开都－孔雀河流域纳污能力分析及水资源保护措施研究

随着流域工农业和社会不断发展,大量工农业废水和生活污水排入河道,使得水环境污染状况越来越严重,文中针对开都－孔雀河流域现状,采用河流一维模型和湖库非均匀混合模型,分析计算了开都－孔雀河流域各主要河流水功能区纳污能力,制定了污染物总量控制指标,并针对流域环境及污染特点,从工程措施、监督和管理措施两方面,提出了切实可行的水资源保护措施。     

新疆开都—孔雀河流域天然植被生态需水量研究

本研究以新疆开都—孔雀河流域为研究区,针对流域不同保护目标,采用定额法、阿克苏水平衡站公式和阿维里扬诺夫公式三种方法,分别估算了生态红线区和生态敏感区的生态需水量。研究结果表明开都—孔雀河流域生态红线区平均需水量为13.82×10~8m~3,生态敏感区平均生态需水量为2.06×10~8m~3,且潜水蒸发法中的阿克苏水平衡站公式的计算值与平均值最为接近。由于干旱区降水量稀少,天然植被生长完全依赖地下水,一般采用潜水蒸发法间接计算植被的生态需水量,在植被需水定额不好确定的情况下,更是首选潜水蒸发法进行生态需水量的估算。研究成果可以为孔雀河生态输水工程和塔里木河下游生态输水工程的实施提供科学依据。     

新疆开都-孔雀河流域水功能区纳污能力计算研究

文中根据新疆开都-孔雀河流域主要水体水质现状,选取COD、NH3-N和矿化度作为控制参数,采用河流和湖泊纳污能力计算模型,分析计算了流域主要水体各水功能区的纳污能力,从而为开都-孔雀河流域水资源管理和污染控制规划提供科学依据,以实现流域水资源可持续利用.     

大靖河径流变化特征及其对气候变化和人类活动的响应

流域径流变化及其影响因素的研究对流域水资源的可持续开发利用以及改善流域的生态环境具有重要意义。以大靖河流域1956—2016年水文气象数据为基础,分析了近61 a来大靖河径流的年内、年际变化特征,并定量评估了气候变化和人类活动对径流变化的影响。结果表明：大靖河径流年内分配不均,主要集中在7—10月,占全年径流的60.98%;1956年以来大靖河径流以1.1×10⁵ m³?a^?1的速率递减,Hurst指数为0.69,表明大靖河径流在未来一段时间将继续呈递减趋势;大靖河径流存在4个震荡周期,分别为2—5 a、8—13 a、17—24 a及35—45 a左右,降水的震荡周期（8—13 a、17—24 a及35—47 a）与径流周期具有较好的一致性;气候变化对大靖河径流减少的贡献率为4.7%,人类活动的贡献率为95.3%,这可能与研究区土地利用方式变化有关。     

水文变异条件下潦河生态流量计算研究

气候变化和高强度人类活动改变了流域的自然水文循环过程,导致水文序列出现变异,严重影响了流域水文生态系统的稳定性.目前,基于水文变异条件下的河道内生态流量计算已成为当前变化环境下生态水文学研究的热点问题之一.以江西鄱阳湖西北部的潦河为例,采用水文时间序列变异检验方法分析径流变异性及成因,应用水文模型对水文变异后的径流进行还原,以Kolmogorov-Smirnov（K-S）、Anderson Darling（A-D）和概率点据相关系数（PPCC）3种检验法确定月径流的最优概率分布函数,进而提出水文变异条件下最适宜的潦河生态流量计算方法.结果表明:①潦河万家埠站径流在1972年发生水文变异,突变点后流域年径流增加了12%,降水量的增加和蒸发量的减少是其主要驱动要素.②采用分布式时变增益模型（DTVGM）对径流进行还原,率定期和验证期的相关系数和Nash-Sutchliffe效率系数均大于0.78,径流模拟值和实测值拟合程度较高,表明基于DTVGM进行径流还原是可行的.③基于还原后的径流,对5种概率分布函数进行拟合优度综合检验,确定逐月最优分布函数,并估算月河道生态流量.与Tennant法、最枯月平均流量法、7Q10法等方法比较,基于最优分布函数的生态流量结果更具确定性与合理性.在气候变化和人类活动引起径流变异的背景下,考虑水文变异的河道内生态需水计算方法能够更科学地体现水文变异对生态需水过程的影响,研究结果可为潦河流域水生态保护和水资源管理提供数据支撑,也可为变化环境下水资源规划和配置提供科学依据.      

