本书着重介绍西南河流源区水文监测体系、径流水源解析、地表关键要素变化及其径流效应、径流变化规律及其未来趋势、泥沙输移与灾害、全物质通量、生源物质循环及其对梯级水电开发的响应、径流适应性利用方法、径流适应性利用技术、空中水资源利用技术。
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目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 国家需求和科学价值 2
1.1.1 国家需求 2
1.1.2 科学意义 3
1.1.3 进展与挑战 5
1.2 研究目标和科学问题 8
1.2.1 科学研究目标 8
1.2.2 关键科学问题 9
1.3 研究内容和研究区域 10
1.3.1 主要研究内容 10
1.3.2 研究区域 10
1.4 主要研究进展 16
1.4.1 构建西南河流源区天空地一体化监测体系与基础数据集 16
1.4.2 揭示西南河流源区径流变化机理和未来趋势 17
1.4.3 阐明西南河流源区全物质通量规律和梯级水库累积效应 18
1.4.4 应用于国家能源、环境、水外交重大需求 20
1.4.5 研发空-地水资源联合调度技术 21
参考文献 22
第2章 西南河流源区水文监测体系 26
2.1 西南河流源区天空地一体化水文监测体系 27
2.1.1 水文监测体系的构建 27
2.1.2 水源解析嵌套实验观测系统 32
2.1.3 河流全要素监测-检测体系 36
2.1.4 天空地一体化协同监测技术体系 38
2.2 高原寒区水文监测技术方法与设备 42
2.2.1 高原寒区降水遥感反演融合方法 43
2.2.2 高山区河道水位遥感反演方法 53
2.2.3 缺资料流域河道径流量遥感反演方法 61
2.2.4 高原寒区水质遥感反演方法 73
2.2.5 深大水库采样设备 86
2.2.6 高精度翻斗式雨量计 88
2.2.7 河道表面流速高性能视频监测设备 104
2.2.8 高原寒区监测设备运维保障 112
2.3 西南河流源区水文基础数据集 118
2.3.1 西南河流源区水文数据现状 118
2.3.2 西南河流源区水文基础数据集成方法 120
2.3.3 西南河流源区基础数据集 127
2.4 小结 134
参考文献 136
第3章 西南河流源区径流水源解析 147
3.1 水源示踪解析 148
3.1.1 长江源水源解析 148
3.1.2 澜沧江源水源解析 154
3.1.3 雅江径流的地下水来源解析 158
3.2 水源模型解析 164
3.2.1 水文分区曲线方法 164
3.2.2 雅江地表径流水源解析 168
3.2.3 雅江地下水源解析 172
3.3 水源示踪与模型耦合解析 181
3.3.1 同位素水文模型构建 182
3.3.2 水同位素数据集成 185
3.3.3 同位素水文模拟与水源解析 188
3.4 小结 196
参考文献 197
第4章 西南河流源区地表关键要素变化及其径流效应 200
4.1 冻土变化及其径流效应 201
4.1.1 多年冻土分布与变化 201
4.1.2 冻土退化对流域水文过程的影响及机制 213
4.1.3 冻土退化的径流效应 223
4.2 冰川积雪变化及其径流效应 229
4.2.1 冰川分布及其变化 229
4.2.2 冰川变化对流域径流过程的影响 233
4.2.3 积雪分布变化及其径流效应 240
4.3 植被变化及其径流效应 249
4.3.1 植被变化特征及其驱动因素 249
4.3.2 高寒植被覆盖变化的水循环影响 256
4.3.3 植被变化的径流效应 260
4.3.4 气候变化和植被变化对三江源区径流与极端径流的影响 264
4.4 小结 271
参考文献 272
第5章 西南河流源区径流变化规律及其未来趋势 283
5.1 水储量变化规律及其驱动机制 284
5.1.1 青藏高原湖泊水储量变化规律 284
5.1.2 藏东南地区冰川水储量变化规律 289
5.1.3 青藏高原总水储量变化规律 294
5.2 径流量变化规律及其驱动机制 296
5.2.1 三江源地区径流量变化规律 296
5.2.2 雅江流域径流量变化规律 299
5.2.3 怒江流域径流量变化规律及其驱动机制 307
5.3 历史洪旱规律及其驱动机制 310
5.3.1 近万年雅江中游径流量与洪水演变规律 310
5.3.2 近500年怒江流域洪旱变化规律 313
5.3.3 近50年雅江流域干旱时空变化规律 317
5.3.4 藏东南降水异常与印度季风响应关系 320
5.4 未来气候变化影响下的径流变化趋势 324
5.4.1 未来气候变化影响下的三江源区径流变化趋势 324
5.4.2 未来气候情景下雅江径流变化趋势 331
5.5 小结 341
参考文献 342
第6章 西南河流源区泥沙输移与灾害 346
6.1 水沙输移规律 347
6.1.1 径流量变化规律 347
6.1.2 输沙量变化规律 350
6.1.3 气候变化对水沙输移的影响 352
6.2 河道演变规律 356
6.2.1 河道形态分布规律 357
6.2.2 雅江下游侵蚀及其对河流地貌的影响 367
