雪线是气候变化的敏感指示器。在气候变暖背景下,开展区域雪线高度的遥感监测与模拟研究有利于深入探讨高山区冰冻圈变化趋势及其机制。本研究以叶尔羌河流域为研究区,基于MODIS积雪产品提取的雪线高度数据和ERA5气象再分析数据,采用梯度提升决策树(GBDT)、自适应提升(AdaBoost)、轻量梯度提升(LightGBM)、随机森林(RF)、极端梯度提升(XGBoost),构建多种算法的雪线高度模拟模型。精度验证结果表明,5种学习算法的拟合优度(R2)均达到0.8以上,其模拟精度由高到低分别为:GBDT、AdaBoost、LightGBM、XGBoost、RF。依据模拟精度和最大相异性从中筛选AdaBoost、XGBoost、RF算法作为基学习器,GBDT算法作为元学习器,共同组合为Staking集成学习框架下的雪线高度模拟模型,其精度优于任意单个学习器(RMSE=88.73 m,MAE=57.99 m,R2=0.93)。该算法相较于其他模型消除了过拟合现象与奇异值的影响,鲁棒性和泛化能力更强,预测结果更加稳定。之后,构建多时间尺度的雪线高度模型并...
开展水资源演变趋势分析,有助于掌握水资源动态变化进而科学配置水资源。文章以和田河为例,系统分析了近60年河川径流变化,并基于SWAT模型,对和田河未来径流趋势进行了研究。结果表明:和田河径流年际变化较小,离差系数cv为0.22,主要是由于冰川固体水库对径流的调节作用;径流年内变化表现为春旱、夏洪、秋冬枯的特点,夏季径流量约占多年平均的73.43%;不同气候情景模式下未来径流均呈现出大幅增加趋势。研究成果为指导流域管理机构科学应对未来气候变化条件下的水资源优化配置提供了技术参考。
基于融雪性洪水发生机理,选取积雪深度、高程、地势起伏度、坡度、水系距离和土地利用类型6个关键因子,结合历史灾情数据,应用信息量模型对春季融雪洪水危险性进行定量评价和区划。结果表明:(1)额尔齐斯河流域春季融雪洪水多发生在海拔1 500 m以下山前平原和河流附近的草地、耕地和居民用地区域;(2)积雪深度和水系距离是影响春季融雪洪水危险性的重要因素。积雪深度在40~50 cm、水系距离在1~2 km的区域洪水发生风险显著(;3)5组随机实验模型平均AUC值为0.86,验证了基于选定的6个关键指标因子,应用信息量模型评价额尔齐斯河流域春季融雪洪水危险性的有效性。
全球变暖加剧了冰川、积雪消融,极大程度的影响到以冰川、融雪融水为主要径流补给的流域的来水过程,增加了洪水风险。以阿克苏河流域为研究对象,重点分析了在气候变化背景下,洪水期来水量、洪水历时以及洪水峰型的变化规律及其对阿克苏河下泄的影响。结果表明:1957—2022年间洪水期来水量呈增长趋势,洪水期来水量与年径流量的比值呈减少趋势;随着年径流量的增大及代际的推移,洪水发生时间提前,结束时间滞后,洪水历时延长,洪峰流量增加;单峰型、双峰型和多峰型出现几率分别为66.7%、22.2%和11.1%;受洪水期来水影响,流域下泄水量呈增加趋势,但不满足规划目标;为减轻洪灾损失,满足下泄水量目标,建议加快流域大型控制性水利枢纽工程建设,并开展相关调度方案研究。研究成果对于保护流域下游财产安全及流域洪水资源的合理利用具有一定的指导意义。
为了研究冰川径流量变化对塔里木河流域河流径流量的影响,通过度日模型,分析塔里木河流域的冰川质量平衡和冰川径流量特征。结果表明,1961-2006年间,整个冰川质量呈现下降趋势,各子流域的年度冰川径流均逐渐增加,冰川对河流流量的贡献率上升至49.1%,冰川径流对河流流量的影响增加。研究成果可为塔里木河流域径流量变化分析提供参考。
新疆天山北坡山区流域水文气象资料稀缺,融雪径流模拟比较困难。为研究HBV模型在新疆天山北坡玛纳斯河流域径流模拟的适用性,通过分析流域积雪覆盖率与径流的相关性,并基于中国地面降水与气温日值0.5°×0.5°格点数据集,经空间插值得到研究区多年平均降水和气温的空间分布,运用HBV模型模拟了玛纳斯河流域2000—2013年日尺度和月尺度径流过程,与SRM的模拟效果进行对比分析。结果表明:(1)多年月平均积雪覆盖率与多年月平均流量呈负相关,相关系数R2=0.67,流域内积雪融水对径流的补给作用明显;(2)数据集经空间插值得到研究区多年平均降水和气温的空间分布能基本反映流域的垂直气候差异性,数据集可作为玛纳斯河流域缺乏气象资料的高山区径流模拟的输入数据;(3)HBV模型与SRM在玛纳斯河流域日尺度和月尺度的径流模拟效果评价等级均为良好,且HBV模型对洪峰流量模拟效果更好,整体的模拟值与实测值偏差更小,HBV模型在玛纳斯河流域具有较好的适用性。
