印度河流域水文变化规律及其归因分析

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印度河流域是世界范围内第十二大流域,其中有47%的流域面积落在巴基斯坦境内。受干旱-半干旱气候类型的影响,巴基斯坦境内的农业灌溉和居民用水均极度依赖于印度河水系的供给。然而,由于当地水文气象观测数据获取有限,多数学者围绕印度河上游流域开展水文研究。为了探究印度河流域水文和气候的变化趋势及其关键驱动力,论文广泛收集地面监测资料,并与卫星/同化降水数据相结合,利用多种水文模型,对研究区内的径流变化及其驱动因素开展深入研究。首先,论文利用实测数据对3种遥感降水产品开展精度评估。将气候灾害群红外降水卫星数据(CHRIPS)、微波降水监测卫星TRMM中心发布的TMPA数据以及气候预报系统降水数据CSFR进行对比,发现:CHRIPS降水数据集的性能因地区和季节不同而存在差异;该数据在印度河上游流域的表现较差,但对中下游流域的估算精度相对理想。将上述3种遥感降水数据和实测降水分别输入SWAT模型,模拟Gilgit流域径流变化,发现:即使流域雨量站数量非常有限,其模拟的径流量仍然要比使用开源卫星/同化降水数据的模拟精度高。与CHIRPS和CSFR相比,TRMM降水数据模拟的径流量相对精度最佳,可对日径流量进行较好模拟。第二,论文对巴基斯坦境内的印度河流域开展了水文气象趋势分析。印度河流域总体呈变暖趋势,下游年降水量显著上升;上游年径流量呈上升态势,下游则呈减少的趋势,前者主要与当地气温升高、冰雪融化有关,而后者则可能与上中游水量调蓄和引流有关。第三,研究进一步针对Soan和Gilgit两个子流域,分别采用abcd模型、Budyko模型和SWAT模型3种水文模型,模拟区域径流变化并进行归因分析。结果显示,abcd模型和Budyko模型模拟的Soan子流域径流量均呈下降趋势,原因与流域气候变化和土地利用类型变更有关;降雨减少和潜在蒸散增加对径流变化的贡献率为68%,占主导因素。而Gilgit子流域内的降水、气温和径流呈明显上升趋势,气候变化是导致当地径流发生变化的主导因素,贡献率为97%,3%则由土地利用变更所致。由此可见,气候变化是导致研究区径流变化的最主要原因。综上所述,本研究收集了多种水文气象资料,探讨了印度河流域水文气象要素的变化趋势及其相互作用机制。研究结果表明,印度河流域上游径流量显著增加,而中游和下游径流量显著减少。上游径流量增加主要由气温上升所致,中游径流变化与该区降水减少有关,下游则受农业灌溉和水力发电等人为消耗所致。在探寻区域气候变化及其对印度河流域的影响研究中,卫星遥感技术起到了不可或缺的作用,之后研究需进一步加强流域地面观测网点的建设和生态水文过程的模拟。
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