延河沉积物的石油污染调查与分析

对延河干流和两条支流受石油污染河段的沉积物的取样分析结果表明 ,研究河段内的沉积物都不同程度的受到了石油污染。干流河段沉积物的石油污染负荷一般为 40～ 80mg/kg ,上游河段和污染支流汇入段负荷较高 ,平均为390mg/kg,最高可达 784mg/kg ;支流上的坪桥川和杏子河河段沉积物污染负荷为 6 0～ 2 5 0mg/kg。干流中下游及杏子河支流河段的污染沉积物主要来源于雨期流域表层污染土壤径流入河后的沿程沉积 ,而非雨期岸边油井的直接排污则是造成干流上游和坪桥川支流沉积物石油污染的主要原因     

塔里木河流域枯水年生态调水方式及生态补偿研究

近年来塔里木河流域大规模水土资源开发导致水资源供需矛盾日益尖锐,特别在枯水年,生态及社会安全受到严重威胁,亟需通过提出科学合理的生态调水方式及生态补偿方案来化解这一矛盾。论文利用塔里木河“四源一干”的地表径流、断面引退水、地下水埋深、气象等资料及干流下游流域内的遥感影像数据,根据水量平衡原理计算了各河流的河损及干流下游的生态需水量,提出了枯水年流域水量分配方案,确定了流域枯水年生态调水方式及相应的生态补偿方案。结果表明：1）在特枯水年,下游需水量为7.01×10⁸ m³,至少挤占上游源流10.70×10⁸ m³水才能保障,从上游源流调水至干流单方水的总效益和经济效益将分别减少38.2%和81.2%,因此该调水方式是不合理的,应改从开都-孔雀河调水以满足下游用水;2）调水后上游源流对开都-孔雀河单方水的补偿量为3.4元。研究可为流域水资源的高效开发、利用和管理提供科学依据。     

派河流域滨岸带植物群落物种多样性和群落相似性分析及滨岸缓冲带模型构建

通过野外踏查和样带、样方调查法,利用物种多样性指数和群落相似性指数,对派河流域滨岸带不同植物群落结构及其与水质联系进行分析比较,从而构建出适合派河治污的缓冲带模型。结果表明:该流域滨岸带植物物种组成共有92科204属254种,其中主要生活型植物为草本植物。整条流域、不同河段和不同岸坡高度的植物群落的多样性指数大小存在差异,且数值普遍较低。由于所处生境差异和人为因素的影响,不同河段和不同坡面高度的群落相似性均不同。滨岸缓冲带的宽度及其植物搭配的复杂程度对于河道水质的改善具有重要作用。综上可知,派河流域滨水带植物组成较为丰富,但各群落物种丰富度偏低,不同空间位置的群落异质性较大,滨岸缓冲带模型可构建为在不同岸坡高度错落分布一定宽度的乔灌草搭配模型来改善派河水质。     

城市污水厂尾水受纳河段沉积物脲酶活性及硝化潜力分析

为探究城市污水厂尾水排放对河流沉积物氮素滞留的影响,在合肥市的南淝河、十五里河、塘西河、板桥河和廿埠河各选取一个河段,分3个季节采集尾水排放口上、下游一定范围的河道表层沉积物,解析沉积物脲酶活性、硝化潜力及其变化特征,并对沉积物脲酶活性对外源碳的响应开展定量化分析.结果表明,5个尾水受纳河段排放口下游河道沉积物TN、NH₄⁺-N含量都不同程度的低于上游对照点,多数受纳河段沉积物NO₃^--N和OM含量下降,TP则大都不同程度的升高.绝大多数受纳河段尾水排放口下游沉积物脲酶活性低于上游对照点,甚至离尾水排放口距离越近的采样点位脲酶活性越低.5个尾水受纳河段不同程度表现出沉积物脲酶活性随外源碳浓度梯度增大的特点,表明河段沉积物脲酶活性存在一定的碳限制性.南淝河、十五里河和塘西河河段尾水排放口下游所有采样点沉积物硝化速率均高于上游对照点,而板桥河、 廿埠河河段则相反.总体上,各尾水受纳河段排放口上游对照点与下游采样点的沉积物脲酶活性、硝化潜力和硝化活性差异性不显著.     

