中国生态水文学发展趋势与重点方向

生态水文学是一门新兴的交叉学科,发展和完善其理论体系和技术方法等对促进中国山水林田湖草系统保护与修复,推进生态文明建设和绿色发展具有重要理论和实践意义。本文阐述了生态水文学发展历程和挑战性问题;结合学科前沿和国家需求,提出了生态水文学在中国的发展战略,主要包括：生态水文综合观测的新技术新方法、生态水文学机理和基础理论、以陆地和水生生态水文过程为核心的多尺度多要素综合模拟与集成、以及生态水文与社会科学的融合等;在此基础上,也提出了中国生态水文学具体发展方向,如多源信息融合与综合观测网络、关键要素的时空格局及其演变特征、综合模型与不确定性、多学科交融研究等;最后提出了中国生态水文学在山水林田湖草及城市等共同体修复和保护中的应用前景。     

1919—2010年黄河上中游区径流量变化分析

应用Mann-Kendall秩次相关检验、流量历时曲线法、双累积曲线法等方法对黄河干流陕县站和河口镇站1919—2010年径流量演变过程进行了分析。结果表明:区域面平均降水量趋势性变化不显著,而上游（河口镇站以上）及中游（河口镇—陕县）年径流量自1985年以来呈显著减少趋势,中游径流量的降幅高于上游。黄河径流量变化具有明显阶段性,上游和中游径流量变化都经历了枯水期—丰水期—枯水期3个时期,现在黄河正处于枯水期。采用双累积曲线法,定量分析降水和人类活动对径流量的影响,上游和中游人类活动对径流量减少的影响程度分别占88.1%和84.9%,水利水保工程、生产生活用水等人类活动是引起黄河径流量减少的主要因素。     

黄河中游河口-龙门区间多年平均流域水平衡特征 ——-区域蒸散量估算模型验证与下垫面参数校核

采用黄河中游河口镇至龙门区间1980-2000 年间径流及气象数据, 通过对Zhang 等2001 建立的区域(流域) 多年平均蒸散量估算模型进行验证和下垫面参数校核工作, 探索了干旱半干旱地区水循环要素相应于不同土地覆被类型的结构变化及水平衡特征和规律。结果表明, 由于研究区处于干旱半干旱气候区, 采用原模型及参数对蒸散量的预测能力好于对径流的预测能力。使用优化后的下垫面参数使原模型对河龙区间蒸散量和径流预测能力得以改进, 一致性指标分别从0.89 和0.21 提高到0.94 和0.63。对实际蒸散量进行预测的相对误差和均方误从3.6%和17.2 mm 减小到1.5%和7.9 mm, 对径流进行预测的相对误差从42.7%减小到18.0%。聚类分析和下垫面参数优化结果表明, 河龙区间流域水循环要素变化特征受不同土地 覆被影响可以分为3 个明显不同的区域。由于大面积林地截流蒸发的作用, 南部林地覆被区具有较高蒸发系数, 适用下垫面参数值为1.61。西北部风沙地貌区受粉沙覆盖层和地下径流补给影响, 使该区蒸发系数较小, 适用值为0.1。中部典型黄土丘陵覆盖区适用值为0.45。     

近52年渭河流域气候变化对植被净第一性生产力的影响

利用渭河流域及其周边地区52个气象站1959-2010年的逐日气象资料,采用周广胜-张新时模型、Penman-Monteith模型、气候倾向率、相关分析和Spline插值等方法分析了近52年渭河流域气温、降水、湿润指数的时空变化特征及其对植被净第一性生产力(NPP)的影响,并对其未来变化趋势进行预测。结果表明：(1)在渭河流域,气温呈上升趋势（0.4 ℃/10a,p<0.001）,且北部快于南部,东部快于西部;降水呈减少趋势（-20.1 mm/10a,p>0.1）,且南部快于北部。(2)湿润指数总体下降,仅关中部分地区微弱变湿。(3)NPP高值区位于秦岭山区、关中部分地区;NPP总体下降,仅个别站点微弱上升。NPP下降速率南部大于北部,空间分布格局与同一时期降水量和湿润指数的变化较为一致。(4)NPP与降水量、相对湿度和湿润指数均呈显著正相关（p<0.01）,与潜在蒸散量、日照时数和气温负相关,温度对于NPP累积所起到的作用有限,水分是主要制约因素。(5)不同气候变化情景下对NPP的模拟表明,温度和降水同时上升的情况下,NPP增加15%以上;仅温度升高而降水不变时,NPP增加10%左右;温度上升而降水下降导致NPP不升反降,仅个别地区出现小幅上升。     

应用流量历时曲线分析黄土高原水利水保措施对河川径流的影响

流量历时曲线（Flow Duration Curve,FDC）是用于分析流域径流特征及其变化的有效方法之一。以长序列日流量为基础,采用FDC方法并结合各流域的径流量时间变化趋势分析方法,研究了黄土高原佳芦河、秃尾河、延河和湫水河等4条流域流量变化的基本特征;通过临界年份前后两个时段序列及不同年代序列的流量历时曲线变化的比较,分析了流域径流过程对大面积水土保持措施的响应。结果表明：随水土保持措施累积面积的不断增大,佳芦河、湫水河、秃尾河的径流量逐年减少,且水土保持措施对高流量部分径流减少的程度较低流量部分大,尤以工程措施为主的湫水河流量减少最明显。在延河流域,与临界年份前的时段相比,后期的高流量部分的径流量减小,而常水和低流量部分的径流量相对增大。尽管流域水土流失综合治理并未使河川径流量增加,但由于高流量部分流量的减少程度较低流量部分径流量减少程度大,从而使流域年内日径流量变化过程趋于均匀化。