气候变化和人类活动对渭河流域径流量的影响

采用M-K趋势检验法、有序聚类变点分析法以及径流变化归因分离评判方法,分析渭河流域近50 a的气温、降水、径流的演变特征和径流量变化的影响因素。结果表明:流域气温升高趋势显著,通过95%的置信度水平检验,其中1994年是气温突变的节点;流域降水量呈缓慢减少的态势,变化节点发生在1969年;流域径流量减少趋势极显著,通过95%的置信度水平检验,突变节点发生在1969年,与降水突变节点一致。由VIC模型计算得出:流域径流量的变化主要由气候波动和人类活动改变流域下垫面共同作用引起的,其中气候变化的影响较大。     

黄河流域大尺度水文过程模拟研究

大尺度水文过程模拟是分析评价环境变化对流域水文影响的重要基础工作,首先介绍了土壤-植物-大气输移方案中具有国际可比性的可变下渗容量模型(Variable Infiltration Capacity Model,简称VIC模型).将黄河流域划分为432个50 km×50 km正交网格,由108个雨量站1960～1970年的逐日降水量资料插补到各个网格,根据土壤、植被分布资料,确定各网格的模型参数,进而模拟了黄河流域径流量的空间分布.对典型支流及区间径流量的模拟结果表明,VIC模型具有较好的径流模拟能力,可用于评价气候变化对流域河川径流影响.     

新安江-海河模型在烟台市典型流域的径流模拟

为建立适用于烟台市半湿润地区的水文模型, 考虑流域水文特征及下垫面条件的影响, 采用新安江-海河模型 对 2011- 2018 年烟台5 个典型流域进行径流模拟。2014 年起烟台连续 3 年干旱, 河道干涸, 径流量与2014 年前相 比大幅减少。考虑到干旱的影响, 采用 Mann-Kendal 检验法对年径流序列进行突变检验,确定 2014 年为年径流突变点, 将模拟序列分为 2 个时间段。结果表明: 径流过程分段模拟之后, 新安江-海河模型在烟台市典型流域的径流模拟精度较高, 参数取值较为合理, 模型能够反映实际的产汇流情况, 有较好的适用性。     

阿克苏河径流演变及其对气候变化的响应

气候变化深刻影响着径流变化过程,是造成我国西北干旱区水资源短缺和生态环境荒漠化等问题的重要原因。以阿克苏河流域上游水文站1961-2014年的月径流资料和气象网格数据为基础数据,通过线性回归法、Mann-Kendall非参数检验法和Pearson相关系数法,分析了阿克苏河流域径流演变规律并进一步探讨了径流对气候变化的响应。结果表明:近54年来,阿克苏河流域径流量呈现显著的上升趋势,且研究区内气候增暖增湿趋势明显;径流量和气候要素在时间上有良好的一致性,突变时间均发生在20世纪90年代,径流量的突变时间略滞后于气温和降水量;经相关统计检验分析,阿克苏河流域出山口径流量受到了气温和降水的双重影响,托什干河径流对气温更为敏感,而库玛拉克河则是降水对径流的影响占主导作用。     

基于VIC的中小尺度黄泥庄流域径流模拟

为对黄泥庄流域水资源进行评价与规划,探讨VIC大尺度分布式水文模型在中小尺度流域上的适用性,采用VIC模型对黄泥庄流域的径流进行模拟,结果表明:VIC模型在黄泥庄流域具有较好的适用性,说明VIC大尺度水文模型在中小尺度流域具有一定适用性;月径流模拟的Nash-Sutcliffe效率系数均在0.80以上,相对误差大部分在0.10以内,满足该流域水资源评价与规划的要求;模拟过程中部分较大洪峰,VIC模型的径流模拟效果稍显欠佳,参数率定结果的不确定性也给模拟结果带来一定误差,需进一步研究改进。     

VIC模型在流域径流模拟中的应用

为了进一步加深对流域径流形成机理的认识,将VIC模型的径流模拟理论与方法应用在栾川、王瑶和尚义3个半干旱半湿润区流域,研究和探讨了径流模拟结果。结果表明．①模型考虑了入渗、蒸发、土壤湿度、径流产生在计算区域内的变化;②从径流模拟的结果可以看出来,对于越靠近湿润地区的流域,并不是模型越复杂模拟精度越高,而是模型越简单往往有比较高的径流模拟精度;而对于半干旱地区的流域,考虑超渗机理的模型模拟精度要比不考虑超渗机理的模型模拟精度高,但混合机制的VIC模型计算过程比较复杂;③对考虑了两种产流机制的VIC模型以及兼容模型的研究,有助于进一步认识流域上的径流形成过程,尤其对于半干旱半湿润流域上的径流形成过程。     

