流域湿地水文调蓄功能研究综述

湿地是流域水循环和水量平衡的重要调节器,在维护流域水量平衡、减轻洪旱灾害和应对气候变化等方面发挥极其重要的作用。流域湿地水文调蓄功能是湿地生态水文学研究的重要内容,科学认识和理解流域湿地水文调蓄功能对流域湿地恢复保护、水资源综合管控与应对气候变化具有极其重要的意义。本文阐述了流域湿地水文调蓄功能的概念与内涵,剖析了流域湿地水文调蓄功能时空变异性、阈值性和多维性三大特征及其影响因素（包括湿地土壤特性、植被特征和初始水文条件等内在因素和流域特征、降雨特征、气候变化和人类活动等外在因素）,探讨了流域湿地不变情景下和变化情景下水文调蓄功能评估方法,并介绍了流域湿地水文调蓄功能定量评估模型与应用情况。最后,从学科发展和实践需求的视角提出了流域湿地水文调蓄功能未来亟需加强研究的重点方向。     

赣江流域TRMM遥感降水对地面站点观测的可替代性

多卫星遥感降水产品为无/缺资料地区的水文过程模拟提供了新的数据来源。结合地面高密度雨量站网,在中国典型暴雨区赣江流域定量评估两种TRMM降水产品(3B42V7和3B42RTV7)的精度,并通过耦合分布式水文模型CREST,探讨了水文模拟中TRMM卫星降水产品对地面观测降水的可替代性。研究表明:3B42和3B42RT与地面观测流域平均月降水相关系数达到0.9以上,偏差在5%以内,日尺度上相关性略差,偏差略有增加。同时设计2种水文模拟对比试验:情景I为静态参数,使用地面雨量站降水率定模型参数,采用卫星降雨验证模型;情景II为动态参数,采用卫星数据重新率定模型参数,再利用卫星降雨验证模型。对比结果表明:情景II中完全使用TRMM降水后模型效果明显改善,证明TRMM卫星数据在赣江流域具有替代地面站点观测的潜力,但需要重新根据卫星降雨率定模型。     

同位素示踪剂在流域水文模拟中的应用

主要目的是通过对同位素在流域水文模拟应用中的一些假定、限制条件以及方法进行澄清和系统化,从而促进同位素在流域水文模拟中一些新的研究方向和研究热点.主要从三个方面,即同位素流量过程线分割、流域平均滞时与不同水源混合、与水文模型耦合,讨论同位素示踪剂在流域水文模拟中的研究进展情况.同时指出了同位素在流域水文模拟中应用存在的一些主要问题,包括:①降雨同位素含量的时空变化;②不同径流成分的采样;③径流输出同位素含量的空间变化;④流域平均滞时分布函数的确定;⑤水文同位素耦合模型.     

新安江模型与水箱模型在柘溪流域适用性研究

为提高柘溪流域洪水预报精度,充分合理利用洪水资源,缓解该流域下游的防洪压力,同时为水库防洪调度以及经济运行提供科学合理的决策依据,研究了集总式概念性水文模型新安江模型及水箱模型在该湿润流域的适用性。选取该流域2004~2015年实测数据,应用三目标MOSCDE算法分别优选三水源新安江模型以及水箱模型参数,从而对该流域划分的多个子流域单元进行了场次洪水模拟计算,并对比分析不同流域单元两种模型的模拟结果,探究不同模型结构在柘溪流域场次洪水模拟中的差异,分析总结这两种模型在该流域的适用性。结果表明:两种模型模拟效果比较接近,均可以达到《水文情报预报规范》规定的作业预报精度要求,且对于流域内的大洪水的模拟效果也比较理想。从洪量以及洪水过程方面分析,两个模型的模拟效果比较接近;从洪峰拟合角度分析,新安江模型比水箱模型更适合该流域。     

