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。     

中国西部寒区流域冰川水文调节功能研究

冰川作为固体水库以“削峰填谷”的形式显著调节径流丰枯变化,冰川的水文调节功能对于中国西北干旱区至关重要。使用现有VIC-CAS模型模拟得到中国西部寒区2014—2100年径流预估数据,从趋势和波动变化相结合的视角,基于径流变差系数法,构建了冰川水文调节指数（Glacier_R）,分析了9个寒区流域冰川径流变化的稳定性,详细剖析了历史时期（1971—2010年）和未来到21世纪末这些流域冰川水文调节功能的强弱变化。结果表明：历史时期及RCP2.6和RCP4.5情景下,除长江流域外,青藏高原其余流域的冰川径流减小时间节点为2020s,西北内陆河流域则为2010s。历史时期及RCP2.6和RCP4.5情景下至21世纪末,尽管西部寒区大部分流域的冰川径流呈减少趋势,但波动幅度减小或无明显变化,冰川径流稳定性增强或无变化。总体上,西北内陆河流域的冰川水文调节功能较高,青藏高原流域的冰川水文调节功能较低。RCP2.6和RCP4.5情景下,至21世纪末,西部寒区各流域冰川水文调节功能均呈现减弱趋势,西北内陆河流域减弱更加显著,如RCP4.5情景下,木扎提河冰川水文调节功能降幅达25.4%,而青藏高原各流域的冰川水文调节功能一直处于较低水平。从年代际变化来看,1970s—2010s是寒区流域冰川水文调节功能较强的时期,1980s和2000s两个时段冰川水文调节功能尤强;RCP2.6和RCP4.5情景下,未来到21世纪末,冰川调节功能明显减弱。减弱的时间节点不同,最早为1970s,最晚为2020s。     

西昆仑山南坡郭扎冰川水文特征的分析

郭扎冰川作用区冰川融水径流域年径流量的８０％。纯冰川融水径流模数为１７．７Ｌ／ｓ·ｋｍ＾２，冰川融水径流深为２００．２ｍｍ，冰川消融深是目前我国有实测资料冰川中的最低值。冰川融水径流年内分配很不均匀，夏季（６－８月）占８０％，最大肖融期为７－９月，占８６．３％。     

中国冰冻圈水文未来变化及其对干旱区水安全的影响

受气候变暖持续影响， 中国冰冻圈水文过程正在发生着显著变化。在梳理已有过去冰冻圈融水变化基础上， 重点分析了冰冻圈融水径流未来变化特点， 尤其是对冰川融水拐点及温升2 ℃阈值情况下， 到2050年和21世纪末， 冰川融水的可能变化进行了辨析， 进而研判了冰冻圈水文变化对流域、 重点是干旱区内陆河流域水安全的影响。研究表明， 中国未来大部分流域冰川融水径流总体呈现减少趋势， 并呈现冰川径流持续减少、 在不久的将来出现峰值和持续增加三种情况； 单条冰川融水可能会出现拐点， 而且拐点是否出现和出现的时间与升温速率和冰川面积大小有关； 在流域尺度上， 冰川覆盖率较大、 大型冰川面积占比较高的流域， 到2050年融水径流持续稳定增加； 冰川规模较小的流域， 冰川径流峰值早已出现； 介于上述两种情况之间的大多数流域， 冰川融水峰值在2020 - 2030年相继出现或变化呈现不显著增加或减少， 相对稳定； RCP情景温升2 ℃阈值下， 到21世纪末， 西北干旱区冰川融水量减少34% ~ 74%。冰冻圈水文变化导致水源涵养能力下降、 径流补给量减少、 对水资源的调节作用减弱、 流域径流变化幅度增加、 发生旱涝的风险增加、 春汛提前进而影响用水制度。     

