若尔盖湿地流域径流变化及其对气候变化的响应
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第 35 卷第 5 期 Vol． 35 No． 5
水 资 源 保 护 Water Resources Protection
DOI:10． 3880 / j. issn． 1004 6933． 2019． 05． 008
2019 年 9 月 Sept. 2019
若尔盖湿地流域径流变化及其对气候变化的响应
图 1 若尔盖湿地水系分布概况
研究区域的气候为大陆性高原气候,寒冷湿润, 霜冻期长,日温差大。 多年平均气温 1℃ 左右,年日 照时数约 25 000 h,全年降水量约 600 ~ 800 mm,雨 季 主 要 分 布 在 5—10 月, 约 占 全 年 降 水 量 的 90% [13] 。 区内植物以沼泽植被和草甸植被为主,优 势 种 有 木 里 苔 草 ( Carexmuliensis ) 、 乌 拉 苔 草 ( Carexmeyeriana) 和藏蒿草 ( Kobresiatibetica) 等[22] 。 研究区以吉迈站作为流域入口,玛曲站作为流域出 口,流域总面积约 41 086 km2 。 流域水系分布及湿地 沼泽分布见图 1。 1. 2 数据来源
摘要:为探索未来气候变化情景下若尔盖高寒湿地水文过程和水循环演变规律,利用分布式水文模 型,研究 2020—2050 年不同气候变化情景下若尔盖湿地流域径流变化趋势以及气候变化对湿地径 流的影响。 结果表明:在未来气候变化情景下,若尔盖湿地流域径流呈减少趋势,玛曲站径流减少 比率最大,其次为若 尔 盖 站, 最 后 为 唐 克 站; 非 汛 期 径 流 量 减 少 幅 度 明 显 高 于 汛 期, 若 尔 盖 湿 地 2020—2050 年非汛期径流在未来气候变化情景下径流减少比率大部分在 25% 以上。 非汛期径流 的锐减可能会进一步加剧若尔盖湿地的退化和萎缩,导致黄河中下游区域的可利用水资源量减少。 关键词:气候变化;径流;SWAT 模型;气候情景;若尔盖湿地 中图分类号:TV122 文献标志码:A 文章编号:1004 6933(2019)05 0040 08
气候变化是导致湿地退化的重要原因之一。 20 世纪 90 年代后黄河源区气温明显上升,区域蒸散发 量增加,径流量明显减少[10] 。 Niu 等[11] 通过遥感影 像分析了中国近年来湿地的变化趋势,发现 1978— 2008 年中国湿地减少了 33% ,其中 70% 是由土地 复垦造 成 的;1978—1990 年 青 藏 高 原 湿 地 减 少 了 66% ,而在 1990—2008 年青藏高原湿地减少率降低 为 6% ,这主要是因为高原区域冰川和多年冻土消 融新生成了大约 6 000 km2 的湿地面积。 由于区域 气候变化,气温上升,20 世纪 90 年代后若尔盖湿地 蒸发皿蒸发量呈现出明显的上升趋势[12] ,实际蒸散 发也呈缓慢增加趋势[13] ,Liu 等[14] 分析了黄河流域 的年蒸发皿蒸发量变化规律,认为若尔盖高原湿地 蒸发量增加与太阳辐射的变化密切相关。 陈利群 等[15] 则通过分布式水文模型对黄河源区气候变化 和土地覆被变化对径流的影响进行分析,发现气候 变化是径流减少的主要原因。 此外,人类活动也必 然会影响湿地流域的水文过程。 Li 等[16] 分析了若 尔盖湿地气候变化和人类活动对湿地径流的贡献 率,结果表明气候变化对 湿 地 径 流 的 影 响 大 概 在 55% ~ 64% , 人 类 活 动 影 响 的 贡 献 约 为 36% ~ 45% ,气候变化占主导地位。 而 Li 等[17] 也采用分 布式水文模型进行研究,发现影响若尔盖湿地水量 减少最主要的因素为归一化植被指数,其次,区域地 质断层也对湿地水量损失有着不可忽视的作用。 对 未来气候变化的影响和预测方面的研究主要集中在 不同气候模式、 不同情景下的径流变化。 郝振纯 等[10] 分析了不同气候模式下未来 100 年黄河河源 区水循环对气候变化的响应,发现不同模式下黄河 河源区的径流都有不同程度的下降。 张永勇等[18] 利用 SWAT 水文模型分析了 2010—2039 年黄河源 区径流变化,发现径流量与现状年相比明显减少。 其他学者也得出了相似的结论[19-20] 。 目前,国内外 对变化环境下高原寒区沼泽湿地水文过程的研究机 理尚不完善,特别是对于典型高寒沼泽湿地水文循 环各要素的基本特征及其对气候变化的响应尚不十 分清楚。 因此,开展青藏高原若尔盖湿地水文过程 变化及对气候变化的响应等研究,对明晰高寒湿地 水文循环机理和青藏高原水循环演变机理,以及对 区域水资源管理等具有十分重要的意义。
赵娜娜1,2 ,王贺年2 ,张贝贝3 ,刘 佳1 ,徐卫刚2 ,于一雷2