溶蚀丘陵型岩溶流域概念性水文模型及其应用

为弥补传统概念性水文模型在岩溶水文模拟上的缺陷,基于三水源新安江模型,采用多个线性水库表达岩溶地下系统的异质性,同时引入流域虚拟面积系数修正岩溶流域的非闭合性。将改进的概念性水文模型应用于湘中南典型溶蚀丘陵型岩溶流域,并在此基础上探讨岩溶流域非闭合性的动态变化。研究结果表明:①改进模型的日径流模拟精度提高11.21%,水量平衡误差及低水误差分别降低23.29%、27.64%;②岩溶地下汇流系统的多向性导致流域非闭合状态具有双重性;③地下汇流面积与时段降雨量呈正相关,然而受地下饱和程度的制约,地下汇流面积的变化率随时段降雨量的增大而减小;④由于岩溶地貌的蓄水滞水作用,地下流域受外侧补给的过程存在滞后性。模型的改进与拓展研究可为岩溶水文模拟提供新思路。     

基于HBV模型的太子河流域径流变化情景预估

以太子河流域为研究区域,采用HBV水文模型对流域的水文过程进行模拟,并选取RegCM4.4区域气候模式输出的平均气温和降水数据来驱动HBV水文模型,模拟逐日径流过程,分析RCP4.5排放情景下未来太子河流域径流的演变。结果表明,HBV水文模型在太子河流域模拟效果较好,率定期与验证期Nash效率系数与确定性系数均在0.60以上,模型基本模拟出了洪水对降水的响应过程。RCP4.5情景下,2021 2070年太子河流域年平均气温呈持续升温趋势,流域降水和年径流深度呈微弱减少趋势。相较于基准期,年径流深度将增多9.79%,夏季和秋季径流深度上升明显。径流分位数的变化表明,峰值极端径流和枯水极端径流均较基准期有不同程度的增多,未来太子河流域发生极端洪涝的可能性较高。     

嫩江流域沼泽湿地景观变化及其水文驱动因素分析

借助ArcGIS空间分析工具,以嫩江流域1978年、1990年、2000年和2008年4期遥感湿地分布图为基础,采用SWAT (Soil and Water Assessment Tool)水文模型将嫩江流域划分为43个子流域,并以沼泽湿地类型为例,将各个子流域内降水和径流信息与湿地退化遥感信息作对比筛选,对全流域以及湿地面积减少严重所在子流域作进一步分析。另外,利用两期土地利用类型数据生成嫩江流域土地利用转移矩阵。结果表明:1978—2008年间嫩江流域沼泽湿地退化严重,尤其以1990—2000年间最为显著。这与流域内降水、径流的变化密切相关,并受到土地利用类型转化以及水利工程建设等人类活动的影响。其中,沼泽湿地面积变化与流域径流系数变化在0.01水平上呈极显著正相关,pearson相关系数为0.90。气候变化和人类活动影响下对湿地水文过程以及水资源的变化,导致湿地日益萎缩,对流域内湿地生态系统平衡产生了负面影响。     

考虑植被和人类活动影响的水文模型参数时变特征分析

变化环境下流域水文物理特性常呈现"非稳态"特征,代表流域特性的模型参数也会随之发生变化,因此,开展水文模型参数时变研究有助于提高水文模拟精度。考虑植被条件和人类活动对水文过程的影响,基于植被归一化指数、人口、地区生产总值、粮食产量和有效灌溉面积5个指标建立两参数月水量平衡模型参数的时变函数表达式,并考虑4种参数时变情形。选取直门达、张家山、咸阳、横江、丹江口和峡江站6个水文站分析对比4种情形下模型的径流模拟结果及其不确定性。结果表明:所有站点在1982—2006年内水文物理特性呈现"非稳态"特征;且较常参数而言,时变参数模型模拟效果更好,并获得更优的确定性预报结果,其中直门达站径流模拟精度提高最为显著,率定期和检验期内的纳西效率系数（N_S）分别提高了10.3%和8.8%。该研究可以为变化环境下流域水库调度、水资源规划与管理等提供理论依据和技术支撑。     

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.     

