气候变化对水循环的影响范文

导语：如何才能写好一篇气候变化对水循环的影响，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：水文循环；气候变化；人类活动

水文循环作为地球循环系统的重要部分，随着人们对环境保护意识的增强，人类通过生产生活的节能减排并结合生态环境评估水利设施的修建，同时通过研究气候变化对环境的影响从而采取合理措施改善环境。

水文循环的影响因素可分为气候变化和人类活动，是影响流域水文循环和水资源演变的两大因素，两者是相互作用而共同作用于水文循环，需要进一步了解影响两者对水文循环的影响途径，更好地改善环境，保护水文循环的良好平衡，促进人水和谐的进程。

1 水文循环概念和成因

水文循环是指地球上的水圈，通过吸收太阳的能量以蒸发、降水、渗透等形式，从一个地方转移到另一处，改变状态到地球上另外一个地方。地球上的水圈作为一个永不停息的动态系统，在一个足够的时期里，全球范围的总蒸发量等于总降水量。水循环的形成有多种原因，目前普遍分为内因与外因两方面，内因是水在通常环境条件下三态易于转化的特性，外因则是辐射和重力作用。

2 人类活动对水文循环的影响

人类的自身活动对水文循环的影响因素不容忽视，自1980年国际自然同盟提出可持续发展以来，陆续提出人与自然的和谐共处等观念，通过减少行政法规等方式限制人类活动对包括水文循环在内的环境影响。人类活动对水文循坏的影响，基本分为直接型（水利工程和农田灌溉等）和间接型（土地利用和城市化等）。

（1）水利工程自古是治国安邦的重要内容，从自然分流的都江堰到全球闻名的三峡大坝，水利工程作为防洪灌溉，蓄能发电的重要途径，在减少火力发电等节能减排等方面贡献突出，国内众多流域的洪涝灾害明显减少。但水利工程对水文循环的影响不容忽视，水利工程由于蓄水等方式导致流域的下垫面发生变化，影响区域内的地下径流与水面的蒸发进而形成区域内的小气候，影响水文循环。如南水北调，调水线路中跨越长江等四大流域，沿途水分蒸散发量巨大，长距离的水资源输送影响着沿途城市的水资源与分配及其水文循环。

（2）化石燃料的燃烧，火力发电等生产生活消耗大量化石燃料，排放产生的CO2已经成为全球气候变暖的主要原因，气候变暖自然影响全球温度与全球太阳辐射的增强，进一步影响流域蒸散发，影响水文循环的守恒。

（3）废气的排放，除去温室效应主要气体CO2，农业和工业活动排放的CH4、CO2、N2O、PFC、HFC、SF等其他温室气体同样可以通过温室效应增强气候变暖。

（4）土地的开发利用，导致破坏原有的下垫面生态环境，突然改变原先的地下渗透循坏系统，进一步影响原来的区域植物的蒸散发、坑洼截留和地下径流等，促使流域汇流条件变化。

（5）城市化发展，由于城市化的迅速发展，城镇比的上升，人们逐渐意识到城市化水平与城市内涝的关系，目前已经有专家学者进行海绵城市的研究。城市化水平的变化，同样将原有的区域水文循环打破，通常将原来分散有序的地下系统通过给排水工程改变成集中管道供水，导致原先的地下径流基本不存在，进而影响水文循环。

3 气候变化对水文循环的影响

全球气候变化，对水文循环目前分为温度变化、降水变化、海平面上升和蒸散发变化四个方面。

（1）温度变化：根据C-C定律（克劳休斯―克拉珀龙定律）可知大气温度越高，大气的持水能力越强，全球的降水量整体会增加，同时蒸发量和径流量随之增加。温室气体（CO2）自1957年在夏威夷蒙纳罗亚和测量站进行检测以来，CO2的浓度不断增加，进而导致全球温度上升，温度上升促进水文循环。同时温度升高会使降水的季节分配发生变化，一般情况下会使冬季降水增多，夏季降水减少，不利于全球与区域的季节内的水量调节。全球范围内，冬季的流量所占的全球流量比有所增加。

（2）降水变化：显然降水的影响直接影响全球的水文循环，降水的不确定性会引发洪涝灾害等严重问题。随着气候的变化，增加了降水量变化的不确定性，增加洪涝灾害和干旱的出现频率。降水量的变化，会导致降水分布不均匀，从20世纪全球降水变化的检测结果可以看出，对于北半球的40°-70°纬度（北半球的中高地带）降水增加62mm/世纪，南半球的0°-30°之间（副热带地区）降水增加82mm/世纪。在全球的气候变化下，降水量明显增加，因而降水与流量年内的变化增大，对区域的与年际内的水资源调整影响较大，通常情况下原来的干旱区与半干旱区水资源对于气候变化影响极其脆弱，主要表现在降水打破原有的平衡土地调节能力，出现洪涝灾害和旱灾等现象，降水增加可补偿一部分地表水的减少，但由于人口的增加和水需求的速增，地下水也会明显减少，在长期内同样得不到补充，部分地区甚至多年持续洪涝灾害年和干旱年。全球气候变化使冰川融化和积雪融化现象严峻，这些过程使年内的最大流量转移到春季，或者春季转移到冬季，年际的雨量分布不均匀，增加了流域的水资源脆弱性。

（3）海平面上升：随着人类活动等因素，全球气候变化引起海平面上升的现象导致地下水与河口盐渍化面积增加，沿岸区的淡水供应量减少，含水层和河口淡水量的过度减少，进一步使海平面上升作用加剧，形成恶性循环。同时海平面上升导致全球的海洋与陆地比例变化，自然水文循环必然随之产生变化，达到新的平衡状态。

（4）蒸散发变化：蒸散发过程体现的是物质与能量的交换，是全球水文循环的重要环节，同时连接着全球水循环和地表热量平衡的重要因素。随着城市化发展、生产生活等造成的全球变化条件下，温度、太阳辐射、大气温度和风速风向随之产生变化。通过上诉的因素导致水域的隐形蒸散发，会直接抵消降水增加的效应，进一步是河川水量减少，加剧降水对地表径流的影响。

4 总结和展望

近年来，伴随气候变化以及大规模工程建设，快速城市化U张等剧烈的人类活动，水文要素发生了显著的趋势性变化，极端水文事件发生的机率明显增加，城市内涝灾害等突发事件日趋频繁。

为建设成可持续发展、人水和谐的水科学利用，需要我们约束自身的生产生活，大力推进节能减排，合理新建水利枢纽，合理规划分配水资源从而合理促进经济社会发展。同时应当建设和管理河流类型自然保护区，对于现有流域应当合理规划利用；已开发利用的河流适当地开展退耕还湖，限制捕捞等措施恢复原有的生态环境，最终形成节水优先，人水和谐的可持续发展观。

参考文献

[1]詹道江，徐向阳等.工程水文学[M].北京：中国水利水电出版社，2013.

[2]丁一汇.人类活动与全球气候及其对水资源的影响[J].气候变化观测现实，2008.

[3]宋晓猛，张建云等.气候变化和人类活动对水文循环影响研究进展[J].水利学报，2013.

篇2

关键词：和田河流域 气温 湿度 蒸发 降水 径流

由于人类活动影响，目前全球气候有增温趋势[1，2]，研究气候变化对水循环的影响已成为水文工作者关注的焦点。和田绿洲气候变化引起了水循环要素的变化，蒸发和空气湿度呈增加趋势，但不明显；降水异常现象出现；由于人口增长，灌溉面积扩大，引水量显著加大，导致河流径流显著减小。 1 和田绿洲概况

和田绿洲位于新疆塔里木盆地南部边缘，曾经是丝绸之路上一颗璀璨的明珠。绿洲内灌溉农业历史悠久，形成了独具特色的绿洲小气候。和田绿洲内有墨玉县、和田县、洛浦县及和田市，绿洲与沙漠交错分布，生态环境极其脆弱[3]。和田绿洲降水稀少，蒸发剧烈，光热资源丰富，属典型的大陆性干旱气候。绿洲内是以维吾尔族为主的少数民族聚居区，又是一个以灌溉农业为生存依据的经济落后地区，气候条件及人类活动所引起的变化，导致 　　河流径流锐减，威胁了绿洲的生存。和田绿洲年降水量3.4～100.9mm，多年平均为36.4mm，农作物依赖和田河水灌溉。和田河发源于昆仑山和喀拉昆仑山北麓，流出高山峡谷，浇灌了和田绿洲，自南向北纵贯塔北克拉玛干大沙漠，汇入塔里木河，目前是塔里木河三大源流之一。和田河多年平均流入和田绿洲的水量为44.8亿m3，由于绿洲用水以及沿程蒸发渗漏损失，注入塔里木河多年平均水量仅10.47亿m3。和田河属冰川融雪及降水混合补给型河流，丰枯与气候变化密切相关，直接影响绿洲内各种经济活动，也影响向塔里木河干流的输水。 2 气温变化 　　和田绿洲内有洛浦、和田、墨玉3个气象站，分析中采用了1954～2000年实测的年平均气温，以及1971～1995年的月平均气温。 　　2.1 气温的年际变化 表1列出了1954～1995年实测气温、比湿、降水和蒸发变化情况。由表1可知，从1954年到2000年，和田绿洲气温持续上升，增加了0.86℃，说明该段时期气候处于变暖期，与全球气候变化相一致[1]。50～60年代气温变化不大；而70～80年代气温增加显著。

表1 和田绿洲气温及水循环要素历年变化

时段

1954～1959

1960～1969

1970～1979

1980～1989

1990～2000

平均温度(℃) 平均比湿(%) 平均降水量/mm 平均蒸发量/mm

12.00 41.33 38.0 2466

12.01 42.04 34.1 2543

12.28 42.47 32.8 2649

篇3

气候变化对水文水资源系统影响的研究情况现状 

中国气候变化和全球气候变化的趋势大致相同。这一百年来，中国整体气温升高0.4℃～0.5℃，略低于全球气温升高的0.6℃，在过去的一个世纪里，其间最温暖的时间在20世纪20～40年。在我国，西北、华北和东北三个地区气温变暖突出，特别在于我国西北地区气温升高最为显著，位于全国领先地位，但是在华东地区气温变暖不够明显。 

1.具体研究步骤 

因为生态环境是一个相互作用，联系紧密的整体，所以研究水文水资源，就必须从温度，降水，蒸发、气候和其他变化入手，根据这些和水文水资源息息相关的因素来判断预测水文水资源的趋势，对供水领域的供水量变化做出决定。在研究中主要采用“假设模型”的研究方法，例如通过检测气候出现了某种变化，进而考虑水文循环主要由哪几种部分组成，分析这些在这些因素的作用下，分预测会来各种变化，进一步分析气候变化对水文水资源的影响，研究主要通过以下四个步骤进行： 

a.对气候变化情景进行科学严谨的定义 

b.建立并且验证水文模型 

c.把气候变化情景输入水文模型，进行科学模拟，从而分析气候变化区域的水文循环和水文变化流量 

d.根据模型来预测气候变化对水文水资源的影响，并且根本预测结果来调整应对措施，从而降低不良影响结果。建立未来气候变化情景水文模型是判断水文水资源变化的关键环节。 

2.气候变化对水文水资源的具体影响 

气候变化对水文水资源的影响是巨大的，主要可以从以下两个方面进行考虑：第一，气候变化对天然径流量的影响；第二，气候变化对水资源系统的供应和该区域水资源需求量的影响。前者可以通过节水、节能来进行产生影响，例如服从自然规律；后者通过进行人工干预，例如建设工程设施、水资源管理和影响社会经济发展。研究表明气候对水文水资源主要为以下几个方面： 

a.根据研究表明，我们可以看到径流对气候敏感变化的反应程度是不同的，主要趋势为从南到北、从湿润到干旱地区敏感程度逐渐上升，并且降水对温度变化的敏感程度也很好。中国河流的年径流变化的主要形式有：在全国的主要江河中，淮河以南地区的河流径流部门降低其水以上，北部略少。但是因为气候变化，全球气温升高，我国河流径流可以产生一下三种变化第一，全国的大江大河径流不可避免的减少；第二，北部径流量减少南部径流量增加；第三：减少径流北部南径流量增加。 

b.根据实际情况来改变水资源管理体系，提高管理效率，尽可能的建立适应气候变化的合理的管理机制，注意水资源管理和保护工作，完善相关法律法规，治理水资源必须要合法。随着全球变暖，大多數流域表现出干化的趋势，自然径流量减少显著，供水和需求之间的矛盾日益尖锐。 

篇4

关键词：滇池流域；气候变化；水资源利用

Abstract: With the gradual change of the climate and environment in Dianchi Lake Basin, the utilization of water resources has also undergone some changes, mainly in the Dianchi Lake Basin water supply, water ecology, flood protection, water conservancy construction, according to the climate changes in the environmentto improve the degree of utilization of water resources, so as to safeguard the security of the urban water and lay the foundation for the economic development of the Dianchi Lake Basin region.Keywords: Dianchi Lake Basin; climate change; utilization of water resources.