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。     

年楚河流域径流变化及其对气候变化的响应

采用雅鲁藏布江支流年楚河流域控制站日喀则水文站1956—2012年天然径流量资料以及同期气温、降水量逐月资料,分析了年楚河流域57 a降水、气温和径流变化特征;利用月水量平衡模型对年楚河流域逐月径流变化进行模拟,验证了月水量平衡模型在研究区的适应性。结果表明:年楚河流域逐月径流量变化相对平稳,年内分配极不均匀,汛期与枯水期径流量相差较大,汛期径流量占全年径流量的67%;对月水量平衡模型参数进行分析,认为年楚河径流敏感性模型参数主要为土壤水蓄水容量和直接径流系数;气候变化对径流影响的敏感性分析显示,降水量增加对径流的影响更大,气温升高对径流减少影响较小。     

汉江流域汛期径流时空变化特征研究

基于汉江流域5个典型水文站1956—2016年逐日平均流量资料,采用数理统计手段分析了汉江流域汛期径流量的时程变化特性;根据流域内水文气象资料、DEM、土壤类型和植被覆盖等资料,构建适用于汉江流域的VIC模型;基于VIC模型的径流模拟成果,分析汛期径流空间分布特征。结果表明:汛期径流量均呈现下降趋势,在1990年前后存在较强的突变性,并伴随有6～8 a、18～21 a两类尺度的周期振荡特性;从模型的率定和验证结果来看,VIC模型在汉江流域的模拟精度总体较好,基本能反映汉江流域的降雨径流特性;以1990年突变点为界,夏汛期径流空间分布差异性变大,极值中心有所转移,秋汛期和汛期径流深的极值呈减小趋势,极值中心变化差异较小。研究成果对加深汉江流域洪水资源变化规律的认识,雨洪资源利用及水资源优化配置具有一定的借鉴价值。     

大尺度分布式水文模型VIC在嘉陵江流域径流模拟中的应用

大尺度分布式流域水文模型是目前评价流域环境变化的重要工具,以嘉陵江流域为研究对象,构建了嘉陵江流域大尺度分布式VIC模型(Variable Infiltration Capacity,VIC model),利用Maryland大学的全球1 km×1 km土地覆盖数据,同时参考LDAS(Land Data Assimilation System)成果,建立了嘉陵江流域VIC模型的参数库,通过4个水文站以上流域的水文模拟试验,结果表明建立的VIC模型能有效地模拟嘉陵江流域各典型站的日、月径流过程,模拟的水量平衡误差在5%以内,日径流过程模拟的确定性系数均在70%以上,月径流过程模拟的确定性系数超过90%。该模型可以用来分析环境变化对嘉陵江流域水资源及洪水过程的影响。     

基于VIC模型的老挝南乌河流域水资源量评估

老挝正在积极参与澜湄水资源合作研究工作,水文实测数据短缺是制约水资源规划工作的现实问题。以老挝南乌河流域为例,采用流域地形、土壤、植被以及气象驱动等数据资料,通过建立流域分布式水文模型——VIC模型对径流进行模拟,以分析水资源量的时空分布规律。模拟结果表明:模型在对南乌河流域日、月尺度的水文过程模拟中表现出了较好的适应性,南乌河流域内的水量主要靠降水补给,径流的地区分布基本上与降水的地区分布一致,总的趋势是由流域上游向流域下游递减,径流系数的趋势也是由流域上游向流域的下游递减。研究成果可为无资料地区的水资源规划方案的制定及水资源量分析提供参考与借鉴。     

气候变化对北江流域径流影响的模拟研究

通过构建北江流域SWAT分布式水文模型,以北江流域13个雨量站10年逐月降水量及北江流域干流石角水文站同步逐月流量数据为输入条件进行水文模型参数率定,应用气候情景设置方法研究了北江流域在降水和气温等不同气候变化条件下径流量的变化规律。研究表明:气温变化1℃对年径流量及其年内分配的影响变化均在1%以内。降水量变化对年径流量影响十分显著,降水量变化10%对年径流量的影响变化可达到15%,而对径流年内分配的影响变化在1%以内,影响较小。随着气温下降和降水量的增加,枯季径流量占年内分配比例均有所上升,枯水期来水量提高,有利于流域城乡供水安全和生态用水安全。     

汾河流域径流减少因素的定量解析

分析汾河流域 1981—2015 年气候、植被和人类取用水的演变特征。结果表明,流域年降水和净辐射分别呈 不显著（p>0.05）增加和减少趋势,叶面积指数显著（p<0.05）增加,人为取用水量波动增加,实测年径流显著（p<0.05） 减少。基于分布式水文模型和因素去趋势方法定量解析降水、净辐射、温度、叶面积指数以及取用水对汾河年径 流减少的贡献。结果表明,取用水的增加是导致汾河径流减少的主要原因,其次为温度、叶面积指数和净辐射的 变化。在上述 4 个因素无趋势情景下,实测年平均径流将分别增加 27.4%、14.4%,13.7% 和 2.1%。降水增加缓解 了年径流的减少。在年降水无趋势的情景下,实测年平均径流将减少 5.3%。上述研究结果可为汾河流域的水资 源管理和规划提供参考。     