气候变化下雅鲁藏布江拉孜以上流域径流过程模拟与预测

西部高寒河源区因冰川积雪冻土等特殊的地理环境,其径流过程的模拟与预测一直是水文学研究的难点和热点问题之一,全球气候变暖为这一地区的水文模拟提出了新的挑战。以雅鲁藏布江拉孜以上流域为研究区域,基于可考虑冰川积雪融水的SWAT分布式水文模型对拉孜站径流过程进行模拟,评估SWAT模型在高寒河源区的适用性。基于未来气候变化情景,统计分析了未来研究区降水、气温的变化趋势,预估了气候变化对区域径流过程的影响。结果表明:SWAT模型在拉孜以上流域径流过程模拟中具有较好的适用性,模型在率定期和验证期月尺度NS系数分别达到了0.78和0.84;未来研究区降水、气温均呈现出增加趋势,且随着排放情景的上升,气温、降水增加幅度有变大趋势;未来研究区不同时段径流量也呈现出不同的增加趋势,在2020～2049年的RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,相较于基准期径流分别增加了约11.8%、14.0%、16.5%,为下游水资源可持续开发利用带来了更大的挑战。     

土地利用和气候变化对王家桥小流域径流的影响

以三峡库区内典型小流域王家桥为例,利用SWAT模型模拟土地利用和气候变化及两者共同作用对径流的影响。结果表明:扩大耕地、退耕还林、发展经济林的土地利用情景下,年均径流量较基准年变化率分别为15.13%、-13.99%、23.22%,退耕还林能有效调节和减少流域径流量;浓度路径为RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5的气候变化情景下,径流量变化率分别为7.13%、7.78%、8.91%,径流量随未来温室气体和硫酸盐气溶胶排放情况增大而增加;两者综合情景下年均径流量均增加,2030年左右增幅较显著;对影响径流的因素进行方差分析,发现土地利用变化对径流的影响比气候变化的影响更显著。在未来气候变化背景下,可通过合理配置流域的土地利用类型,实现对流域水量平衡的调节。     

贡嘎山地区的冰川水文特征

贡嘎山地区气候温和，降水量充沛，冰川消融强烈。冰川融水径流模数为１００－１４５Ｌ／（ｓ．ｋｍ＾２），冰川融水径流深高达２０００－４５００ｍｍ．冰川融水径流的年内分配比较均匀，冰川强烈消融期的５－９月，冰川融水径流占冰川区年总径流的８０％左右；径流量集中的６－８月，占６０％左右，冰川融水径流的年内变化气温的年内变化基本相一致，最大值出现在７月或８月。     

气候变化对玛纳斯河的径流量影响预测模拟分析

山区积雪和冰川融水径流是内陆干旱区的重要水资源, 研究全球变暖情景下温度对融雪径流的影响具有重要意义. 以典型的内陆河玛纳斯流域上游为例, 利用基于度-日因子算法的SRM(Snowmelt Runoff Model)融雪径流模型, 根据当前变化趋势和年内分配模拟出20种假定来模拟未来气候情景(气温上升1 ℃、 2 ℃、 3 ℃、 4 ℃和降水变化率为0、 ±10%、 ±20%的随机组合情况)下的河道径流量, 从而计算出径流量的变化率, 分析了温度和降水变化对径流量的影响. 结果表明: 对于以雪冰融水为主要补给的玛纳斯河, 随着温度和降水的增加, 径流量也会增加, 并会使融雪径流提前. 假定降水量不发生大的变化, 温度增高1 ℃, 径流量增大13%~16%; 在气温一定时, 降雨量增加10%, 径流量增加2%左右, 说明气温和降水都对干旱区内陆河山区径流形成具有重要影响. 该研究对制定气候变化情景下的水资源适应对策具有重要指导意义.     

