黑河流域生态-水文过程集成研究
高山寒漠带水文_生态和气候意义及其研究进展_陈仁升
第25卷 第3期2010年3月地球科学进展ADVANCESINEARTHSCIENCEVol.25 No.3Mar.,2010
文章编号:1001-8166(2010)03-0255-09
高山寒漠带水文、生态和气候意义及其研究进展
陈仁升1,2,韩春坛1,2
(1.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所黑河上游生态—水文试验研究站,甘肃 兰州 730000;
2.中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室,甘肃 兰州 730000)
摘 要:高山寒漠带在青藏高原和天山地区的面积比率约为20%～30%,在高海拔山区面积分布
广阔,是山区流域降水的高值区,下渗迅速,产流系数高,是山区流域的主要产流区。由于其海拔
高、气温低、地形陡峭、植被稀疏,是重要的水文功能区和极端寒区生态脆弱区,附生在其中的稀疏
植被和低温微生物是高山生命带的重要组成部分,对气候变化也有指示意义,但国内相关研究很
少。人类活动对高山寒漠生境植被的影响比低海拔区要小,因而为我们提供了一个可以进行气候
变化效应比较监测的机会。提出高山寒漠带在我国冰冻圈水文、生态和气候等方面的重要性,并对相
关进展进行初步总结,建议将高山寒漠带作为一个特殊的生态、气候和水文功能区,专门进行研究。
关 键 词:高山寒漠带;空间分布;水文循环;低温微生物;生态脆弱区
中图分类号:P462.5 文献标志码:A
在高海拔山区上部和高纬度亚极地地区,存在
一种由于低温引起生理干燥而形成植被贫乏的特殊
景观,称为寒冻荒漠(Colddesert)[1],简称寒漠。根
据该定义,寒漠带应粗略分为高山寒漠带和极地寒
漠带,在我国则主要为高山寒漠(Alpinecolddes-
ert)。高山寒漠与黄土、沙漠和喀斯特并列为我国
四大生态环境脆弱带[2],但有关这种特殊的高寒荒
漠景观,在国内不仅缺乏一个明确的定义,而且缺乏
统一的称谓,常冠以高寒荒漠、高山荒漠和高山寒漠
等名称,此处以高山寒漠名之,即指高山草甸上界以
上的非冰川区(含冰川物质补给区)。本区具有以
【国家自然科学基金】_水文过程_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731
序号科研热词推荐指数序号科研热词1数值模拟101数值模拟2水文模型92水文过程3黑河流域83分布式水文模型4气候变化74水文模型5分布式水文模型65降雨6swat模型66新安江模型7地下水57地下水8土壤水58遗传算法9生态水文过程49水库10洪水预报410城市化11氢氧稳定同位素411swat12径流量412降水13人类活动413长江口14黄河口314气候变化15长江315模型16评价316土地利用变化17生态恢复317swat模型18水循环318遥感19模型319营养盐20数字高程模型320生态水文21径流321水资源22地下水资源322水文效应23地下水位323径流过程24土壤侵蚀324喀斯特25人工神经网络325入渗26产流机制326中国27swat327黄河28黄河228马斯京根法29青海湖流域229非点源污染30陆气相互作用230青藏高原31长江中游231随机模拟32长江上游232降雨径流33遗传编程233降雨入渗34遗传算法234长江35趋势分析235重金属模型36贡嘎山236采伐干扰37离子交换237迁移38神经网络238蒸散39祁连山239芦苇湿地40研究进展240紫色土41生态水文学241突水系数42生态水文功能242空间变异性43生态安全243稳定同位素44湿地244磷45湖相沉积245畦灌46消除趋势波动分析246灌水质量47海水入侵247湿地48流域248渭河流域49汉中流域249温室气体50水系结构250深裂缝51水环境251