TOPMODEL 模型在径流模拟中的改进与应用

合理的导水率假设关系对于提高TOPMODEL模型在流域径流模拟中的精度具有重要意义。以旬河流域为例,基于中国土壤水力参数集确定了流域导水率关系,将原TOPMODEL模型的指数型导水率关系修改为抛物线型,并通过引入植被冠层覆盖参数来改进TOPMODEL降雨模块。研究结果表明,选取适用于研究流域的导水率假设关系,可有效地提高TOPMODEL模型的模拟精度。同时,对于以林草地为主要土地利用类型的流域,考虑植被冠层截留的影响可有效改善模型模拟效果。     

洪泛区湿地生态环境功能及管理对策

洪泛区湿地是一种重要的湿地类型,是水陆自然景观的重要组成部分,为流域中水陆相互作用的交错带,具有独特的生态环境功能。对洪泛区湿地的生态环境功能进行了科学表述,针对我国洪泛区湿地目前面临的主要生态环境问题提出了合理的管理对策。     

Examining the relationship between wetland alteration and watershed flooding in Texas and Florida

Inland flooding remains one of the greatest threats to the safety of human population in the United States (US). While few large-scale studies exist, the potential role of naturally occurring wetlands in mitigating flood duration and intensity has been widely discussed. This study examines the relationship between wetland alteration and coastal watershed flooding in Texas and Florida over a 12-year period. Specifically, we geo-reference wetland alteration permits required under Section 404 of the US Clean Water Act and correlate the number of granted permits with the degree of flooding measured by stream gauge data. Results indicate that specific types of federal permits exacerbate flooding events in coastal watersheds while controlling for various environmental and socioeconomic characteristics.     

湿地生态水文学研究综述

基于湿地生态水文研究文献计量分析,透视国内外有关湿地水文、生态水文和水资源等领域的重大研究计划和重要学术会议,系统总结了湿地生态水文学发展历程,可分为萌芽起步阶段（20世纪50年代至80年代）、研究探索阶段（20世纪90年代）和快速发展阶段（21世纪以后）3个阶段,列举了重要代表性研究成果,并重点阐述了湿地生态水文学研究进展;基于对国际湿地生态水文学发展历程、研究进展及热点的综合分析,未来湿地生态水文学研究主要向基于"多要素、多过程、多尺度"的湿地生态水文相互作用机理及耦合机制、气候变化对湿地生态水文的影响机理及适应性调控、湿地"水文-生态-社会"耦合系统互作机理及互馈机制和基于湿地生态需水与水文服务的流域水资源综合管理等方向发展。最后,以国家重大需求为导向,提出了未来中国湿地生态水文学优先发展方向及建议。     

Quantitative Geomorphological Analysis to Infer the Hydrological Behaviour of Streams Draining into the Vembanad Lake – A Ramsar Site along the Southwest Coast of India

Vembanad lake system (VLS) is a Ramsar wetland of premier importance along the south west coast of India. This system spread over 13098 km² accounts for 33.7% of total geographic area of Kerala state. VLS sustains by the input of six main river systems of Kerala viz., Achankovil, Pampa, Manimala, Meenachil, Muvattupuzha and Periyar. Central focus of this study is to find out the influence of morphometric variables on hydrological processes using geo-informatics and correlation analysis and to analyse the scale dependence of basin hypsometry in steady state topography and hydrology. The study also examines the contribution of each river in making the entities of this wetland system by portraying the morphometric and hypsometric parameters of its watershed. The results of this analysis reveals that the Manimala river basin has survived with rapid denudation activities and run off mechanism, while Periyar and Pampa river basins have culminating stage of development and are tectonically active. This study immensely contributes to the knowledge on the influence of morphometric variables on hydrological process and scale dependence of basin hypsometry in steady state topography including hydrology of VLS. The results will shed some light on hydrologic makeup of inflow rivers and will be beneficial for the sustainable management of India’s one of the premier wetlands.     