未来气候情景下天山西部山区融雪径流变化研究

基于三种不同模式的CMIP5气象数据,采用互信息法挑选预报因子结合RBF神经网络模型,预测不同排放情景(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)下未来气候变化下天山西部山区融雪径流的变化情况。对三种模式下不同排放情景预测出的未来径流量进行分析发现:(1)未来径流量在2020～2030年将持续上升,在2060年趋于稳定;未来径流量在非汛期有大幅度的增加而在汛期径流量减少;(2)通过灰色相关性分析找到未来不同模式不同情景下影响径流的主要相关因子,对各相关因子未来变化情况进行分析,发现径流在非汛期有大幅度的增加而在汛期径流量减少的主要原因是:非汛期的降水增加而蒸发减少或增加幅度不大;汛期降水减少而蒸发随气温升高导致汛期的径流量减少。     

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。     

藏北高寒牧区NPP的时空变化特征及2 ℃全球变暖背景下的预估

利用多源气象要素数据估算了1998 - 2016年的藏北高寒牧区植被净初级生产力（Net Primary Productivity， NPP）的变化特征并预估了其在2 ℃全球变暖背景下的变化趋势， 结果表明： 研究区域71.9%的NPP呈上升趋势， 仅中部部分区域有下降趋势； 平均NPP以每年0.54%速率增加， 同期气温和降水均呈增加趋势， NPP和气温在2007前后有显著增加趋势； 总体来说降水是影响NPP的最主要气候因子， 且随着纬度升高其影响越来越大， 气温对于NPP的影响从东南向西北依次递减， 在西北地区出现弱的负相关； 在2 ℃全球变暖大背景下， 分析得出IPCC“典型浓度路径”（Representative Concentration Pathways， 简称RCPs）三种温室气体排放情景下（RCP2.6、 RCP4.5、 RCP8.5）的NPP平均状态几乎没有变化， 其影响仅限于对研究区东南部的较高NPP有较小的改善作用， 其作用依次为\mathrm{高}\mathrm{浓}\mathrm{度}\mathrm{排}\mathrm{放}\approx \mathrm{中}\mathrm{浓}\mathrm{度}\mathrm{排}\mathrm{放}>\mathrm{低}\mathrm{浓}\mathrm{度}\mathrm{排}\mathrm{放}， 表明气候变暖对研究区NPP影响有限， 预估结果对认清高原地区气候变化下NPP时空变化特征有重要意义。     

渭河上游水利水保措施的减水减沙效应分析

依据渭河上游实测水文资料和水利水保措施统计数据， 分析了流域水文要素和水利水保措施的变化规律。根据双累积曲线、 有序聚类、 Lee-Heghinan、 滑动T检验等方法， 结合流域内水利水保措施的变化， 将研究期分为基准期（1956 - 1981年）和措施期（1982 - 2016年）。采用水量平衡法， 分析还原了河流天然径流量和输沙量， 评价了水利工程取用耗水的减水减沙作用； 分别建立拟合了基准期和措施期年径流量、 年输沙量与年降水量的相关公式， 分析计算了措施期的减水减沙效应。结果表明： 基准期主要为水利工程减水减沙， 分别减水6.8%， 减沙3.9%； 措施期综合减水效应42.9%， 综合减沙效应76.5%， 水保措施减水减沙效应大于水利工程减水减沙效应， 综合减沙效应大于综合减水效应。     

气候变暖对长江源径流变化的影响分析

在气候变暖背景下， 20世纪60年代以来， 长江源区气温年和四季增温显著， 蒸发量、 径流量总体呈增加趋势； 进入21世纪后， 源区降水量呈增加趋势。沱沱河作为长江源区的主要径流， 以此为代表研究长江源区气候变暖对径流的影响具有重要的现实意义。利用1981 - 2015年沱沱河水文站径流量资料、 沱沱河同期气象站降水量、 气温、 蒸发量的实测资料， 分析了长江源区沱沱河降水、 气温、 蒸发量变化对径流量的影响。结果显示： 在全球变暖背景下， 近35 a来沱沱河流域年及四季平均气温、 平均最高气温、 最低气温均呈显著增加趋势； 年及春、 夏、 秋季降水量增加而冬季降水量减少； 春、 冬季蒸发量呈增加趋势， 年及夏、 秋季蒸发量呈减少趋势。沱沱河流域降水量是影响径流量大小的最主要的气候因子， 夏季降水量的增多与夏季径流量的增多关系密切， 年平均最低气温升高导致的冰川和积雪融水对径流量的影响次之， 蒸发量对径流量的影响明显低于前两者。     

