气候变化和土地利用/覆盖变化的水文响应耦合模拟与量化研究

Under changing environment, the hydrological response of climate change and land use/cover change should be quantitatively identified, aiming to recognize the hydrological cycle mechanism and provide the basis of water resources allocation and management. Building a distributed hydrological model considering the land use/cover changes and the coupled modellingt of hydrological model and regional climate model can provide methods and means of detecting the hydrologial response of climate change and land use/cover change. In the project, the following innovations and research will be achieved. At the theoretical and methodological level, a relatively complete simulation theory of water cycle under changing environment shall be established, and the quantify methods of estimating the response of land use/cover change to hydrology shall be advanced. At the simulation tools level, a distributed hydrological model considering the land use/cover changes and the coupled modelling of hydrology/regional climate will be developed. At the application level, analyzing the response mechanism of climate change and land use/cover change to hydrology under the history and future scenarios, quantifying the contributions of the driver factors, and recognizing the evolution trend of hydrology and water resources shall provide some scientific basis for the water resources development and management across the river basin. The study can provide a new idea of quantitative detection the hydrological response of climate change and land use/cover change to, rich the water cycle evolution mechanism under changing environment, and also provide the basis of theoretical research and practical management.

定量识别气候变化和土地利用/覆盖变化的水文响应是辨识变化环境下流域水循环机理的核心问题之一，也是流域水资源配置和管理的基础。构建考虑土地利用/覆盖变化的分布式水文模型，并建立水文-区域气候耦合模型，为解决定量区分气候变化和土地利用/覆盖变化的水文响应提供了方法和手段，具有重要的研究价值。本项目拟在理论和方法上，建立相对完整的变化环境下流域水循环模拟理论，提出气候变化和土地利用/覆盖变化水文响应量化方法；在模拟工具上，构建考虑土地利用/覆盖变化的分布式水文模型及水文-区域气候耦合模型；在应用上，分析大清河流域历史及未来气候变化和土地利用/覆盖变化情景下流域水文响应机理、驱动因素的贡献及水文水资源演变趋势，为流域水资源开发利用及管理提供科学依据。本研究为定量区分气候变化和土地利用/覆盖变化的水文响应提供了新的思路，可丰富变化环境下流域水循环演变机理，具有重要的理论研究和实际指导意义。

本项目针对气候变化和土地利用/覆盖变化水文响应量化的实践需求，研究流域水循环要素演变驱动机制、规律及其成因，构建和完善考虑土地利用/覆盖变化等下垫面空间分布不均的流域分布式水文模型，建立水循环耦合模型，分析并验证水文模拟方法研究气候变化和土地利用/覆盖变化水文响应机理与量化的适用性，在大清河流域开展模型的应用研究。本研究取得了5个方面创新性的成果，提出了流域水文气象要素演变趋势分析方法、气候变化和土地利用/覆盖变化的水文响应定量识别理论和方法、构建了考虑下垫面等空间分布不均的水文模型、定量分析了大清河流域水循环要素演变规律、定量评价不同影响因素对大清河流域水循环的影响。大清河流域实例研究的主要结论包括：.（1）1967年到2010年期间，张坊水文站上游和西大洋水库上游流域降雨量和径流深均呈现了下降的趋势，降雨量下降趋势不明显，呈一定的周期性变化，突变发生在1979年、1989年和2004年。将1967-1980年作为基准期，1981-1989年、1990-2004年和2005-2010年分别作为评价一期，评价二期，评价三期。.（2）相对于基准期，张坊水文站上游流域三个评价期气候变化对径流量影响的贡献率分别为8%、9%、12%，西大洋水库上游分别为16%、19%、31%。虽然气候变化对径流减少的贡献率很小，但总体上呈现了增加的趋势，气候变化对大清河流域水循环影响的长期性逐渐凸显。.（3）相对于基准期，张坊水文站上游流域三个评价期土地利用/覆被变化对径流量影响的贡献率分别为33%、39%、36%，西大洋水库上游分别为38%、47%、24%。相对于1980土地利用状况，大清河流域内土地利用/覆被结构发生了较大的改变，是导致大清河流域径流减少的一个主要因素。.本研究成果为变化环境下大清河流域及我国其他流域水资源管理提供了科学依据，研究成果也进一步丰富和完善了变化环境下流域水循环模拟与调控理论，也可为气候变化影响下流域水资源规划提供参考。基于本项目研究，在国内外学术期刊发表了学术论文13篇，其中SCI/EI检索文章8篇，培养了研究生3名，项目负责人及研究骨干多次参与国际学术交流。