js3311com金沙网站喀斯特槽谷流域地表系统水文过程变化响应机制研究取得新认识—-中国科学院地球化学研究所

我国西南喀斯特地区面临着严重的水资源危机,水资源缺乏事件频繁发生。而气候变化和人类活动是影响流域水文过程的两个主导因素。以往的研究对于水文敏感要素历史时空变化规律认识不清,缺乏对未来变化的趋势和时间评估,气候变化和人类活动对流域地表系统径流总量的贡献尚不明确。此外,流域地表系统内部人类活动时空变化对总排水量的影响驱动机制研究也极为缺乏。因此,以流域地表下垫面为系统,探索二者对流域地表系统出口总径流量的影响,不但是喀斯特地区的迫切需要,更是深入认识喀斯特地区水文过程机理的重要途径,对解决西南喀斯特地区水资源问题,保障长江珠江两大流域生态屏障具有重大的战略意义。

我国西南喀斯特地区面临着严重的水资源危机,水资源缺乏事件频繁发生。而气候变化和人类活动是影响流域水文过程的两个主导因素。以往的研究对于水文敏感要素历史时空变化规律认识不清,缺乏对未来变化的趋势和时间评估,气候变化和人类活动对流域地表系统径流总量的贡献尚不明确。此外,流域地表系统内部人类活动时空变化对总排水量的影响驱动机制研究也极为缺乏。因此,以流域地表下垫面为系统,探索二者对流域地表系统出口总径流量的影响,不但是喀斯特地区的迫切需要,更是深入认识喀斯特地区水文过程机理的重要途径,对解决西南喀斯特地区水资源问题,保障长江珠江两大流域生态屏障具有重大的战略意义。

浅谈年径流的分析要领

针对上述问题,中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室研究员王世杰带领研究团队率先分析了中国南方典型喀斯特流域径流量与气候演变特征及未来趋势,并首次将累积量斜率变化率比较法应用于该流域气候变化和人类活动对径流量变化影响的有效分离和其主要影响因素贡献率的定理评估研究中;此外,以喀斯特槽谷下垫面地表流域为系统,首次定量评估了流域地表系统内部人类活动和流域系统外部气候变化对流域地表系统出口总径流量的影响及贡献率,确定了降雨是影响喀斯特流域径流总量变化的主要影响因素,并结合喀斯特特征首次阐明了流域地表系统人类活动和系统外气候变化对流域地表系统总径流量的影响机制。研究为喀斯特地区流域水资源管理提供了新的认识。研究发现:1984-2015年间,流域地表系统总径流量与降雨呈现不显著增长趋势,蒸发量则呈现不显著下降趋势。三者都具有较弱且不同循环周期的反持续性特征,强度等级II级,持续周期分别为21a、17a和26a,即在未来各自循环周期内,流域地表系统总径流量和降雨量将呈现持续减小趋势,而蒸发量则表现为持续增强;喀斯特流域地表系统总径流量与降雨量变化趋势较好同步性和周期性特征,而蒸发量突年份相对滞后于径流量1-2a,阶段性特征差异明显;降雨是影响流域地表系统总径流量变化的主要因素,高达50%-60%,且较为稳定,而人类活动次之,但存在逐渐升高趋势;蒸发的影响波动性强。

针对上述问题,中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室王世杰研究员带领研究团队率先分析了中国南方典型喀斯特流域径流量与气候演变特征及未来趋势,并首次将累积量斜率变化率比较法应用于该流域气候变化和人类活动对径流量变化影响的有效分离和其主要影响因素贡献率的定理评估研究中;此外,以喀斯特槽谷下垫面地表流域为系统,首次定量评估了流域地表系统内部人类活动和流域系统外部气候变化对流域地表系统出口总径流量的影响及贡献率,确定了降雨是影响喀斯特流域径流总量变化的主要影响因素,并结合喀斯特特征首次阐明了流域地表系统人类活动和系统外气候变化对流域地表系统总径流量的影响机制。研究为喀斯特地区流域水资源管理提供了新的认识。研究发现:1984-2015年间,流域地表系统总径流量与降雨呈现不显著增长趋势,蒸发量则呈现不显著下降趋势。三者都具有较弱且不同循环周期的反持续性特征,强度等级II级,持续周期分别为21a、17a和26a,即在未来各自循环周期内,流域地表系统总径流量和降雨量将呈现持续减小趋势,而蒸发量则表现为持续增强;喀斯特流域地表系统总径流量与降雨量变化趋势较好同步性和周期性特征,而蒸发量突年份相对滞后于径流量1-2a,阶段性特征差异明;降雨是影响流域地表系统总径流量变化的主要因素,高达50%-60%,且较为稳定,而人类活动次之,但存在逐渐升高趋势;蒸发的影响波动性强。

摘要:年径流的分析计算是为水利水电工程的规划设计服务的,年径流分析计算成果与用水资料相配合,进行水库调节计算,便可求出水库的兴利库容。年径流分析计算成果是进行水资源评价的重要依据,也是制定和实施国民经济计划的重要依据之一。文章对年径流的分析要领进行了探讨。

