重要水源涵养区作为高寒草地水源涵养服务效益输出区,为黄河干流供给可持续的水资源,对维护黄河流域水安全起着重要作用。为保障高寒草地水源涵养服务效益持续输出,协调解决区域间及保护者间保护贡献度的矛盾与冲突,并为补偿资金分配提供依据,构建了跨区域协同保护逐级自愿协商平台及协商层次,对相关利益主体间协商博弈行为进行了分析。结果表明:保护贡献度的协商应统筹考虑各级行政单元经济社会发展水平、高寒草地生态功能重要性和退化程度,以及保护者生产生活实际;应建立流域、省(区)、地(市)、县(市)4个层次垂直管理和横向协商的逐级自愿协商运作模式,整个协商与整合过程分"自下而上"与"自上而下"两阶段;为保证协商效率,整个协商过程通过设置仲裁机构,以其强制力约束协商博弈双方拖延时间。     

水源涵养相关概念辨析及水源涵养能力计算方法

为深刻理解水源涵养相关概念,在综述国内外相关研究的基础上,对水源涵养、水源涵养功能及水源涵养能力代表性概念进行了梳理和辨析,提出了内涵明确、外延清晰的定义.分析认为,水源涵养是生态系统截留降水、贮存水分、调节径流、净化水质、维持生态的过程和现象;水源涵养功能有狭义和广义之分,狭义的水源涵养功能是针对拦蓄降水、调节径流、...     

黄河水源涵养区生态系统服务要素时空演变及权衡与协同分析

为探究黄河水源涵养区生态系统服务的时空演变规律,采用InVEST模型对2000—2020年黄河水源涵养区碳储量、土壤保持、生境质量、产水能力和水源涵养5个生态系统服务要素进行计算,并分析了各要素的时空演变特征和相互间的权衡与协同关系。结果表明：2000—2020年黄河水源涵养区产水能力、水源涵养量、土壤保持量呈现一致波动时间变化趋势,生境质量、碳储量整体呈下降趋势;各生态系统服务要素之间存在不同程度的协同相关性,其中,土壤保持与产水能力和土壤保持与碳储量间协同关系最强,其他要素之间呈现中等或弱协同关系;5个生态系统服务要素与土地利用类型密切相关,不同土地利用类型下的各项生态系统服务要素差异较大;各项生态系统服务要素间以协同为主,整体协同关系在时间上呈波动轻微增强趋势,空间分布上中南部草地以高-高协同为主,低-低协同主要分布在北部地区草地和林地,高-低和低-高权衡主要分散在东西部地区的耕地和建设用地。     

气候变化对黄河源区径流过程的影响

本文应用WEPL模型分析了气温和降水变化对黄河源区年、月径流过程的影响。采用唐乃亥水文站1956～2000年的径流观测系列,对 WEP-L模型进行了率定和验证。在模型验证效果较好的墓础上,设定了气温和降水变化的8个情景方案(对历史观测气象数据资料假定气温变化±1、±2℃,降水量变化±10％、±20％),进行了模拟和对比分析。结果表明,年径流量和年内各月径流量对气温变化的响应情况不同。气温增高会引起年径流量减少,每年5～10月径流由于蒸发增大而有较明显的减少,但每年11月至次年4月径流受积雪融雪及冻土入渗     

黄河源区冻土变化对流域地表径流和水源涵养量的影响

黄河源区是黄河流域的重要产水区和水源涵养区,近年来气候变暖导致黄河源区冻土退化加速、多年冻土活动层逐渐增厚。冻土的变化使黄河源区的水资源和涵养功能研究变得更复杂。研究明晰多年冻土变化状况、量化评估水源涵养量对多年冻土变化的响应,对黄河流域及青藏高原水资源科学管理具有重要意义。基于水文、气象及冻土等多源数据,对黄河源区多年冻土变化对流域地表径流和水源涵养量的影响进行了具体分析。结果表明：（1）1960—2020年间,黄河源区多年冻土呈退化趋势,活动层厚度增加10～25 cm,多年冻土集中分布区域逐渐缩小,到2020年部分区域多年冻土已退化消失。（2）黄河源区水源涵养量呈波动上升趋势,1979—2018年间有14年为负值,26年为正值,表明水资源总体上补给大于消耗。自1998年实施水量调度和退耕还林还草政策以来,水源涵养量逐步提升。（3）随着多年冻土退化（活动层厚度的增加）,水源涵养量呈增加趋势;源头至黄河沿站和吉迈站至门堂站区域的水源涵养量变化,对多年冻土退化的响应最为显著。本研究有关结论可为黄河流域水资源管理和科学利用提供参考。     

黄河源区湿地退化严重

近几十年来，在全球气候变化和人类活动的综合影响下，黄河源区湿地出现了明显的变化，湖泊水位下降，湖泊面积萎缩，河流断流以及沼泽湿地退化已成为其生态环境退化的重要标志之一。     

气候变化对长江、黄河源区水资源的影响

利用1961—2010年长江、黄河源区22个气象站的月降水量和月平均气温资料,分析长江、黄河源区的气候特征,用降水与蒸发的差值作为水资源量的代表,分析了气候变化对水资源的影响。结果表明,长江源区和黄河源区降水、气温和蒸发都有明显变化,尤其是近20年有明显增加趋势,但是两个源区的变化并不一致,黄河源区水资源量一直呈波动变化,而长江源区在最近10多年水资源量有明显增多现象。降水增多可直接增加水资源量,但是气温升高会促进蒸发,导致更多的水资源消耗,因此降水和气温的变化可相互抵消对水资源的影响,这是黄河源区水资源量变化不大的原因。但是近10多年长江源区气温显著增加,导致更多冰川融化,这可能是近年来长江源水资源量增多的原因。     

