内容简介
《变化环境下流域水资源演变及其归因研究》在分析以全球变暖为特征的气候变化和区域高强度人类活动等因素对流域水资源演变的影响机理基础上,首次将基于指纹的归因方法应用到流域尺度水资源演变研究中,提出了变化环境下流域水资源演变的归因方法。
《变化环境下流域水资源演变及其归因研究》分为7章,即概述、变化环境下流域水资源演变的归因方法、海河流域水文气象要素演变分析、海河流域水资源演变的影响因素分析、海河流域水循环要素演变的归因分析、变化环境下海河流域水资源演变趋势分析,以及总结与展望。
《变化环境下流域水资源演变及其归因研究》可供水文、水资源、气象、气候、生态环境等专业方面的科技工作者及有关高等院校相关专业本科生、研究生与教师阅读参考。
目录
序
前言
第1章 概述
1.1 研究背景和意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究动态
1.2.1 气候变化对水资源的影响
1.2.2 人类活动对水资源的影响
1.2.3 水资源演变的归因研究
1.2.4 水循环要素变化的检测与归因
1.2.5 存在的主要问题
1.3 研究内容和思路
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究思路
第2章 变化环境下流域水资源演变的归因方法
2.1 全球气候模式
2.1.1 大气环流模式
2.1.2 海气耦合模式
2.1.3 陆面过程模式
2.1.4 区域气候模式
2.2 分布式水文模型
2.2.1 模型结构
2.2.2 自然水循环过程模拟
2.2.3 能量循环过程模拟
2.2.4 社会水循环过程模拟
2.2.5 WEP-L模型的构建和模拟步骤
2.3 统计降尺度模型
2.3.1 降尺度方法分类
2.3.2 统计降尺度模型SDSM
2.4 天气发生器
2.4.1 概述
2.4.2 降水的模拟
2.5 基于指纹的流域水循环要素演变的归因方法
2.5.1 指纹的概念及内涵
2.5.2 信号强度
2.5.3 基于指纹的流域水循环要素演变的归因方法
第3章 海河流域水文气象要素演变分析
3.1 海河流域概况
3.1.1 自然地理概况
3.1.2 社会经济概况
3.1.3 水文气象概况
3.2 分析方法
3.2.1 变化趋势分析
3.2.2 空间变异型态分析
3.2.3 周期性分析
3.3 水文气象要素演变
3.3.1 降水量
3.3.2 平均温度
3.3.3 地表水资源量
3.3.4 其他水循环要素
3.4.水汽输送变化分析
3.4.1 基础资料
3.4.2 海河流域夏季水汽收支特征
3.5 海河流域降水和温度的周期性分析
3.5.1 基础资料
3.5.2 周期性分析结果
第4章 海河流域水资源演变的影响因素分析
4.1 流域水循环驱动因子分析
4.1.1 气候因子
4.1.2 下垫面条件
4.1.3 人工取用水
4.2 海河流域分布式水文模型构建
4.2.1 计算单元划分
4.2.2 模型率定和验证
4.2.3 模型参数不确定性分析
4.3 海河流域水资源演变规律
4.3.1 水资源历史演变
4.3.2 气候变化对水资源的影响
4.3.3 人工取用水对流域水资源演变的影响
4.3.4 下垫面变化对流域水资源演变的影响
4.4 海河流域水资源演变成果合理性分析
第5章 海河流域水循环要素演变的归因分析
5.1 归因情景设置
5.1.1 降水和温度演变的归因情景
5.1.2 地表水资源量演变的归因情景
5.2 全球气候模型
5.3 统计降尺度模型SDSM的应用
5.3.1 数据来源
5.3.2 SDSM模型率定和验证
5.4 降水和温度演变的归因分析
5.4.1 降水演变的归因分析
5.4.2 温度演变的归因分析
5.5 地表水资源量演变的归因分析
第6章 变化环境下海河流域水资源演变趋势分析
6.1 未来气候情景
6.1.1 气候情景现状
6.1.2 本研究选用的未来气候情景
6.2 未来下垫面情景
6.3 未来取用水情景
6.4 水资源演变趋势预估
6.5 水资源可持续利用的保障措施
第7章 总结与展望
7.1 总结
7.2 研究展望
7.2.1 变化环境下流域水资源演变归因方法的继续深化和完善
7.2.2 变化环境下流域水资源演变归因方法在海河流域的进一步应用
7.2.3 拓展气候变化对流域水资源影响的研究领域
7.2.4 海河流域水资源预测的完善
参考文献
前言/序言
流域水循环是水资源形成、演化的客观基础,也是水环境与生态系统演化的主导驱动因子。随着人口的不断增长和经济社会的高速发展,人类社会对流域水循环系统的影响不断增强:温室气体及气溶胶的排放改变了水循环的动力条件、下垫面的变化改变了水循环要素的参数特性、人工取用耗排水改变了水循环的结构,再加上土地利用的变化、大规模水利工程的建设以及工业与城市的飞速发展,流域水循环已经从原来的“自然”模式占主导逐渐转变为“自然一社会”(或“自然一人工”)二元耦合模式。在高强度人类活动的缺水地区,地表径流、地下径流和河川径流等自然水循环通量的日益减少,而取水量、用水量、耗水量及排污量等社会水循环通量的不断增大已影响了流域水循环系统原有的生态和环境服务功能,引发了一系列的资源、环境与生态问题。如何定量区分气候变化、取用水和下垫面改变等人类活动因素及自然因素在水循环演变中的贡献,为水资源综合管理和气候变化应对提供实践指导,已成为现代水文水资源学研究的关键科学问题之一。
变化环境下流域水资源演变的归因方法不仅可以丰富“自然一人工”二元水循环理论体系,定量描述和区分气候变化和人类活动对流域水资源演变的影响,具有重要的理论创新价值,而且通过将该归因方法应用于典型流域,结合变化环境下流域水资源预估结果,能够为流域水资源综合管理和经济社会可持续发展提供重要的战略支撑和决策支持,具有重要的实践应用意义。
近年来,国内外学者围绕水资源演变的归因分析开展了大量的研究,总结来看,国内尚无统一和成熟的方法,目前的分项调查法和水文模型法主要以统计、还原和修正等作为基本手段,已经不能满足现代二元驱动力作用下流域水资源演变中的人类活动效应研究;国际上虽有成熟的归因方法,但目前的相关研究主要集中于气候变化方面,水资源演变的归因研究则基本属于空白,只有Barnett等人在美国西部流域做了一些探索工作,但只是针对与温度变化有关的变量如积雪水当量、径流量达到全年径流总量一半的时间等,并没有涉及径流量、水资源量变化的归因工作;并且该研究只考虑气候变化一个因素的影响,而没有考虑下垫面变化、人工取用水等人类活动因素的影响,无法定量区分出入类活动和气候变化对水资源演变的贡献。
在国家重点基础研究发展计划(973)项目“海河流域水循环演变机理与水资源高效利用”第四课题“海河流域水循环及其伴生过程的综合模拟与预测”(2006CB403404)、国家自然科学基金“基于指纹的流域水循环演变的检测与归因研究”(51109223)的资助下,我们开展了流域水循环演变及其归因分析的研究探索,本书是对已取得的阶段研究成果的总结。需要说明的是,该书部分研究成果已通过科技论文的形式进行了一定程度的传播,为将变化环境下流域水资源演变及其归因研究成果进行全面、系统和集中展示,特将相关内容汇集成本书,实现研究成果的共享,也期望能够得到来自各方的指正与交流。