海河流域52水沙变化252浊度2008年2009年53水文过程253流域尺度54水文效应254流域55水土保持255洪水模拟56水化学256洪水57模拟257泵井58易溶盐258泥石流59时空变化259泥沙60新安江模型260泄洪雨雾61数学模型261水质模拟62悬沙262水文频率分析63径流预测263水文模拟64径流模拟264水文时间序列65径流变化265水文66形成机制266水循环67延河流域267水化学特征68应用进展268氮69小流域269氢氧稳定同位素70寺河南270气温71宽级配271模拟72太湖272概念模型73塔里木河下游273森林生态系统74塔里木河274最小二乘法75土壤湿度275断层76土壤养分276数学模型77古水文277径流深78卵石夹沙河床278径流侵蚀功率79区域尺度279径流80分布式水文模拟280影响因子81冰川融水281并行计算82中全新世282工程地质83不确定性283岩溶泉84三峡工程284尺度85modflow285实时预报86gis286季节性冻土87黑河下游187子流域划分88黑河上游188太湖流域89黑河189太湖90黄浦江水源190多年冻土91黄河调水调沙191基流92黄河流域192地表水93黄土坡193地下河94高速滑坡194地下水源热泵95高精度格式195土壤蒸发96高斯过程196土壤97高斯滤波197后寨河流域98驱动力198可溶性有机碳99马斯京根法199古尔班通古特沙漠100饱和指数1100变形失稳模式101饱和导水率ks1101华北平原102风化前锋1102半分布式水文模型103风云卫星1103动态数字地形模型104预报模型1104冻土105预应力锚索抗滑桩1105关键层106面源污染1106人工神经网络
流域数学模拟系统发展方向及关键技术
第１期 ２０１２年２月 水利水运 工程学报 ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１２
流域数学模拟系统发展方向及关键技术
余欣 ，寇怀忠 ，王万战
（１．黄河水利科学研究院，河南郑州４５０００３；２．黄河水利委员会，河南郑州４５０００３）
摘要：重点介绍了黑河流域综合模型、数字流域模型、二元演化模拟系统以及黄河数学模拟系统等４个流域模 拟系统的新进展；从发展理念、生产方式、质量评测、集成建模以及支撑途径等５个方面，凝练了系统模拟系统发 展新态势，突出水一经济一生态过程的耦合模拟，注重构件化组装的集约化生产方式，突出模型科学评价和公共
开发环境建设，重视多源数据同化和模型参数化．今后一个时期，要重点做好数学模型不确定性及评价技术、数 学模型复杂数据高效存取及其仿真可视化、协调大尺度和跨学科模型集成及云服务技术、三维／四维变分同化 技术、基于物联网的混合虚拟河流试验技术、水循环及其多物质输移过程和模拟技术等方面研究工作．
关 键 词：水一经济一生态过程耦合模拟；构件化组装；质量评测；综合集成环境
中图分类号：Ｐ３３３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００９—６４０Ｘ（２０１２）０１－０００５－０８
１ 国内几个代表性的流域模拟系统
以建设目标、总体架构、建模方法及关键技术为主线，重点介绍了中国科学院寒区旱区环境与工程研究
所开展的“数字黑河”模型集成、清华大学研制的数字流域模型、中国水利水电科学研究院开发的二元演化
模拟系统以及黄委构建的黄河数学模拟系统．
１．１黑河流域综合模型
２００３－－２００８年，中国科学院寒区旱区环境与工程研究所开展了“黑河流域交叉集成研究的模型开发和
模拟环境建设”项目，初步建成“数字黑河”流域综合模型¨ｊ．
数字黑河由数据平台、模型平台和数字化观测系统组成，其核心是观测、数据和模型平台中的信息基础
设施建设，但同时也外延而扩展为以流域综合模型为骨架的各种应用［２－３］．
