西北干旱区流域尺度雨雪冰产流过程模拟研究

我国西北干旱区水资源主要来自山区降雨和雪冰融水产生的径流。开展雨雪冰产流过程模型和模拟研究,区别雨、雪、冰产流过程特征,提高径流预报能力,对水资源管理和洪涝灾害预防有重要意义。高海拔山区降水数据稀缺、流域尺度雪冰产流过程模拟是面临的两个关键问题。项目将①尝试建立TRMM遥感降水数据在高海拔山区应用的方法,探讨山区降水分布与变化规律；②在科其喀尔冰川流域,通过冰川物质能量平衡关键过程、汇流过程与径流组成的观测与示踪实验,对比研究雪冰径流模拟中度日因子法和能量平衡法及其参数化方法,在此基础上研究流域尺度雪冰径流过程算法并与SWAT模型融合集成,构建分布式雨雪冰径流过程模型;③利用建立的模型,在科其喀尔冰川、台兰河、昆马力克河、巩乃斯河流域,研究冰川-径流过程模拟中的尺度效应；揭示分别以冰川、降雨或降雨、融雪产流为主的流域雨、雪、冰-径流过程的季节、年际变化特征和控制机理。

中国西北干旱区和中亚，山区雨、雪、冰川产流提供了90%以上水资源。冰川产流有重要贡献，且对气候变化敏感。探索冰川对流域水循环过程和水资源的影响以及对气候变化的响应机制，是学科发展的前沿问题。本项目在冰川水文过程的数学方法、流域水文模型，以及气候变化对天山-帕米尔-喀喇昆仑山地区冰川水文过程的影响和机制研究取得多方面进展。.(1) 提出了冰川表碛区消融计算方法，冰崖消融计算方法，改进了度日因子计算方法，研制了适用于大型冰川的冰川水文模型LGHM。提出了适用于单条冰川物质平衡和动态过程模拟的冰川水文单元方法(GHRU方法)，建立了适用于山区雨、雪、冰-径流过程的分布式水文模型SWAT-RSG，在国际上较早实现了从冰川尺度水文过程到流域尺度冰川水文过程模拟的扩展。.(2) 冰川尺度水文过程特征。科其喀尔大型冰川为例，获得冰川融水径流组成结构，及各分量的空间和时间变化特征；乌鲁木齐河1#冰川为例，GHRU方法分割了产流分量，区分了其出口站观测径流的冰川融水产流组分和非冰川产流组分，定量解析了冰川融水对径流的贡献。.(3) 流域尺度水文过程特征。(i) 帕米尔、喀喇昆仑山和昆仑山的河流，雨、雪、冰产流比例差别大，雪冰融水占径流比例接近70%。(ii) 冰川融水贡献率、冰融水贡献率、径流系数和径流变异系数都可以通过冰川覆盖率用幂函数来表述。当流域冰川覆盖率在较小的值时(0‒10%)，冰川融水贡献率、冰融水贡献率、径流系数和径流变异系数的变化区间较大；在冰川面积较快退缩情形下，对一些冰川面积覆盖较小流域的水文过程和水资源变化需要引起重视。.(4) 气候变化的影响。至2100年在RCP8.5气候变化情景下，天山-帕米尔-北喀喇昆仑山流入新疆的伊犁河、玛纳斯河、开都河、渭干河、台兰河、塔里木河等主要河流的径流量将增加 28% (9 ~ 44%,气候模式变差，CMV)，其中冰融水增加贡献39%。流入中亚国家的阿姆河、锡尔河、楚河的河川径流将减少5% (-24 ~ 16%, CMV)；主要因为冰融水减少、降水减少和蒸散发增加。新疆河流水资源量增加为区域用水和生态环境的改善提供了潜在的发展机遇；中亚河流水资源减少可能会加剧生态环境恶化和国际间水资源争端。但是同时，由于气候变化的不确定性，未来用水决策也应考虑预估结果不确定性的影响。