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寒冷地区冻土水文特性与产流机制研究

水利水电技术 2007年第1期38卷 39-42页

作者：杨广云阴法章刘晓凤肖迪芳黑龙江省水文局黑龙江哈尔滨150001 黑龙江省黑河水文局黑龙江黑河164300

分析了寒冷冻土地区(以下简称寒区)的气候特点和冻土水文特性,在揭示冻土期土壤水分动态规律和特点的基础上,探讨了不同于无冻地区和无冻期的产流机制和相应的降雨径流关系,对寒区应用蓄满产流模型提出了改进意见,文中提出的实际成果资... 详细信息

分析了寒冷冻土地区(以下简称寒区)的气候特点和冻土水文特性,在揭示冻土期土壤水分动态规律和特点的基础上,探讨了不同于无冻地区和无冻期的产流机制和相应的降雨径流关系,对寒区应用蓄满产流模型提出了改进意见,文中提出的实际成果资料和分析方法为寒区水文预报和水文计算提供了依据。

关键词：寒区冻土水文产流机制水文模拟

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寒区冻土水文模拟模型研究若干进展

水文 2008年第4期28卷 1-4页

作者：孙颖娜付强姜宁张一丁东北农业大学水利学院黑龙江哈尔滨150030 黑龙江大学水利电力学院黑龙江哈尔滨150086

我国70%以上的地区都存在着季节性冻土,它对农业经济、生态环境等都有着巨大的影响。由于冻土的特殊性,目前并不能从本质上揭示冻土水文机理,冻土条件下的土壤水分运移规律是冻土水文模拟的重要环节。本文介绍了冻土地区水文过程的特殊... 详细信息

我国70%以上的地区都存在着季节性冻土,它对农业经济、生态环境等都有着巨大的影响。由于冻土的特殊性,目前并不能从本质上揭示冻土水文机理,冻土条件下的土壤水分运移规律是冻土水文模拟的重要环节。本文介绍了冻土地区水文过程的特殊性,以及目前国内外对冻土水文的研究进展,并在此基础上对冻土区水文模型的发展趋势进行了分析。

关键词：冻土水文土壤冻融水分运移规律进展研究

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大兴安岭地区典型流域冻土水文过程模拟

大兴安岭地区典型流域冻土水文过程模拟

作者：冯晓琳湖南科技大学

学位级别：硕士

在全球气候变化的大背景下,气温的升高势必导致多年冻土的退化,产生地温上升、活动层变厚、冻土面积比例降低等现象,土壤的冻融过程伴随着土壤水分的相变,改变了土壤的水力学性质,同时影响了土壤水分在陆气能量交换中的传送,进而影响了... 详细信息