【国家自然科学基金】_流域综合管理_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731
序号科研热词推荐指数序号科研热词1水资源51水资源2流域32海河流域3黑河流域23层次分析法4黑河中游24小流域5适应性管理25分布式水文模型6评价26swat7生态水文过程27黔东南8海河流域28黄河9分布式水文模型29项目管理10swat210面源污染11高产111非点源污染12驱动力分析112除草剂13香溪河113长江上游流域14预警指数114金沙江下游15集成115遥感16集对分析116连通性17防洪排涝117贵州喀斯特高原18遥感技术118计算实例19适应性措施119计点模型20进展120蓝线规划21辽河流域121蓄滞洪区22跨行政区域122耦合预报23评估123耗水量24评价指标体系124耗水比例25计量经济模型125群决策26西苕溪126综合集成研讨厅27衡水湖127综合调配28虚拟水128综合评价29蓝水129经济评价30苏州市130系统动力学31节水灌溉131管理体制机制32自然-人类耦合系统132策略33耦合模拟133筑坝影响34耕地134空间尺度35绿水135社会可再生性36综合集成136磷肥投入37综合调控137目标et38综合权重138白洋淀流域39绩效评价139生态系统管理40经济发展140生态环境41监测评估141生态水文42生态系统健康142灰色关联分析43生态环境143漳卫新河河口44生态健康144源汇45甘州区145湖泊46环境阶段146渭河流域47环境污染147流域管理48环境保护148流域治理49环保制度安排149流域水环境管理50熵权法150流域51灌区节水改造151洪水预报系统52潜力152洪水资源化2008年2009年53湖泊流域153治理54渭河154河岸缓冲带55测算方法155河口生态系统健康56流域生态补偿156江苏57流域水安全管理157汉江流域58流域尺度158水量水质59洼地159水资源评价60洪涝灾害160水资源管理61洪水资源化161水质评价62河道整治162水质模拟63河道内环境流量163水稻64江苏沿江地区164水电项目65汉江165水电开发66水资源安全评价166水污染67水质和水量167水文生态系统68水质168水文条件69水管理169水文变异评价70水环境170水循环分析工具71水旱轮作171水层72水平衡分析172水土流失73气候变化影响173氮收支74气候变化174氮75模糊综合评价175气象模式76栖息地适合度模型176气候变化77景观格局177比较研究78数据包络分析(dea)178梯级开发79效率179杂草防治80政策180最佳管理措施81快速城市化地区181时空分布82应用182控制线83干旱区流域183持续利用84工业绿色化184扩展85巢湖流域185成本.效益分析86层次分析法186情景87尺度转换187年内分配88密云水库188嵌入式gis89大型底栖动物189尺度综合90多层次多目标模糊优选模型190实践需求91地表-地下径流相互作用191太湖田92土壤侵蚀评价指数192天津市93土壤侵蚀193多目标94土地综合质量评价194复杂环境95土地利用195墨累-达令流域96因素分析196土壤磷积累97可持续发展197土地变化98可变模糊集198土地利用/覆盖变化99区域生态安全199土地利用100加权可利用面积1100和田绿洲散耗型水文模型101初始水权1101和田河流域102分配方法1102可持续发展103分布式模拟1103参与式方法104准河流域1104化感105农民用水户协会1105初始水权106农村1106分布式模型
黑河高崖站水文巡测改革方案探讨
黑河高崖站水文巡测改革方案探讨
张宗元
【摘 要】随着高科技测验设备和互联网技术在水文领域的应用,水文巡测已成为水文现代化的必然趋势.本文通过对黑河高崖水文站水位、流量、泥沙、降水、蒸发、气象辅助项目等观测要素,进行巡测可行性研究论证,并提出高崖站水文巡测改革方案.