该研究量化了中国南方气候变化和人类活动对典型喀斯特槽谷流域系统总径流排水量的影响,并揭示典型喀斯特地区槽谷流域系统总径流排水量变化的主要影响因素及其流域地表系统内部因子影响驱动机制,为国际同行研究喀斯特地区径流量变化的影响提供了技术支撑和理论参考,同时为如何平衡全球水资源安全格局提供了更新的认识和启发。相关成果已发表在国际杂志Science
of the Total Environment
(Luhua Wu, Shijie, Wang, Xiaoyong Bai*,
Weijun Luo, Yichao Tian, Cheng Zeng, Guangjie Luo, Shiyan He.
Quantitative assessment of the impacts of climate change and human
activities on runoff changes in a typical karst watershed, SW China.
Science of the Total Environment
, 2017, 601-202, pp1449-1465)。

该研究量化了中国南方气候变化和人类活动对典型喀斯特槽谷流域系统总径流排水量的影响,并揭示典型喀斯特地区槽谷流域系统总径流排水量变化的主要影响因素及其流域地表系统内部因子影响驱动机制,为国际同行研究喀斯特地区径流量变化的影响提供了技术支撑和理论参考,同时为如何平衡全球水资源安全格局提供了更新的认识和启发。相关成果已发表在国际顶级杂志《Science of the
Total Environment
》:Luhua Wu, Shijie,
Wang, Xiaoyong Bai*, Weijun Luo, Yichao Tian, Cheng Zeng, Guangjie Luo,
Shiyan He. Quantitative assessment of the impacts of climate change and
human activities on runoff changes in a typical karst watershed, SW
China. Science of the Total Environment, 2017, 601-202, pp1449-1465.
IF=4.9, 2区 top SCI .
10.1016/j.scito tenv.2017.05.288

关键词:年径流特征;年降水量;年径流系数

论文链接

全文链接:

年径流是一个年度内在河槽里流动的水流。年径流分析计算要求提供两种不同类型的成果:一种是长系列年、月径流资料;另一种是代表年的月径流过程。在分析计算这两种成果时,都有径流资料充足、径流资料不足和缺乏径流资料三种情况。因此,年径流分析计算方法共有六种,要求掌握各类方法的原理和内容,以及相同和不同之处。在开始做某设计站的年径流分析计算时,首先要对径流资料进行“三性”(可靠性、一致性、代表性)审查。

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为了深刻认识年径流及其变化规律,就必须从物理成因方面去分析和研究影响年径流的因素,尤其在径流资料短缺时,显得更为重要。当具有短期实测径流资料时,常常需要建立年径流量与有关因素之间的相关关系来展延年径流系列;当缺乏径流资料时,常用水文比拟法或等值线图法来推估年径流量,上述情况都要分析影响年径流的因素。

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一、影响年径流的因素

研究区基本情况和研究技术路线图

研究区基本情况和研究技术路线图

我们通常用水量平衡方程来研究影响年径流的因素。对于闭合流域,年水量平衡方程为:

P=R+E+△W

其中年径流量R的大小取决于年降水量P和年蒸发量E,还与流域蓄水变化量△W有关。前两项属于流域气候因素,而后一项则主要取决于流域下墊面因素以及人类活动情况。在多年平均情况下,△W各年有正有负,使,故得多年平均的流域水量平衡方程为:

P0=R0+E0

因此,影响多年平均年径流量的因素主要是流域的气候因素。

在气候因素中,年降水量与年蒸发量对年径流量的影响程度,随流域所在地区不同而有差异。流域下墊面因素对年径流也有一定的影响。流域下墊面因素包括地形、土壤、地质、植被、湖泊、沼泽和流域面积等。这些因素对年径流的作用,一方面表现在流域蓄水能力上,另一方面通过对降水和蒸发等气候条件的改变间接地影响年径流。此外,人类活动对年径流也有影响。人类活动对年径流的影响,包括直接与间接两个方面。直接影响如跨流域引水,将本流域的水量引到另一流域,或将另一流域的水引到本流域,都直接影响河川的年径流量。

二、年径流分析计算的目的

年径流分析计算是水资源利用工程中最重要的工作之一。设计年径流是衡量工程规模和确定水资源利用程度的重要指标。推求不同保证率的年径流量及其分配过程,就是设计年径流分析计算的主要目的。

设计保证率:水资源利用工程包括水库蓄水工程、供水工程、水力发电工程和航运工程等,其设计标准,用保证率表示,反映对水利资源利用的保证程度,即工程规划设计的既定目标不被破坏的年数占运用年数的百分比。

破坏率:水资源利用程度,在分析枯水径流和时段最小流量时,还可用破坏率,即破坏年数占运用年数的百分比来表示,在概念上更为直观。

保证率和破坏率的换算:设保证概率为p,破坏概率为q,则p=1-q。

三、年径流系列的一致性和代表性分析

年径流系列的一致性分析

应用数理统计法进行年径流的分析计算时,一个重要的前提是年径流系列应具有一致性。就是说组成该系列的流量资料,都是在同样的气候条件、同样的下垫面条件和同一测流断面上获得的。其中气候条件变化极为缓慢,一般可以不加考虑。人类活动影响下垫面的改变,有时却很显著,为影响资料一致性的主要因素,需要重点进行考虑。测量断面位置有时可能发生变动,当对径流量产生影响时,需要改正至同一断面的数值。