水循环过程不同尺度观测与对比实验研究—以白洋淀流域为例

水循环是联系地球系统"地圈－生物圈－大气圈"的纽带。不同尺度流域水循环观测对比研究是准确认识气候变化和人类活动影响下的水循环过程的前提，是水资源合理开发和管理的科学保证。本项目选取目前水资源、环境和生态问题非常严重的白洋淀流域为研究区域，基于实验流域水循环过程观测网络系统，借助于遥感监测手段，应用环境同位素示踪和定年方法，开展"点－坡面－崇陵流域－北易水河流域－白洋淀流域" 的不同尺度水循环过程观测与对比，以研究自然和人类活动双重作用下白洋淀流域复杂的水循环过程，将为解决白洋淀日益尖锐的水资源及相应的环境和生态问题提供重要的依据；对揭示整个华北地区水资源减少的成因机制，缓解华北水资源危机有重要的参考意义；对发展水循环过程观测实验研究方法论及变化环境下流域水循环研究有重大学术价值。

项目选取目前水资源、环境和生态问题非常严重的白洋淀流域为研究区域，基于实验流域水循环过程观测网络系统，借助于遥感监测手段，应用环境同位素示踪和定年方法，开展"点－坡面－崇陵流域－北易水河流域－白洋淀流域" 的不同尺度水循环过程观测与对比，以研究自然和人类活动双重作用下白洋淀流域复杂的水循环过程。.1. 基于VIP模型模拟，获得了研究区的土壤水分数据。分析了白洋淀流域降水、蒸散发、径流的时空变化特征：时间上，呈下降趋势；空间上，降水在山区减少趋势，蒸散发为增加趋势。获得流域产汇流特征：以超渗产流为主，连续降雨时出现蓄满产流形式，径流中坡面流的产流面积所占比例很小，径流系数均随雨强增加而呈线性增加趋势，不同土地利用方式下入渗率。丘陵区降水入渗补给系数介于0.26~0.43。.2.丘陵区浅层地下水主要接受上游裂隙水径流补给并将其侧向径流补给到山前倾斜平原，地下水交替条件好。隐伏断层纵向导水使得山前倾斜平原浅层地下水具有三元补给结构。除了接受当地降水入渗补给和山前侧向径流补给外，还受到深层裂隙水通过隐伏断层的越流补给。平原区降水入渗补给地下水的平均速率为3.8±0.6mm/yr，约占多年平均降水量的0.7%。保定市大册营马厂浅层地下水开采漏斗区内深层地下水越流补给浅层地下水。白洋淀淀水渗漏构成淀区浅层地下水最重要的补给源。淀水大量渗漏限制了东部浅层咸水向白洋淀流域内运动并使得唐河污水库渗漏形成的污染地下水羽状体偏向南部。山前倾斜平原和中部冲积平原浅层地下水的平均更新速率为10%/yr和4%/yr。.3. 基于HIMS 水文模拟系统，构建了适合白洋淀流域的分布式水文模型，对白洋淀流域内潴龙河、唐河、拒马河上游流域的模拟结果显示，模型率定期效率系数在0.7 以上，验证期效率系数在0.6 以上。区分了气候变化和人类活动对白洋淀流域上游来水量减少的贡献率。唐河上游流域的案例研究表明，气候变化对唐河上游径流减少的贡献率为38~40%，人类活动对径流减少的贡献率为60~62%。分析了三种情景下流域未来降水、气温和径流的变化，即三种情景下流域未来百年气温、降水均呈增加趋势，气温增加幅度为1.7℃~2.4℃，降水增加幅度为1.7%~2.0%；径流均呈减少趋势，减少率为10.2%~11.3%。