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三江源水資源演變及其生態(tài)環(huán)境效應評價 版權信息
- ISBN:9787030711922
- 條形碼:9787030711922 ; 978-7-03-071192-2
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數(shù):暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
三江源水資源演變及其生態(tài)環(huán)境效應評價 內容簡介
本書介紹三江源及其區(qū)域水資源概況,總結三江源降水變化規(guī)律、徑流演變規(guī)律及其模擬方法、生態(tài)環(huán)境價值和社會經濟價值研究進展,闡述三江源水汽-降水轉化關系的時空變化特征、典型降水異常態(tài)及氣象成因、徑流時空演變規(guī)律及歸因,結合全球氣候模式對未來三江源降水、氣溫、徑流變化趨勢進行分析,評價三江源典型區(qū)域水資源生態(tài)環(huán)境效應。全書主要分為四個方面:三江源地區(qū)降水多尺度變化特征、降水異常態(tài)及氣象成因;三江源地區(qū)徑流時空演變規(guī)律及其歸因分析;未來三江源降水、氣溫、徑流變化趨勢;三江源典型區(qū)域水資源生態(tài)環(huán)境效應評價。 本書可供水資源演變、保護與管理等有關專業(yè)領域科研人員、教師和研究生參考閱讀。
三江源水資源演變及其生態(tài)環(huán)境效應評價 目錄
第1章緒論1
1.1三江源及其區(qū)域水資源概況2
1.1.1區(qū)域概況2
1.1.2水資源概況3
1.2三江源降水變化規(guī)律分析方法及模擬方法研究進展5
1.2.1三江源降水變化規(guī)律分析方法5
1.2.2三江源降水變化模擬方法7
1.3三江源徑流研究相關方法及模式、模型9
1.3.1徑流演變規(guī)律分析方法9
1.3.2徑流過程模擬方法10
1.3.3全球氣候模式及降尺度模型11
1.4水資源生態(tài)環(huán)境價值研究進展12
1.4.1水資源利用對生態(tài)環(huán)境影響12
1.4.2水資源生態(tài)環(huán)境價值評價13
1.5水資源社會經濟價值研究進展15
1.5.1水資源社會經濟價值內涵15
1.5.2水資源社會經濟價值評價18
1.6本章小結20
第2章三江源水汽-降水轉化關系的時空變化特征21
2.1基于ERA5再分析數(shù)據(jù)的水汽-降水轉化關系分析方法22
2.1.1ERA5再分析數(shù)據(jù)22
2.1.2水汽-降水轉化關系分析方法24
2.2三江源水汽-降水轉化的多尺度變化特征25
2.2.1大氣可降水量的多尺度變化特征25
2.2.2降水量的多尺度變化特征29
2.2.3降水轉化率的多尺度變化特征33
2.3本章小結36
第3章三江源典型降水異常態(tài)及氣象成因39
3.1氣候變化背景下的典型降水異常態(tài)40
3.2三江源地區(qū)異常降水模擬42
3.2.1基于WRF的降水模擬參數(shù)化方案42
3.2.2基于WRF的三江源地區(qū)異常降水模擬60
3.3三江源地區(qū)異常降水成因分析62
3.3.1海溫信號62
3.3.2大氣環(huán)流因子64
3.4本章小結65
第4章三江源徑流時空演變及歸因67
4.1三江源降水與氣溫時空演變規(guī)律68
4.1.1極點對稱模態(tài)分解方法68
4.1.2趨勢分析70
4.1.3突變分析73
4.1.4周期分析78
4.2三江源土地利用時空變化特征79