近30年玛纳斯河流域土地利用/覆被变化对植被碳储量的影响

天然植被退化,部分转变为人工植被和人类聚居区是干旱区绿洲过程的重要表现之一,而目前对土地利用变化影响植被碳储量的机制还不十分清楚。论文尝试采用CASA模型及1976—2007年4期9月份Landsat卫星影像估算玛纳斯河流域9种植被类型的净初级生产力,并通过植物枯损模型估算了流域内植被碳密度,进而估算出流域内各类型植被碳储量,最后分析土地利用/覆被类型间的转移对植被碳储量的影响。结果表明,在1976—2007年间,受农作物种植结构及品种变化影响,绿洲农田植被碳密度变化较大;同期流域植被碳储量共增加了50.50×104t C,其中林地被乱砍乱伐,灌木林地、天然牧草地退化为荒草地使得流域植被碳储量减少了1.21×104t;林地、农田、荒草地以及未利用地之间的转移使得流域植被碳储量总共增加了18.52×104t C。研究结果显示,流域内植被碳储量总体呈增加趋势,且农田是影响流域植被碳储量的主要因素。     

新疆玛纳斯河径流过程的非线性特征

结合玛纳斯河肯斯瓦特水文站1954-2007年的逐月径流及流域内气候资料,利用小波多尺度分析、混沌理论与周期性叠加趋势模型研究了玛纳斯河径流的非线性特征及影响因素。结论如下:①玛纳斯河径流变化的周期分别在15、18和22 a,并在18 a处最为显著;②玛纳斯河径流变化呈现复杂的非线性特征,其关联维为3.317 8,是非整数,这意味着其径流变化具有分形和混沌特性;③根据周期性叠加趋势模型,2007年后的7 a内玛纳斯河径流仍将保持上升趋势;④玛纳斯河径流与NAO关系密切,在夏季表现为负相关且相关性最强,其次在冬季为较强的正相关,在全年关联性最差,并且两者存在多尺度的复杂相关性;⑤NAO通过气流循环影响该流域的气候变化进而作用于径流。     

阿克苏河年径流变化的非线性特征

以阿克苏河流域的托什干河、库玛拉克河和阿克苏河干流为例,基于1957-2008年的径流序列,运用小波分析和R/S分析方法分析了阿克苏河径流过程的非线性特征,揭示了流域径流的变化规律,得出以下结论:①库玛拉克河、托什干河及阿克苏河干流的年径流序列均呈增加的趋势,且都以20世纪80年代后期为分界点分为两个阶段:前期径流较少,处于枯水期;后期径流较多,处于丰水期。②阿克苏河流域年径流量变化存在较长周期,长周期中又包含着短周期;其中,18 a和22 a的周期贯穿于整个时间序列,为流域径流的第一主周期。③流域内三条河流各个时段径流量的Hurst指数值几乎都大于0.5,表明流域径流的时间序列具有长期持续的特征;从各条河流最后一个时段的Hurst指数可以推断,在2008年后的一段时间里流域径流量将会继续保持增加趋势。     

黄河中游河龙区间径流量变化趋势及其归因

黄河水沙变化关乎黄河流域生态安全和全流域的高质量发展。近年来黄河水量出现大幅锐减,制约了当地社会经济和下游可持续发展。量化气候变化和人类活动对径流量减少的贡献对于解析黄河水沙变化动因具有重要意义。由于研究尺度和研究方法的不同,径流量变化的因素和影响程度存在较大差异。本文采用MK趋势检验和双累积曲线法系统分析黄河中游河龙区间四个典型流域（皇甫川、窟野河、无定河、延河）1960—2015年间水文要素的变化趋势,利用Budyko水热平衡方程阐明气候变化和人类活动对流域径流变化的作用。结果表明：1960—2015年皇甫川、窟野河、无定河、延河流域径流量均显著下降（P<0.01）,且径流量均在1979年和1999年前后发生突变,而降水量变化不显著。同基准期（1960—1979年）相比,P2时期（1980—1999年）气候变化对径流减少的贡献率达64%~76%;随着退耕还林还草工程的大规模实施,P3时期（2000—2015年）人类活动成为径流减少的主要影响因素,其贡献率达71%~88%。     

快速城市化地区土地利用变化对流域水文过程影响的模拟研究——以深圳市布吉河流域为例

以深圳市布吉河流域为例,系统模拟了不同土地利用条件下的流域水文过程,并分析了土地利用变化的影响。对布吉河流域土地利用进行分类的结果表明1980-2005年期间该流域的耕地、林地及灌草地的比例由93.54%减少为34.79%,而城镇用地由1.65%增至54.25%;在对SWAT（Soil Water Assessment Tool）模型在布吉河流域的应用进行验证的基础上,分析了快速城市化过程中土地利用变化对流域水文要素可能产生的各种影响。结果表明,土地利用条件的不同可导致流域水文过程发生极大的差异：以2005年的土地利用作为输入与以1980年的土地利用作为输入相比,流域蒸散发量、土壤水含量和地下径流深度分别减少了42.09、28.10和279.74mm,而地表径流则平均增加了431.97mm;土地利用变化还导致各水文要素的空间和年际分布特征发生改变。     