乌鲁木齐河山区流域径流形成的实验研究

乌鲁木齐河山区流域较之山前平原区有着充沛的降水，是径流形成的基础。降水量随海拔增加而增加，高山带降水以固态为主，使冰川成为山区流域重要的水储存形式。降水观测误差对流域降水量和蒸发量的估算有较大影响。冰雪消融可以依据常规气象要素的参数化热通量表达式来计算。在高山草甸蒸发量的观测、计算中，蒸渗器称重法与波恩比率法较之通量－梯度法有较高的观测精度。山区流域径流系数随流域平均海拔增加而增加，高山冰川作用区在径流形成和调节中起着重要作用。     

水文模型在估算冰川径流研究中的应用现状

冰川径流估算是气候变化风险评估和水资源可持续管理的重要内容.冰川径流估算方法主要包括:直接观测法、冰川物质平衡法、水量平衡方程法、水化学示踪法和水文模型法.本文首先对五种方法的应用情况进行简要总结,进而重点阐述水文模型法在估算冰川径流研究中的应用现状.水文模型法是冰川径流估算研究中使用最频繁的方法,使用方式主要包括耦合冰川模块和开发新的冰川水文模型.冰川水文模型中的消融算法主要包括温度指数模型(度日因子法)、修正的温度指数模型、能量平衡模型.受当前观测条件限制,修正的温度指数模型兼顾能量平衡模型和温度指数模型的优势而成为冰川水文模型中最流行的方法.随着学科的发展进步,能量平衡模型与水文模型的耦合将会成为未来的研究重点,发展大尺度分布式冰川水文模型是冰川水文学的未来发展方向之一.     

黑河流域张掖段水资源承载力评价及提升对策研究

水资源是干旱区内陆河流域环境与发展的主导因素， 其承载力是评判水资源与经济社会及生态环境之间协调发展的重要依据。从承载程度和承载能力两方面构建评价指标， 对黑河流域张掖市县区尺度的水资源承载力进行评价， 结果表明： 承载程度方面， 张掖市从2015 - 2017年用水总量承载状况整体好转， 但民乐县用水总量面临超载， 各县区地下水承载状况明显改善， 地下水超采得到有效管控与治理。从2015 - 2017年， 张掖市水资源的承载状况整体上改善， 从2015年甘州区、 临泽县、 高台县、 山丹县4县区的超载转变为2017年临泽县、 高台县、 山丹县、 肃南县4县区的临界超载状况， 反映出张掖市近年来水资源开发利用的管理成效初步显现； 承载能力方面， 全市各县区2020年和2030年水资源可承载人口均小于2017年水平， 可承载的经济规模约是2017年90%； 提出了农业节水效率提升和耕地灌溉面积缩减两种未来水资源承载力提升情景， 并以此提出了张掖市水资源承载力提升的对策建议。     

全球变暖情景下黑河山区水循环要素变化研究

利用有关水文气象台站的观测资料,对近50年来黑河上游山区流域降水、气温与径流深等水循环要素的变化进行了分析,结果表明：该区域的平均气温变化总体上呈上升的趋势,且其升温幅度高于全球过去50年的升温幅度;降水与径流的变化均呈增加的趋势,但增幅不是十分显著,且径流增长的增幅要大于降水量,这意味着径流的增长并不完全依赖降水的增加,气温上升导致的冰川和高山积雪及地下冻土层融水增加也是影响黑河上游山区流域径流变化的重要原因。根据降水和气温未来的变化趋势,预计在未来50年中, 除非遭遇到特别极端的气候组合,黑河山区径流仍将维持过去50年来缓慢增加的趋势,但增幅非常有限,最大变幅基本在目前多年均值的±5%左右。