中图分类号：[R122.7]文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）

21世纪在世界范围内发生的最大问题就是气候环境的变化问题，气候的变化还会引起一连串的变化，涉及到生活生产的方方面面。气候的变化的问题也已经得到国际社会的广泛关注，根据相关的调查研究显示，由于气候的变化，全球水文循环的状况也会跟着改变，水循环要素的各个部分都会受到影响，包括蒸发环节，降水环节，径流环节，土壤湿度等，因而在时间与空间上，水资源会进行重新的分配，自然水循环的变化也会影响到人类社会中的用水情况，水资源的管理系统和社会经济系统。滇池流域的气候环境也影响到了水循环的情况，因而要对水资源进行合理的利用才可以实现水资源的可持续发展。

一、滇池流域气候变化背景下的供水安全问题

在气候变化的背景下，滇池流域的供水情况也受到了一定的影响。自然环境在人类活动的影响下发生了巨大的变化，水文的具体演变情况也受到人类环境的影响，在全球性的资源危机加重的条件下，各个国家也建立起了新的资源安全观念，尤其在水资源的安全性上都非常重视，因此加强对水资源的宏观调控具有重要的战略性。滇池流域地处云南高原的中部地区，属于长江、红河、珠江三大水系的分水岭地带。滇池流域是昆明市经济最发达的地区，人口比较密集，相应地城市化的水平非常高，所以城市工业与生活用水量非常大，也导致水资源短缺问题颇为严重，气候的变化深化了这一问题。水资源主要依赖自然降雨形成的地表水和地下水，滇池流域的气候属于高原季风气候区，该区域受到西南季风和东南季风的相互影响，在滇池流域内的降水情况不仅仅受到大气环流的作用，同时还会受到复杂的地理环境的影响，在一年之内的降雨情况会有所变化。昆明水资源时空分布不均匀，多年平均降水量约为1000毫米，大部分降雨集中在6—9月，同时降水的不稳定也在很大程度上影响了滇池的水量，水资源紧缺而随着经济的不断发展，昆明市的用水量也在持续增长，滇池的水量也在逐渐变少，水资源的安全性不容乐观。在滇池流域，对水资源开发利用的过程中，因人为的原因而造成水资源过度开发与使用的问题也常常发生。滇池流域水资源利用率高达161%，昆明市是全国14个严重缺水的城市之一，人均的水资源量不足300m3，严重影响了昆明市经济的进一步发展。为了缓解城市用水的压力，昆明市加大了对地下水的开采量，甚至很多地方都出现了过度开采地下水的问题，超采的区域也不是一个两个，已经达到十几个，这对昆明市的进一步发展造成了很大程度的影响。如果地下水开采量过大，超过了规定的限度，就会引起一系列的地面塌陷，土地开裂，房屋变形等问题，这些也会给人们的生活造成很多的不便。

受到全球气候变暖的影响，滇池流域的水资源蒸发速度也加快了很多，水资源的可利用程度也呈现出下降的态势，必须严格水资源的管理，保证居民的日常用水安全，同时也要利用先进的科学技术建立起比较完善的水资源安全防御体系。

二、滇池流域气候变化背景下的水生态平衡问题

篇5

随着经济的快速发展，一些弊端也在不断显露，随之带来的就是过度的开发，使然环境受到了极大的污染，21世纪以来，由于经济的过度膨胀开发，使得全球变暖现象严重，人为的破坏严重影响了气候变化，从而在国际上产生一系列的问题，尤其是因为气候变化给水文水资源带来的巨大影响，威胁着人类的生存和活动，破坏了整个生态系统的稳定，水资源对人类的发展不可或缺，本文就气候变化与水文水资源之间的联系，以及气候变化对水文水资源的影响分析，提供出解决水资源污染缺乏方案。

【关键词】

气候变化，水文水资源，影响分析

近年来温室效应严重，人为排放二氧化碳使其不断增加的温室气体引起了全球范围内的气候变化，气候变化变化严重又可能给各个地区带来强烈的自然灾害，例如干旱，洪涝等，这就对我们的水文水资源产生了极大的影响作用，所以研究气候变化与水文水资源之间的联系，找出气候变化对水文水资源的具体影响，就可以在一定程度上缓解水资源的缺乏污染问题。

1.气候变化与水文水资源的作用关系

就我国来说，经济的快速发展已经加剧了气候的变化，对水文水资源的影响已经相当严重，极大的破坏来了生态环境的稳定跟可持续发展，纵观全球来说，生态环境的破坏已经到到达了一个临界点，近几年以来，越来越多的地区发生干旱洪涝等自然灾害，追究其原因，就是由于一系列的气候变化所带来的对水资源的破坏。气候的主要变化就是全球变暖现象，平均气候升高，就会带来一系列的生态环境的变化，例如气候上升将会引起海平面上升，当海平面上升到一定范围后，就会破坏生态环境的稳定，全球变暖趋势不断加深，这就在一定程度上促进了那些冰川海洋的融化，一些积雪开始消融，导致海平面不断地上升，再加上温度上升对水的一个扩张作用，这样循环往复不断地恶化，就在一定的情况下影响了降水的正常稳定情况，加剧了洪涝以及干旱的发生几率，长此久往，只会形成一个恶性循环，全球继续变暖，气候变化更加莫测，对水资源的影响也是更加严重，生态环境持续破坏。经济的发展，人口的增加，对水资源的需求也就更大，用水增加，污水排放也就更多，水文水资源污染更加严重。气候变化会对水循环造成极大的影响，可利用的水资源数量将会减少，水资源在空间跟时间上的利用也会重新分配，这就加剧了生态环境的恶化，对人类的生存跟发展造成了阻碍。

2.气候变化对水文水资源的影响分析

目前，在全球范围上都产生了明显的气候变化，它的显著特征就是气温的逐渐上升趋势，全球变暖就会引起水文循环的变化，在一定程度上影响着降水的功能，使得不同地区的洪涝干旱灾害严重。为了生态环境的稳定，也为了我们人类的生存和发展，我们就要去研究气候变化对水文水资源的具体影响分析。研究气候对水文水资源的影响，有利于我们保护整个生态平衡，对于环境保护，以后的可持续发展，运行规划管理都有着重要的作用。我国很早就开展了气候变化对水文水资源影响的研究，通过大量的研究以及现存的实际情况，我们可以大致清楚的知道目前气候变化对水文水资源的影响。气候变化对冰川积雪的影响。随着全球气温的不断升高，温室效应严重，这就造成了一部分的冰川积血融化，冰雪的提前不正常消退必定影响着河流量以及流向，这就造成了那些高纬度地区依靠积雪冰川的正常消融的水资源减少，在持续的升温作用下冰川积雪甚至能够完全消融，到时候高纬度地区的水源将消失，威胁着人们的生活。气候变化对河流的影响。气候变化对那些河川径流起着很大的影响力，气温变化，不仅会使河水的流向发生变化，还会使河水缩减，部分地区将大面积出现河流干枯现象，再加上人们的污水排放，对河流的污染就更加严重，严重影响了水文水资源。

气候变化对降水量的影响。全球变暖现象，不仅在气候上影响着人们的生活，还会通过各种因素的相互作用而彻底的威胁着人们的生活。气温升高，就会使海洋冰川融化，使海平面上升，另外温度的升高也会使海水扩张，从而蒸发量增大，这就形成一个恶性循环，长期作用下，必定会使降水量发生严重的变化，使得一些地区发生洪涝灾害，特别是对干旱地区的危害更大，会加剧干旱的程度。降水量发生变化，也在一定程度上污染了江流湖泊的水质，在持续恶化的基础上，加速了水资源的污染匮乏，也加剧了生态环境的破坏。气候变化导致的缺水问题。经济的快速发展，人口的急剧增加，本身就对水资源的需求量不断地加大，用水量的增加也造成了排水量的增加，一些废水污水的不合理排放不仅会污染水源，还会加剧环境的破坏，这就使得水资源更加的紧张。目前干旱跟缺水情况严峻，甚至在非洲一些干旱地区加剧缺水现象更加严重。水资源有限，如果再这样继续的不合理利用，只顾经济的发展，忽略经济发展的同时所带来的生态环境问题，就会使水资源的可利用率大大降低，这就导致在不久的未来缺水问题严峻。气候变化对水文水资源的影响非常巨大，水资源的储备减少，又会影响自然生态以及社会经济，人文发展的各个方面。

3.国内外有关气候变化对水文水资源的研究进展

国际上很早就出现了关于气候变化对水文水资源的研究，早在20世纪80年代世界气象组织就概述了气候变化水文水资源影响，国际上多次进行气候变化评估，以及探索气候变化对水文水资源的影响分析，国际上成立有专门的气候变化组织，并且举办有多场科技大会，探讨研究气候变化对水文水资源的问题，探索研究在人类活影响下，全球气候变化与水文水资源的影响规律。我国也开展了气候变化对水文水资源资源的研究分析，分析在不同地区，气候变化对水文水资源的具体影响，通过降水，气温，水蒸发等的变化来具体研究影响规律，预测未来气候变化趋势，进行提前控制。

4.研究如何应对气候变化对水文水资源的影响

为了生态环境的稳定，在保证经济发展的同时也要保证水文水资源的合理运用，这就要求我们在全球气候变化的情况下，研究对水文水资源的优化管理，水资源是人们赖以生存的必要环境因素，气候变化如此急速，就要求我们要保障水文水资源的正常运行。目前的情况不容乐观，气候变化已经开始通过降水等变化使得海平面上升，导致一系列的干旱洪涝灾害，尤其是对干旱地区来说，旱灾更为严重，气候变化与水文水资源的变化紧密联系，这就需要一些相关人员加快对水文水资源的分析进展。经济建设是很重要，但是，决不能以牺牲环境为代价获取短暂的经济进步，目前不止各个地区发生不同程度的干旱洪涝，还有一部分地区出现水资源短缺问题，我们要对这些水资源问题进行有效的分析。实现经济的可持续发展，注重环境保护，一些工厂的废水污水排放要经过净化处理，不能污染水资源，减少温室气体的排放，缓解气候变化情况，并且要有相关专业人员，健全水资源管理制度，研究气候变化跟水资源的关系，掌握气候变化对水文水资源的具体影响。在现存的环境下，也要加大对干旱缺水地区的供水，对于洪涝多发地，也要采取一定的措施，减少气候变化对水文水资源的影响。

5.结束语

正确认识到经济发展与环境保护的关系，了解气候变化对水文水资源的影响，在发展的同时要保证生态环境的稳定，要学会关注气候的变化，减少对大自然的伤害，合理的开发利用水资源，保护我们的生态环境，实现可持续发展。