4.2.1土地利用轉移矩陣及動態(tài)度79
4.2.2土地利用空間分布80
4.2.3土地利用動態(tài)度分析82
4.2.4土地利用轉移分析82
4.3三江源徑流時空演變規(guī)律85
4.3.1三江源徑流時空演變趨勢分析85
4.3.2三江源徑流時空演變突變分析87
4.3.3三江源徑流時空演變周期分析91
4.4三江源分區(qū)徑流模擬94
4.4.1基于SWAT的分區(qū)模擬模型構建94
4.4.2三江源徑流分區(qū)時空演變模擬分析107
4.4.3三江源徑流演變歸因分析109
4.5本章小結113
第5章氣候變化背景下三江源降水、氣溫、徑流變化趨勢115
5.1全球氣候模式116
5.1.1全球氣候模式選擇116
5.1.2基準期全球氣候模式模擬117
5.2未來三江源降水、氣溫、徑流變化趨勢135
5.2.1統(tǒng)計降尺度模型135
5.2.2未來降水變化趨勢138
5.2.3未來氣溫變化趨勢141
5.2.4未來徑流變化趨勢145
5.3本章小結147
第6章三江源典型區(qū)域水資源的生態(tài)環(huán)境效應評價149
6.1達日縣水資源生態(tài)環(huán)境效應評價150
6.1.1達日縣概況及數(shù)據(jù)處理150
6.1.2達日縣水資源變化與生態(tài)環(huán)境響應155
6.1.3水資源的生態(tài)環(huán)境效應綜合評價162
6.2長江源區(qū)植被凈初級生產量時空變化及其對水熱條件的響應176
6.2.1長江源概況及數(shù)據(jù)資料176
6.2.2植被凈初級生產量時空變化規(guī)律177
6.2.3植被凈初級生產量對水熱變化的相關性與響應178
6.3本章小結180
參考文獻182
三江源水資源演變及其生態(tài)環(huán)境效應評價 節(jié)選
第1章 緒論 1.1 三江源及其區(qū)域水資源概況 1.1.1 區(qū)域概況 三江源地區(qū)位于青藏高原中東部、青海省南部,是青藏高原的腹地[1],面積大約為36.3 萬km2,地理位置為北緯31°39′~36°12′,東經89°45′~102°23′。三江源地區(qū)西、西南與新疆、西藏接壤,東、東南和四川、甘肅毗鄰,北以青海海西蒙古族藏族自治州和海南藏族自治州的共和縣、貴南縣、貴德縣三縣及黃南藏族自治州同仁市為界。 三江源地區(qū)是我國三大主要河流長江、黃河和瀾滄江的源頭匯水區(qū),地勢西高東低、南高北低,山地是主要地貌,區(qū)內山脈分布眾多、地形較為復雜。地貌組合在南北方向上呈現(xiàn)山地與河谷湖盆相間現(xiàn)象,東西方向上表現(xiàn)為東南部流水與冰川作用地貌較強,而西北部風成地貌和湖泊地貌發(fā)育。研究區(qū)平均海拔4 300 m,*高點海拔6 824 m,位于昆侖山的布喀達坂峰,*低點海拔約為2 580 m,處于玉樹藏族自治州東南部的金沙江江面。 如圖1.1 所示,在三個源區(qū)中,長江源區(qū)平均海拔*高,約為4 200 m ,地勢相對平坦、起伏較小,多高原湖泊分布,主要分為三個地貌單元:唐古拉山高山區(qū)、西部高平原區(qū)、東部巴顏喀拉山高山區(qū)。長江源區(qū)分為兩部分,大部分地區(qū)位于三江源地區(qū)中西部,另有小部分位于三江源地區(qū)西南角,總面積為15.9 萬km2,約占三江源地區(qū)總面積的44%。黃河源區(qū)位于三江源地區(qū)東部,面積為16.7 萬km2,約占三江源地區(qū)總面積的46%。瀾滄江源區(qū),面積為3.7 萬km2,約占總面積的10%。 