【期刊名称】《河南科技》
【年(卷),期】2018(000)011
【总页数】3页(P79-81)
【关键词】水文巡测;改革方案;高崖站
【作 者】张宗元
【作者单位】甘肃省张掖水文水资源勘测局,甘肃 张掖 734000
【正文语种】中 文
【中图分类】P332
1 水文巡测和高崖水文站概述
水文巡测是中国水文现代化的标志，也是水文基层管理体制和水文测验方式的重大改革。随着“中小河流”和“大江大河”等项目的建设和完善，水文（位）站数量增加，传统驻测的水文测验方法已不能满足新形势下水文工作的要求。随着高科技测验设备和互联网技术在水文领域的应用，水文巡测成为今后水文测验工作改革的主要趋势［1，2］。巡测将人才集中管理，提升水文测验效率；科学分配和管理各测站设备资源的使用及运行，可实现人力资源的最大效益化［3，4］；高新技术的引入和自动化测验设备在水文领域的使用，可高精度地监测数据，解决水文基层人员少、站点多的难题，从而大大减少职工的工作量。
高崖水文站始建于1976年6月，是研究黑河中游地区水文特性的代表站，位于甘肃省临泽县板桥镇土桥村，地理位置为东经100゜24′50.1″，北纬39゜08′13.7″。其属国家重要水文站、中央报汛站、国家水质监测站及大河控制站，主要监测黑河水文要素，收集基础水文信息，开展水情报汛、水文调查等工作，是探索黑河及沿河长水文要素变化规律的重要水文站，为黑河调水、防汛抗旱，黑河中游生活生产用水安全，水资源合理开发利用，湿地及祁连山生态环境保护和协调发展提供基础信息和依据。
2 水文巡测方案
2.1 水位监测
荒漠河岸群落生态过程对水、盐的响应研究进展
２ｏ１４，￣（第 ４３・卷）第１期 环境科学
荒漠河岸群落生态过程对水、盐的响应研究进展
王 瑾
（甘肃省科学技术协会，甘肃兰州７３００００）
摘要：干旱、荒漠地区的生态环境取决于植被生长状况的优劣，而干旱区内陆河流域荒漠河岸林群落的形成、分布及生长 又取决于流域内水文过程。在学习、吸收国内外研究成果的同时，结合我国西部干旱区荒漠河岸林的实际情况，全面系统研 究开展水分、盐分作用下对荒漠河岸林植被的影响研究，对于荒漠生态地区植被的保护与恢复，维护荒漠河岸绿洲的稳定 和可持续发展，都具有重要的科学和实践意义。 关键词：生态学；河岸林群落；水盐变化；影响；研究进展
１ 研究意义
目前，生态学研究领域越来越重视干旱区内陆河
流域生态水文过程的研究。干旱区生态环境的优劣，很
大程度上取决于区域内植被生长状况。水是维系荒漠 河岸林天然植被生存的最主要因子之一，由于水资源
短缺导致流域生态环境质量趋于退化和社会经济发展
面临的一系列问题，已引起科学家和国家政府的极大
关注。同时水也是干旱区生态环境中最积极、最活跃的 因素，干旱区许多生态环境问题都是由于人类活动引
起的水量和水盐平衡关系改变而产生的。
干旱、荒漠地区植被生长所需的水分主要来自于 降水、地表和地下水。而受不同时空条件的制约，地表
径流一般都不能被完全依赖。所以通常情况下，干旱、
荒漠区的植被主要利用降水和地下水来维持正常生
长。然而，此类地区多年平均蒸发量为３７５５ｍｍ，多年平 均降水量４２ｍｍ，一次降水量ｌＯｍｍ的降水十分稀少，
这对于植物的生长基本不具有实际意义。
地下水对于河岸林的生长至关重要，而地下水在 自然和人为影响下又处于不断的波动变化中。过去几
十年来，在气候和人为双重因素的影响下，水文循环过
程已发生了显著的变化，随着流域上中游用水量增加 使之下泄水量减少，河道断流期加长，尾闾湖萎缩甚至
干涸。河道对地下水的人渗补给量的减少，导致了地下
基于核熵成分分析的综合干旱指数的构建与应用--以黑河流域中上游为例
Vol.39 No.1
Jan. 2021第
39 卷第
1 期
2021 年
01 月干旱地区农业研究
Agricultural Research in the Arid Areas
文章编号：1000-7601（2021）01-0148-10
doi ：10.7606/j.issn.1000-7601.2021.01.20
基于核熵成分分析的综合干旱指数的构建与应用
—以黑河流域中上游为例
郭盛明S粟晓玲1
，2，
吴海江打姜田亮打梁筝
'，
冯凯1
（1.西北农林科技大学水利与建筑工程学院
，陕西杨凌
712100；
2.西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室
，陕西杨凌
712100）