参考文献

[1]林而达，气候变化与人类，2011,01（1）,50-86

篇6

关键词：气候变化；蒸发皿蒸发量；Penpan模型；敏感性分析；额济纳三角洲

中图分类号：X171.4文献标识码：A文章编号：1672-1683（2013）03-0001-05

在水循环过程中，受气候变化影响最直接的一个环节是蒸发，而实际蒸发量的测定却非常困难[1]。利用蒸发皿测定的蒸发量虽然不能直接代表实际蒸发量，但两者之间存在很密切的相关关系[25]，因此蒸发皿蒸发量的变化趋势是认识实际蒸发量变化方向的重要线索[3]。蒸发皿蒸发量是包括太阳辐射、气温、风速、空气湿度在内的多种因素共同作用的结果，识别这些因素变化对蒸发皿蒸发量变化的影响，不仅有助于揭示蒸发皿蒸发量变化的原因，而且在定量研究气候变化对区域水循环的影响、深入理解水热转换及农业灌溉管理有重要意义[5]。

在我国，由于20蒸发皿应用广泛且其观测资料累积序列长，因此20蒸发皿蒸发量是研究气候变化对区域水循环影响的重要基础数据。一些学者采用相关分析、逐步回归等方法分析了我国不同地区20蒸发皿蒸发量的变化趋势及原因[68]。不过，统计分析方法只能够定性地说明蒸发皿蒸发量变化与气象要素变化的关系密不可分[9]，而不能定量分析气象要素变化对蒸发皿蒸发量变化的影响。有学者提出了不同形式的基于物理机制的蒸发皿蒸发量估算模型，如Thom模型[10]、Pereira模型[11]、Rotstayn 的Penpan模型[1213]，但这些模型只适用于A级蒸发器（classA pan）。20蒸发皿的结构不同于A级蒸发器，所以Rotstayn 的Penpan模型不能直接用来估算20蒸发皿的蒸发量。为此，Yang等人[14]将Rotstayn 的Penpan模型进行了改进，取得很好的应用效果。由此可见，基于物理机制模型的敏感性分析是定量研究气象要素变化对蒸发皿蒸发量影响的有效方式[15]。常用的敏感性分析方法是假定其他参数不变来确定蒸发皿蒸发量对单个参数的敏感系数，并据此分析单个参数的变化对蒸发皿蒸发量的影响。但是，由于蒸发皿蒸发量的变化不仅受其气候敏感性影响，同时还与各气象要素的变化程度有关[16]，所以此时得出的敏感系数只能反映某气象要素发生变化时蒸发皿蒸发量的相应变化程度，只有将敏感性分析与该要素的实际变化情况结合起来，得出该要素发生变化所带来的蒸发皿蒸发量的实际变化量[17]。

额济纳三角洲位于我国西北极端干旱区，冬季干冷，夏季酷热，多年平均降水量仅35 mm（1961年-2011年），水资源短缺，生态环境脆弱，对气候变化非常敏感。本文选择额济纳三角洲作为研究区，利用20蒸发皿蒸发量数据率定Penpan模型参数，并运用该模型定量分析研究区气象要素对蒸发皿蒸发量的影响。研究结果有助于深入理解气候变化对我国西北极端干旱区水循环的影响，并能够为额济纳三角洲水资源优化配置及农业灌溉管理提供基础参考。

1数据与方法

1.1数据

本文的研究数据来自额济纳旗气象站1961年-2011年的月平均气温、月日照时数、距地面10 m处月平均风速、月平均相对湿度。由于额济纳旗气象站从2002年开始在4月-10月份使用E601型蒸发皿进行观测，因此本文采用1961年-2001年20蒸发皿蒸发量的实测数据，2002年-2011年的蒸发皿蒸发量数据是通过相关气象要素估算而获得的。另外，额济纳旗气象站从1993年开始进行太阳辐射观测，因此，本文在率定Penpan模型时采用1993年-2011年间的月总辐射及月直接辐射。

1.2方法

1.2.1PenPan模型

Rotstayn等人[12]提出的Penpan模型是用来估算A级蒸发器的蒸发量的，但经过修改后该模型同样可以用来估算20蒸发皿的蒸发量。PenPan模型的基本形式如下：

EPan=Δ1Δ+aγ Rn1λ+ aγ1Δ+aλfq（U）D1λ（1）

式中：EPan为蒸发皿蒸发量（mm）；Δ为饱和水汽压斜率（kPa/℃）；γ为干湿表常数（kPa/℃）；λ为汽化潜热（MJ/kg）；D为水汽压差（kPa）；a为热量传输与水汽传输的有效面积之比，根据Yang等人[14]取5。

Rn为蒸发皿净辐射（MJ/d），根据下式求得：

Rn=（1-aP）Rsp-F（2）

式中：F为蒸发皿有效辐射（MJ/d），因为与蒸发皿总辐射相比，其值较小，本文采用估算水面有效辐射的邓根云式[18]求得；aP为蒸发皿反射率，根据Yang等人[14]取014；Rsp为蒸发皿总辐射（MJ/d），根据下式求得：

Rsp=[Pradfdir+2（1-fdir）+2α]Rs（3）

式中：Rs为地表总辐射，根据童宏良式[19]求得；Prad为蒸发皿辐射系数，根据Yang等人[14]式求得；fdir为直接辐射占总辐射的比；α为气象站地面发射率，根据Yang等人[14]取023。

fq（U）为风速函数，其形式如下：

fq（U）=a+bU（4）

式中：U为距地面15 m处风速（m/s），由距地面10 m处风速转换得到，a、b为常数。

1.2.2敏感系数与贡献度

本文的敏感系数为EPan相对变化量与单个气象要素相对变化量之比，见下式：

SVi=lim1ΔVi0ΔEPan/EPan1ΔVi/Vi=EPan1Vi·Vi1EPan（5）

式中：SVi为EPan关于气象要素Vi的敏感系数，无量纲，为正表示EPan随Vi的增加而增加，为负表示EPan随Vi的减少而减少；其绝对值的大小表明EPan的变化对Vi变化的敏感程度，值越大敏感程度越高。

贡献度指气象要素实际变化所引起的EPan的实际变化，为正表明引起EPan增加，为负表明引起EPan减少。将单个气象要素的敏感系数与该要素的多年相对变化相乘可得到该要素对EPan的贡献度[16]，如下：

ConVi=SVi·RCVi（6）

RCVi=51·Trend1|av|·100%（7）

式中：ConVi为气象要素Vi对EPan变化的贡献度（%）；RCVi为Vi的多年相对变化（%）；av为Vi51年的平均值；Trend为Vi的逐年变化率（%）。

2结果分析

2.1Penpan模型参数率定及验证

在应用Penpan模型之前，需对模型参数进行率定。考虑到直接辐射比率fdir的时间变异性，采用额济纳旗气象站1993年-2011年的月总辐射及月直接辐射数据，求得各月月总辐射及月直接辐射的多年平均值，进而得到fdir在各月的值，见表1。

为验证参数率定后模型的合理性，采用1991年-2001年间的气象要素实测数据，计算月蒸发皿蒸发量，并与实测蒸发皿蒸发量进行对比。结果（见图2）显示计算值与实测值的一致性很好（决定系数R2= 0963 7，均方根误差RMSE=109 mm/月），表明率定后的Penpan模型能有效地表达额济纳三角洲蒸发皿蒸发量与相关气象要素的关系。

2.2蒸发皿蒸发量及相关气象要素的变化

由于缺少2002年-2011年的20蒸发皿蒸发量实测数据，本文根据公式（1）估算该时段的蒸发皿蒸发量，以形成1961年-2011年的蒸发皿蒸发量序列，见图3，可以看出1961年-2011年，额济纳三角洲蒸发皿蒸发量呈下降趋势（通过了α=005的MannKendall显著性检验），其气候倾向率为-2155 mm/10a。蒸发皿蒸发量变化并不是单调的，在20世纪60年代前期急剧下降，后期缓慢上升，70年代前期较平稳，70年代后期开始下降至2002年达最低值后抬升并趋于稳定。

图3额济纳三角洲蒸发皿蒸发量的变化

Fig.3Variation of pan evaporation in the Ejina Delta

研究时段内，额济纳三角洲地区风速、平均气温、总辐射、相对湿度等要素的变化趋势见图4。可以看出，1961年-2011年，风速呈下降趋势，其气候倾向率为-02 m/（s·10a）。平均气温呈上升趋势，其气候倾向率为048 ℃/10a。总辐射呈下降趋势，其气候倾向率为-015 MJ/（m2·d·10a）。相

图4额济纳三角洲风速、平均气温、总辐射、相对湿度的变化

Fig.4Variations of wind speed，mean air temperature，total

radiation，and relative humidity in the Ejina Delta

对湿度呈下降趋势，其气候倾向率为23 %/10a。除总辐射外，风速、平均气温、相对湿度的变化趋势均通过了α=005的MannKendall显著性检验。

通过图4还可以发现风速、平均气温、总辐射、相对湿度在1961年-2011年间也呈现不同的变化特征。风速在20世纪60年代后期有较大幅度增加，此后持续下降，到20世纪90年代后期有小幅增加后保持平稳。平均气温在60年代后期有较大幅度下降后迅速回升，从70年代至今持续上升。总辐射在60年代呈下降趋势，70年代及80年代呈上升趋势，90年代中期开始有所下降，此后有小幅增加并保持平稳。相对湿度在60年代有小幅增加，此后持续下降但趋势不明显。

2.3蒸发皿蒸发量对相关气象要素的敏感性分析

2.3.1蒸发皿蒸发量对相关气象要素的敏感系数

根据式（5）及率定后的Penpan模型，计算得出额济纳三角洲蒸发皿蒸发量对相关气象要素的敏感系数，结果见图5。

从各月的蒸发皿蒸发量对相关气象要素的敏感系数（图5（a））可以看出：蒸发皿蒸发量对风速和总辐射的敏感系数均为正值，表明蒸发皿蒸发量随风速和总辐射的增大而增大；对相对湿度的敏感系数均为负值，表明蒸发皿蒸发量随相对湿度的增大而减小；对平均气温的敏感系数在3月-10月为正值，在11月-2月为负值，表明气温大于零时蒸发皿蒸发量随气温的增加而增加，气温小于零时，气温越低对蒸发皿蒸发的抑制作用越明显。从蒸发皿蒸发量对气象要素的敏感系数的绝对值大小可以看出：总体上，蒸发皿蒸发量对风速最敏感，其次是相对湿度、总辐射，对平均温度最不敏感；在较冷季节（12月-1月）蒸发皿蒸发量对相对湿度最敏感，在2月-10月对风速最敏感；在1月对风速最不敏感，在2月、3月及10月-12月份对平均气温最不敏感，在4月-6月份对相对湿度最不敏感，7月-8月对总辐射最不敏感。

从蒸发皿蒸发量对气象要素的敏感系数的季节差异（见图5（b））可以看出，一年四季中蒸发皿蒸发量均对风速最敏感，而不同季节其最不敏感的气象要素却不相同：在春季和冬季对平均气温最不敏感，在夏季对相对湿度最不敏感，在秋季对总辐射最不敏感。

2.3.2蒸发皿蒸发量对相关气象要素敏感性的变

化趋势

从1961年-2011年额济纳三角洲蒸发皿蒸发对相关气象要素的敏感系数的年际变化情况（见图6）来看：蒸发皿蒸发量对风速的敏感系数呈下降趋势，其气候倾向率为-002/10a，表明蒸发皿蒸发量对风速的敏感性在下降；蒸发皿蒸发量对平均气温的敏感系数呈上升趋势，其气候倾向率为0008/10a。表明蒸发皿蒸发量对平均气温的敏感性在上升；蒸发皿蒸发量对总辐射的敏感系数呈上升趋势，其气候倾向率为0009/10a，表明蒸发皿蒸发量对总辐射的敏感性在上升；蒸发皿蒸发量对相对湿度的敏感系数呈上升趋势，其气候倾向率为002/10a，表明蒸发皿蒸发量对相对湿度的敏感性在下降。以上变化趋势均通过了α=005的MannKendall显著性检验。