圖1.1 三江源地區(qū)示意圖 三江源行政區(qū)域包括果洛藏族自治州的瑪多縣、瑪沁縣、達日縣、甘德縣、久治縣和班瑪縣6 個縣,玉樹藏族自治州的稱多縣、雜多縣、治多縣、曲麻萊縣、囊謙縣和玉樹市6 個縣市,海南藏族自治州的興?h、同德縣2 個縣,黃南藏族自治州的澤庫縣、河南蒙古族自治縣2 個縣以及海西蒙古族藏族自治州的格爾木市管轄的唐古拉山鎮(zhèn),共16 縣市、1 鎮(zhèn)。三江源地區(qū)還是少數(shù)民族聚集地,除河南蒙古族自治縣以蒙古族為主外,各縣市皆以藏族為主,區(qū)內分布的其他民族還有漢族、回族、撒拉族、東鄉(xiāng)族、土族、滿族等。三江源地區(qū)地廣人稀,人口密度極低,常住人口約為91.7 萬人[2]。 1.1.2 水資源概況 1. 地表水資源 1) 河流水系 三江源地區(qū)水系眾多,可以分為外流水系和內流水系,有大小河流約180 條,河流面積0.16 萬km2[3]。外流水系包括長江、黃河、瀾滄江三條大河的源頭流域。其中,長江源有一級支流109 條、二級支流274 條、三級支流162 條和四級支流30 條,其主要的支流的年徑流量分別為:當曲46.06 億m3、楚瑪爾河10.39 億m3、沱沱河9.18 億m3、莫曲11.70 億m3、北麓河3.98 億m3、科欠曲3.55 億m3、色吾曲3.2 億m3 等。黃河源有一級支流126 條、二級支流338 條、三級支流157 條和四級支流8 條,其主要支流年徑流量分別為:多曲3.5 億m3、熱曲19.87 億m3、達日勒曲8.45 億m3、切木曲8.33 億m3、曲什安河8.16 億m3、巴曲16.71 億m3 及隆務河6.6 億m3。瀾滄江源有一級支流46 條、二級支流108 條、三級支流51 條和四級支流7 條,其主要支流年徑流量分別為:扎曲97.8 億m3、昂曲53.6 億m3 及子曲43.20 億m3。內流水系包括羌塘高原水系、柴達木盆地水系和青海湖水系。位于三江源地區(qū)西北的羌塘高原屬于我國著名的內流湖區(qū),河網(wǎng)密集、湖泊眾多。雖然由于地形的阻隔,羌塘內流河湖與長江、瀾滄江等外流河分屬于不同的流域,兩者之間不存在直接的通路,但是,由于存在地下水交換和大氣水熱交換[4], 以及生態(tài)系統(tǒng)相互耦合,兩者之間仍然緊密相連。 直門達水文站、唐乃亥水文站和昌都水文站分別為長江源、黃河源、瀾滄江源的重要控制站,三個水文站以上的流域即為長江源、黃河源、瀾滄江源。其中直門達水文站(1954~2008 年)的年均徑流為125.9 億m3[5]、唐乃亥水文站(1956~2016 年)的年均徑流為205.1 億m3[6]、昌都水文站(1960~2018 年)的年均徑流為153.8 億m3[7]。 2)濕地資源 三江源地區(qū)河流密布,湖泊、沼澤眾多,雪山冰川廣布,是世界上海拔*高、面積*大、分布*集中的地區(qū),被譽為“中華水塔”。三江源地區(qū)有四大類濕地類型包括河流濕地、湖泊濕地、沼澤濕地和人工濕地,濕地總面積達7.33 萬km2[8],約占保護區(qū)總面積的22.9% 。三江源是一個多湖泊地區(qū),三江源地區(qū)湖泊濕地總面積為8 775 km2,主要分布在內陸河流域和長江、黃河的源頭段,大小湖泊1 800 余個,湖水面積在0.5 km2 以上的天然湖泊有188 個,總面積0.51 萬km2[3]。此外,三江源地區(qū)擁有大量的沼澤面積,在黃河源區(qū)、長江源區(qū)和瀾滄江源區(qū),包含大量的獨*類型的沼澤,是中國*大的天然沼澤分布地。 3) 冰川雪山 冰川是我國西部獨*的山地景觀,冰川的融水補給河流,澆灌著內陸盆地農田,冰川融化過程又會調節(jié)氣候,降低局地氣溫。