摘要:针对传统单变量干旱指数难以全面表征干旱及部分综合干旱指数难以反映多变量之间的非线性关系
等问题，采用标准化降水蒸散发指数（SPE7）、标准化径流指数（SR/）及标准化土壤湿度指数（SSM7） 3个单变量指数
分别表征气象干旱、水文干旱和农业干旱，利用核熵成分分析法（KECA）构造综合干旱指数（SMQ/），采用M-K趋势
检验、小波分析及典型历史旱情验证等方法分析干旱的时空变化特征以及干旱指数的适用性。以黑河流域中上游
为例，结果表明：研究区全年77.6%的区域表现为干旱不显著加重的趋势；在流域尺度上，干旱存在43 a的长周期，
15~23 a的中周期，3~8 a的短周期；20世纪90年代夏、秋两季及21世纪以来春、冬两季干旱发生频率较高，且整体
夏旱发生频率最高；1969年春、1997年秋和2009年冬的典型历史旱情验证表明SMD/优于其他3种单变量干旱指
数。说明基于KECA构建的SMQ/是一种有效的干旱监测指数，在黑河流域中上游干旱监测中有好的适用性。
关键词：核熵成分分析（KECA）；综合干旱指数；干旱指数构建；应用；黑河流域
中图分类号:S161.3 文献标志码:A
Construction and application of comprehensive drought
蒲河流域多情景地表水-地下水联合模拟
蒲河流域多情景地表水-地下水联合模拟
夏岩;张姝琪;郭路;何小娟;张洪波
【期刊名称】《水力发电》
【年(卷),期】2023(49)2
【摘 要】以蒲河流域为研究对象,通过构建地表水-地下水耦合模型,模拟多情景下流域径流变化过程,并分析径流减少原因。结果表明,SWAT-MODFLOW模型在该流域适用性较好(R 2和NS系数均超过相应阈值);自然条件下的径流年际变化基本与近天然条件下(不考虑人类取用水和下垫面变化)类似,基本呈现丰枯交替的平稳状态;直接人类活动对径流减少的贡献约占83%,强直接人类活动的影响使自然条件下的地表水资源量减少最多;在不同程度人类取用水影响下,7月、8月、9月蒲河水量最多,5月最少;在不同强度人类取用水情况下,毛家河站在75%保证率下的多年平均月径流量最大。
【总页数】8页(P22-28)
【作 者】夏岩;张姝琪;郭路;何小娟;张洪波
【作者单位】中国石油长庆油田公司勘探开发研究院;低渗透油气田勘探开发国家工程实验室;长安大学水利与环境学院;长安大学旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室
【正文语种】中 文
【中图分类】P333
【相关文献】 1.王河流域地表水,地下水联合调度防治海水入侵的模拟分析2.GSFLOW在沙颖河流域地表水与地下水联合模拟的应用3.塔里木河干流地表水与地下水耦合模拟4.基于水文集成模型ParFlow的黑河流域下游地下水-地表水相互作用模拟研究5.挠力河流域地表水-地下水联合模拟及未来水资源量评估
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SWAT模型
1SWAT模型原理介绍
SWAT模型主要用来预测人类活动对水、沙、农业、化学物质的长期影响。它可以模拟流域内多种不同的水循环物理过程。由于流域下垫面和气候因素具有时空变异性,为了提高模拟的精度,通常SWAT模型将研究流域细分成若干个单元流域。流域离散的方法有三种:自然子流域(subbasin)、山坡(hillslop)和网格(grid)。关于流域离散方法的探讨见参考文献[4]。SWAT模拟的流域水文过程分为水循环的陆面部分(即产流和坡面汇流部分)和水循环的水面部分(即河道汇流部分)。前者控制着每个子流域内主河道的水、沙、营养物质和化
学物质等的输入量;后者决定水、沙等物质从河网向流域出口的输移运动。
1.1 水循环的陆面部分
流域内蒸发量随植被覆盖和土壤的不同而变化,可通过水文响应单元(HRU)[2]的划分来反映这种变化。每个HRU都单独计算径流量,然后演算得到流域总径流量。在实际的计算中,一般要考虑气候、水文和植被覆盖这三个方面的因素。
1.1.1 气候因素
流域气候(特别是湿度和能量的输入)控制着水量平衡,并决定了水循环中不同要素的相对重要性。SWAT所需要输入的气候因素变量包括:日降水量、最大最小气温、太阳辐射、风速和相对湿度。这些变量的数值可通过模型自动生成,也可直接输入实测数据。
1.1.2 水文因素
