黄土高原植被重建对小流域水循环的影响

在黄土高原,植被重建是减少水土流失改善区域生态环境的有效措施,因而植被重建对水分循环的影响成为黄土高原地区生态环境问题研究的核心。论文利用流域对比分析法,以位于甘肃省西峰市南小河沟流域的一条森林小流域和一条荒坡草地小流域为对象,通过对1956～2000年水文要素的监测和分析,得出:44年内森林植被累积减少地表径流37％;前15-20年内植被减流作用随树龄的增长而增加,后24～30年植被的减流作用几乎保持不变;月径流量的减少主要集中在6-9月份;森林小流域相对于对比小流域,44年内土壤含水量累积减少约222mm,平均每年减少5mm;而蒸散量相对荒坡草地流域累积增加了620mm,平均每年多蒸散14mm。     

干旱地区森林对流域径流的影响

森林对流域径流的影响包括森林对流域径流形成机制的影响、森林对流域径流量的调节以及森林对流域径流水质的影响3个方面。论文根据作者在黄土高原和北京土石山区多年研究的结果，并结合国内同行在森林水文方面的研究成果，就干旱地区森林对流域年总径流量、洪峰流量、枯水径流以及径流水质等方面的影响作了概括。结果表明，在干旱地区随着森林植被覆盖率的增加，流域年总径流量减少；森林植被可以大幅度地减小小流域的暴雨洪峰流量；森林植被覆盖率越高，枯水径流量随之增加；森林可以在很大程度上改善流域径流水质。根据干旱地区森林植被可以减少流域年径流总量的研究结果，初步估算目前我国干旱地区林业生态工程建设（包括天然林）的生态用水量为160亿m3左右。由于森林植被对流域径流影响的复杂性和尺度依赖性，森林在区域（或大流域）尺度的水文功能评价仍有待于进一步深入研究。     

土地利用变化对赣江流域径流的影响研究

论文以赣江流域为研究区,基于SWAT分布式水文模型及SUFI-2 算法,利用流域DEM、土地利用、土壤、气象等数据,结合GIS和RS技术,对流域土地利用变化的径流响应进行定量分析与研究。结果表明:影响模型模拟效果前3 位的敏感参数分别为ALPHA_BF、CN2、ESCO,得出率定期和验证期的模拟值与实测流量过程拟合程度较优,其R²和Nash-Sutcliffe 效率系数E_{NS均高于0.90,相对误差|Re|均小于3%;流域内1990 年与2000 年土地利用均以林地、水稻田、草地为主,此3 种类型约占流域总面积的85%;在相同气象条件下,两期土地利用情景下的月、年均径流量变化趋势较为一致,2000 年土地利用情景下的年径流量比1990 年略大;相比1990 年土地利用情景,2000 年产水量增加最为显著的区域主要为赣江流域东部、东南部和西南部,建筑用地、水浇地和裸岩面积的增加、林地面积的减少可能是引起产水量增加的主要因素。}     

海河流域水量平衡与水资源安全问题研究

海河流域的水资源问题十分严重,但是水量平衡问题尚未很好地解决。水量平衡有三层含义,第一是降雨径流平衡;第二是水资源的供用耗排平衡;第三是水资源的供需平衡。目前海河流域水资源供用耗排平衡不明确的主要原因是非用水消耗量的定量不明确,论文对海河流域的现状水量平衡问题进行了分析和计算,得出了一般平水偏枯年份下的各平衡要素是定量值,其中海河流域年用水量为410×10⁸m³,入海水量为50×10⁸～100×10⁸m³,非用水消耗量为59×10⁸～71×10⁸m³,并对缺水量进行估算。论文还分析了近年来海河流域的用水特点,对水资源供需平衡进行研究和探讨,按照有关方法对过去几年中海河水安全状况进行评价,得出了1994～1996年海河流域供水安全而1997～2001年不安全的结论,并提出了今后要达到水资源供需平衡需要的条件以及应采取的对策和建议。     