黄河源区径流变化特征及影响因素研究

近年来,黄河源区水资源状况发生了较大变化,为探究黄河源区径流变化特征及影响因素,基于1961-2018年共58 a的径流和气象资料,采用Mann-Kendall检验和小波分析等方法对其进行了分析。结果表明：黄河源区径流量整体上呈现出不显著减少趋势,递减速率为-0.63×10⁸ m³/a,夏、秋季减少幅度大,冬、春季减少幅度较小;1990年前后径流量均呈现不显著增加趋势,且1990年后增加趋势明显加速,后者增幅是前者的3.09倍;1990年后,降水量和气温递增高值区高度重合,且降水量是影响径流量变化的最重要因素。说明暖湿化加速和空间迁移过程导致了黄河源区冰川的加速消融,这也是1990年后径流快速增加的主要原因。     

长江源区河流水温对气候变化的响应

基于长江源区沱沱河流域1977~2015年月平均气温、河流水温同步资料,采用线性趋势分析和小波分析方法,研究了沱沱河5~10月气温与水温的年际变化趋势及周期性特征,并进一步分析了水温与同期气温的线性相关性。结果表明:近40 a来,沱沱河流域5~10月气温和水温均呈现出升温趋势,2011~2015年较1977~1980年气温分别升高0.6,1.3,1.3,1.0,1.3,2.0℃,水温分别升高0.6,1.6,1.7,1.1,1.0,0.2℃;水温上升趋势突变发生时间普遍滞后于气温,突变点分别在1997~2003年和2005~2007年之间;7~10月水温与气温变化均存在明显的28 a时间尺度的主周期,而5,6月气温与水温周期不一致;水温与气温的相关关系密切,可以认为气温变化是影响水温变化的主要原因之一。     

环境变化的径流效应研究进展及黄河水源涵养区研究展望

针对变化环境下黄河流域实测径流大幅度锐减,严重影响流域水资源与生态安全的问题,面向黄河生态保护和高质量发展的国家重大战略需求,梳理了变化环境下径流效应研究中亟待解决的关键科学问题与关键技术。以黄河水源涵养区为对象,以环境变化的径流效应和水资源预测为核心,细化了数据集构建、机理解析、模型研发、趋势预估4项具体研究内容与研究方案。预期研究成果将揭示黄河水源涵养区水文生态过程的互馈耦合机理、创新变化环境下生态水文的模拟和预测技术,科学预测变化环境下流域水安全和生态环境风险趋势,有效支撑流域水资源可持续利用与生态环境保护决策。     

黄河中游多沙粗沙区水土保持减沙的近期趋势及其成因

本文以 195 0～ 1997年的长系列水文资料和面雨量资料 ,分析了黄河中游河口镇至龙门区间年输沙量和年雨量的时间变化趋势 ,发现在 1970年以来多沙粗沙区入黄泥沙量减少的总体背景之上 ,出现了 1986～ 1997年间入黄泥沙量增加的近期趋势。这一增加趋势 ,与 2 0世纪 80年代以后淤地坝修建量大为减少 ,70年代修建的筑地坝与拦沙库已大部失效有密切关系。此外 ,90年代人为增沙量大幅度增加 ,已占水土保持减沙量的2 2 %左右 ,部分抵消了水土保持措施的减沙效益 ,这也是 90年代入黄泥沙增加的重要原因。文中并提出了若干对策建议     

CMIP6模式对黄河水源涵养区降水和气温模拟能力的评估

黄河流域水源涵养区是国家重要的生态屏障,评估全球气候模式对黄河流域水源涵养区降水和气温的模拟能力至关重要。基于国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）的20个全球气候模式,采用相对误差、相关系数、确定性系数和泰勒图等评估指标,对黄河流域水源涵养区1985—2014年降水和气温的模拟能力进行综合评估,并对优选出的模式进行空间分析。结果表明：绝大多数气候模式对气温的模拟效果优于降水,气温的相关系数高达0.95以上;而对降水的模拟普遍存在高估现象,确定性系数偏低。在对黄河流域水源涵养区分区研究中发现,大部分模式对3个区域（黄河源区、唐乃亥-兰州以上流域和渭河-伊洛河流域）的模拟精度都有待进一步提高,不同气候模式在不同分区上的模拟能力有差异,总体上,20个模式在黄河源区模拟的降水和气温效果最好,唐乃亥-兰州以上流域次之,渭河-伊洛河流域最差。其中,EC-Earth3-Veg模式在3个区域的模拟能力相对最优,能基本再现降水和气温的年变化特征。降水模拟在黄河源区偏差最大,唐乃亥-兰州以上流域次之,渭河-伊洛河流域最好。气温模拟在唐乃亥-兰州以上流域偏差最大,渭河-伊洛河流域次之,黄河源区最好。研究结果可为黄河流域水资源管理及气候变化的研究提供参考。     

黄河流域气候与水资源演变特点研究

以观测资料和前人研究成果为基础,阐述了气候变化对黄河流域水资源总量、极端水文事件、水生态环境等的影响;指出气候变化已经影响到了黄河流域水资源系统的各个环节,这种影响是否是趋势性的．未来影响程度如何,有待进一步研究。黄河流域气候变化对水资源影响评估研究正在兴起．黄河流域气候变化研究应该着重极端气象水文事件变化对流域水沙调控体系建设、水资源统一管理和调度、黄土高原区和河口区生态环境等的影响及其适应性管理对策研究,以促进流域综合管理。