资料短缺地区径流模拟研究

以柬埔寨洞里萨湖流域为对象,基于多源降水信息分析、水文模型构建及适应性分析、参数移植研究及检验等,探讨了资料短缺地区的径流模拟问题。结果表明:气候再分析资料集Ag MERRA在洞里萨湖地区的精度较高,VIC模型在该区域的适应性较好,可以用来进行水文模拟;水文模型参数与流域气候和下垫面因子的相关性较好,拟合优度R2都在0. 65以上,移植的可信度较高;在3个验证流域的实测径流过程对比分析表明,基于参数移植方案构建的水文模型能较好地模拟资料短缺地区的流域水文过程。     

A Semi-Distributed Monthly Water Balance Model and its Application in a Climate Change Impact Study in the Middle and Lower Yellow River Basin

Abstract

Human activities and climatic change have greatly impacted hydrological cycles and water resources planning in the Yellow River basin. In order to assess these impacts, a semi-distributed monthly water balance model was proposed and developed to simulate and predict the hydrological processes in the middle and lower Yellow River basin. GIS techniques were used as a tool to analyze topography, river networks, land-use, human activities, vegetation, and soil characteristics. The model parameters were calibrated in 35 gauged sub-basins in the middle Yellow River, and then the relationships between the model parameters and the basin physical characteristics were established. A parameterization scheme was developed in which the model parameters were estimated for each grid element by regression and optimization methods. Based on the different outputs of general circulation models (GCMs) and regional climate models (RCMs), the sensitivities to global warming of hydrology and water resources for the Yellow River basin were studied. The proposed models are capable of producing both the magnitude and timing of runoff and water resources conditions. The runoffs are found to be very sensitive to temperature increases and rainfall decreases. Results of the study also indicated that runoff is more sensitive to variation in precipitation than to increase in temperature. The additional uncertainty of climate change has posed a challenge to the existing water resources management practices, and the integration of water resources management will be necessary to enhance the water use efficiency in the Yellow River basin.     

Terrestrial hydrological features of the Pearl River basin in South China

This paper presents the terrestrial hydrological features of the Pearl River basin in South China by using a macro-scale hydrological model, the Variable Infiltration Capacity (VIC) model, and a routing scheme. Without calibration, the VIC model is used to simulate streamflow, evapotranspiration and soil moisture change at a daily time step for the period 1951–2000. After aggregation of daily output, it is observed that the VIC streamflow simulation is comparable to the observation at a month step. Moreover, from the model simulation, the study reveals that the monthly soil moisture change varies dynamically for maintaining the basin water balance, and both of the streamflow and evapotranspiration are dominant hydrological processes over the basin. With the routing scheme, the hydrological simulation from the VIC model is investigated at a daily step. It is observed that the scheme can improve the simulation of the timings and magnitudes of the daily streamflow peaks significantly, and the temporal scale of the influence of the routing on the streamflow simulation is less than 2–3 weeks in the Pearl River basin.     

黄河流域20世纪90年代天然径流量变化分析

黄河流域地处我国腹地，多年平均降水量455．5mm。20世纪90年代以来，黄河流域持续干旱少雨，沿黄地区引用黄河水量普遍增加，致使全河径流普遍偏枯，下游非汛期频繁断流。对黄河流域的降水径流的分析结果表明，90年代以来，黄河流域降水量和径流量都发生了较大的变化，实测径流的变化幅度远大于天然径流。     

基于CMADS驱动下SWAT模型的敖江流域径流模拟

目前针对气象、水文资料不足的小尺度流域进行径流模拟的研究相对较少。选取敖江流域为研究区,利用中国大气同化驱动数据集(CMADS)驱动SWAT模型对该流域2008—2016年进行逐月径流模拟,并使用水文比拟法结合邻近的2个传统气象站计算出模拟时段的观测数据以完成模型参数的率定与验证。结果表明:模拟结果与观测值较吻合,率定期(2010—2013年)评价指标决定系数R²和Nash-Suttcliffe系数NS分别为0.84和0.76,验证期(2014—2016年)两者分别为0.85和0.74,均达到了模型的评价要求。研究成果表明CMADS驱动下的SWAT模型适用敖江流域的径流模拟,采用水文比拟法适合在水文资料不足的地区进行径流计算,可为缺少气象与水文资料的小尺度流域进行径流模拟提供参考。     

降水径流特征变化对月水量平衡模型模拟精度及参数的影响

为评估水文模型在变化环境下的可靠性,以两参数月水量平衡模型为例,采用Mann-Kendall法分析降水径流资料在MOPEX数据集中美国本土的104个典型流域的一致性,基于可变模糊理论评价降水径流资料一致性对两参数月水量平衡模型模拟精度的影响,并探讨降水径流资料一致性和流域的气候特征对模型参数的影响。结果表明:研究流域中,92.31%流域的降水或径流资料的一致性遭到破坏;通过可变模糊集评价模型模拟效果,发现降水、径流趋势变化均会削弱水文模型的模拟能力,其中降水一致性破坏是水文模型模拟能力减弱的主要原因,并且该方法能够准确地识别影响模拟能力的次要因素;模型参数C和参数SC均随着流域多年平均径流系数增大而增大,参数C反映了流域的湿润程度,参数SC表征了流域的调蓄能力。研究成果可为防洪、抗旱、水资源规划和管理提供技术支撑。