图6额济纳三角洲蒸发皿蒸发量对气象要

素敏感系数的年际变化

Fig.6Interannual variations of sensitivities of pan evaporation

to climatic variables in the Ejina Delta

2.3.3相关气象要素对蒸发皿蒸发量变化的贡献度

从表2可以看出，51年间，风速437 %的减小量导致了蒸发皿蒸发量219 %的减少量；平均气温272 %的增加量导致了蒸发皿蒸发量49 %的增加量；总辐射45 %的增加导致了蒸发皿蒸发量17 %的增加；相对湿度275 %的增加量导致了蒸发皿蒸发量107 %的减少量。可见，四项气象要素中风速是蒸发皿蒸发量变化最敏感的因素，其多年相对变化最大，因此对蒸发皿蒸发量变化的贡献度最大；平均气温是蒸发皿蒸发量变化最不敏感的因素，但其多年相对变化较大，使得其对蒸发皿蒸发量变化的贡献度也较大；蒸发皿蒸发量对总辐射的敏感性比对平均气温的敏感性高，但其多年相对变化小，使得其对蒸发皿蒸发量变化的实际贡献很小；四项气象要素中，相对湿度的多年相对变化、蒸发皿蒸发对其的敏感性及其对蒸发皿蒸发的贡献度都处于中等水平。

3结论

本文根据额济纳旗气象站1961年-1990年的常规气象观测数据率定了Penpan模型中的参数，采用1991年-2001年的观测数据进行了验证，从而建立了额济纳三角洲蒸发皿蒸发量与相关气象要素的关系模型。据此，通过利用额济纳三角洲2002年-2011年常规气象观测数据估算，形成了1961年-2011年完整时间序列的蒸发皿蒸发量。最后按照敏感性分析方法，定量分析了相关气象要素对蒸发皿蒸发量的影响。得出了以下主要结论。

（1）1961年-2011年，额济纳三角洲20蒸发皿蒸发量呈下降趋势，其气候倾向率为-2155 mm/10a。平均气温呈上升趋势，风速、总辐射、相对湿度均呈下降趋势。

（2）总体上，蒸发皿蒸发量对风速变化最敏感，对相对湿度、总辐射变化较敏感，而对平均气温最不敏感。1961年-2011年，蒸发皿蒸发量对风速、相对湿度的敏感性呈下降趋势，对总辐射、平均气温的敏感性呈上升趋势。

（3）1961年-2011年对蒸发皿蒸发量变化的贡献度最大的是风速变化，其次是相对湿度、平均气温，总辐射的变化对蒸发皿蒸发量变化的贡献度最小。

参考文献（References）：

[1]Huntington T.G.Evidence for Intensification of the Global Water Cycle：Review and Synthesis[J].Journal of Hydrology，2006，319（14）：8395.

[2]Brutsaert W.，Parlange M.B.Hydrologic Cycle Explains the Evaporation Paradox[J].Nature，1998，396（6706）：3030.

[3]Ohmura A.，Wild M.Is the Hydrological Cycle Accelerating[J].Science，2002，298（5597）：13451346.

[4]曾燕，邱新法，刘昌明，等.1960-2000年中国蒸发皿蒸发量的气候变化特征[J].水科学进展，2007，18（03）：311318.（ZENG Yan，QIU Xinfa，LIU Changming，et al.Changes of Pan Evaporation in China in 19602000[J].Advances in Water Science，2007，18（03）：311318.（in Chinese））

[5]刘昌明，张丹.中国地表潜在蒸散发敏感性的时空变化特征分析[J].地理学报，2011，66（05）：579588.（LIU Changming，ZHANG Dan.Temporal and Spatial Change Analysis of the Sensitivity of Potential Evapotranspiration to Meteorological Influencing Factors in China[J].Acta Geographica Sinica，2011，66（05）：579588.（in Chinese））

[6]LIU B.，XU M.，Henderson M.，et al.A Spatial Analysis of Pan Evaporation Trends in China，19552000[J].Journal of Geophysical Research，2004，109（D15）：D5102.

[7]SHEN Y.，LIU C.，LIU M.，et al.Change in Pan Evaporation over the Past 50 years in the Arid Region of China[J].Hydrological Processes，2010，24（2）：225231.

[8]ZHENG H.，LIU X.，LIU C.，et al.Assessing Contributions to Panevaporation Trends in Haihe River Basin，China[J].Journal of Geophysical Research，2009，114（D24）：D24105.

[9]侯兰功，肖洪浪，邹松兵，等.额济纳绿洲生长季参考作物蒸散发敏感性分析[J].中国沙漠，2011，31（05）：12551259.（HOU Langong，XIAO Honglang，ZOU Songbing，et al.Sensitivity of Reference Evapotranspiration During Growing Season to Major Climatic Variables in the Ejina Oasis[J].Journal of Desert Research，2011，31（05）：12551259.（in Chinese））

[10]Thom A.S.，Thony J.L.，Vauclin M.On the Proper Employment of Evaporation Pans and Atmometers in Estimating Potential Transpiration[J].Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society，1981，107（453）：711736.

[11]Pereira A.R.，Villa Nova N.A.，Pereira A.S.，et al.A Model For the Class A Pan Coefficient[J].Agricultural and Forest Meteorology，1995.76（2）：7582.

[12]Leon D.Rotstayn，Michael L.Roderick，Farquhar G.D.A Simple Panevaporation Model for Analysis of Climate Simulations：Evaluation over Australia[J].Geographysical Research Letters，2006，33（17）：5.

[13]Linacre E.T.Estimating U.S.Class A Pan Evaporation from Few Climate Data[J].Water International，1994，19（1）：514.

[14]YANG H.，YANG D.Climatic Factors Influencing Changing Pan Evaporation Across China from 1961 to 2001[J].Journal of Hydrology，2012，414–415（0）：184193.

[15]Roderick M.L.，Rotstayn L.D.，Farquhar G.D.，et al.On the Attribution of Changing Pan Evaporation[J].Geographysical Research Letters，2007，34（17）：L17403.

[16]曹雯，申双和，段春锋.西北地区生长季参考作物蒸散变化成因的定量分析[J].地理学报，2011，66（03）：407415.（CAO Wen，SHEN Shuanghe，DUAN Chunfeng.Quantification of the Causes for Reference Crop Eapotranspiration Changes in Growing Season in Northwest China[J].Acta Geographica Sinica，2011，66（03）：407415.（in Chinese））

[17]YIN Y.，WU S.，CHEN G.，et al.Attribution Analyses of Potential Evapotranspiration Changes in China Since the 1960s[J].Theoretical and Applied Climatology，2010，101（1）：1928.

篇7

关键词 青铜峡灌区；水循环；因子；演变

中图分类号 P343.9 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）20-0143-03

Study on Main Factors and Evolution Law of Water Cycle in Qingtongxia Irrigation District

SU Xin 1 CHANG Bu-hui 1 HUANG Fu-gui 1 QIAO Zhen-fang 2

（1 Yellow River Institute of Hydraulic Research，Zhengzhou Henan 450000； 2 Yijinhuoluo Banner Water Conservancy Burea）

Abstract At present，the study on the trait and simulation model of water cycle model has become a hotspot in regional water cycle process.The evapotranspiration，precipitation，water diversion and displacement were selected，which had direct impact on the groundwater system.It's important to identify the evolution of irrigation district hydrological cycle，relieve a variety of water issue based on analyzing their trends.The results showed that the evapotranspiration，water diversion，displacement decreased significantly since 2000.The reason was that irrigation rehabilitation and water saving renovation project were carried out in Qingtongxia irrigation district since 2000，which improved the utilization rate of water resources.

Key words Qingtongxia irrigation district；water cycle；factor；evolution

青铜峡灌区属干旱半干旱地区，降水少、蒸发大，蒸发量是降雨量的6倍左右[1]。该区域引水条件便利，引黄灌溉渠系发达，是气候变化的敏感区和人类活动的密集区。灌区水循环要素与降水、蒸发等气候因子和人类活动因子（人工开采及灌排活动）息息相关。通过对灌区水循环主要因子的科学认知，分析“自然―人工”双重驱动力作用下的灌区水循环特点，可以揭示人类活动对灌区水资源演化影响的内在机理[2]，而水又是灌区土壤侵蚀、泥沙运移以及污染物迁移的载体。因此，加强灌区水循环的研究就成了解决目前水资源和水管理问题的基础[3]。

灌区地下水是水资源循环系统的一个主要组成部分。已有研究文献表明[4]，地下水位动态的影响因素由大到小的排序为蒸发、降水、渠首引水量、地下水开采。因此，选取蒸发量、降水量、引水量和排水量等对地下水系统有直接影响的因子，分析其变化趋势，对于查明青铜峡灌区水循环特征及演变规律，缓解各种水问题，提出灌区水资源管理方案至关重要。

1 灌区概况

宁夏青铜峡灌区是我国古老的特大型灌区之一，位于宁夏北部，黄河上游下段，属于黄河河套平原（前套）的重要组成部分。灌区地处银川平原，南起青铜峡水利枢纽，北至石嘴山，西抵贺兰山，东至鄂尔多斯台地西缘，位于北纬37°74′～39°25′，东经105°85′～106°90′，为宁夏平原地势的最低之处。

青铜峡灌区多年平均降水量为180～220 mm，年均蒸发量为1 000～1 550 mm。灌区多年平均气温8.5 ℃，年>10 ℃平均积温为3 630～3 830 ℃，日照时数为2 870～3 080 h，无霜期164 d。灌区总土地面积70万hm2，现灌溉面积33万hm2，其中自流30万hm2，扬水3万hm2。

2 气候因子及演变规律

通过中国气象科学数据共享中心收集了灌区气象资料，包括最高/最低气温、相对湿度、平均风速、日照时数、降雨量、蒸发量等。分析了气象因子的影响。灌区的主要站点资料如表1所示。

2.1 蒸散量演变规律

根据3个气象站的海拔高度、经纬度、风高以及近26年的最高/最低气温、相对湿度、平均风速、日照时数和降雨量等气象资料，采用FAO推荐的1998年修正Penman-Monteith公式来计算3个气象站的逐月ET0，其结果具体如图1、2所示。

从ET0值的年际变化来看，青铜峡灌区多年平均ET0值介于1 000 mm左右，其中惠农站最高，而且ET0值呈现逐年减小的趋势。2000年参考作物蒸发蒸腾量急剧减小，达到一个谷值，2000年之后到2012年比较平稳。可能是2000年灌区实施续建配套与节水改造工程后，提高了灌溉水利用系数，改变了以往大引大排的模式，灌区引黄水量减少，耗水量随之减少。

从ET0值的年内变化来考察，发现各站参考作物蒸发蒸腾量的年内变化规律基本上是一致的，具体如图3所示。1―5月ET0呈递增状态，峰均出现在6月或7月，7―12月ET0逐渐减少。

2.2 降水量演变规律

银川站、惠农站、陶乐站1987―2012年降水基本在均值线上下波动。基本上是每10年1次低降水（谷值）、1次高降水（峰值）。年降水的峰值一般在200～300 mm，降水量谷值在100 mm以下。最大值和最小值之间波动比较大，如图3所示。

对各站多年降水量的统计结果如表2所示。

3 人类活动因子及演变规律

3.1 引水量演变规律

青铜峡灌区由河西灌区和河东灌区两部分组成。自流灌溉系统采用干、支、斗、农4级或干、支、农3级组成渠系灌溉网，干渠总长度1 026 km，引水能力685 m3/s。扬水灌溉分布在自流灌区周边；此外灌区西部及渠道末梢灌水困难地区还有机井灌溉面积约0.7万hm2。各分区引水量均由各渠口设站进行水文观测，控制引水量95%以上。

1980年以来，青铜峡灌区的引水量呈逐步递增趋势，到1999年达到68.7亿m3，1999年以后引水量呈明显下降趋势，并在2003年降至近年来的最小值40.6亿m3，如图4所示。从年代平均引水量来看，20世纪80―90年代，平均引水量逐步增加，分别为56.0亿、63.9亿m3，21世纪后平均引水量大幅度回落至50.3亿m3。