降水可被植被截留或直接降落到地面。降到地面上的水一部分下渗到土壤;一部分形成地表径流。地表径流快速汇入河道,对短期河流响应起到很大贡献。下渗到土壤中的水可保持在土壤中被后期蒸发掉,或者经由地下路径缓慢流入地表水系统。冠层蓄水:SWAT有两种计算地表径流的方法。当采用Green&Ampt方法时需要单独计算冠层截留。计算主要输入为:冠层最大蓄水量和时段叶面指数(LAI)。当计算蒸发时,冠层水首先蒸发。下渗:计算下渗考虑两个主要参数:1初始下渗率(依赖于土壤湿度和供水条件);2最终下渗率(等于土壤饱和水力传导度)。当用SCS曲线法计算地表径流时,由于计算时间步长为日,不能直接模拟下渗。下渗量的计算基于水量平衡。Green&Ampt模型可以直接模拟下渗,但需要次降雨数据。重新分配:是指降水或灌溉停止时水在土壤剖面中的持续运动。它是由土壤水不均匀引起的。SWAT中重新分配过程采用存储演算技术预测根系区每个土层中的水流。当一个土层中的蓄水量超过田间持水量,而下土层处于非饱和态时,便产生渗漏。渗漏的速率由土层饱和水力传导率控制。土壤水重新分配受土温的影响,当温度低于零度时该土层中的水停止运动。蒸散发:蒸散发包括水面蒸发、裸地蒸发和植被蒸腾。土壤水蒸发和植物蒸腾被分开模拟。潜在土壤水蒸发由潜在蒸散发和叶面指数估算。实际土壤水蒸发用土壤厚度和含水量的指数关系式计算。植物蒸腾由潜在蒸散发和叶面指数的线性关系式计算。潜在蒸散发有三种计算方法:Hargreaves(Hargreavesetal.,1985)[5]、Priestley-Taylor(PriestleyandTaylor,1972)[6]和Penman-Monteith(Monteith,1965)[7]。壤中流:壤中流的计算与重新分配同时进行,用动态存储模型预测。该模型考虑到水力传导度、坡度和土壤含水量的时空变化。地表径流:SWAT模拟每个水文响应单元的地表径流量和洪峰流量。地表径流量的计算可用SCS曲线方法或Green&Ampt方法计算。SWAT还考虑到冻土上地表径流量的计算。洪峰流量的计算采用推理模型。它是子流域汇流期间的降水量、地表径流量和子流域汇流时间的函数。池塘:池塘是子流域内截获地表径流的蓄水结构。池塘被假定远离主河道,不接受上游子流域的来水。池塘蓄水量是池塘蓄水容量、日入流和出流、渗流和蒸发的函数。支
干旱荒漠植物土壤水对降水的响应-毕业论
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毕业论文
论文题目（中文） 干旱荒漠植物土壤水对降水的响应
论文题目（外文） The Reaction Of Soil Water In Arid Desert
Plants Area Towards Precipitation
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h 干旱荒漠植物土壤水对降水的响应
摘 要
土壤水是地表水和地下水的转换枢纽，降水和土壤性质共同决定了土壤水的入渗特征，研究土壤水对降水的响应对研究荒漠区生态及水文过程有着重要意义。本文以黑河下游干旱荒漠区为背景，对年内降水及土壤水分数据的时空变化进行分析，结论如下：降水量越大，转化成土壤水的水量越大，能够影响到的土层深度越深，且土壤水分持续响应的时间越长；同一次降水事件中，土层深度越深，其持续响应时间越长；该地区小降水事件以活塞流形式入渗，>5mm（8.7mm）的降水可能以优先流形式入渗；以一年为周期，该地区夏末至冬初显著湿层位于20cm处，冬末至夏初时位于100cm处。
关键词：土壤水，降水，响应特征，干旱荒漠
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THE REACTION OF SOIL WATER IN
ARID DESERT PLANTS AREA TOWARDS PRECIPITATION
Abstract
Being the switching hub of surface water and ground water,soil
water has great significance on research of ecological and hydrologic
processes in arid desert area,especically it’s reaction which depends
on rainfall and soil property towards precipitation.