典型内陆河流域山区基流的变化过程及机理研究

Base flow in mountainous area has an important impact on hydrological process of the inland river. As the shortage of observed data, there are few researches about baseflow in mountainous area of the inland river basin. The research project focuses on analyzing the change process and mechanism of base flow in alpine mountains in inland river basin by observation experiments, mechanism analysis and process simulation, and the upstream of the Shule River Basin will be selected as the typical study area. Existing observations, such as weather, permafrost, glaciers and others, will be complemented. More intensive runoff observations will be complemented in different hydrological sections, and different water sample for isotopes analysis will be added in the study area. Different methods, such as digital filtering method, stable isotope method and model simulation, would be compared, and the optimal method would be used to analyze the change processes of base flow. To study the change mechanism of baseflow: (1) analyzing the relationship of average elevation, permafrost cover change and base flow change in different hydrological section controlled areas, and studying the impact of permafrost change on base flow; (2) calculating and observing the thickness changes of the permafrost active layer in the study area during the year, analyzing the change relationship of permafrost active layer, soil moisture and base flow, and ascertaining the impact of Permafrost thawing process on baseflow; (3) to study the impacts of climate change on baseflow, the impacts of precipitation and temperature changes on baseflow would be analyzed based on historical observed data, and the sensibility base flow to precipitation and temperature changes would be analyzed by model simulation.

高寒山区基流对内陆河水文过程有重要影响。因观测资料匮乏，目前对内陆河流域山区基流研究较少。本项目拟以疏勒河上游山区流域为典型研究区，综合观测试验、机理分析及过程模拟，对高寒山区基流变化及机理进行研究。在前期已有气象、冻土、冰川等项目观测基础上进行补充性观测，并对研究区干流不同水文断面径流进行加密观测，在不同水源进行同位素样品取样。对比数字滤波法、同位素法及水文模型法等不同基流估算方法，确定研究区的基流变化过程。基流变化机理研究方面：（1）分析不同水文断面控制区平均海拔、冻土覆盖变化与基流的关系，研究冻土变化对基流影响；（2）计算、观测研究区冻土活动层厚度及年内变化，分析活动层变化—土壤含水量—基流变化三者关系，探明冻土融化过程对基流影响；（3）基于历史观测资料，分析研究区降水及气温变化对基流影响，并对气温、降水影响基流变化的敏感性进行模拟分析，研究基流对气候变化响应。

中国内陆河流域上游大多处于高海拔山区，气温低，且有冰川及冻土覆盖。内陆河水资源主要形成于山区，基流是径流一重要构成，特别在西北内陆河区，基流的重要性异常突出。由于观测资料匮乏，目前对内陆河流域山区基流研究较少。本项目的实施主要是以疏勒河上游山区流域为典型区，综合观测试验、机理分析及过程模拟，进而对内陆河山区流域基流过程及变化进行研究，以期揭示高寒山区基流变化机理。项目主要在径流、气象、冻土活动层、冰川及植被覆盖等要素的观测基础上进行，通过对研究区干流不同水文断面径流进行观测，应用物理、化学及模型等方法对分析计算研究区基流变化过程，并与同位素径流分割法确定的基流结果进行对比验证，最终确定研究区实际基流变化过程。进而结合植被下垫面、冻土活动层水热变化、气温、降水及冰川等分析研究区基流变化的主要影响因素以及基流变化的机理。研究发现：内陆河山区流域基流对于径流补给比重较大，疏勒河上游基流占到总径流的60%以上，其余为降水及冰雪融水补给直接产流；基流汇集河道比降水产流等滞后10-30天，有效补给枯期径流，平缓山区径流年内变化过程；基流过程相比径流过程起伏变化小，冬季基本稳定，夏半年随降水、气温变化有所波动，但幅度要显著小于径流；研究区基流年际变化主要受降水影响，但年内变化，气温是主因；现状研究区的基流主要产自于寒漠带及高寒草原带；冻土的存在使得径流形成过程变得复杂，冻土活动层冻融直接改变基流过程及径流形成；多年冻土的存在有“增加” 河川夏半年基流量和“减少”冬半年基流量的作用；预测全球变暖背景下，冻土退化，流域基流会有所减少，流域径流过程变化会减弱，冬季退水速度减缓。通过项目开展，清楚了内陆河上游山区基流产生及变化机理，明确了高寒山区径流补给过程及冻土区地表水-活动层水转换关系，以及基流-径流联系，对于进一步揭示西北干旱区高寒山区水资源的形成过程及机理具有重要科学基础作用。