从年内各月引水量来看，青铜峡灌区引水量主要在每年的4―11月。其中5―8月平均引水流量在360 m3/s以上。从20世纪80―90年代，4―8月、11月平均引水量呈增加趋势；21世纪以来，除4月平均引水量增加外，其他各月引水量均有所减少如，如图5所示。

3.2 排水量演变规律

青铜峡灌区排水主要以明沟排水为主，灌区直接排入黄河大小排水沟103条（不包括陶乐7条）。水文站控制20条，控制排水面积4 034.2 km2，占总排水面积的80.7%。

1980年以来，青铜峡灌区总排水量呈现3个阶段：缓慢增长期（1980―1998年）、快速减小期（1998―2003年）、缓慢减小期（2003―2012年）。在1998年达到历史最大值34.8亿m3，之后在2003年急剧下降到近40年的最小值15.9亿m3，如图6所示。

从年代变化情况来看，非灌溉期1―3月、12月排水量呈缓慢增加趋势，灌溉期各月排水量受引水量减少的影响，具体如图7所示，1990―1999年达到高峰后，2000―2012年排水量明显减少，其中5―9月排水量下降都在40%以上。主要是从 2000年开始，青铜峡灌区开展了续建配套与节水改造工程，在灌溉面积逐年增加的情况下减少了引黄水量，既保证了农业灌溉，也保证了宁夏一些重大建设项目的用水需求[9]。

4 结论

4.1 蒸散量演变规律

青铜峡灌区多年平均ET0值介于1 000 mm左右，其中惠农站最高。从年际变化来看，ET0值呈现逐年减小的趋势。2000年参考作物蒸发蒸腾量急剧减小，达到一个谷值，2000年之后到2012年比较平稳。

各站参考作物蒸发蒸腾量的年内变化规律基本上是一致的。1―5月ET0呈递增状态，峰均出现在6月或7月，7―12月ET0逐渐减少。

4.2 降水量演变规律

3站1987―2012年降水基本在均值线上下波动。基本上是每10年1次低降水（谷值）、1次高降水（峰值）。年降水的峰值一般在200～300 mm，降水量谷值在100 mm以下。最大值和最小值之间波动比较大。

4.3 引水量演变规律

1980年以来，青铜峡灌区的引水量呈逐步递增趋势，到1999年达到68.7亿m3，1999年以后引水量呈明显下降趋势，并在2003年降至近年来的最小值40.6亿m3。从年代平均引水量来看，20世纪80―90年代，平均引水量逐步增加，分别为56.0亿、63.9亿m3，21世纪后平均引水量大幅度回落至50.3亿m3。

从年内各月引水量来看，青铜峡灌区引水量主要在每年的4―11月。其中5―8月平均引水流量在360 m3/s以上。从20世纪80―90年代，4―8月、11月平均引水量呈增加趋势；21世纪以来，除4月平均引水量增加外，其他各月引水量均有所减少。

4.4 排水量演变规律

1980年以来，青铜峡灌区总排水量呈现3个阶段：缓慢增长期（1980―1998年）、快速减小期（1998―2003年）、缓慢减小期（2003―2012年）。在1998年达到历史最大值34.8 亿m3，之后在2003年急剧下降到近40年的最小值15.9亿m3。

从年代变化来看，非灌溉期1―3月、12月排水量呈缓慢增加趋势，灌溉期各月排水量受引水量减少影响，1990―1999年达到高峰后，2000―2012年排水量明显减少，其中 5―9月排水量下降都在40%以上。

5 参考文献

[1] 姜秀芳，张霞，张钦武，等.青铜峡灌区引黄用水与地下水位响应关系分析[J].水资源与水工程学报，2012，23（4）：148-150.

[2] 王浩，秦大庸，陈晓军.水资源评价准则及其计算口径[J].水利水电技术，2004（2）：1-4.

[3] 张济世，陈仁升，吕世华，等.物理水文学―水循环物理过程[M].郑州：黄河水利出版社，2007.

[4] 韩叶珍.基于变化环境的灌区地下水动态时空变异规律研究[D].杨凌：西北农林科技大学，2010.

[5] 杨志勇，胡勇，袁矗等.井灌区水循环研究进展[J].灌溉排水学报，2015（3）：56-60.

[6] 王彩鸽.泾惠渠灌区水循环特征及其主要驱动因素研究[J].水利与建筑工程学报，2015（4）：173-177.

[7] 黄晓荣.灌区水循环模拟研究进展[J].水资源与水工程学报，2010（2）：53-55.

篇8

[关键词]地质灾害 耦合作用 内外动力

[中图分类号] F416.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-11-191-1

一直以来，地质灾害都是影响社会进步和发展的重要灾害类型，其中，滑坡灾害则是最严重的地质灾害类型，滑坡在我国分布最广，危害最严重，每年都会造成大量的人员伤亡和经济损失。人们在过去总是孤立地对重大地质灾害进行研究，没有把地质灾害和地质环境相融合在自然演变的整个系统中进行全面的研究。

近年来，对地球内外力作用尤其是气候变化与小面积滑坡之间的关系的研究十分火热，研究者充分认识到了内外动力耦合作用对重大地质灾害形成原因的影响，却没有大量的定量研究，缺乏有力依据。

1地质灾害的空间分布与内外动力作用的关系

1.1滑坡空间分布特征

滑坡在空间上的分布有没有规律是研究滑坡形成原因和内外动力作用之间关系的重要依据。某地库区水量丰富，洪水多发于7月到8月，其滑坡、崩塌大约260个，总量约16× 立方米。该库区的主要破坏形式为滑坡，且大型滑坡居多。

该库区的滑坡分布具有非常显著的地域特征，某些地段的大中型滑坡密集存在，而有些地区则鲜有滑坡。这一特性与地层岩性以及它的组合相关性极大。从岩性组合的角度来看，滑坡的发生主要是相对软弱的层状岩层中，尤其是软硬相问的层状碎屑岩，其破坏变形比较强烈，而强度较低的岩种在该区广泛分布。

岸坡对滑坡的分布和发育的程度起到了直接控制的作用，能够综合体现地层岩性和地质构造等。

1.2滑坡发育时间特征

通过研究古老的滑坡发生的时间以及地质构造的运动历史等关系来分析滑坡发育时间和内外动力耦合的关系。很多地区发生滑坡等地质灾害都与地震发生的频率有关，因此，地震是促使滑坡的重要原因之一。

2地质灾害形成的内外动力耦合作用机制

2.1外动力耦合作用下滑带形成机制

滑带的形成能够直接对基岩顺层滑坡的发育、发生、复活和解题进行控制，其演变也对滑坡的稳定与否起着决定性作用。尽管对于不同区域滑坡的滑带有大量的研究，但是却很少有人对地球内外动力耦合作用下滑带的形成机制进行研究。下面以某库区的滑坡为例，研究滑带形成的内外动力耦合作用机制。

该库区长约600km，其水系以长江为主，水量充沛，且雨季常发洪水。大气降水会直接诱发滑坡发生。滑坡区内雨量丰富，雨季大雨和暴雨的时常发生，这是滑坡形成的主要外部条件。

据调查访问，1982―07大暴雨过程中在滑坡后缘酒厂一带发生过突水.附近地面产生过蠕滑，这证明大暴雨对滑坡的形成与复活起着重要的作用。

其次，由于地层沉积时的古气候特征、区域的结构、沉积的物质等都对地层岩性起着控制作用，所以对于地层岩性来说，地层的沉积环境十分重要。

该库区的潮湿气候下淡水湖沉积岩层的物理力学性质较差于干热气候状况下的泛滥平原相沉积岩层的物理力学性，软硬互层的结构由沉积特征形成。其滑坡灾害的主要滑面大多数在软硬互层间的软岩中发育，所以，该库区的滑坡滑带广泛发育的沉积学基础是淡水湖相沉积和泛滥平原相沉积。

进而，层间剪切带是因为层间软岩在受到构造运动之后，岩层会发射管倾斜，层间软岩和硬岩会发生应力集中在一起，经过多次构造，层间软岩连接结构就会受到破坏从而形成的。层间剪切带的结构在重力地质作用下会再次遭受破坏，那么地下水循环的空间就逐步扩大了。

最后地下水的动力作用能够增多层间剪切带的含水量，致使其结构松散，继而泥化最后形成泥化夹层。泥化夹层的物理力学性质不断变化，在经受剪切变形之后就形成了滑带。

该库区滑带是由层间软岩、层间剪切带、泥化夹层和滑带这四个阶段逐渐形成的，内外动力耦合作用致使这四个阶段的发生。

2.2滑坡形成的内外动力耦合作用机制

某滑带是在侏罗系下统的黑色页岩中发育的，其在侏罗纪早期属于内陆河湖，砂岩和泥岩互层的地层层序在干湿循环的气候下沉积，在一定程度的温度和压力下，在砂泥沉积层的缝隙中的水逐渐排出，形成了砂泥岩互层的地层结构。

而后，经过多次构造运动，该岩层剪切带不断形成并演变，最后，该区的黑色页岩形成了疏松结构的层间剪切带。受暖湿气候影响，剪切区的结构遭到再次破坏，颗粒不断分散，缝隙较小，最后发生泥化。

3小结

滑坡的形成及演变受地壳抬升、断层的活动和地震等内动力作用影响很大，气候变化作为一种外动力作用，对地形地貌等外部环境的影响也十分重大。根据调查研究可知，内外动力耦合作用是滑坡广泛发生的重要原因。层间软岩、层间剪切带、泥化夹层和滑带是滑坡滑带形成并进行演变的4个阶段，那么其形成条件为：滑带的沉积学物质基础离不开淡水湖相沉积以及泛滥平原相沉积，滑带的发育条件需要软硬兼备的岩层层序，而滑带的形成内动力则是多次的构造运动，最后，滑带的外部内动力为暖湿的气候环境以及重力地质的作用力。

另外，在特殊的沉积相等条件下，滑坡的发育需要经历以下几个步骤：软硬兼备的地层结构和层间软岩形成之后，在多次偶早运动之后，受剪切作用的影响形成层间剪切带，而后，受暖湿气候的影响，地下水动力作用巨大，致使层间剪切带逐渐泥化继而形成泥化夹层，这些都是内外动力耦合作用的结果。

总之，必须加快对滑坡等地质灾害的研究，为人们的生活质量提供基础保障。

参考文献

[1]李孝平，王世梅，王卓娟，等.千将坪滑坡非饱和土土一水特征曲线试验研究[J].三峡大学学报（自然科学版），2007（01）.