巢湖流域土地利用/覆被变化的水文效应研究

土地利用/覆被变化的水文效应导致水资源量变化,显著影响流域生态和社会经济发展。利用DEM、土壤数据库、三期土地利用数据及流域周边六个国家基本气象站1964-2000年气象、流域出口断面裕溪闸水文站1964-1989年水文资料,依托德国PIK研究所HBV-D模型建立巢湖流域降水径流关系,分析流域土地覆被变化对径流量影响：①利用HBV-D模型模拟流域降水径流关系,率定后系统相对误差控制在3%左右,纳希效率系数达约83%,适合巢湖流域土地利用/覆被变化水文效应研究;②分析得出单位面积的农业用地、居民用地和水域影响径流深大小分别为-0.134469、0.074908和-0.0015244,即巢湖流域农业用地对径流影响程度要高于居民用地且为负,农业用地减少将增加径流量,居民用地增长利于径流量增加,水域对径流量影响相对较小。     

汾河流域水土保持措施水文水资源效应初析

应用具有物理机制的分布式水文模拟模型(W EP-L),模拟了不同下垫面条件情景下的水循环过程,在此基础上,定量分析了汾河流域水土保持措施的水文水资源效应。通过对比分析2种不同情景下的水资源量,初步得出:汾河流域水土保持措施影响了局部水循环和水资源量及其构成,加强了水循环的垂向过程,引起地表截留量、土壤入渗量、土壤蒸发量以及补给地下水量增加;削弱了水循环的水平过程,引起地表径流量和河川基流量减少,壤中流微弱增加;地表水资源量衰减,而地下与地表水资源不重复量增加,狭义水资源量减少,但有效蒸散(发)量增加,广义水资源量有一定幅度增加。研究成果对于研究大尺度流域水土保持措施的水文水资源效应具有参考价值。     

黄土丘陵区小流域土地覆被变化对径流产沙量的影响

为探讨黄土丘陵区小流域土地覆被变化特征及其对流域径流产沙量的影响,以黄土丘陵区吕二沟、罗玉沟及其嵌套流域(桥子沟)等3个小流域为研究对象,运用数理统计学、配对流域等方法定量分析了3个小流域不同研究时段内土地覆被变化对径流产沙量的影响.结果表明,1982~2004年间,林地面积以1.07%/a的速率快速递增是吕二沟流域土地覆被变化的最明显特征,而罗玉沟流域在国家坡改梯工程影响下,坡耕地面积大幅减少,1986~1995年间约73%坡耕地转化为梯田;结合配对流域法可知,土地覆被变化是导致流域径流和产沙减少的主要原因,在相同降雨条件下,径流深、泥沙量分别减少43.76%和35.23%.流域年径流模数与年降水量和流域森林覆被率均呈指数关系,流域森林覆被率增加5%,径流模数可减少18.43%~37.58%.     

降雨变化对鄱阳湖区乐安河流域非点源产污的影响

以鄱阳湖典型入湖河流乐安河为例,构建SWAT模型,基于流域2020年土地利用类型空间差异特征,选取2011(枯水年),2014(平水年),2015(丰水年)作为典型降雨年份探究降雨差异对流域营养盐产污规律的影响。结果表明：不同降雨条件下流域营养盐产污负荷顺序为丰水年>平水年>枯水年。下游沿主支分布区域径流量以及中下游德兴-鄱阳万年段的TN和TP对降雨量增加的响应更为敏感;流域径流量对降雨量减少的响应空间差异不显著,婺源-德兴段的TN和TP对降雨量减少的响应程度高,而鄱阳-万年段对降雨量减少的响应程度则较低。研究结果可为流域制定针对性污染控制措施,进一步有效削减入鄱阳湖营养物负荷提供科学参考。     

自然条件下石羊河终闾湖泊模拟研究

石羊河流域史前曾存在大面积的终闾湖泊---猪野泽。自西汉开拓河西以后的两千多年以来,受人类活动影响,石羊河流域土地覆盖发生了显著的变化。灌溉农田取代了天然绿洲,而且面积逐步扩大,农业用水急剧增加,猪野泽逐渐退缩成许多小湖,并于近代干涸。在假设人类活动（主要是灌溉）对水资源未加利用的条件下（理想状态）,通过确定流域的水量收支和改进水量平衡模型,对石羊河流域现代自然条件下“终闾湖”的面积进行了模拟重建,得出现代终闾湖的面积至少应为５８０ｋｍ^２。     

