多种干旱监测指标在黄河流域应用的比较

利用黄河流域(包括青海、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、山东、内蒙古中西部)145个气象站1961—2010年月降水、气温、蒸发资料,为探讨目前国内常用的干旱监测指标的区域适用性,对比分析了几种干旱监测指数在黄河流域的应用情况,这些指数包括综合气象干旱指数(CI)、标准化降水指数(SPI)、帕默尔干旱指数(PDSI)、降水距平百分率(Pa)和K干旱指数(K)。结果表明,近50 a来,5种干旱指数中,K和CI对干旱的监测结果与实际情况吻合得较好,其次分别为SPI、Pa和PDSI。就CI和K而言,CI监测结果过于偏轻,对研究区内一些较重的干旱过程有遗漏;K对干旱程度的判断在某些区域(如青海、内蒙古中西部)过于偏重,对河南的夏、秋季干旱过程有遗漏。总体来说,在黄河流域,K指数监测的干旱结果与实况最为吻合,使用K的监测结果能最接近地反映实际的干旱状况,但以下情况除外,对于河南的夏、秋季,内蒙古的冬季,建议采用CI的监测结果;内蒙古的夏季,K和CI的监测结果均比较适宜,可结合使用;山东的冬季,K和Pa的监测结果可结合使用;山东的夏季,建议采用Pa的监测结果;而对于青海省,各个季节均建议使用SPI的监测结果。     

黄河流域干旱状况变化的气候与植被特征分析

应用干旱的气候分析方法和遥感监测方法,分别利用1982～1998年(1999年)降水和气温气象数据,以及AVHRR的NDVI遥感数据计算了黄河流域气候干旱指数和距平NDVI。以像元为单位,应用线性回归斜率和相关系数分析了流域内干旱状况的气候特征和植被特征的变化状况,并进行了流域干旱状况类型的区域划分,从气候和植被特征方面分析了黄河流域近18年来干旱变化状况。通过研究得出以下结论:黄河流域在1982～1999年间干旱的气候特征比较突出,在101°20'E以东地区受干旱威胁,共占黄河流域面积的71%;黄河流域在101°20'E以西的源头地区,干旱的气候特征和植被特征目前都处在相对减弱的趋势中,干旱没有进一步严重恶化的迹象;黄河流域灌溉农业地区植被基本不受气候干旱的影响。     

长江中下游区域生态系统对极端降水的脆弱性评估研究

气候变化背景下,极端气候事件对生态系统的影响更甚于气候平均态的变化,对极端气候事件的影响评估及机理研究有更为重要的现实意义。研究以极端降水为例,选择我国旱涝频繁的长江中下游地区为研究对象,基于生态系统过程模型的动态模拟,选择与极端降水显著相关的生态系统功能特征量,根据IPCC脆弱性的定义,以生态系统功能特征量偏离多年平均状况的程度及其变化趋势分别定义系统对极端降水的敏感性和适应性,从而评估其脆弱性。研究表明,长江中下游地区生态系统多年平均脆弱度为轻度脆弱,轻度脆弱及以下地区占区域总面积的大半,约65%,脆弱度较高的区域占20%,主要分布在长江中下游的西北部。极端降水会增加长江中下游区域生态系统的脆弱度,多表现为不脆弱转变为轻度脆弱,中度脆弱及以上的生态系统所占比例变化不大。干旱和洪涝对区域内生态系统脆弱度的分布格局影响不大,但干旱的影响程度高于洪涝。不论是干旱还是洪涝,区域内生态系统的脆弱度在灾害过后的下一个生长季能基本恢复,没有连年灾害的情况下,长江中下游区域的旱涝灾害对生态系统的影响不会持续到下一年度。     

长江流域干旱时空变化特征及演变趋势

干旱通常被认为是我国最严重的自然灾害之一,其造成的经济损失十分巨大.长江流域作为典型的湿润-半湿润区,干湿交替明显,干旱事件时空分布特征较为复杂.为了深入认识和理解长江流域气象干旱现状及其特征,探究干旱事件发生规律,采用长江流域1951-2015年PDSI（Palmer drought severity index,帕尔默干旱指数,运用Mann-Kendall检验、EEMD（ensemble empirical mode decomposition,集合经验模分解）、REOF（rotation empirical orthogonal function,旋转经验正交函数分解）、森斜率估算等分析方法,探讨长江流域干旱面积时间变化特征、干湿情景时空分布特征以及变化趋势.结果表明:1951-2015年,长江流域发生季节性干旱的面积整体呈扩大趋势,2000年后该趋势有所减缓.流域内呈现6个明显的干湿空间分布型,2000年后流域的东南部呈变旱态势,整体而言,流域内"南涝北旱"特征十分明显.未来,长江流域整体有变湿的趋势,西北部更旱,东北部变湿,南部以及东南部PDSI上升趋势明显,有发生旱涝急转的可能.      