(1. 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京 100038; 2. 中国林科院湿地研究所湿地生态功能与恢复北京市重点实验室,北京 100091; 3. 环境保护部环境工程评估中心,北京 100012)
作者简介:赵娜娜(1985—) ,女,助理研究员,博士,主要从事水文及水资源、湿地生态水文学研究。 E-mail:annazhao2009@ 163. com 通信作者:于一雷,副研究员。 E-mail:yuyilei1222@ 126. com
·ຫໍສະໝຸດ Baidu0·
了变化,湿地水源涵养能力削弱,对区域乃至下游流 域水资源管理和社会经济发展产生深远影响。
收集的基础资料包括:DEM(1∶ 24 000) 、土地利 用(1∶ 1 000 000) 、土壤类型(1∶ 4 000 000) 、河网水 系、 植 被、 土 壤、 气 象 站 点、 水 文 站 等 GIS 数 据; 1960—2011 年达日、久治、红原、若尔盖、玛曲、马尔 康、松潘、河南、班玛和玛沁等 10 个气象站点的日降 水、最 高 气 温、 最 低 气 温、 风 速、 相 对 湿 度 等 气 象 资 料, 玛 曲 站 ( 1964—2011 年) 、 唐 克 站 ( 1990—2011 年) 以及若尔盖站(1990—2011 年) 的月径流过程。 研究区域内的气象站网和水文站分布见图 1。 此 外,为了分析未来不同气候变化情景下湿地径流的 变化,还收集了 HadGEM2-ES 气候模式下高排放情
基金项目:国家自然科学基金(51609243, 51822906) ;中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金( CAFINT2015K06) ;中国水利水电 科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室开放研究基金( IWHR-SKL-201612p) ;国家重点研发计划(2017YFC1502405) ;中国水科院 基本科研业务费项目( WR0145B732017) ;河北省水利科研项目(2015-16)
全球气候变化影响流域水循环过程,而湿地由 于独特复杂的生态系统特性,其水文循环机理对全 球气候变化具有更高的敏感性。 若尔盖高原湿地位 于青藏高原东北部,属于典型的高寒沼泽湿地生态 系统,同时也是黄河上游最重要的水源涵养区,素有
“ 高原水塔” 之称,其水循环过程对气候变化响应更 为敏感[1-3] 。 近年来,由于气候变化和人类活动的影 响,若尔盖湿地面临一系列问题,如水位下降、湿地 快速萎缩退化、湿地沙化、生态功能减弱以及生物多 样性减少等[3-9] 。 湿地水文过程和水循环机理发生
Runoff variation in Zoige Wetland Basin and its response to climate change ∥ ZHAO Nana1,2 , WANG Henian2 , ZHANG Beibei3 , LIU Jia1 , XU Weigang2 , YU Yilei2 (1. State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038, China; 2. Beijing Key Laboratory of Wetland Services and Restoration, Institute of Wetland Research, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China; 3. Environmental Engineering Assessment Center ,Ministry of Ecology and Environment, Beijing 100012, China) Abstract: To explore the hydrological process and water cycle evolution of Zoige Wetland under future climate change scenarios, a distributed hydrological model was used to study the runoff variation trend of Zoige Wetland Basin under different climate change scenarios from 2020 to 2050 and the impact of climate change on wetland runoff. The results show that under