近50a东江流域径流变化及影响因素分析

以1956—2005年降雨、径流与气象资料为基础,应用Mann-Kendall趋势检验、小波分析以及R/S分析等多种方法,探讨了东江流域径流年际变化特征及其对气候变化以及植被覆盖变化的响应。结果表明:①50 a来流域年径流序列变化趋势不明显,存在4 a、7~9 a、11~13 a、16~22 a等4类尺度的周期性变化规律;河源、岭下站径流序列具有较强的状态持续性,博罗站持续性很小。②厄尔尼诺现象出现的当年,东江流域年径流量普遍减少;厄尔尼诺现象出现的次年,年径流量普遍增加。太阳黑子数的急剧变化,与东江径流量的丰、枯也有良好的响应关系。③50 a来,在降雨量呈不显著减少趋势的背景下,河源、岭下站径流仍然呈不显著增加趋势的主要原因是蒸发量下降的缘故,是气候因素和流域植被退化共同作用的结果。     

Adaptation to changing water resources in the Ganges basin, northern India

An ensemble of regional climate model (RCM) runs from the EU HighNoon project are used to project future air temperatures and precipitation on a 25 km grid for the Ganges basin in northern India, with a view to assessing impact of climate change on water resources and determining what multi-sector adaptation measures and policies might be adopted at different spatial scales.The RCM results suggest an increase in mean annual temperature, averaged over the Ganges basin, in the range 1–4 °C over the period from 2000 to 2050, using the SRES A1B forcing scenario. Projections of precipitation indicate that natural variability dominates the climate change signal and there is considerable uncertainty concerning change in regional annual mean precipitation by 2050. The RCMs do suggest an increase in annual mean precipitation in this region to 2050, but lack significant trend. Glaciers in headwater tributary basins of the Ganges appear to be continuing to decline but it is not clear whether meltwater runoff continues to increase. The predicted changes in precipitation and temperature will probably not lead to significant increase in water availability to 2050, but the timing of runoff from snowmelt will likely occur earlier in spring and summer. Water availability is subject to decadal variability, with much uncertainty in the contribution from climate change.Although global social-economic scenarios show trends to urbanization, locally these trends are less evident and in some districts rural population is increasing. Falling groundwater levels in the Ganges plain may prevent expansion of irrigated areas for food supply. Changes in socio-economic development in combination with projected changes in timing of runoff outside the monsoon period will make difficult choices for water managers.Because of the uncertainty in future water availability trends, decreasing vulnerability by augmenting resilience is the preferred way to adapt to climate change. Adaptive policies are required to increase society's capacity to adapt to both anticipated and unanticipated conditions. Integrated solutions are needed, consistent at various spatial scales, to assure robust and sustainable future use of resources. For water resources this is at the river basin scale. At present adaptation measures in India are planned at national and state level, not taking into account the physical boundaries of water systems. To increase resilience adaptation plans should be made locally specific. However, as it is expected that the partitioning of water over the different sectors and regions will be the biggest constraint, a consistent water use plan at catchment and river basin scale may be the best solution. A policy enabling such river basin planning is essential.     

基于陆基遥感研究降雨过程对人民渠水质影响

利用监测频率为1min的陆基高光谱水质遥感监测仪于2021年9月24日～11月18日在四川德阳人民渠对浊度、悬浮物、总磷等关键水质参数开展连续监测,精细刻画了水质分钟级的动态变化特征,并结合逐时降水数据探究了不同雨强对人民渠水质的影响.结果显示:降雨量与浊度(r=0.82,P<0.001)、悬浮物(r=0.88,P<0.001)和总磷浓度(r=0.81,P<0.001)均存在极显著正相关,而降雨量与总氮浓度(r=0.39,P=0.07)存在正相关但相关性不显著.当小雨时,降雨量少,没有形成明显的地表径流,河流水质几乎不受影响;大雨及暴雨时,地表径流的形成造成浊度、悬浮物和总磷浓度显著增加,总氮浓度增长幅度则较为平缓.通过高频水质数据可以精细刻画从高强度降雨发生到引发流域氮磷污染物大通量、脉冲式输入再到水质短期剧烈变化这一关键流域污染过程,研究结果为高强度降雨频发地区和未来极端降雨增加情景下流域的污染物控制和综合治理措施提供科学依据.     

