干旱区典型山区流域水量平衡观测试验与模拟研究

山区水量平衡的研究是旱区内陆河流域水研究的基本科学问题。准确认识山区水量平衡组成及其在不同水文单元（冰雪冻土带、草地带、森林带等）中的水文作用，不仅为准确认识气候变化影响下山区不同水文过程及其对径流的补给作用奠定科学基础，也是干旱区中下游地区水资源持续利用和生态保护的重要科学依据。有鉴于山区水量平衡研究的不足，本项目拟以确定山区降水补给量，估算山蒸发量，明晰山区水量平衡组成为主要研究目标，选择干旱区冰雪-降水混合水源典型流域为研究对象，通过加强的降水观测，辅以遥感反演降水面上分析，确定山区降水总量及分布。以气象梯度观测为基础，结合遥感反演获得的陆面蒸发确定不同水文单元的实际蒸发量。以不同水文单元水文观测试验为基础，辅以同位素水文试验，通过水文模型模拟，系统研究山区水量平衡组成及其径流形成机理，了解不同水文单元在山区水量形成和变化中的水文作用。

山区水量平衡的研究是干旱区内陆河流域水研究的基本科学问题。本项目以确定山区降水补给量，估算山区蒸发量，明晰山区水量平衡组成为主要研究目标，通过加强的降水观测，辅以遥感反演降水面上分析，确定了阿克苏河和疏勒河山区降水总量及分布。疏勒河上游山区降水量梯度为12~14.6 mm/100m，与周边气象台站观测结果基本一致。科其喀尔在3000 m以下降水梯度为10mm /100 m，3000 m以上则为31.5mm。以涡动观测系统和梯度法观测的蒸散发为基础，改进了SEBAL模型，估算的日蒸散量的平均误差由改进前的22.3%降低为16.4%，进而获得了疏勒河流域蒸散发的空间分布，不同土地利用类型的蒸散表明冰川区冰面升华和融水蒸发可能不可忽略。对国际上流行的MOD16蒸散发模型进行了改进，取得初步结果，但不确定性有待提高。通过对山区的冰川变化与冰川融水过程的有机耦合，建立了预估流域尺度冰川融水未来变化的评估平台。预估在冰川规模较大的叶尔羌河流域，冰川融水径流将在未来50年持续增长，而在小冰川为主的石羊河山区流域，冰川融水径流可能已经达到峰值。在大尺度陆面水文模式VIC的基础上，提出一个高程带结合地形的次网格化的冰川区消融耦合方案。阿克苏河流域的应用表明改进模型有效提高了对冰川融水径流和河流径流的估算能力和预估的可靠程度。低冰川覆盖率的托什干河径流增加完全由于非冰川区径流的增加，高冰川覆盖率的昆马力克河径流增加是冰川区径流和非冰川区径流增加共同作用的结果，阿克苏河总径流增加量中42%是来自于冰川区径流，58%来自于非冰川区径流。预估由于冰川径流的减少，2050s流域总径流相比1985-2007年约减少3.4-34.5%。利用观测降水的空间分布，观测和模拟蒸发对比、不同河段的昌马堡水文站和尕河水文站径流观测和水文模拟，表明疏勒河上游山区降水、蒸发和径流基本平衡，不存在有多余水量通过地下水向下游渗漏。项目发表论文56篇，其中SCI论文24 篇；EI 论文1篇；CSCD论文31篇。专著“寒区水文导论”近期将出版。获得甘肃省2015年自然科学一等奖1项“寒区水文过程及机理研究”2015-Z1-002）。