篇9

志之一，多少年来，吸引着人类无数的目光。2005年5月，中国的科学家们再一次登上珠峰，完成了一系列的科考活动。

本期的“百科聚焦”我们邀请有关专家撰写了珠峰科考的文章。但遗憾的是,直到发稿为止，关于珠峰海拔高度的最新精确数字，有关部门仍未公布。我们只好以文章先飨读者，再追补有关的数字了。

屹立于喜马拉雅山脉中段的世界最高峰――珠穆朗玛峰，因其独特的自然地理条件、复杂的地质构造和举世无双的高度，有着极为重要的科学意义。自1959年我国已先后对珠峰地区进行了3次较为系统的多学科综合考察和多次的单项考察。然而，在近20年来全球增温背景下，珠峰地区的环境变化仍是目前亟需研究的课题之一。所以今年开展的对珠峰高度的测量以及对珠峰地区大气物理、大气化学成分、冰川变化、生物多样性、生态与环境变化及地质等方面的观测研究，将是对以往历次考察资料和成果的补充和升华，有助于认识该地区大气环境的基本特征以及在全球气候变化中的作用；评估全球升温对冰川变化的影响以及未来冰川变化的趋势；研究全球变化条件下该地区30年来生态与环境变化过程以及生物多样性特征；解释生态与环境对气候变化产生的响应；了解珠峰高度变化的过程，进而综合评估珠峰地区对全球变化的响应。

更为重要的是，珠峰科考将以点带面，全面提升对整个青藏高原的科学研究水平。青藏高原被称为除北极、南极之外的地球“第三极”，面积达250万平方千米，平均海拔近5000米，是全球海拔最高也极其独特的一个地域单元。其隆升是印度和欧亚板块在大约5000万年前碰撞的结果，并且伴随着地壳的增厚和缩短，平均厚度是正常地壳厚度的两倍，最大厚度达80千米，缩短量在1500千米～2500千米。上述这些地质作用目前仍在进行，并且伴随着频繁的地震和岩浆活动。此外，青藏高原的隆起对亚洲乃至全球的气候变化造成很大的影响：改变了行星风系，引发了季风，大气降水发生了重组，使得亚洲的中央地域变干，而东部地域变得温暖湿润，否则我国的华中地区应与非洲的撒哈拉沙漠一样干燥。从某种角度来看，整个亚洲的气候、环境和生态与青藏高原的演化息息相关，因此，青藏高原形成演化研究具有极大的科学意义。

北半球大气环境最佳监测点

珠峰地区正是青藏高原特殊大气过程集中表现的典型区域。喜马拉雅山区的高海拔导致该地区与自由对流层大气最为接近，使得该地区成为地面大气与自由大气间物质能量交换的理想区域，同时也是监测北半球大气环境的最佳地点。平均海拔6000～7000米的山体通过山谷风等多种大气环流系统将青藏高原地面的大气与其上空的自由大气相联系，对污染物质的交换有重要的作用。因此，研究珠峰地区的局地环流系统对正确认识喜马拉雅山体在污染物分布、交换、迁移中的作用有非常重要的理论意义。

温室气体的增加已成为导致全球气候变暖的主要原因。对大气中各种温室气体的连续监测已持续了近20年，但长期以来全球取样网站注重于海气交换界面，而陆地系统一直被忽视。喜马拉雅山复杂的地形和强烈的太阳辐射形成了该地区独特的大气环流系统以及气候和环境特征。由于大气环流的作用，该地区的温室气体及大气气溶胶含量也在不断地发生变化。此外，这一特殊的地理单元对于全球碳循环的贡献及响应如何，目前我们知之甚少，这也正是全球相关领域科学家关注的焦点。

近年来，大气中碳黑气溶胶备受关注，主要是由于其具有重要的气候、环境及生理学负面效应。碳黑是大气颗粒物中吸收太阳辐射的主要成分，因此具有重要的直接辐射效应。近地层大气碳黑气溶胶可以将直接吸收到的太阳辐射能量，通过加热周围的空气而转化为空气分子的内能，增加地－气系统对太阳辐射能量的吸收，从而对大气起增温作用。由于碳黑气溶胶与硫酸盐气溶胶的排放具有同源性，而且在大气中以混合方式存在，通常在气溶胶的辐射强迫作用研究中同时考虑这两种气溶胶。碳黑气溶胶与硫酸盐气溶胶有外部混合和内部混合两种方式：当以外部混合方式存在时，两者的辐射强迫作用相反，并相互抵消；如以内部混合方式存在，两者物理化学形态相互影响，光学性质变得更为复杂，并使得碳黑气溶胶的光学吸收作用得到加强，从而在更大程度上削弱硫酸盐气溶胶的负辐射强迫作用。青藏高原发育有大量的冰川，又位于人类活动的地理中心，那么，对冰芯及表层雪样中碳黑提取分析及大气的同步观测，对碳黑与气候变化的关系研究无疑具有积极的作用。

上世纪90年代，意大利科学家在珠峰南坡启动“金字塔”(Pyramid)计划，已经进行了近10年的大气和环境过程监测研究。由于珠峰南北坡存在巨大的地理和环境特征差异，在珠峰北坡进行大气和环境过程观测可以与“金字塔”计划进行对比研究，从而进一步认识珠峰地区在全球变化中的作用。因此，在珠峰地区进行大气与地表过程及温室气体和大气气溶胶含量综合观测研究，对于全面准确的认识青藏高原在全球变化中的作用及其对全球变化的响应具有重要科学意义，同时也可以促进人们正确认识该地区的气候和天气灾害，提高气候和天气预报水平，为区域可持续发展做出贡献。

大陆动力学研究天然实验室

近10年来，地球科学对各圈层相互作用的研究迅速增加，并特别注重构造－气候和地球表面过程之间相互作用的动力学过程。一方面是由于人们对全球变化的知识的渴求；另一方面是由于技术和理论的进步。目前，在构造－表面过程-气候的耦合（耦合是指两个或两个以上主体之间相互作用，相互演变及其最后发展的结果）方面的研究不断涌现成功实例，比如南美洲干湿变化－太平洋板块的俯冲速率－南美高原的隆升－弧前盆地沉积速率变化的相互关系；我国东喜马拉雅构造结剥蚀速率与地壳熔融及高压变质作用的耦合等。但是总体说来，该领域的研究在国际上也刚刚起步，关于构造－表面过程－气候三者反馈的机制，相互作用程度，相互作用的门槛，响应时间等一系列最基本的理论问题还无法回答。

以珠峰为代表的特高海拔地区是全球构造作用最活跃的现代造山带，这里每年的抬升速度约为10毫米；其南坡为恒河水系和前陆沉积盆地，同时珠峰地区也是冬夏季风作用的场所，快速的岩石圈抬升，较强的降雨和恒河水系的巨大剥蚀造就了世界上最大的孟加拉湾海底沉积扇。因而，以珠峰为代表的高喜马拉雅地区是研究构造－气候反馈作用最理想的地区之一，充分利用珠峰地区的优势，抓住构造－气候反馈研究在国际上刚刚开展的契机，将使我国在未来各圈层相互作用研究方面占领制高点。

全球升温背景下的冰川变迁

冰川资源作为一种动态资源, 是随着气候变化而不断变化的，表现为冰川厚度的增减，末端的前进和后退，面积的扩大和缩小。冰川的变化主要取决于冰川物质平衡值的变动。目前在东绒布冰川上已开展了物质平衡的观测。本次考察对珠峰地区绒布冰川及其各支流冰川基本物理特征展开进一步的系统观测，如冰川物质平衡、冰体厚度、运动速度和冰川温度等；对冰川进退变化观测，如通过航空摄影、GPS定位和雷达测厚等技术手段，并与前期相关资料进行对比，获得冰川形态、规模和储量等的变化；最后建立气候变化与冰川波动之间的耦合关系并评估未来冰川资源的变化趋势。

20世纪以来, 随着气候变暖, 全球范围内的冰川开始退缩。而90年代以来, 冰川退缩强于20世纪的任何一个时期，而且冰川的退缩幅度急剧增加。强烈的冰川退缩导致了由冰川融水补给河流径流量大增。适时正确评估冰川变化及其原因, 揭示冰川变化对冰川水资源及其河流径流量的影响将具有重要科学和现实意义。

珠峰地区冰川也同时由于全球变暖而出现重大变化。1959～1960年的考察结果认为，绒布冰川处于退缩状态。1966～1968年考察中对比此前所测地形图发现，中绒布冰川末端处于稳定状态，只是冰塔区不断上移，其平均速度为6米/年，而东绒布冰川冰塔林下限在1959～1966年平均每年上移78米。实际上该冰川接近末端的一段区域为表碛覆盖区，表碛的不断增厚抑制了下伏冰的消融，特别是末端处表碛厚度可达数米，表碛之下的冰得到很好的保护。上游冰体则因消融增大而持续减薄，最后冰碛覆盖区与上游断开成为死冰。因此，这是气候持续变暖、冰川不断退缩的反映，并非冰川真的处于稳定状态。

1997年中美联合考察队在珠峰绒布冰川考察期间采用GPS 技术对冰川末端位置进行了测量，同1966～1968 年考察时的地形测绘结果对比，得出绒布冰川末端30年来的变化趋势：中绒布冰川冰塔林下限退缩270米，东绒布冰川退缩170米，远东绒布冰川退缩230米，年平均退缩量分别为8.7米，5.5米和7.4米。

珠峰和希夏邦玛峰地区的冰芯记录已揭示了近2000年来气候环境变化和南亚季风的演化规律。该地区冰芯记录与太阳活动、大气环流等关系密切。同时冰芯积累量反映出20世纪60年代以来该地区降水的迅速减少。即使在这些高海拔地区，雪冰化学的研究也检测到人类活动对大气环境的污染。因此，在珠峰地区展开进一步的雪冰现代过程研究，将是通过该地区冰芯记录准确重建气候环境变化的基础。

另一方面，冰川融水补给河流的水文观测也可以评估冰川消融强弱的变化。本次考察中，在珠峰大本营设立水文自动观测站，监测绒布河水文特征，并同前期的观测资料进行对比分析，研究全球变暖情景下冰川融水补给河流的变化规律及其未来的变化趋势。同时监测冰川消融区冰面径流场的消融深度，蒸发、辐射平衡及不同冰碛物的消融效应，调查冰内冰下排水系统，定量了解水分在各种时间尺度（时，日，季节）的过程，以确定冰川融水对河流的贡献以及生态水文效应，这将是珠峰乃至于喜玛拉雅山北坡冰雪水循环的第一步，此前无人涉及。

独一无二的环境本底

珠峰地区人类活动稀少，是全球研究环境本底的关键地区之一。珠峰地区环境本底不仅具有南北极同等重要的科学价值，而在环境本底垂直分异特点为南北极所没有，是全球独一无二的。鉴于环境本底值研究与人类及生物的生存息息相关，该领域越来越被人们所重视。

1975年珠峰综合考察取得了大量的基础研究数据，得出了初步的研究成果，表明珠峰地区土壤重金属含量较低，不超过土壤中重金属自然本底含量。虽然由于地带性引起一定的差异，但土壤本身剖面变化却显示了本底状况；人类活动促进了土壤的形成和发展，但未造成土壤重金属的污染。对人发、青稞等生物的本底值测定表明：珠峰地区人发中的铅、镉、汞的含量均为正常状态。1975年的考察，为研究珠峰地区的生态与环境变化提供了不可替代的重要参考和对比资料。30年来，珠峰地区土壤与生物环境背景值是否发生改变、改变程度与动因、趋势如何等问题急待回答。

独特的自然条件造就了珠峰地区较为完整的垂直自然带。在珠峰地区，地质、地貌等非地带性因素的作用远比地带性因素要强烈得多。在这种特殊的过程与环境条件中，生物可能以基因的特殊变异和生理生态的某些性质的改变与之相适应，形成了适于各自然带中的特殊生命特征与现象。

篇10

摘要：干旱区流域水资源短缺与生态恶化问题日趋严重，水文-生态过程耦合分析与模拟问题是实现干旱区流域水安全与生态安全亟待解决的核心科学问题。在总结国内外水文-生态过程耦合研究现状的基础上，探讨当前干旱区流域水文-生态过程耦合研究面临的关键科学问题，初步提出干旱区流域水文-生态过程耦合研究框架，包括水文-生态过程的作用机制、耦合关系和耦合模拟研究，旨在为干旱区流域水文-生态耦合研究提供参考。

关键词：干旱区流域；水文-生态过程；作用机制；耦合关系；耦合模拟

中图分类号：TV11 文献标识码：A 文章编号：1672-1683（2012）01-0102-04

Discussion of Research Framework of Coupled Analysis and Simulation of Hydro-ecological Processes in Arid Watersheds

ZUO Qi-ting1,GUO Li-jun2,PING Jian-hua1,LIANG Shi-kui1

(1.Center for Water Science Research,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China；

2.Xinjiang Survey and Design Institute of Water Resources and Hydropower,Urumqi 830000,China)

Abstract:The shortage of water resources and the deterioration of ecosystem have become increasingly serious in the arid watersheds.Coupled analysis and simulation of the hydro-ecological processes are believed to be a core science to realize the water and ecological safety in the arid watersheds.This paper summarized the current worldwide research progress of the hydro-ecological processes,discussed the key scientific problems in the hydro-ecological processes at present,and proposed the research framework for the coupled analysis of the hydro-ecological processes in the arid watersheds,including the mechanism,coupled relationship and simulation of the hydro-ecological process.This framework can provide references for the research of coupled hydro-ecological processes in the arid watersheds.