树轮记录的黄河源区过去390 a流量变化

论文利用采自黄河源区的两个样点的祁连圆柏树轮样本建立了区域树轮宽度年表,分析了树木生长与流量的关系,结果表明1—7月的平均流量与树轮宽度密切相关,相关系数达0.73。由此重建了黄河源区过去390 a来的流量变化,统计检验结果表明,重建方程方差解释量高达53.6%。重建序列大体经历了7个丰水期和10个枯水期。周期分析结果表明,重建序列存在着42、18和2~4 a左右的显著变化周期。区域对比结果表明,重建结果与周边其他基于树轮资料的重建序列的干湿变化有较好的一致性,证明了论文重建序列的准确性。     

基于熵信息扩散理论的中国农业水旱灾害风险评估

农业水旱灾害是制约中国农业生产的重要因素。针对信息扩散理论模型存在的不足,论文构建了评估中国农业水旱灾害风险的熵信息扩散理论模型,依据1985-2013年数据资料,运用熵信息扩散理论模型对中国大陆30个省、市、自治区（重庆包含在四川中计算）的农业水旱灾害进行了风险评估,根据农业水旱灾害风险评估结果对中国农业水旱灾害风险进行了综合对比分析。评估和分析结果表明：中国面临着较大的农业水旱灾害风险压力;中国农业旱灾风险明显大于农业水灾风险;农业水旱灾害空间风险特征明显;农业水灾高中风险区域主要集中在长江中下游地区和东北地区,农业旱灾高风险区域主要集中在中国北部地区和东北地区,总体上看,中国农业水旱灾害的空间分布格局是南方地区易出现水灾,而北部地区易出现旱灾,东北地区面临水旱灾害重叠的双重压力。     

北宋后期黄河上游地区耕地格局重建——以河湟谷地为例

黄河上游的河湟谷地是人类活动历史悠久的地区之一,是黄河沿线耕地开垦的最西端,聚落和耕地重建对黄河流域人类活动和全球变化研究具有重要的现实意义。通过梳理大量历史文献资料,建立了北宋后期（1117年）河湟谷地聚落和耕地数据库,以聚落空间分布为基础,运用网格化模型,重建了北宋后期河湟谷地耕地格局。结果表明：（1）北宋后期河湟谷地聚落集中分布在黄河、湟水河干流沿岸海拔相对较低、坡度较缓的河流冲积和洪积平原。（2）河湟谷地的耕地总面积为304.67 km²,分配有耕地的网格仅占全区的16.16%,垦殖率最高的网格仅为24.16%,其中,湟水河谷耕地分布网格约占全部的74.06%,黄河干流约占25.94%,说明北宋后期耕地开垦主要集中在湟水河流域。（3）从聚落分布的海拔高度来看,大部分耕地网格分布在海拔2600 m以下的川水地区,说明当时耕地分布范围不大,海拔高度极大地限制了耕地的分布,耕地主要分布在灌溉条件相对优越的地区。（4）基于聚落重建耕地空间格局,其结果符合耕地随聚落分布的事实,更具有可靠性。     

嘉陵江流域降水变化及旱涝多时间尺度分析

依据嘉陵江流域1961-2012 年的气象数据,采用数理统计方法结合GIS空间分析技术,探讨了嘉陵江流域降水量时空变化和旱涝灾害特征。结果表明:近52 a 来全流域年平均降水量以13.69 mm/10 a 的速率减少,并在1984 年发生突变,随后降水量明显减少;从区域分析看,受季风和海拔高度等因素的影响,降水量东南多西北少;近52 a 来,除达县和沙坪坝两个站点降水量呈微弱增加外,其余地区降水量均呈减少趋势,略阳-广元-绵阳一带降水量减少速率最高。嘉陵江流域20 世纪60 年代偏涝,涝灾发生频率高;70 至80 年代旱涝灾害交替出现,整体偏涝;90 年代以来,该流域旱灾发生频率与程度均高于涝灾,整体偏旱;该流域由涝灾向旱灾转化的趋势明显。     