6.2.3 气候变化对河道冲淤的影响 381
6.3 堰塞湖溃决洪水灾害 384
6.3.1 堰塞坝堵江及其灾害链特征 384
6.3.2 滑坡泥石流规模-重现期关系 391
6.3.3 堰塞湖溃决洪水应急预报 396
6.3.4 堰塞-溃决事件的中长期影响 405
6.4 小结 417
参考文献 417
第7章 西南河流源区全物质通量 421
7.1 河流全物质通量 422
7.1.1 河流全物质通量概念 422
7.1.2 河流全要素监测-检测方法体系 425
7.2 非生物物质组成及其时空分布 429
7.2.1 长江源区非生物物质组成及其时空分布 430
7.2.2 澜沧江非生物物质组成及其时空分布 449
7.2.3 雅江非生物物质组成及其时空分布 467
7.3 生物群落组成及其时空分布 486
7.3.1 河流细菌群落分布特征与形成机制 486
7.3.2 河流藻类群落分布特征与形成机制 498
7.3.3 河流底栖动物群落分布特征与形成机制 506
7.4 小结 513
参考文献 514
第8章 西南河流源区生源物质循环及其对梯级水电开发的响应 516
8.1 碳生物地球化学循环 517
8.1.1 流域内碳的分布特征 517
8.1.2 流域碳进入河流的过程和机理 519
8.1.3 河流碳的含量与影响因素 524
8.1.4 河流碳的迁移转化 530
8.2 氮生物地球化学循环 534
8.2.1 氮含量及组成时空分布特征 534
8.2.2 河流氮来源解析 535
8.2.3 脱氮作用及氧化亚氮排放特征 539
8.2.4 氮转化的微生物驱动机制 543
8.3 磷和硅的生物地球化学循环 552
8.3.1 磷含量及组成时空分布特征 552
8.3.2 磷循环的控制因素和微生物驱动机制 559
8.3.3 硅含量及组成时空分布特征 571
8.3.4 硅循环微生物的分布模式与驱动因素 573
8.4 深大水库氮、磷、硫的生物地球化学循环 581
8.4.1 深大水库氮、磷、硫的空间分布特征 581
8.4.2 深大水库氮、磷、硫的生物地球化学循环机制 591
8.4.3 深大水库氮、磷、硫的生态效应 602
8.5 河流梯级开发下生源物质循环的累积效应 611
8.5.1 梯级水库沿程氮通量变化及累积效应 612
8.5.2 梯级水库沿程磷通量变化及累积效应 624
8.6 小结 632
参考文献 633
第9章 西南河流源区径流适应性利用方法 638
9.1 径流利用中的系统关联及其研究方法 639
9.1.1 径流利用中的系统关联 639
9.1.2 基于“扰动-演化”模拟的系统关联分析方法 640
9.2 供水-发电-环境系统集成模型 643
9.2.1 子系统识别与界定 644
9.2.2 系统集成模型的整体框架 644
9.2.3 供水、发电、环境子系统模型 646
9.2.4 模型耦合与求解 651
9.3 供水-发电-环境系统关联分析 652
9.3.1 澜沧江流域发电-环境系统关联量化分析 652
9.3.2 澜沧江-湄公河跨境供水-发电-环境系统关联量化分析 661
9.4 径流适应性利用的关键阈值 672
9.4.1 澜沧江流域梯级水电开发下的跨境磷通量阈值 672
9.4.2 澜沧江流域梯级水电跨境补水的流量阈值 675
9.5 小结 681
参考文献 681
第10章 西南河流源区径流适应性利用技术 684
10.1 水-风-光清洁能源联合调度技术 685
10.1.1 水-风-光资源的时空分布及其互补性分析 685
10.1.2 考虑梯级水电补偿调节的风-光电站容量优化配置 701
10.1.3 计划-市场双轨制下水-风-光清洁能源跨区消纳 709
10.2 缓解梯级水电磷滞留的生态调度技术 720
10.2.1 梯级水电排磷调度机理与调度技术 720
10.2.2 梯级水电站保证出力约束对排磷调度的影响 729
10.2.3 缓解梯级水电磷滞留的生态调度技术适用性分析 732
10.3 澜沧江-湄公河流域多利益主体的跨境合作博弈 734
10.3.1 澜沧江-湄公河流域合作历史及演进过程 735
10.3.2 澜沧江-湄公河跨境水资源合作博弈 737
10.3.3 澜沧江-湄公河多利益主体的跨境“水-能-粮”合作模式 747
10.4 小结 763
参考文献 764
第11章 西南河流源区空中水资源利用技术 766
11.1 空中水资源利用潜力评估方法 767
11.1.1 空中水资源形成机理 767
11.1.2 西南河流源区空中水资源利用潜力评估 783
11.2 新型空中水资源利用技术与装备 795
11.2.1 声致云滴凝聚机理 796
11.2.2 声波增雨技术机理模拟与实验 797
11.2.3 低频强声增雨设备研发及其声学特性 829
11.3 低频强声波增雨野外试验 835
11.3.1 黄河源区声波增雨野外试验研究 835
11.3.2 林芝巴河试验区声波增雨野外试验研究评价 844
11.4 小结 857
参考文献 858
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