基于MEA情景的长江流域氮平衡及溶解态无机氮通量:流域-河口/海湾氮综合管理

以长江流域氮循环为研究对象,基于千年生态系统评估框架下的4种情景,预测了2050年长江流域的氮循环在不同驱动因子作用下的未来变化趋势,并提出长江流域生态系统的优化管理的建议.研究结果表明,在1970—2010年期间,长江流域氮输入量增加了5倍,长江向河口输出的溶解态无机氮(DIN)通量增加了8倍,流域土壤中的氮已经达到饱和并且氮过剩量持续增加,流域对氮的截留率下降,水体输送的DIN通量增加,区域氮循环失衡问题日益严重.在千年生态系统评估框架下,预测在2050年,在采取积极措施的预测情境下,河流向河口和近海输送的溶解态无机氮通量将会比2000年有所下降,而在消极应对的预测情境下,河流向河口和近海输送的溶解态无机氮通量将会继续增加,从而加剧河口和近海地区水体的污染程度.非点源氮输入将是长江溶解态无机氮输出通量的主要来源,其中以化肥氮输入为主,其次为禽畜粪便氮输入,贡献率最低的是点源污水氮输入.情景预测及源解析研究表明,2050年长江流域-河口/海湾氮污染控制的重点在于减少长江下游-太湖流域、沅江-湘江-洞庭湖流域、赣江-鄱阳湖流域及岷江流域的化肥及畜禽粪便排放,2050年要实现长江水系水质全面达标,长江流域的氮输入量需要削减29%,其中长江下游-太湖流域削减40%,汉江流域削减43%,沅江-湘江-洞庭湖流域削减31%.从子流域尺度制定氮污染管理策略更适用于流域-河口/海湾系统框架下的综合管理.     

西南地区水资源及其评价

西南是我国水资源最丰富的地区,但供需矛盾十分突出:旱灾频繁不少城市供水不足中小河流污染较重径流式电站出力显著下降内河航运不断萎缩。分析其原因,与水资源的特点和演变规律分不开。① 来水与用水不协调:坝区地多水少、山区水多地少城市和工业集中区水量偏小、偏僻地区来水偏大用水季节来水少、非用水季节来水多岩溶分布广泛,水资源利用困难。② 枯季径流不断减少:西南水资源70％以上分布在雨季。旱季水很少,且在不断下降。如不改变径流的分配方式,用水危机将会到来。③ 水质不断恶化:西南水质是好的。随着城市化的发展,农药化肥的大量使用,水质变差。重视保护、防止污染是重要的战略措施。④ 水资源的开发必须因地制宜,重视蓄水和跨流域调水的作用。     

百花湖周边城市近郊小流域氮、磷输出时空特征

识别主要污染物与污染源对于贵阳周边流域水质的控制与管理具有重要的现实意义.于2010年7月~2011年4月连续进行的野外观测实验,研究了贵阳市重要的水源地百花湖水库周边的麦西河小流域氮、磷流失浓度特征,以便为贵阳市城市近郊小流域面源污染治理提供参考.流域有各种源和汇的存在,导致研究流域在不同时间,从上游到下游,各采样点氮输出变化较大.各采样点水体的不同形态氮含量和磷含量随时间变化总体上仍呈现出一定的规律,总氮、硝氮以2010年7月较高,氨氮、亚硝氮和总磷以2010年10月和12月较高.从上游到下游,各采样点水体中不同形态氮含量和磷含量差异减少.在流域下游的河口处,TN含量由3.297 mg·L-1下降为2.793 mg·L-1,TP从0.136 mg·L-1下降到0.098 mg·L-1,但与中游比较,变化不明显,氨氮含量还有所上升.从流域氮、磷输出时空变化特征来看,氮素特别是氨氮和硝态氮通过河道径流途径进入百花湖的风险较高.研究结果可为百花湖周边小流域氮、磷流失治理做参考.     