在全球气候变化的大背景下,气温的升高势必导致多年冻土的退化,产生地温上升、活动层变厚、冻土面积比例降低等现象,土壤的冻融过程伴随着土壤水分的相变,改变了土壤的水力学性质,同时影响了土壤水分在陆气能量交换中的传送,进而影响了径流量和蒸发量的变化趋势。大兴安岭地区作为我国唯一的中高纬多年冻土区,多年冻土分布广泛、植被丰富、人类活动密切。研究此地的冻土变化和冻土水文过程对于开展寒区工程建设有着重要的意义。本文将基于物理数值模型SHAWDHM分析大兴安岭地区典型流域在1979-2018年的冻土水文变化规律,对比不同流域冻土变化对水文过程的影响。1.对大兴安岭地区以及塔河流域、库都尔河流域进行气候时空特征分析:（1）大兴安岭地区气温呈现显著上升趋势,降水呈现缓慢下降趋势,空间上年均温和气温变化率均呈现纬度地带性,降水呈现从东向西逐渐递减的趋势,降水倾向率空间分布与降水量变化趋势一致。（2）塔河流域气温和降水量均呈现显著上升趋势,空间上流域气温从东南向西北递减,气温变化率由东北向西南递增。（3）库都尔河流域气温同样呈现显著上升的趋势,而年均降水量呈现下降趋势。空间上流域气温处从南向北递减,气温变化率呈现由南向北递增的趋势;整体降水量呈现下降趋势,由东向西下降率升高,整体在-10～-5mm/10a之间。2.利用SHAWDHM模型对塔河流域和库都尔河流域的冻土、水文模拟结果进行验证分析,以此证明SHAWDHM模型在不同冻土条件下模拟使用的可靠程度,同时对比分析两个流域冻土水文特征的异同:（1）在塔河流域和库都尔河流域内模型模拟的月际径流深与水文站点观测径流深相比NSE超过0.6,R超过0.6,年际径流深与水文站点实测径流深拟合NSE超过0.8,R超过0.9。新林地区实测土壤温度与模拟土壤温度相比,大部分MBE小于1℃,拟合曲线大致吻合。径流深和土壤温度的验证结果均证明SHAWDHM模型在此两个流域内具有可靠性。（2）两个流域在过去40年里冻土均呈现退化的趋势。过去40年里土壤温度呈现先下降后增加的趋势,地温随深度梯度的增加而增加,变化速率随深度增加而降低。且地温存在滞后现象。塔河流域地温整体高于库都尔河流域。塔河流域活动层厚度大于库都尔河流域,塔河流域活动层厚度的变化速率低于库都尔河流域。塔河流域土壤含水量高于库都尔河流域。综合而言,塔河流域冻土退化时间要早于库都尔河流域,但库都尔河流域冻土退化速度快。（3）塔河流域和库都尔河流域径流量和蒸发量均呈现上升的趋势,塔河流域径流量和蒸发量上升速率分别为18.26mm/10a和5.63mm/10a,径流系数为0.41;库都尔河流域径流量和蒸发量上升速率分别为11.76mm/10a和7.70mm/10a,径流系数为0.29。（4）冻土冻融过程使得土壤水分在冻结锋面聚集,使得深层土壤含水量上升,最高达30%,最深达地下2m;冻土退化加快了降水下渗,地下是储水量增加,引起径流量和蒸发量均有不同程度的升高。（5）利用灰色关联度检验得知降水是影响径流量的主控因子,而蒸发量主要由降水和冻土退化程度共同控制。

关键词：大兴安岭冻土退化径流变化寒区分布式水文模型冻土水文

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黑龙江省冻土水文研究方法述评(英文)

黑龙江大学工程学报 2014年第3期5卷 274-280页

作者：齐鹏戴长雷高宇伍根志黑龙江大学寒区地下水研究所哈尔滨150080 黑龙江大学水利电力学院哈尔滨150080

为促进冻土水文实践与研究,对黑龙江省冻土水文专家的工作经历、主要科研成果和冻土水文研究思路进行梳理。基于水文水利计算基本理论,结合生产实践中的实测资料,黑龙江省水文工作者总结了冻土影响下的冻期与非冻期产流方式区别、融雪... 详细信息

为促进冻土水文实践与研究,对黑龙江省冻土水文专家的工作经历、主要科研成果和冻土水文研究思路进行梳理。基于水文水利计算基本理论,结合生产实践中的实测资料,黑龙江省水文工作者总结了冻土影响下的冻期与非冻期产流方式区别、融雪和融冻期降雨径流关系、冻土地区三水转换关系等问题,提出将实际蓄水量、蒸散发能力、入渗能力、土壤含水量消退系数、径流系数综合到一张图上进行分析。

关键词：冻土水文降雨径流产流方式研究方法黑龙江省

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寒区冻土水文模拟模型研究若干进展

寒区冻土水文模拟模型研究若干进展

第五届中国水论坛

作者：孙颖娜付强姜宁张一丁东北农业大学黑龙江大学水利电力学院

我国70%以上的地区都存在着季节性冻土,它对农业经济、生态环境等都有着巨大的影响。由于冻土的特殊性,目前并不能从本质上揭示冻土水文机理,冻土条件下的土壤水分运移规律是冻土水文模拟的重要环节。介绍了冻土地区水文过程的特殊性,... 详细信息