三江源地區(qū)冰川較多,2019 年源區(qū)總共有冰川1 238 條,冰川面積約1 217.96 km2,冰川儲量為87 km3。冰川以長江源區(qū)為*多,分布冰川869 條,冰川總面積為1 010.55 km2,冰川儲量為75.37 km3;黃河源區(qū)有冰川94 條,面積達到96.6 km2 ,冰川儲量為7.2 km3;瀾滄江源區(qū)有冰川275 條,面積為110.8 km2 , 但冰川儲量為5.09 km3[9]。 受氣候變暖等因素的影響,截至2001 年,三江源地區(qū)冰川面積在過去的30 年間整體減少233 km2。觀測資料顯示,當曲河源冰川退縮率達到每年9 m 時,沱沱河源冰川退縮率達到每年8.25 m,格拉丹冬的崗加曲巴冰川在近20 年中后退了500 m ,年均后退25 m。瀾滄江源區(qū)雪線以下到多年凍土地帶的下界,海拔4 500~5 000 m ,呈冰緣地貌,下部因熱量增加,冰丘熱融滑塌、熱融洼地等類型發(fā)育。山北坡較南坡冰舌長1 倍以上,冰舌從海拔5 800 m 雪線沿山谷向下至末端海拔5 000 m 左右,*長的冰舌長4.3 km 。源區(qū)*大的冰川是色的日冰川,面積為17.05 km2,是查日曲兩條小支流窮日弄、查日弄的補給水源[10]。 根據(jù)冰川編目數(shù)據(jù)對三江源地區(qū)冰川的統(tǒng)計,2016 年共計發(fā)育冰川1 571 條,冰川面積約為2.36×103 km2。對不同規(guī)模等級冰川進行統(tǒng)計,結果表明小冰川(面積小于10 km2)的冰川條數(shù)占三江源地區(qū)冰川總數(shù)的74.45% ,其面積占冰川總面積的15.34%; 大冰川(面積大于10 km2)的冰川條數(shù)占三江源地區(qū)冰川總數(shù)的2.63% ,其面積占冰川總面積的38.65% 。隨著全球氣候變暖,三江源地區(qū)冰川消融加速。與第二次冰川編目(2004~2011 年)相比,2020 年三江源地區(qū)格拉丹東冰川和阿尼瑪卿冰川面積分別減少5.51%和4.96%[11]。根據(jù)長江源沱沱河流域冰川徑流的估算,沱沱河流域年平均冰川融水量為0.38 億m3,在2010 年,冰川融水徑流達到*大值,比1960~2000 年的冰川平均融水徑流增加了120.89%[12]。 2. 地下水資源 三江源地區(qū)地下水資源蘊藏量比較豐富。根據(jù)《2020 年青海省水資源公報》,三江源地區(qū)地下水資源總量為326.23 億m3。 長江源區(qū)地下水資源量約為122.71 億m3。長江源區(qū)地下水屬山丘區(qū)地下水,主要是基巖裂隙水,其次是松散碎屑巖孔隙水,此外還有凍結層水,其補給來源主要有天然降水的垂直補給和冰雪融水補給,以水平徑流為主。地下水分布和降水量分布一致。長江源區(qū)普遍分布著地下水上涌所形成的泉涌,河流干支流附近谷地多有密布的泉群,以楚瑪爾河下游北岸泉群的泉眼數(shù)為*多,分布面積也*廣。深循環(huán)的地下水沿斷裂通道上涌而形成的溫泉在長江源區(qū)南北部有出露,以唐古拉山北麓為多,*為集中的溫泉群在布曲上段河谷地帶。山丘區(qū)地下水通過河川外泄,與地表水重合,故長江源區(qū)地表水資源量即為水資源總量。 黃河源區(qū)地下水資源量約為138.74 億m3。黃河源區(qū)屬高原山丘地區(qū),地下水資源動儲量包括山區(qū)裂隙水域多年凍土層上部地表活動層潛水,均側向補給河川徑流而轉化為地表水。 瀾滄江源區(qū)地下水資源量約為64.78 億m3。瀾滄江源區(qū)地下水屬山丘區(qū)地下水,分布特征主要是基巖裂隙水,其次是碎屑巖孔隙水。補給來源單一,主要接受降水的垂直補給和冰雪融水補給,以水平徑流為主,通過河流和潛流排泄。