在全球变暖的背景下,作为固态淡水资源库的冰冻圈发生剧烈变化,进而直接影响流域水文过程.因此,冰冻圈水文的研究对于流域水资源利用与管理具有重要意义.近年来,冰冻圈普遍呈现退缩趋势,主要表现为:冰川面积减小、物质亏损,冰川径流增加;积雪面积和雪水当量减小,积雪融化时间提前;多年冻土面积减小、活动层增厚、季节性冻土最大冻结深度和冻结时间减小,但是其对径流的影响效应仍然存在争议.目前研究仍存在数据具有较大的不确定性、对冰冻圈水文内在机制的物理过程认识不足,以及缺乏考虑完整冰冻圈要素的系统研究等几个方面的不足.未来关于新型观测技术手段的研发、包含完整冰冻圈水文过程的物理模型的研发及其应用,将是冰冻圈水文学研究的重点.
[目的]分析不同区域冰川河流的水沙关系、输沙量及其对气候变化的响应,并对泥沙侵蚀强度进行评估,为高寒山区冰川河流的水沙动态研究提供理论基础。[方法]选取绒布河和科其喀尔河作为研究对象,在消融期间(2018年5—10月)对冰川河进行野外观测和水样采集。考虑气温和降水的影响,采用水文模型法对绒布河径流量进行模拟,结合水沙关系曲线、泥沙滞后环及回归模型对冰川河流的悬移泥沙输移及其影响因素进行分析。[结果]气温是影响高寒山区冰川河流悬移泥沙运输的主要因素;绒布河和科其喀尔河消融期的径流模数约7.36×10~5,6.82×10~5 m3/(km2·a),输沙模数分别为200 t/(km2·a)和890 t/(km2·a)。[结论]绒布冰川对气候变化更加敏感,消融强度大,泥沙主要来源于融水与降水对河道底部与坡面的侵蚀,但是可侵蚀沉积物和水力条件不足,造成该地区输沙模数低于其他冰川;科其喀尔河地处西北干旱区,泥沙输移量主要是由泥沙来源决定的,随着气温的升高,大量冰碛物被输送到下游,侵蚀强度明显高于其他大多数冰川。
积雪融水是高海拔地区河流的重要补给水源,但高海拔地区资料稀缺,水文模拟面临极大的挑战.本文基于中国区域地面气象要素驱动数据集提供的降水、气温资料,结合MODIS雪盖数据,以2004-2009年为率定期,2010-2015年为验证期,在年楚河流域构建SRM模型,并以气象站点的实测资料为参照,对比分析了中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集在年楚河流域的融雪径流模拟效果.结果表明:基于气象站点实测降水和温度的融雪径流模拟纳什效率系数在率定期和验证期分别为0.75和0.68;基于中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集的融雪径流模拟纳什效率系数在率定期和验证期分别为0.77和0.78,径流模拟效果有所提高. CMFD再分析数据集可为缺资料地区的水文模拟提供数据来源,对高寒地区的融雪径流模拟具有一定的参考价值.
北方河流冬季河冰运动会带来凌汛灾害威胁,研究流凌运动对水流、泥沙和河道的影响具有重要工程意义。本文在平面二维河冰动力学模型基础上,建立二维水冰沙耦合数值模型。基于三角形的非结构网格,采用具有迎风特性的Petrov-Galerkin型有限元法计算非恒定水流过程、非恒定非均匀沙输运和河床冲淤变化,利用无网格的SPH法计算河冰运动,基于河冰对岸滩的刮擦切应力计算岸坡侵蚀,再利用双泥沙休止角法分析不同含水层岸坡的稳定坡面。该模型创新性地耦合水沙理论和河冰理论,能模拟北方河流全季节及河冰全过程的水位流量波动、河冰运动、泥沙输移、河床冲淤及岸滩崩塌过程。通过实验条件下溃坝引起的岸坡崩塌侵蚀验证了模型的准确性和可靠性,研究结果显示该模型能再现水流、河冰、泥沙、河床及河岸间的复杂耦合作用,揭示河冰刮擦对岸滩侵蚀破坏的促进机理,可进一步支撑冬季河道防凌减灾和岸滩水土保持研究。