长江源头沱沱河流域径流形成机制研究

The Tuotuohe River basin, which locates at the source region of Yangtze River, is selected as the study area in this project. Based on observation, stable isotope and remote sensing technology, runoff generation mechanism at the glaciers, frozen soil and snow cover region is analyzed. The contribution of glacier melting runoff to total runoff at basin scale is quantified by stable isotope runoff seperation method. The mechanism for impacts of air temperature and glacier area on glacier melting runoff is analyzed based on air temperature and glacier area datasets obtained from observation and remote sensing interpretation. Based on observed soil temperature, soil water content and field water capacity datasets, the process of frozen soil frozing and thawing is analyzed. Besides that, the releasing water from frozen soil is calculated for analysing their effects on runoff. The spatial distribution of snow cover at the study area is analyzed by remote sensing snow cover products data. Considering observed precipitation, air temperature and soil temperature in the same periods,snow water equivalent is estimated for their effects on runoff. The spatial and temperal distributions of glacier, frozen soil and snow cover at the Tuotuohe River basin are analyzed, and based on the Degree-day factor model, runoff generation mechanisms affect by glacier, frozen soil and snow cover at basin scale are analyzed. This study could contribute to the study of understanding the regional hydrology processes at glaciers and frozen soil effect region, and also be meaningful to the theory research of the basin water cycle under the changing environments.

以长江源区沱沱河流域为研究区，立足于野外观测，并借助同位素及遥感技术，系统开展冰川、冻土和积雪综合作用区的径流形成机制研究。利用稳定同位素径流分割，量化流域内冰川融水径流对总径流的贡献率，结合野外观测的气温数据和遥感解译的冰川面积数据，研究气温与冰川面积对冰川融水径流的影响机制；基于野外观测的土壤温度、土壤含水量及土壤田间持水量等数据，分析冻土的冻、融过程，估算研究区冻土的释放水量，并分析其对径流的影响；利用遥感积雪覆盖产品数据，分析研究区积雪覆盖的空间分布特征，结合野外观测的同期降水量、气温、土壤温度等数据，估算积雪的雪水当量，研究其对径流的影响；分析沱沱河流域冰川、冻土与积雪时、空分布特征，借助度日因子模型，综合研究各因素综合影响下的流域径流形成机制。本研究有助于深入对冰川、冻土作用区域水文过程的了解，对于变化环境下流域水循环的理论研究也具有重要价值。

本项目以长江源区沱沱河流域为研究区，立足于野外观测和采样，并借助同位素与遥感技术，探讨了冰川、冻土和积雪综合作用下的流域径流形成机制。主要内容包括两个方面，其一是沱沱河流域冰川融水径流模拟及对径流的影响。主要利用研究区遥感影像资料和地形图资料，分析了流域的冰川面积、典型冰川长度、冰川储量、以及随海拔的变化特征，探讨了冰川变化对气候变化的响应；在此基础上，基于改进的度日因子模型，构建了沱沱河流域冰川融水径流模型，量化了冰川融水径流对河道径流的影响。结果表明：20年来冰川总体呈现显著退缩状态，冰川总面积减少了45.05 km2，共减少11.4 % 。1969/1971-1992年和1992-2009年冰川退缩率分别为5.67 %和6.47 %，年均冰川退缩率分别为0.24 %和0.36 %，1969/1971-1992年间的冰川退缩速率小于1992-2009年冰川退缩速率。流域冰储量减少了19.00x108 m。沱沱河流域冰川融水径流量为19.34×108 m3，与根据冰储量计算得到的数据21.12×108 m3相近，相对误差在8.30 %。冰川融水对河道湿季径流的补给率呈增加的趋势。1957-2010年冰川物质平衡的平均值为-191.27 mm，冰川物质平衡呈现波动下降趋势，2010年是沱沱河流域自1957年以来物质亏损最严重的时期，累计物质平衡达-10.33 m。其二是沱沱河流域积雪变化及融雪对径流的贡献研究。基于MODIS积雪产品, 探讨了沱沱河流域的积雪覆盖面积与融雪时间的时空变化特征, 并利用经典度日模型估算了融雪对径流和基流的贡献。结果表明, 沱沱河流域随海拔升高, 积雪覆盖率增加, 且变化趋势性增强。2000至2012年, 暖湿型发展的气候变化使得流域积雪面积呈增大趋势。自1960年来, 融雪开始和结束时间分别呈提前和延迟趋势, 速率分别为0.9 – 3 d/10a和0.6 – 2.3 d/10a。在积雪覆盖和融雪时间变化的影响下, 沱沱河流域融雪量呈波动变化, 融雪对基流和总径流的平均贡献率分别为20.9 %和7.2 %。本研究有助于深入对冰川、冻土作用区域水文过程的了解，对于变化环境下流域水循环的理论研究也具有重要价值。