基于关键指标的黄河流域近20年生态系统质量的时空变化

黄河流域生态系统质量直接关系到国家中长期生态安全和高质量发展,研究黄河流域生态系统质量时空变化,可为黄河流域的生态保护和高质量发展提供参考. 基于长时间序列MODIS数据,提取能够反映生态系统质量的归一化植被指数(NDVI)、叶面积指数(LAI)、表层水分含量指数(SWCI)和陆地表面温度(LST)4个关键指标构建遥感生态指数(remote sensing ecological index, RSEI),结合Sen+Mann-Kendall检验和Hurst指数,分析黄河流域2000—2018年生态系统质量变化情况及变化趋势. 结果表明:2000年、2010年、2018年3个年份RSEI与各指标的平均相关系数为0.856,均高于各指标之间的平均相关系数,RSEI能够综合反映黄河流域生态系统质量. 近20年黄河流域生态系统质量存在局部改善与退化并存的现象,其中改善面积占52.84%,主要分布在湟水谷地、黄土高原、鄂尔多斯高原、河套平原和宁夏平原;退化面积占18.48%,主要分布在黄河源区、陕西关中盆地和黄河下游. Hurst指数分析表明,黄河源区生态系统质量未来呈改善趋势,黄土高原持续性改善和未来退化趋势并存,鄂尔多斯高原、阴山南麓、子午岭以未来变化不确定为主,陕西关中盆地以持续性退化为主,生态系统质量未来变化趋势不确定和持续性退化的区域仍需要持续关注. 研究显示,基于关键指标的遥感生态指数能够综合反映黄河流域生态系统质量状况,近20年黄河流域生态系统质量改善面积占52.84%,远高于退化面积(18.48%),且黄河源区生态系统质量未来以改善为主.      

利用累积NDVI估算黄河流域年蒸散量

地表蒸散的准确估算在流域水资源的评价、干旱监测及农作物产量模拟研究中很重要,论文通过建立年蒸散量与累积NDVI及相对湿润指数之间的关系,利用1982～2000年8km分辨率的AVHRRNDVI资料及月平均气温和月降水量资料,对黄河流域近20年来地表蒸散的时空分布进行了分析,并利用水文站径流观测资料对估算结果进行了检验。结果表明,黄河流域多年平均年蒸散量是389mm,年际间变化很大,空间分布格局是东南部蒸散量最大,其次是兰州以上区间,宁蒙河段及鄂尔多斯高原蒸散量最小;全流域平均蒸散估算误差比较小,吻合比较好。     

黄河济南段水资源特点与可持续利用对策

黄河济南段多年平均来水量359×10⁸m³,来水年际、年内变化大,最大年径流量是最小年径流量的21.8倍,且主要集中在汛期的7～10月份,占多年平均值的60.7%。近年来黄河济南段径流量逐年下降,断流日益加剧,1997年泺口站全年断流132天。与此同时,济南黄河水含沙量高,多年平均含沙量24.9kg/m³,且呈逐年上升之势。近年因上游来水量减小,用水量增加,水资源浪费严重,水质存在一定污染,引黄工程能力不足,水资源缺乏持续利用的调度和管理,极大地影响了济南黄河水的可持续利用。黄河济南段水资源可持续利用的主要对策有:以可持续发展战略为原则,统筹规划、统一管理、集中调度;充分发挥水利工程的枢纽作用,保证生态用水;地表水地下水联合运用;建立节水型生产体系和社会,提高水资源的有效利用率;合理调整水价,促进节水意识的增强和节水措施的落实;淤背加固黄河干堤,植树治沙防汛凌,实现黄河济南段区域可持续发展。     

The Yellow River in transition

Like many parts of the world, the Yellow River basin has problems associated with water scarcity, pollution, and flood risk. Analyses that focus only on the physical characteristics of these problems miss some of their most important social drivers. In this paper we identify some interlocking changes that have occurred as a consequence of economic reforms begun in China in 1978, and the implications of these changes for the Yellow River. The reforms have caused changes in the organisation of household production, increasing urbanisation and urban affluence, rapid industrialisation, and large scale spatial shifts in agricultural production. Rather than specific decisions it is these gradual changes that have affected the current status of the Yellow River and its basin. Our analysis suggests that at least some solutions to water problems in the Yellow River lie outside the basin, and beyond the realm of science or technology.     