温榆河流域闸坝群对河流水量水质影响分析

流域闸坝群对河流水文水环境的影响是目前变化环境下流域水循环研究中的热点和难点之一。论文从流域尺度上探讨了温榆河流域闸坝群对水文循环和污染物运移的作用,分析了闸坝群对温榆河干流水量和水质浓度的影响。研究表明：①闸坝群调蓄减小了温榆河的径流量,削减洪峰,调节非汛期径流,源头的水库对径流调蓄强,削峰显著,而中下游地区的闸坝对径流调蓄较弱,对汛期洪峰有削减作用,但增加了非汛期径流量;②对于河流水环境影响,源头水库库容大,纳污能力强,有助于消减坝上水质浓度,但在水库坝下以及中下游地区水闸,闸坝切断河流,降低河流流通性,水质浓度提高。研究将为认识温榆河流域水污染成因提供依据,同时也为流域水污染整治和水资源高效利用提供技术支撑。     

太湖山地强降雨事件中不同水体的氮磷负荷分析

夏季暴雨洪水是太湖山区氮磷营养盐流失的主要载体,对强降雨事件中的不同水体农业养分负荷的观测和分析,将有助于更准确地评估农业非点源污染。在台风“麦莎”期间,选择典型山区流域对台风降雨径流过程进行观测。结果表明太湖山地短时强降水事件中,地下径流约占总径流的51％,而对无机氮径流负荷的贡献在80％以上;可溶性总磷在河道径流中的浓度低于在地下水和地表径流中的浓度,显示可溶性磷在汇流过程中被截留,说明可溶性磷的迁移具有流域尺度的迟滞特征。     

一种基于MMS的改进降水径流模型在中国西北地区黑河上游流域的应用

以黑河流域上游为研究对象,通过对山区自然产水区的产汇流机理的研究,基于分布式水文模型集成环境的开发思想,利用MMS(modular modeling system)模型库中与降水径流相关的模块,通过综合各种产流(包括超渗、蓄满产流)机理、并且根据寒区产汇流的特点对USGS开发的流域PRMS(precipitation-runoff models)模型进行了改进,增加了土壤水运动中降雨入渗补给的多层土壤滞后效应模块以及积雪融雪和冻土面积识别模型,建立了适合于寒区流域的分布式PRMS模型。利用该模型对黑河上游出山径流过程进行了模拟与预报,模型研究结果表明:利用MMS建立的黑河上游改进的PRMS模型不仅完全可以模拟和预测黑河上游的产汇流过程,在考虑了冻土的情况下,预测年出山径流量误差小于2.7%;而且模型可以对黑河上游径流组成成分进行分析计算,对黑河上游产汇流机理做进一步阐明。利用改进的PRMS模型,预测分析了黑河上游未来气候和土地覆盖变化情景下流域出山径流变化的趋势,为黑河流域水资源合理利用和管理提供科学依据。     

中国干旱区径流的形成及转化

中国干旱区面积约占全国总面积的1/3,是开发潜力较大的地区。但水资源紧缺。研究干旱区径流的形成与转化后可以得出:山区是径流的形成区。平原是径流散失区,水文的地带性规律非常显著。山区是地下水补给了地表水,成为河川径流中的基流。平原地表水通过各种渗漏途径补给了地下水,而平原在扇缘出露的泉水又成为平原河流的主要组成部分。这种地表水与地下水相互转化的特点为水资源的合理利用提供了科学的依据。     

Comparative study of carbonic anhydrase activity in waters among different geological eco-environments of Yangtze River basin and its ecological significance

This study provides the presence of carbonic anhydrase(CA) activity in waters of the Yangtze River basin, China, as well as the correlation of CA activity with HCO-3 concentration and CO_2 sink flux. Different degrees of CA activity could be detected in almost all of the water samples from different geological eco-environments in all four seasons. The CA activity of water samples from karst areas was significantly higher than from non-karst areas(PP3-concentration(r = 0.672, P2 sink flux(r = 0.602, P = 0.076) in karst areas. This suggests that CA in waters might have a promoting effect on carbon sinks for atmospheric CO_2 in karst river basins. In conditions of similar geological type, higher CA activity was generally detected in water samples taken from areas that exhibited better eco-environments, implying that the CA activity index of waters could be used as an indicator for monitoring ecological environments and protection of river basins. These findings suggest that the role of CA in waters in the karst carbon sink potential of river basins is worthy of further in-depth studies.