the future climate change scenarios, runoff in Zoige Wetland Basin is decreasing, and the runoff reduction ratio at Maqu Station is the largest, followed by Zoige Station and Tangke Station. The reduction of runoff in non-flood season is obviously higher than that in flood season. The reduction ratio of runoff in non-flood season of Zoige Wetland from 2020 to 2050 is more than 25% under future climate change scenarios. The sharp decrease of runoff in non-flood season may further aggravate the degradation and shrinkage of Zoige Wetland, resulting in the reduction of available water resources in the middle and lower reaches of the Yellow River. Key words: climate change; runoff; SWAT model; climate change scenario; Zoige Wetland
1 数据与方法
1. 1 研究区域概况 若尔盖高原湿地位于青藏高原的东北隅,是青
藏高原湿地的典型代表,也是世界上海拔最高、面积 最大的高原泥炭沼泽的主要分布区之一。 平均海拔 3 500 m,沼泽总面积约 4 903 km2 ,隶属四川省若尔 盖县、红原 县、 阿 坝 县 以 及 甘 肃 省 的 玛 曲 县 和 碌 曲 县[21] 。 若尔盖高原湿地为起伏平缓的丘状高原区, 主要地貌类型有低山、丘陵、阶地、河漫滩、宽谷和湖 群洼地等[4] 。 湿地内的主要河流为黄河及其支流 黑河和白河(图 1),黑河和白河自南向北流入黄河, 为黄河上游流量较大、流速较小而水位十分平稳的 两条支流。 同时由于黄河和支流的改道,区域内小 河流和湖泊星罗棋布,主要的湖泊有哈丘湖、错拉坚 湖和花湖。
水 资 源 保 护 Water Resources Protection
DOI:10． 3880 / j. issn． 1004 6933． 2019． 05． 008
2019 年 9 月 Sept. 2019
若尔盖湿地流域径流变化及其对气候变化的响应
图 1 若尔盖湿地水系分布概况
研究区域的气候为大陆性高原气候,寒冷湿润, 霜冻期长,日温差大。 多年平均气温 1℃ 左右,年日 照时数约 25 000 h,全年降水量约 600 ~ 800 mm,雨 季 主 要 分 布 在 5—10 月, 约 占 全 年 降 水 量 的 90% [13] 。 区内植物以沼泽植被和草甸植被为主,优 势 种 有 木 里 苔 草 ( Carexmuliensis ) 、 乌 拉 苔 草 ( Carexmeyeriana) 和藏蒿草 ( Kobresiatibetica) 等[22] 。 研究区以吉迈站作为流域入口,玛曲站作为流域出 口,流域总面积约 41 086 km2 。 流域水系分布及湿地 沼泽分布见图 1。 1. 2 数据来源
摘要:为探索未来气候变化情景下若尔盖高寒湿地水文过程和水循环演变规律,利用分布式水文模 型,研究 2020—2050 年不同气候变化情景下若尔盖湿地流域径流变化趋势以及气候变化对湿地径 流的影响。 结果表明:在未来气候变化情景下,若尔盖湿地流域径流呈减少趋势,玛曲站径流减少 比率最大,其次为若 尔 盖 站, 最 后 为 唐 克 站; 非 汛 期 径 流 量 减 少 幅 度 明 显 高 于 汛 期, 若 尔 盖 湿 地 2020—2050 年非汛期径流在未来气候变化情景下径流减少比率大部分在 25% 以上。 非汛期径流 的锐减可能会进一步加剧若尔盖湿地的退化和萎缩,导致黄河中下游区域的可利用水资源量减少。 关键词:气候变化;径流;SWAT 模型;气候情景;若尔盖湿地 中图分类号:TV122 文献标志码:A 文章编号:1004 6933(2019)05 0040 08