Key words:arid watersheds；hydro-ecological processes；mechanisms；coupled relationship；coupled simulation

水是干旱区最为稀缺的资源，不仅是制约经济社会发展的关键因素，也是维系生态系统健康的关键因子。干旱区水资源匮乏，生态脆弱，由水资源开发利用引起的绿洲萎缩、沙尘暴肆虐、土壤盐渍化等生态问题日益凸显。干旱区经济社会用水的快速增长及其对生态用水的严重挤占，使水资源短缺与生态退化成为实现干旱区流域可持续发展的关键障碍。

在干旱区，水资源系统与生态系统之间相互联系、相互影响。仅仅独立地研究区域/流域水文过程或生态过程，不能系统地揭示水与自然生态相互作用的客观规律，也难以解决淡水资源短缺、水质恶化和生物多样性减少等生态问题。针对干旱区流域水资源短缺与生态恶化问题，综合考虑水文要素与生态要素的关联，研究水文过程和生态过程相互作用的物理和化学机制，寻求对生态有利、水资源可持续利用的管理方式是当前亟待开展的核心研究问题［1-2］。《国家中长期科学发展规划纲要（2006-2020）》明确提出要加强尤其是要加强干旱区生态环境问题研究，其中“水文-生态过程作用机制的研究和水文生态综合集成研究”是纲要的优先主题［3］。可见，干旱区流域水文-生态过程耦合分析与模拟研究正面临着国家重大需求的历史机遇。

1 国内外研究现状

水文过程与生态过程耦合研究是现代水文科学最为活跃的领域之一［4-5］。国际地圈生物圈计划的“水循环的生物圈方面（BAHC）”和国际教科文组织（UNESCO）的国际水文计划（IHP）等国际研究计划以认识陆地生态系统与区域水文过程的耦合机制为核心内容［6］。

1.1 国外研究现状

20世纪50-60年代，Petts等通过研究河渠、河网、集水区的形成与演化开展了最初的水文-生态研究［7］。早期的水文-生态研究大多是在湿地、水陆过渡带等水生生态系统开展水文-生态的耦合特征研究。自20世纪80年代起，水文-生态研究的范围开始转向陆地水域、水陆交错带、森林和干旱区等水文过程和生态过程耦合作用的敏感区。国际上许多学者在这些区域开展了深入的研究工作。

1.1.1 干旱区水文-生态过程作用关系研究

目前，有关干旱区水文-生态过程作用关系的研究，多是从单一方面的效应研究入手，即水文变化的生态效应或生态变化对水文过程的影响效应，缺乏系统的、综合的耦合研究。

在“水文变化的生态效应”方面，Klijin等（1999）指出可以利用水的流量、流速等水文要素对生境进行重塑并控制植被群落［8］；Garcia等（2000）指出水文过程可以调整配置景观内的“流”（包括营养物、污染物、矿物质、有机质），水质的恶化和水位（特别是地下水浅水位）变化、水化学特征及其变化，影响植物的群落结构、动态、分布和演替［9］；Dakova等（2000）、Snyder 等（2006）认为水文过程可以通过多种水文要素，如水文、水力影响营养物质在淡水生态系统内的分布与富集；干旱、半干旱区降水事件引起的土壤水分与养分等资源的脉动，深刻影响着植物生活史、种群动态、群落变化、入侵恢复以及生态系统流［10-11］。

在“生态变化对水文过程的影响效应”方面，Glaser等（1990）研究了植被对水化学和水文梯度的影响，指出植被对水化学梯度很敏感，水化学梯度（主要是pH值和Ca含量）对植被群落演替具有重要作用［12］；Bromley等（1997）指出大尺度上，大面积自然植被的破坏，特别是热带雨林的破坏可能造成降水量的减少，并改变整个区域的水文循环模式［13］； Armando等（2007）指出影响水文过程的最显著的土地利用变化之一是植被变化［14］；Amenu等（2008）认为植被能够通过根系的水力重分布机制传输土壤水，从而改变表层土壤水分和深层土壤水分的分布，并影响水文过程［15］。

1.1.2 水文-生态过程模拟研究

水文生态模型是在揭示区域水文过程机理的基础上，建立的模拟预测水文生态耦合作用关系和演变趋势的模型，近年来成为水文-生态研究的热点。在水文生态模型的构建上，德国、澳大利亚、荷兰等国走在世界前列，探索开发了SWM模型、TOPOG模型和DEMNAT模型等诸多水文生态模型。

目前，国际上成功开发并应用的水文生态模型主要有：① 德国开发的SWM模型，可用于模拟水文、植被生长、侵蚀、养分（N和P）等过程，主要适用于中尺度（100~10 000 km2）或同数量级尺度地区的水文-生态过程［16］；② 澳大利亚开发的TOPOG模型，是基于地形分析的小流域水文模型，用于模拟流域瞬时水文及其对流域植被变化的响应、植被生长及其对水量平衡的影响等［17］；③ 荷兰开发的国家生态水文预测模型DEMNAT及陆地生态系统水文影响评价模型ITORS。DEMNAT主要用于模拟水文变化的生态效应，在全国和区域尺度上表现良好［18］。ITORS可描述植物种群和生境因子（如土壤、地下水和土地管理）之间的相互关系，可用来评价人类活动引起环境变化条件下的植物种群响应机制［19］；④ ICHORS生态水文模型，可用于预测化学和水文生物因子对植物种群响应的影响；⑤ 包含了部分生态分析功能的具有代表性的分布式水文模型（MIKESHE、SWAT、HYDROGEOSHPERE等）。

当前，国际水文-生态过程耦合分析与模拟研究总的趋势为：不再是独立地研究区域水文过程或生态过程，而是耦合水文-生态过程并放到区域、流域尺度，从水文-生态过程的作用机制及耦合关系进行综合研究。

1.2 国内研究现状

近10年来，我国开始重视水文-生态过程的耦合研究，主要侧重于干旱区、湿地、森林生态系统局部尺度上土壤-植被-大气传输中水与植被的相互影响。由于我国西北干旱区水资源短缺与生态退化问题较为突出，在干旱区水文-生态过程耦合研究中取得的成果较多。

1.2.1 干旱区水文-生态过程作用关系研究

目前，此方面研究主要侧重于研究植被结构与功能变化对水文过程变化的响应，土地利用/覆被变化对水文过程变化的响应以及植被与地下水的相互作用。国家“九五”科技攻关计划《西北地区水资源合理开发利用与生态环境保护研究》初步揭示了干旱区水分-生态相互作用机理［20］；陈亚宁等（2003）分析了塔里木河下游断流河道地下水埋深对天然植被的组成、分布及长势的影响［21］；张丽等（2004）分析了干旱区地下水位、土壤盐分对植被覆盖度、频度的影响［22］；左其亭（2006）分析了博斯腾湖向塔里木河下游实施生态应急输水效果以及对下游生态环境的影响［23］；周可法等（2006）探讨了干旱区人类过度利用上游河水对下游生态环境的胁迫机理［24］；王水献等（2011）研究了焉耆盆地的地下水埋深与土壤盐碱化、植被生长与潜水蒸发的相互关系［25］。

1.2.2 水文-生态过程模拟研究

在水文-生态过程模拟研究方面，我国学者也做了大量的研究工作。比如，穆宏强等（2001）研究了分布式流域水文生态模型的建模理论［26］；罗毅（2001）等建立了模拟农田SPAC系统（土壤-植被-大气连续体中）的水、热、CO2通量和光合作用的模型（CropS模型）［27］；莫兴国等（2001）基于陆地生态系统能量收支、水文循环和碳氮循环开发了植被界面过程的生态水文动力学模型（VIP模型）［28］；左其亭等（2002）提出了“多箱模型方法”，建立了陆面水量-水质-生态耦合模型［29］；赵成义等（2003）建立了内陆河流域二维地下水运动模拟模型，研究内陆河流域植被变化与地下水运动［30］；方创琳等（2004）根据黑河流域生态、生产和生活三系统相互作用形成的水-生态-经济协调发展耦合关系，建立了黑河流域水-生态-经济协调发展耦合模型［31］；刘昌明等（2009）开发了分布式生态水文模型EcoHAT，包括水分循环、营养元素循环和植物生长三大部分［32］。

总体来看，我国干旱区流域水文-生态过程耦合分析与模拟研究目前还处于理论和方法体系探索阶段。水文-生态过程的作用机制研究不够深入，水文-生态过程耦合模拟研究还比较缺乏，已建立的水文生态模型多借鉴生态学、水文学以及其它学科的模型。

2 关键科学问题

从国内外研究现状来看，干旱区流域水文-生态过程的耦合分析与模拟研究越来越受到人们的重视，但水文-生态过程的耦合研究仍面临着以下关键科学问题。

① 干旱区流域水文-生态过程的作用机制是什么？

干旱区流域生态系统与水文系统相互影响、相互作用，水文情势变化如何改变流域生态格局，生态演变如何影响水文过程？植被面积、长势与水文条件（地表水、土壤水、地下水、人工引水）之间的关系（规律、机制、原理）如何？总体来说，水文-生态过程的作用机制还不明确，这是水文-生态过程耦合研究的重要基础，是亟待解决的关键问题之一。

② 干旱区流域水文-生态过程有哪些耦合关系？如何模拟其相互作用？

当前的分布式水文模型（具有代表性的MIKESHE、SWAT、HYDROGEOSHPERE等），包含或增加了部分生态分析功能，主要是描述生态格局与变化形成的水文机制和过程，难以反映出生态过程对水文过程变化的响应作用，即仍缺乏定量模拟基于水文机制下的生态格局与响应。因此，针对干旱区以“耗散”为主要特征的水文-生态过程，构建分布式水文生态模型，是水文-生态过程耦合研究的核心问题。

3 水文-生态过程耦合研究框架

根据国内外研究现状和干旱区流域水文-生态过程的相互作用，总结得出干旱区流域水文-生态过程耦合分析与模拟的研究框架（见图1），主要内容包括以下方面。

3.1 水文-生态过程演变趋势与作用机制研究

① 水文过程演变趋势研究。选取典型研究区，收集研究区的水文、生态等资料，建立基础数据库。根据流域水资源开发利用历史，对比分析流域水文过程变化趋势及影响因素，主要包括：揭示研究区的水质、水量变化特征，分析气候变化和人类活动对流域水循环系统、水化学系统的影响作用，建立干旱区流域水循环系统演变模式。

② 生态过程演变趋势研究。基于RS技术，根据流域植被覆盖、土地利用结构、生态格局演变历史，对比分析流域生态系统演变趋势，重点分析与水资源开发利用密切关联的生态系统演变趋势及影响因素。

③ 水文-生态过程作用机制研究。基于流域水文、生态过程演变趋势，分析流域水文过程变化对生态系统的胁迫与驱动机制，包括水资源开发利用引起的土地利用/植被覆盖变化、植被多样性变化等；分析生态格局与功能演变对流域水文过程的影响。

3.2 水文-生态过程耦合关系研究

3.2.1 “多水耦合”研究

水循环把水圈中的所有水体联系在一起，包括大气水、地表水、地下水、土壤水以及构成自然界的水。根据水循环机理和水平衡原理，研究“大气水-地表水-地下水-土壤水-植物水”五水的相互作用和相互转化过程，分析流域水文-生态过程的多水耦合作用机制。

