气候变化和下垫面变化是流域环境变化的两个主要方面,流域环境的变化已导致水资源发生了改变。研究环境变化对区域水循环要素及水资源演变的影响,不仅对缓解和适应环境变化的有关措施和行动具有重要的科学支撑价值,而且对水资源科学管理具有重要的实践意义。本文选取滦河潘家口水库上游流域为研究对象,分析流域水循环要素的时空变化规律,并结合降水-径流多元回归模型和流域SWAT分布式水文模型,分别研究流域下垫面变化和气候变化对流域水资源情势的影响。主要研究内容及成果如下:(1)运用Mann-Kendall检验法、滑动平均法对滦河流域的气温、降雨量时序变化的趋势性进行了检验;采用统计学方法,对气温、降雨量的年内年际变化等演变特征进行了分析。结果显示:1957~2012年滦河流域年平均气温总体呈上升趋势,气温年内周期性变化明显,各月份平均气温差异较大。1957~2012年滦河流域年平均降水量呈减少的趋势,流域降水量年内分配具有明显的季节性。(2)利用土地利用综合程度指数、时空演变模型、转移矩阵、动态度模型、空间分析模型等方法,探讨滦河流域土地利用的趋势变化、转移方向的变化、数量变化等演变特征。结果表明:从土地利用程度综合指数及时空演变模型的角度来看,1970~1980年处于发展期,而1980~2000年、2000~2004年处于调整期或衰退期。从转移矩阵、地类流向及来源方向进行分析可知,前两个时段各地类多数来源于自身并流向自身。从动态度模型来看,2000~2004年转移速率与新增速率最大,各地类间变化最为频繁。(3)在解译NCEP再分析数据资料的基础上,估算了海滦河流域上空1948~2010年的水汽含量及水汽通量,并利用线性滑动平均法和线性趋势回归分析方法,探讨海滦河流域上空水汽含量及水汽通量的时空变化规律。据计算结果可知,海滦河流域近63年平均水汽含量变化非常明显,虽然呈波动变化,但总体呈下降趋势。四季水汽含量占全年的水汽含量的比例分别为春季19.31%,夏季50.33%,秋季22.91%,冬季7.45%。结果表明,海滦河流域水汽通量变化趋势与水汽含量变化趋势相似,海滦河流域的纬向水汽输入远远大于经向水汽输入。(4)考虑滦河流域三道河子水文站控制流域的降水-径流相关特性,基于流域1961~2011年实测月降雨、月径流数据资料,利用降水-径流双累积曲线及K-S双样本检验的结果,分别建立了流域丰水期和枯水期的降水-径流多元回归模型。应用该模型,分别探讨流域降水的丰枯变化和下垫面变化对径流的影响。结果表明,在1961~1983年的下垫面条件下,相比于1961~1983年间的降水丰枯特征,1984~1999年、2000~2011年间降水的丰枯变化使得流域径流分别增加了8.08%和减少了25.34%;在1961~1983年的降水条件下,相对于1961~1983年的下垫面条件,1984~1999年、2000~2011年间的下垫面的改变使得流域径流分别减少了19.40%和43.16%。(5)构建了滦河流域SWAT分布式水文模型,模型在率定期和验证期的相关系数均在0.70以上,说明该模型能够满足模型模拟的精度要求。在该模型的基础上,分析流域土地利用变化特征、确定流域降雨的趋势变化并剔除其影响,探讨流域土地利用变化对水资源情势的影响。结果显示,由于退耕还林、退耕还草以及城市化进程加快的地类变化的趋势,仅由于土地利用/覆被变化导致流域年径流量同比减少了58.55%。该结果表明,土地利用变化对滦河流域水资源情势有较大的影响。(6)基于流域分布式水文模型,并运用时间序列分析法及任意假定法设计气候情景试验,研究流域气候变化对水资源情势的影响。结果显示:在气温升高1oC或2oC情景下,径流量变化率分别为-7.11%和-9.11%;日均降水量增加或减少10%时,流量变化率分别为17.56%和-33.03%。在气温增加1oC或2oC、降水增加10%的情景下,径流量变化率分别为15.17%和13.19%。结果表明,降水量对滦河流域径流的变化起着主导作用,温度的影响较小。