我国70%以上的地区都存在着季节性冻土,它对农业经济、生态环境等都有着巨大的影响。由于冻土的特殊性,目前并不能从本质上揭示冻土水文机理,冻土条件下的土壤水分运移规律是冻土水文模拟的重要环节。介绍了冻土地区水文过程的特殊性,以及目前国内外对冻土水文的研究进展,并在此基础上对冻土区水文模型的发展趋势进行了分析。

关键词：冻土水文土壤冻融水分运移规律

来源： cnki会议评论

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中国冰冻圈水文过程变化研究新进展

水科学进展 2020年第5期31卷 690-702页

作者：丁永建张世强吴锦奎赵求东李向应秦甲中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100044 陕西省地表系统与环境承载力重点实验室陕西西安710027 西北大学城市与环境学院陕西西安710027 中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室甘肃兰州730000 河海大学水文水资源学院江苏南京210098

冰冻圈显著的变化已经对冰冻圈水文过程产生了一系列影响。本文重点梳理和分析了近20年,尤其是近10年以冰川融水、融雪径流、冻土水文等为主体的中国冰冻圈水文过程变化研究方面取得的新进展:①在冰川融水变化研究方面,对不同尺度的冰... 详细信息

冰冻圈显著的变化已经对冰冻圈水文过程产生了一系列影响。本文重点梳理和分析了近20年,尤其是近10年以冰川融水、融雪径流、冻土水文等为主体的中国冰冻圈水文过程变化研究方面取得的新进展:①在冰川融水变化研究方面,对不同尺度的冰川融水开展了全面研究,发现冰川融水呈现全面增加之势;对冰川融水“拐点”是否出现进行了科学辨识,有了基本认识;对冰川融水过程进行了模型模拟,取得显著进展。②在融雪径流变化研究方面,通过对不同流域融雪径流估算,可基本掌握各河流的融雪贡献率;中国融雪径流变化差异较大,增减不一;融雪期变化具有普遍性,突出特点是峰值提前。③在冻土水文研究方面,通过对地表水-活动层壤中流-多年冻土层上水之间关系的研究,揭示了冻土区径流形成的重力和热力耦合机制;多年冻土变化对地表径流的影响已经显现,主要表现在冬季(枯水季)径流增加;已经发现多年冻土退化对径流有直接补给作用,在一些流域补给量可能达到一定量级。

关键词：冰川融水融雪径流冻土水文冰冻圈气候变化

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黑河高山草甸冻土带水热传输过程

水科学进展 2010年第1期21卷 30-35页

作者：阳勇陈仁升吉喜斌卿文武刘俊峰韩春坛中国科学院寒区旱区环境与工程研究所黑河上游生态-水文试验研究站甘肃兰州730000 中国科学院生态水文与流域科学重点实验室甘肃兰州730000

以黑河源区高山草甸冻土带的基本气象参数、植被参数和土壤水热性质参数为输入条件,利用CoupModel模型计算了试验点两个完整年度日尺度上的各种基本水热状况,计算结果较符合实测值(7层地温和土壤液态含水量平均R2分别为0.95和0.83)。利... 详细信息

以黑河源区高山草甸冻土带的基本气象参数、植被参数和土壤水热性质参数为输入条件,利用CoupModel模型计算了试验点两个完整年度日尺度上的各种基本水热状况,计算结果较符合实测值(7层地温和土壤液态含水量平均R2分别为0.95和0.83)。利用模型输出的土壤热通量和土壤水迁移分析了试验点季节性冻土区的水热传输过程:在土壤层开始冻结期,下层土壤液态水向冻结锋面集结,集结期向上的地热通量急剧增加;在冻结期,土壤热传导主要与上下层的土壤温度有关,土壤水迁移基本处于零通量状态;在融化期,在融化锋面未出现液态水分集结现象,融化层土壤水热传输过程迅速改变并与非冻结土壤一致,向下的地热通量急剧增加。