1960—2013年北京旱涝变化特征及其影响因素分析

基于1960—2013年北京及其周边34个气象站点逐日降水数据,利用标准化降水指数(SPI),辅以小波分析、滑动平均和相关分析等气候诊断方法,论文分析了近54 a北京旱涝变化特征,探讨了城市化和大气环流异常与旱涝变化的关系。结果表明:1近54 a北京轻微旱涝事件呈减少趋势,极端旱涝事件逐渐增多;2在年代变化上,20世纪60—80年代SPI值呈稳定波动,80年代中后期SPI值呈下降趋势,涝灾逐渐减少,旱灾逐渐增多,1999—2008年形成10 a连旱的降水偏少期;3快速城市化对北京旱涝变化影响明显,但是并未改变旱涝宏观变化趋势;4 ENSO与北京旱涝变化关系存在不稳定性,El Nio事件并非严格对应旱灾,La Nia事件并非严格对应涝灾;副热带高压位置和东亚夏季风强弱与北京旱涝变化关系相对稳定。当副热带高压明显北移、东亚夏季风偏强时,北京多发生干旱;反之,则北京明显偏涝。     

城镇污水处理厂污水资源化调查与分析研究

根据渭河流域关中段污染状况及《(渭河流域水污染防治三年行动方案(2012-2014年)》实际需求,采用资料搜集、实地调查、问卷发放、数理统计等方式对该流域城镇污水处理厂污水资源化企业(工程)进行了调查与分析。同时,提出了污水资源化企业(工程)存在的若干问题,并结合该流域实际情况提出了若干措施,期望能对该流域中水回用事业的健康发展提供帮助并对其隶属课题(2011KTZB 03-03-03)的基础性内容提供直接技术支持。     

中国湖库洪水调蓄功能评价

湖泊是抵御湖区水系洪水灾害的天然屏障,而水库是现代防洪工程体系的重要组成部分,两者共同肩负我国防洪减灾的重任。为探明我国湖、库洪水调蓄功能状况,分析区域防洪需求进而提出对策建议,论文以湖泊可调蓄水量和水库防洪库容为评价指标,基于可调蓄水量与湖面面积以及防洪库容与总库容的数量关系构建模型,分别对我国湖泊和水库的洪水调蓄能力进行了初步评估。结果表明,我国湖泊可调蓄水量和水库防洪库容分别为1 475.47×10⁸和2 506.85×10⁸ m³,湖库洪水调蓄功能总量为3 982.33×10⁸ m³。从空间分布来看,湖泊调蓄能力以西藏、青海、江苏等省以及西北诸河、长江、淮河等流域较强;水库调蓄能力以湖北、广东、湖南等省以及长江、珠江、黄河等流域较强;湖库综合调蓄能力则以西藏、湖北、青海、江苏、湖南等省以及长江、西北诸河等流域较强。从防洪需求来看,珠江、长江、海河、淮河等流域湖库调蓄能力与设计洪量的比值较小,防洪压力较大。针对珠江流域和海河流域,建议通过兴建水库等工程建设提高流域防洪能力;针对长江流域和淮河流域,可结合退田还湖和水库建设提高湖库综合调洪能力。研究结果可为我国防洪建设和洪水管理提供科学指导。     

渭河流域关中段城镇污水处理厂污泥处理技术调查与分析研究

根据渭河流域关中段的污染状况及《(渭河流域水污染防治三年行动方案(2012-2014年)》对科技攻关的实际需求,采用资料搜集、实地调查、问卷发放、数理统计等方式对渭河流域关中段55座城镇污水处理厂的污泥处理情况进行了调查与分析。根据调查分析结果,提出了渭河流域关中段城镇污水处理厂污泥处理技术在应用过程中存在的一些问题,并结合该流域实际情况提出了相应建议,期望能够对该流域污泥处理技术的良性发展提供"第一手"的参考资料。     