水質較好,pH 為7~8.5 。 另外,三江源地區(qū)的內流區(qū)蘊藏地下水資源量約為93.83 億m3 ,其中羌塘高原內流區(qū)約為9.06 億m3、柴達木盆地約為55.67 億m3、青海湖水系約為29.10 億m3。 1.2 三江源降水變化規(guī)律分析方法及模擬方法研究進展 1.2.1 三江源降水變化規(guī)律分析方法 受全球變暖影響,青藏高原經歷了變暖和增濕的過程[13],在此背景下,三江源地區(qū)的降水已經發(fā)生顯著的變化。劉曉瓊等[14]、強安豐等[15]基于觀測系列完整的站點數(shù)據(jù)分析三江源地區(qū)的降水變化,證實了21 世紀以來源區(qū)降水整體增加的事實。年際上,年均降水量主要呈現(xiàn)自東南向西北遞減的空間分布格局,空間趨勢上有斑塊狀分布的降水減少區(qū),空間差異顯著;季節(jié)上,變化呈現(xiàn)明顯的區(qū)域和季節(jié)性差異,夏季降水量為四季*大,與年際降水變化趨于一致,春秋兩季降水量差異不大且變化趨于一致,冬季降水量*低,空間差異*小。這與青藏高原觀測到的降水整體呈現(xiàn)增加,季節(jié)和空間分布差異顯著,夏季降水具有主導性的變化特征一致[16-18]。但是,目前研究表明,三江源地區(qū)降水的變化與其*關鍵的驅動要素——水汽的變化有著明顯的差異。強安豐等[19]利用歐洲氣象中心資料(ERA-interim )再分析數(shù)據(jù)計算三江源地區(qū)整層水汽含量并與觀測降水進行對比,發(fā)現(xiàn)水汽含量的增速遠遠大于降水的增速,這使得水汽-降水轉化效率在部分時段出現(xiàn)不顯著的下降趨勢,呈現(xiàn)出水分收支異常的氣象干旱現(xiàn)象[20]。諸多關于青藏高原水汽-降水轉化的研究表明,這種氣象干旱有增長的趨勢,主要發(fā)生在包括三江源地區(qū)在內的青藏高原東南部,而這一地區(qū)的降水是整個青藏高原*為豐沛的[13,21-24],這一變化與明顯暖濕化的氣候背景形成鮮明對比。諸多學者針對該問題進行了深入研究,試圖解釋這一變化的原因。 對于總體暖濕化、降水增加的趨勢:陳德亮等[25]指出水循環(huán)加強是水體對氣候變暖和變濕的響應,在全球變暖的事實面前,青藏高原水循環(huán)過程加強,大氣水汽含量、降水量都將會相應增加;Guo 和Wang[26]從水汽再循環(huán)的角度出發(fā),指出青藏高原內部蒸散發(fā)水汽增多、水汽再循環(huán)率增大、區(qū)域水循環(huán)加速是降水增加的原因之一;同時,季風對水汽輸送、降水轉化有重要影響,在分析水汽-降水變化時需要考慮季風因素,Gao 等[13] 指出隨季風環(huán)流的加強,青藏高原附近的低空南風和高空北風加強,并發(fā)現(xiàn)東亞西風急流整體呈現(xiàn)北移跡象,水汽輸送整體極向移動加大了季風降水控制范圍,增加了高原降水。 對于降水整體增加不如水汽顯著這一現(xiàn)象,可能與貢獻降水的水汽輸入減少有關。Gao 等[13]指出近幾十年來西風水汽輸送減弱使得來自歐亞大陸的水汽對青藏高原降水貢獻減少,加之西風急流系統(tǒng)整體北移,使得西風環(huán)流對高原南部降水的控制減弱;解承瑩等[27]指出近40 年來盡管青藏高原東南部大氣可降水量呈現(xiàn)增加趨勢,但水汽收支呈現(xiàn)遞減趨勢,同時還發(fā)現(xiàn)區(qū)域西風活動減弱使得西風帶緯向水汽輸送減少;Zhang 等[28] 利用多種氣象數(shù)據(jù)進行水汽收支分析,
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