关键词：黑河源区高山草甸冻土水文水热传输 CoupModel模型全球变暖

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高原山地土壤冻融对径流形成的影响研究进展

地球科学进展 2017年第10期32卷 1020-1029页

作者：程根伟范继辉彭立中国科学院成都山地灾害与环境研究所四川成都610041

亚洲主要江河的水源补给受到山地高原寒冻环境的影响,高寒山区积雪和冻土影响了江河源头的径流形成条件,是高寒环境下的具有固液两相变化的径流形成机制,在全球气候变化的大背景下对亚洲主要河流的径流变化和水资源供给具有重要作用。... 详细信息

亚洲主要江河的水源补给受到山地高原寒冻环境的影响,高寒山区积雪和冻土影响了江河源头的径流形成条件,是高寒环境下的具有固液两相变化的径流形成机制,在全球气候变化的大背景下对亚洲主要河流的径流变化和水资源供给具有重要作用。其中冻土的分布、发展和消融是决定该区域径流形成的一个关键环节,研究和揭示土壤冻融对径流形成的影响机制,成为研究全球气候变化和水资源安全领域的热点。要认识亚洲主要江河源头径流变化规律,预测气候变化条件下西部主要河流水资源动态,需要攻克高山(高原)地表环境要素对冻土格局的影响机制,高寒山区土壤冻融和地下水分的转化条件与阈值,冻土产汇流模型及相关参数确定方法,相关冰雪冻融—径流形成关系等关键环节。通过高寒地区冻土水文观测、土壤冻融模拟实验和基于热力学的土壤水多相转化模式的研究,将在冻土水文学的微观机制、尺度效应以及预测能力等方面获得新的认识,建立适合高寒山区的多尺度分布式流域水文模型,使寒区水文过程预测预报达到更高的水平。

关键词：冻土水文高原山区气候变化模拟预测

寒区典型下垫面冻土水热过程对比研究(Ⅱ):水热传输

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冰川冻土 2013年第6期35卷 1555-1563页

作者：阳勇陈仁升叶柏生宋耀选刘俊峰韩春坛刘章文中国科学院寒区旱区环境与工程研究所黑河上游生态-水文试验研究站/内陆河流域生态水文重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室甘肃兰州730000

依托中国科学院寒区旱区环境与工程研究所黑河上游生态-水文试验研究站葫芦沟试验小流域,选取4种典型寒区下垫面,利用CoupModel模型对试验点的土壤水热传输过程进行模拟计算.结果显示:冻土对土壤水热传输影响为开始冻结时,冻结作用导致... 详细信息

依托中国科学院寒区旱区环境与工程研究所黑河上游生态-水文试验研究站葫芦沟试验小流域,选取4种典型寒区下垫面,利用CoupModel模型对试验点的土壤水热传输过程进行模拟计算.结果显示:冻土对土壤水热传输影响为开始冻结时,冻结作用导致土壤水向上运动,往冻结锋面集结;稳定冻结期,土壤水运动微弱,接近零通量;解冻期,土壤水运动与上下层水势有关.冻融阶段的土壤水相变会带来热量的急剧变化.不同下垫面土壤水迁移差异主要体现在冻结过程中土壤水向上运动期间.沼泽草甸试验点因土壤含水量较大,吸水过程较长且吸水量大于其他3个试验点;高山寒漠试验点因为土壤孔隙较大,成冰作用会使土壤中毛细孔增加,导致冻结过程中出现多次土壤水向上运动状态.植被覆盖、土壤性质、土壤含水量和冻土类型等是寒区不同下垫面冻土水热传输过程差异的主要原因.

关键词：寒区冻土水文 CoupModel 水热传输

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