气候变化是导致湿地退化的重要原因之一。 20 世纪 90 年代后黄河源区气温明显上升,区域蒸散发 量增加,径流量明显减少[10] 。 Niu 等[11] 通过遥感影 像分析了中国近年来湿地的变化趋势,发现 1978— 2008 年中国湿地减少了 33% ,其中 70% 是由土地 复垦造 成 的;1978—1990 年 青 藏 高 原 湿 地 减 少 了 66% ,而在 1990—2008 年青藏高原湿地减少率降低 为 6% ,这主要是因为高原区域冰川和多年冻土消 融新生成了大约 6 000 km2 的湿地面积。 由于区域 气候变化,气温上升,20 世纪 90 年代后若尔盖湿地 蒸发皿蒸发量呈现出明显的上升趋势[12] ,实际蒸散 发也呈缓慢增加趋势[13] ,Liu 等[14] 分析了黄河流域 的年蒸发皿蒸发量变化规律,认为若尔盖高原湿地 蒸发量增加与太阳辐射的变化密切相关。 陈利群 等[15] 则通过分布式水文模型对黄河源区气候变化 和土地覆被变化对径流的影响进行分析,发现气候 变化是径流减少的主要原因。 此外,人类活动也必 然会影响湿地流域的水文过程。 Li 等[16] 分析了若 尔盖湿地气候变化和人类活动对湿地径流的贡献 率,结果表明气候变化对 湿 地 径 流 的 影 响 大 概 在 55% ~ 64% , 人 类 活 动 影 响 的 贡 献 约 为 36% ~ 45% ,气候变化占主导地位。 而 Li 等[17] 也采用分 布式水文模型进行研究,发现影响若尔盖湿地水量 减少最主要的因素为归一化植被指数,其次,区域地 质断层也对湿地水量损失有着不可忽视的作用。 对 未来气候变化的影响和预测方面的研究主要集中在 不同气候模式、 不同情景下的径流变化。 郝振纯 等[10] 分析了不同气候模式下未来 100 年黄河河源 区水循环对气候变化的响应,发现不同模式下黄河 河源区的径流都有不同程度的下降。 张永勇等[18] 利用 SWAT 水文模型分析了 2010—2039 年黄河源 区径流变化,发现径流量与现状年相比明显减少。 其他学者也得出了相似的结论[19-20] 。 目前,国内外 对变化环境下高原寒区沼泽湿地水文过程的研究机 理尚不完善,特别是对于典型高寒沼泽湿地水文循 环各要素的基本特征及其对气候变化的响应尚不十 分清楚。 因此,开展青藏高原若尔盖湿地水文过程 变化及对气候变化的响应等研究,对明晰高寒湿地 水文循环机理和青藏高原水循环演变机理,以及对 区域水资源管理等具有十分重要的意义。
赵娜娜1,2 ,王贺年2 ,张贝贝3 ,刘 佳1 ,徐卫刚2 ,于一雷2
(1. 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京 100038; 2. 中国林科院湿地研究所湿地生态功能与恢复北京市重点实验室,北京 100091; 3. 环境保护部环境工程评估中心,北京 100012)
作者简介:赵娜娜(1985—) ,女,助理研究员,博士,主要从事水文及水资源、湿地生态水文学研究。 E-mail:annazhao2009@ 163. com 通信作者:于一雷,副研究员。 E-mail:yuyilei1222@ 126. com
·ຫໍສະໝຸດ Baidu0·
了变化,湿地水源涵养能力削弱,对区域乃至下游流 域水资源管理和社会经济发展产生深远影响。
收集的基础资料包括:DEM(1∶ 24 000) 、土地利 用(1∶ 1 000 000) 、土壤类型(1∶ 4 000 000) 、河网水 系、 植 被、 土 壤、 气 象 站 点、 水 文 站 等 GIS 数 据; 1960—2011 年达日、久治、红原、若尔盖、玛曲、马尔 康、松潘、河南、班玛和玛沁等 10 个气象站点的日降 水、最 高 气 温、 最 低 气 温、 风 速、 相 对 湿 度 等 气 象 资 料, 玛 曲 站 ( 1964—2011 年) 、 唐 克 站 ( 1990—2011 年) 以及若尔盖站(1990—2011 年) 的月径流过程。 研究区域内的气象站网和水文站分布见图 1。 此 外,为了分析未来不同气候变化情景下湿地径流的 变化,还收集了 HadGEM2-ES 气候模式下高排放情
基金项目:国家自然科学基金(51609243, 51822906) ;中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金( CAFINT2015K06) ;中国水利水电 科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室开放研究基金( IWHR-SKL-201612p) ;国家重点研发计划(2017YFC1502405) ;中国水科院 基本科研业务费项目( WR0145B732017) ;河北省水利科研项目(2015-16)
全球气候变化影响流域水循环过程,而湿地由 于独特复杂的生态系统特性,其水文循环机理对全 球气候变化具有更高的敏感性。 若尔盖高原湿地位 于青藏高原东北部,属于典型的高寒沼泽湿地生态 系统,同时也是黄河上游最重要的水源涵养区,素有