3.2.2 “多场耦合”研究

在干旱区，地下水是陆生植被生存的重要来源，植被结构和功能与地下水渗流场、水化学场及温度场之间存在互馈关系。根据“渗流场-水化学场-温度场”三场之间的相互作用关系和影响，分析水文-生态过程的耦合关系。耦合模拟地下水渗流场、水化学场和温度场，分析“三场”的时空变化特征及互馈关系，进而分析“三场”与植被之间的相互作用关系。

3.2.3 “多系统耦合”研究

按植被类型研究其对地表水、土壤水、地下水的依赖；分析植被依赖地表水、土壤水、地下水(水质、水位和水量)的程度；确定不引起植被功能发生大的改变的水资源变量(地表水资源和地下水资源)的安全变化范围；计算维护植被功能不发生大的改变的条件下能开发利用的水资源量(地表水资源和地下水资源)。

3.3 水文-生态过程耦合模拟研究

3.3.1 水循环模拟研究

模拟干旱区流域水循环过程，包括蒸发蒸腾、融雪、坡面流、非饱和流、河流和湖泊、地下水流及其之间的相互作用；模拟水流运动过程和水量转化过程、溶质（主要是盐分）和热的迁移转化过程。

3.3.2 水文过程与生态过程作用关系模拟研究

设计不同的变化环境情景（气候变化和人类活动），模拟植被结构和功能与水文循环的相互影响，即水文过程和生态过程的相互作用。

3.3.3 构建分布式水文生态模型

基于GIS平台，以“耗散”为主要特点，进行水文过程与生态过程的尺度转换，建立水文过程与生态过程的概念模型，并遴选参数。通过模型参数传递将水文模型与生态模型相耦合，建立分布式水文生态模型，模拟不同情景下水文-生态过程的相互作用。

4 结语

干旱区流域水文系统与生态系统相互作用、相互影响，水文-生态过程的耦合分析与模拟是干旱区亟待开展的核心研究。针对干旱区以“耗散”为主要特点的绿洲平原区，本文从“多水耦合”、“多场耦合”、“多系统耦合”分析干旱区流域水文-生态过程耦合关系，探索干旱区流域水文-生态过程作用机制。

参考文献（References）：

［1］ 宋长青.冷疏影.21世纪中国地理学综合研究的主要领域［J］.地理学报，2005，60（4）：546-552.（SONG Chang-qing,LENG Shu-ying.Some Important Scientific Problems of Integrative Study of Chinese Geography in 5 to 10 Years［J］.Acta Geographica Sinica.2005,60(4):546-552.(in Chinese)）

［2］ 夏军,左其亭.国际水文科学研究的新进展［J］.地球科学进展，2006，21（3）：256-261.(XIA Jun,ZUO Qi-ting.Advances in International Hydrological Science Research［J］.Advances In Earth Science,2006,21(3):256-261.(in Chinese))

［3］ 程国栋，肖洪浪，徐中民，等.中国西北内陆河水问题及其应对策略--以黑河流域为例［J］.冰川冻土，2006，28（3）：406-413.( CHENG Guo-dong,XIAO Hong-lang,XU Zhong-min,et al.Water Issue and Its Countermeasure in the Inland River Basins of Northwest China--A Case Study in Heihe River Basin［J］.Journal of Glaciology and Geocryology.2006,28(3):406-413(in Chinese))

［4］ Covich A.Water and Ecosystems.In:P.H.Gleick,ed.Water in Crisis:A Guide to the World′s Fresh Water Resources［M］.New York:Oxford University,1993.

［5］ Liu C M.Analysis of Balance about Water Supply and Demand in the 21st Century of China:Ecological Water Resource Studying［J］.China Water Resources,1999 (10):18-20.

［6］ Zalewski M,Janauer G A,Jolankaj G.Ecohydrology:A New Paradigm for the Sustainable Use of Aquatic Resource［A］.In:Conceptual Back-ground,Working Hypothes is.Rational and Scientific Guidelines for the Implementation of IHP-V Project 2.3-2.4,Technical Document in Hydrology［C］.Paris:UNESCO,1997:55-80.

［7］ Petts G E,Bradley C.Hydrological and Ecological Interactions within River Corridors［J］.In:Wilby RL,Contemporary Hydrology,John Wiley and Sons,1997:241-271.

［8］ Klijn F,WitteJ-PM.Ecohydrology:Ground Water Flow and Site Factors in Plantecology［J］.Hydrogeology Journal,1999(7):65-77.

［9］ Garcia N F,Merino J.Pattern and Process in the Dune System of the Donana National Park［J］.In:vander Maarel,ed.Southwestern Spain:Dry Coastal Ecosystems,General Aspects,Elsevier,Amsterdam,2000:349-362.

［10］ Dakova SN Y,Uzonov D,Mandadjiev.Low Flow-the River Ecosystem's Limiting Factor［J］.Ecological Engneering,2000,16(l):167-174

［11］ Snyder K A,Tartowski S L.Multi-scale Temporal Variation in Water Availability:Implications for Vegetation Dynamics in Arid and Semi-arid Ecosystems［J］.Journal of Arid Environments,2006,65(2):219-234

［12］ Glaser P H,Janssens J A,Siegel D I.The Response of Vegetation to Chemieal and Hydrologieal Gradients in the Lost River Peatland,NorthernMinnesota［J］.Joumal of Eeology,1990,78(2):1021-1048

［13］ Bromley J,Brouwer J,Barker A P,et al.The Role Surface Water Redistribution in an Area of Patterned Vegetation in a Semi-arid Environment,Southwest Nirger［J］.Journal of Hydrology,1997(198):1-29

［14］ Armando M,Gerard G,Veerle V,et al.Runoff Generation in a Degraded and an Ecosystem Interaction of Vegetation Cover and Land Use［J］.Catrna,2007,71(2):357-370

［15］ Amenu G G,Kumar P.A Model for Hydraulic Redistribution Incorporating Coupled Soil-root Moisture Transport［J］.Hydrology and Earth System Science,2008(12):55-74

［16］ Krysanova V,Wohlfeil D,Becker A.Development and Test of a Spatially Distributed Hydrological/Water Quality Model for Meso Scale Watershed［J］.Ecological Modelling,1998,106(2 /3):261-289

［17］ Dawes W R,Zhang L,HattonT J,et al.Evaluation of a Distributed Parameter Ecohydrological Model (TOPOG_IRM) on a Small Cropping Rotation Catchment［J］.Journal of Hydrology,1997,191(1/4):64-86

［18］ Ek R V,Witte J M,Runhaar H,et al.Ecological Effects of Water Management in the Netherlands:The Model DEMNAT［J］.Ecological Engineering,2000,16(1):127-141

［19］ Ertsen A C D.Ecohydrological Impact Assessment Modeling:An Example for Terrestrial Ecosystems in Noord-Holland［J］.The Netherlands Environmental Modeling and Assessment,1999,16(4):13-22

［20］ 中国水利水电科学研究院.西北地区水资源合理开发利用与生态环境保护研究［J］.中国水利，2001,（5）：9-11.（China Institute of Water Resources and Hydropower Research.Study on a Rational Development and Utilization of Water Resources and Environment Protection in the Northwest Region［J］.China Water Resources.2001,(5):9-11.(in Chinese))

［21］ 陈亚宁，李卫红，徐海量，等.塔里木河下游地下水位对植被的影响［J］.地理学报，2003,（4）:542-549.(CHEN Ya-ning,LI Wei-hong,XU Hai-liang,et al.The Influence of Groundwater on Vegetation in the Lower Reaches of Tarim River,China［J］.Acta Geographica Sinica.2003,(4):542-549.(in Chinese))

［22］ 张丽，董增川，黄晓玲.干旱区典型植物生长与地下水位关系的模型研究［J］.中国沙漠，2004，24（1）：110-113.(ZHANG Li,DONG Zeng-chuan,HUANG Xiao-ling.Modeling on Relation between Major Plants Growth and Groundwater Depth in Arid Area［J］.Journal of Desert Research,2004,24(1):110-113.(in Chinese))

［23］ 左其亭.博斯腾湖向塔里木河生态输水效果及风险［J］.地理科学,2006，26（5）：564-568.(ZUO Qit-ing.Effect and Risk of Ecological Water Transportation from Bosten Lake to Tarim River［J］.Scientia Geographica Sinica,2006,26(5):564-568.(in Chinese))

［24］ 周可法，张清，陈曦,等.中亚干旱区生态环境变化的特点和趋势［J］.中国科学（D 辑）（增刊Ⅱ），2006,（36）：133-139.(ZHOU Ke-fa,ZHANG Qing,CHEN Xi,et al.The Features and Trends of Ecological Environment in Arid Area of Central Asia［J］.Science in China(Series D:Earth Sciences)(Supp.Ⅱ) 2006,(36):133-139.(in Chinese))

［25］ 王水献，吴彬，杨鹏年，等.焉耆盆地绿洲灌区生态安全下的地下水埋深合理界定 ［J］.资源科学，2011，33（3）：422-430.(WANG Shui-xian,WU Bin,YANG Peng-nian,et al.Determination of the Ecological Groundwater Depth Considering Ecological Integrity over Oasis Irrigation Areas in the Yanqi Basin［J］.Resources Science，2011,33(3):422-430.(in Chinese))

［26］ 穆宏强，夏军，王中根.分布式流域水文生态模型的理论框架［J］.长江职工大学学报，2001，18（1）：1-5.

(MU Hong-qiang,XIA Jun,WANG Zhong-gen.Theoretical Frame of Hydroecological Model in the Yangtze River Valley［J］.Journal of Changjiang Vocational University,2001,18(1):1-5.(in Chinese))

［27］ 罗毅，于强，欧阳竹，等.SPAC系统中的水热CO2通量与光合作用的综合模型（Ⅰ）模型建立［J］.水利学报，2001，1（2）：90-97.（LUO Yi,YU Qiang,OUYANG Zhu,et al.An Integrated Model for Water Heat CO2 Flux and Photosynthesis in SPAC System(I).Establishment of Model［J］.Journal of Hydraulic Engineering,2001,1(2):90-97.(in Chinese))

［28］ 莫兴国，刘苏峡，林忠辉.植被界面过程（VIP）生态水文动力学模式研究进展［J］.资源科学，2009，31（2）：180-181.(MO Xing-guo,LIU Su-xia,LIN Zhong-hui.The Study on dynamic model in eco-hydrological of Vegetation Interface Process［J］.Resources Science,2009,31(2):180-181.(in Chinese))

［29］ 左其亭，夏军.陆面水量-水质-生态耦合系统模型研究［J］.水利学报，2002，33（2）：61-65.(ZUO Qi-ting,XIA Jun.Study on the Modeling Method of Water Quantity-water Quality-ecology Coupling System［J］.Journal of Hydraulic Engineering 2002,33(2):61-65.(in Chinese))

［30］ 赵成义，王玉朝，李保国.内陆河流域植被变化与地下水运动的耦合关系［J］.水利学报，2003，（12）：59-65.(ZHAO Cheng-yi,WANG Yu-chao,LI Bao-guo.Coupling Relationship Between Vegetation Evolution and Groundwater Flow in Internal continent River Basin［J］.Journal of Hydraulic Engineering,2003，(12):59-65.(in Chinese))

［31］ 方创琳，鲍超.黑河流域水-生态-经济发展耦合模型及应用［J］.地理学报，2004，59（5）：781-790.(FANG Chuang-lin,BAO Chao.The Coupling Model of Water-Ecology-Economy Coordinated Development and Its Application in Heihe River Basin ［J］.Acta Geographica Sinica,2004,59(5):781-790.(in Chinese))［32］ 刘昌明，杨胜天，温志群，等.分布式生态水文模型EcoHAT系统开发及应用［J］.中国科学（E辑），2009，39（6）：1112-1121.(LIU Chang-ming,YANG Sheng-tian,WEN Zhi-qun,et al.The System Development and Application of Distributed Eco-hydrological Model EcoHAT［J］.Science in China(Series E:Technological Sciences),2009,39(6):1112-1121.省略/kcms/detail/13.1334.TV.20120226.1621.001.html