空间分辨率与取样方式对DEM流域特征提取的影响

随着数字水文的兴起和分布式水文模型研究的发展, 利用DEM提取水文特征, 进而进行水文模拟的方法越来越广泛地为水文学者所采用. 空间分辨率的改变与DEM重新取样方式对水文模拟都会产生重要影响. 采取不同取样方法获得多种尺度的DEM, 对不同分辨率下的流域特征值进行了统计分析与比较, 引入熵的概念度量不同分辨率的DEM包含的信息量, 以及不同取样方式对信息量的影响. 并计算了以50 m DEM所包含的信息量为基准, 在不同的信息损失下所要求的最低分辨率.     

湿地水文学研究进展

水文过程在湿地形成、发育、演替直至消亡全过程中起重要作用.降水截流、径流和蒸散作用是湿地 大气界面水文过程研究的热点和重点,开发的模型较多但尚需进一步检验和完善.片流和明渠流是湿地主要地表径流,其中片流受地形坡度等因素影响而难以精确计算.湿地的地下水文系统对季节性积水湿地尤为重要,但是关于泥炭沼泽的垂向水力联系尚需进一步研究.可持续的湿地水文管理必须将人类活动和气候变化这两个因素纳入湿地综合水文模型,然而目前除少数几个综合模型外,大多数的湿地水文模型并非如此.加强湿地水文观测、多手段多技术相结合和开发综合湿地水文模型应是今后湿地水文学研究的主流.     

Relating groundwater to seasonal wetlands in southeastern Wisconsin, USA

Historically, drier types of wetlands have been difficult to characterize and are not well researched. Nonetheless, they are considered to reflect the precipitation history with little, if any, regard for possible relation to groundwater. Two seasonal coastal wetland types (wet prairie, sedge meadow) were investigated during three growing seasons at three sites in the Lake Michigan Basin, Wisconsin, USA. The six seasonal wetlands were characterized using standard soil and vegetation techniques and groundwater measurements from the shallow and deep systems. They all met wetland hydrology criteria (e.g., water within 30 cm of land surface for 5% of the growing season) during the early portion of the growing season despite the lack of appreciable regional groundwater discharge into the wetland root zones. Although root-zone duration analyses did not fit a lognormal distribution previously noted in groundwater-dominated wetlands, they were able to discriminate between the plant communities and showed that wet prairie communities had shorter durations of continuous soil saturation than sedge meadow communities. These results demonstrate that the relative rates of groundwater outflows can be important for wetland hydrology and resulting wetland type. Thus, regional stresses to the shallow groundwater system such as pumping or low Great Lake levels can be expected to affect even drier wetland types.     

沟渠湿地的水文和生态环境效应研究进展

对沟渠和沟渠湿地进行了定义,从水文效应、生物效应和水环境效应等方面综述了目前国内外沟渠研究的进展,重点阐述了沟渠去除水体中氮、磷等营养物质和农药等污染物的机制,同时简要介绍了沟渠模型和管理方面的研究,并指出了目前研究中存在的不足,提出了加强沟渠野外观测、沟渠模拟研究和沟渠管理研究等进一步研究的建议。     

数字黑河的思考与实践3:模型集成

介绍了"数字黑河"模型集成研究的进展.①流域科学研究中的模型集成由发展流域集成模型和建模环境这2个主题所构成,前者可概括为"水-土-气-生-人"集成模型,后者是支持集成模型的高效开发的软件工具,注重于应用先进的信息技术为建模提供支撑.②将模型集成分为知识途径和技术途径,讨论了建模环境在模型集成中的作用,以及科学模型和流域管理模型的关系.③回顾了黑河流域模型集成的总体目标是发展两种类型的集成模型,其中第一种回应科学目标,是地球系统模型在流域尺度上的具体体现,以建成能够综合反映流域水文-生态-经济相互作用的模型为标志;第二种集成模型回应管理目标,以建成空间显式的流域水资源决策支持系统为目标.④对黑河流域已有的水文、地下水、水资源、陆面过程、土地利用、生态、社会经济与生态经济建模工作做了系统的综述.⑤分析了黑河流域集成模型研究中存在的问题和所面临的挑战.