“ 高原水塔” 之称,其水循环过程对气候变化响应更 为敏感[1-3] 。 近年来,由于气候变化和人类活动的影 响,若尔盖湿地面临一系列问题,如水位下降、湿地 快速萎缩退化、湿地沙化、生态功能减弱以及生物多 样性减少等[3-9] 。 湿地水文过程和水循环机理发生
Runoff variation in Zoige Wetland Basin and its response to climate change ∥ ZHAO Nana1,2 , WANG Henian2 , ZHANG Beibei3 , LIU Jia1 , XU Weigang2 , YU Yilei2 (1. State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038, China; 2. Beijing Key Laboratory of Wetland Services and Restoration, Institute of Wetland Research, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China; 3. Environmental Engineering Assessment Center ,Ministry of Ecology and Environment, Beijing 100012, China) Abstract: To explore the hydrological process and water cycle evolution of Zoige Wetland under future climate change scenarios, a distributed hydrological model was used to study the runoff variation trend of Zoige Wetland Basin under different climate change scenarios from 2020 to 2050 and the impact of climate change on wetland runoff. The results show that under the future climate change scenarios, runoff in Zoige Wetland Basin is decreasing, and the runoff reduction ratio at Maqu Station is the largest, followed by Zoige Station and Tangke Station. The reduction of runoff in non-flood season is obviously higher than that in flood season. The reduction ratio of runoff in non-flood season of Zoige Wetland from 2020 to 2050 is more than 25% under future climate change scenarios. The sharp decrease of runoff in non-flood season may further aggravate the degradation and shrinkage of Zoige Wetland, resulting in the reduction of available water resources in the middle and lower reaches of the Yellow River. Key words: climate change; runoff; SWAT model; climate change scenario; Zoige Wetland
1 数据与方法
1. 1 研究区域概况 若尔盖高原湿地位于青藏高原的东北隅,是青
藏高原湿地的典型代表,也是世界上海拔最高、面积 最大的高原泥炭沼泽的主要分布区之一。 平均海拔 3 500 m,沼泽总面积约 4 903 km2 ,隶属四川省若尔 盖县、红原 县、 阿 坝 县 以 及 甘 肃 省 的 玛 曲 县 和 碌 曲 县[21] 。 若尔盖高原湿地为起伏平缓的丘状高原区, 主要地貌类型有低山、丘陵、阶地、河漫滩、宽谷和湖 群洼地等[4] 。 湿地内的主要河流为黄河及其支流 黑河和白河(图 1),黑河和白河自南向北流入黄河, 为黄河上游流量较大、流速较小而水位十分平稳的 两条支流。 同时由于黄河和支流的改道,区域内小 河流和湖泊星罗棋布,主要的湖泊有哈丘湖、错拉坚 湖和花湖。