流域生态水文系统的演化模型及其动力学特性研究

流域在外界作用下不断演变，"稳态流域"的假设将带来对未来水文状况预测的不确定性和误差，应当在流域水文模型中考虑各种耦合与反馈所导致的流域下垫面特性的演化。本申请以典型流域生态水文系统为研究对象，在深入理解流域水文过程和生态过程之间相互作用与反馈机制的基础上，基于代表性单元流域方法建立可扩展的流域生态水文模型的通用框架；构建具有较强物理机制的流域生态水文系统的演化模型，并在实际流域进行验证；采用非线性数学的理论和方法研究系统演化的动力学特性，由简单到复杂逐步揭示流域下垫面特性、气象条件及初始条件等对系统演化的影响，建立变化条件下流域生态水文系统演变的动力学分析方法，并应用于研究气候和下垫面变化对流域洪水频率的影响。本申请在水文学前沿问题上进行探讨，属于水文学、生态学、非线性数学的交叉研究，有望创新水文模拟理论，可应用于变化条件下流域水循环和水资源的演化规律分析，具有重要的理论意义和实践价值。

流域在外界作用下不断演变，“稳态流域”的假设将带来对未来水文状况预测的不确定性和误差，应当在流域水文模型中考虑各种耦合与反馈所导致的流域下垫面特性的演化。项目重点研究气候变化和人类活动影响下的干旱区生态水文耦合系统和社会水文耦合系统。在基于代表性单元流域水文模型通用框架基础上，建立了具有较强物理机制的干旱区河岸植被生态水文演化模型，在塔里木河流域开展了验证和应用，并采用非线性数学方法揭示了生态水文耦合系统在一定条件下可以发生多重定态、鞍结分岔、混沌等非平凡动力学现象，对理解干旱区生态水文耦合系统的演化有重要意义；揭示了干旱区社会水文耦合系统演变的阶段性特征，以灌溉农业发展中常见的“灌溉效率悖论”为例分析了干旱区农业社会水文耦合系统演变的动力学机制，研究成果可为干旱区水资源可持续管理提供有益参考；建设了库尔勒干旱区绿洲生态水文实验基地，开展了系统的观测和实验工作，取得了膜下滴灌条件下农田生态水文过程的系统数据，为相关研究提供了基础，获得了农田水盐耦合动态关系，可为干旱区农业水资源管理和盐碱化防治提供支撑。项目研究建立了生态系统和社会系统与水文系统的协同演变关系模型，有助于提高中长期水文预测的精度，对理解非一致性条件下的水文统计规律具有重要意义。