考虑未来水资源配置的龙刘水库可调水量研究

论文针对黄河上游水沙关系恶化、水资源供需矛盾加剧等问题,围绕黄河全流域2012—2030年水资源规划的配置结果,以龙羊峡、刘家峡梯级水库联合调度为调控手段,考虑全流域综合供水、防洪、防凌、水资源供需平衡等要求,构建了黄河上游龙羊峡、刘家峡（龙刘）梯级水库联合调度模型,采用自迭代模拟优化算法,分别计算4种情景、4种模式下13个方案的可调水量,最终推荐以水定电模式下的计算结果为最佳模式。结果表明：随着未来需水量的增加,可调水量呈减小趋势,且调水工程的引水量未提高梯级水库的可调水量。研究成果可为黄河上游宽谷河段水沙调控、黄河上游梯级水库群科学规划和调度提供技术支撑。     

黄河流域荒漠化协同防治与上、中、下游绿色发展

黄河流域在国家发展中具有重要的战略地位,但其生态系统脆弱,荒漠化问题突出,面临经济发展与生态环境建设双重挑战。本文从国家战略全局和全流域视角入手,分析黄河流域荒漠化现状及荒漠化治理存在的问题,提出了黄河流域荒漠化协同防治与全流域绿色发展的五大策略,即上中下游协同攻坚,打好黄河流域荒漠化防治与生态保护总体战;创新突破,建立黄河上游重要水源补给生态特区;积极布局推广荒漠化治理重大先进技术工程模式,多途径破解荒漠化治理难题;建立黄河流域绿色生态经济体系,实现人地关系协调、绿色循环高质量发展;多渠道融资,构建荒漠化治理资金保障长效机制。本文旨在为黄河流域上中下游统筹协调防治荒漠化,实现全流域绿色发展提供新思路。     

黄河流域氮磷营养盐动态特征及主要影响因素

收集了黄河流域下游主要干流监测站近40a来(氮数据)或20a(磷数据)来的水质数据,同时,收集了流域各省人口、氮肥磷肥施用量(折纯)及工业废水排放量等数据,研究了黄河氮磷营养盐通量(或浓度)的多年变化趋势,并统计了水质变化与流域人口、化肥用量和工业废水排放量等社会经济指标的关系.结果表明,黄河氮输送通量近40a来有不断升高的趋势,但1990s后期受黄河断流影响有明显下降;同时,由于下游引黄灌区大量取水使得花园口-利津之间的氮通量相对入海口的氮通量为负值.黄河总磷含量在一定范围内波动,没有呈现趋势性变化,受断流影响1990s后期总磷含量值也明显减小.进一步分析表明,黄河氮输送通量的变化主要受流域内人口、氮肥施用量的影响,而与工业废水排放量没有统计上的相关性;黄河总磷含量和流域人口、磷肥施用量和废水排放量均无相关性,而与黄河水体中悬浮物含量显著相关.回归分析结果表明,黄河水体悬浮物中的总磷含量为0.54g·kg-1,与黄土高原总磷背景值十分接近.由于黄河悬浮物主要来自黄土高原,故判断黄河总磷输送的主要影响因素是黄土高原的水土流失.查明黄河流域氮磷输送量多年变化情况和主要影响因素可为流域和海域污染控制及负荷分配提供依据.     

人类活动对40年间黄河三角洲湿地景观类型变化的影响

为了解人类活动对黄河三角洲湿地景观类型变化的影响以及判别主导的人为因素,本文采用Landsat系列1976、1986、1996、2006、2016年卫星数据,利用景观转移矩阵、人类活动强度模型等方法对40 a人类活动影响下黄河三角洲湿地景观类型变化进行定量监测并对研究区内人类活动影响大小进行分区评估,研究结果如下:（1）受人类干扰影响较大的三种主要转换:自然湿地向人工和非湿地转移量最多、非湿地向人工湿地转移其次、人工湿地向非湿地转移最小。（2）40 a人类活动影响比率由前10 a的16.77%到后10 a达到了52.93%。1976~2006年农田开垦是影响景观类型变化的主要因素,2006~2016年间由各种人类活动影响导致的自然湿地面积变化转移分布较为均衡,向库塘转移比例较大占34%。1976~2016年整体上以农田开垦为主。（3）人类活动强度模型适用于黄河三角洲湿地人类活动强度的评估计算,从结果可以看出1976~2016年,重度干扰主要集中于沿海区域,未干扰和干扰减弱区主要集中于自然保护区内,与实际野外调查结果较为贴合。该研究结果可为有关部门对黄河三角洲湿地保护和管理、修复提供有利参考。