陕北地区煤炭开采等人类活动对河道径流影响的定量识别

陕北地区水资源严重短缺,定量分析窟野河流域各因素对河道径流的影响程度,对干旱半干旱地区的资源开发具有重要意义.该文首先分析了窟野河径流以及流域内降雨、气温、水保措施、用水量和煤炭开采量等因素的变化趋势;其次按照1961—1979年、1980—1998年、1999—2010年以及1961—2010年等4个时期,采用逐步回归法分别确定其显著的影响因素,求出各时期的径流相关方程,其中1961—2010年间的主要影响因素为降雨量、气温、水保措施和煤炭开采量;最后定量计算了1980—1998年和1999—2010年相对于基准期1961—1979年各因素造成的减水量,其中水保措施的减水量由65%减少到了47%,煤炭开采却增加到了19%.结果表明,采用逐步回归分析法计算的窟野河1961—2010年径流模拟值与实测值很接近,该方法可以在中国北方干旱半干旱地区推广.     

气候波动和人类活动对滦河流域径流变化的定量影响分析

气候波动和人类活动对流域水文循环过程产生了重大的影响,定量评估它们的影响是水科学研究中的热点问题.论文以滦河流域为研究对象,利用基于SWAT水文模型的径流变化定量分离方法评估了气候波动、人类活动和土地利用变化三者分别对滦河流域径流变化的影响.结果表明:在1960—2010 年期间,滦河流域的径流深呈现显著的下降趋势.在变异Ⅰ期(1980—1994 年)和Ⅱ期(1995—2010 年)内,气候波动和人类活动对径流减少的影响量都在增加,且人类活动一直是径流减少的主要影响因素.土地利用对径流变化的影响,在变异Ⅰ期为负的影响,在变异Ⅱ期为正的影响.     

基于EFDC模型的阿什河水环境容量季节性分析

在阿什河流域控制单元划分、气象水文季节性划分等成果的基础上,基于EFDC模型,对阿什河水环境容量的时空变化进行了数值计算与分析。结果表明:阿什河不同控制河段的水环境容量具有明显的季节差异,各河段不同时期的水环境容量与对应流量之间的相关系数为0.883。在冰封期(11月—次年3月),阿什河由上游至下游各控制河段水环境容量为38.3~104.0 t/月;在平水期(6,9,10月)为71.3~192.2 t/月;在融雪为主的春汛时期(4,5月)为108.8~303.6 t/月,在夏汛期(7,8月)可达151.5~434.3 t/月。通过对阿什河水环境容量时空分布差异性进行分析,确定不同时期不同河段的容量总量控制标准,可对以水质改善为目标的流域水环境管理提供参考。     

白洋淀流域径流过程对极端气象干旱的响应分析

以白洋淀流域为研究对象,选取唐河、沙河、白沟引河3条支流上游4个水文站1959—2016年的日径流数据,采用改进退水常数后的数字滤波法中的Chapman-Maxwell法对4个子流域的日径流进行基流分割,利用水文气象要素异常值法划分干旱时期,分析水文干旱（径流干旱与基流干旱）对极端气象干旱过程的响应规律。结果表明:1）白洋淀年降水量呈减少趋势,线性倾向率为1.81 mm/a2。在1979年发生减少突变,突变后降水量减少8%;并检测到白洋淀流域发生极端气象干旱,持续时间从1996年8月至2011年5月;2）4个子流域的水文干旱较气象干旱具有明显的时间滞后,且水文干旱持续时间比气象干旱更长,烈度、强度更大,表明长期干旱期间降雨-径流关系的不稳定性;3）4个子流域水文恢复时间较气象恢复平均滞后55个月,且基流恢复滞后于径流恢复。研究结果可加深径流与基流对气候变化的响应的理解,为核算河道生态需水以及维持河道生态系统健康提供一定理论依据和实践参照。     

天山中部流域尺度森林变化水文响应定量分析——以乌鲁木齐河流域为例

为了对天山中部流域尺度森林变化水文响应进行定量分析,论文以乌鲁木齐河流域为研究区,基于流域1980-2013年水文气象资料,在分析流域径流变化规律的基础上,使用SWAT模型,根据天山云杉分布的生境限制因素,设定了5种不同的云杉分布情景,据此,确定不同丰枯年份云杉林变化对径流的影响。结果表明：1）SWAT模型能较好地模拟乌鲁木齐河流域月径流过程,在林地状况恒定的前提下,影响模型模拟的最敏感的参数为地表径流参数CN2,率定期与验证期R²和Ens均高于0.85,相对误差|Re|均小于5%,模型模拟精度较高;2）在相同气象条件下,丰水年、平水年、枯水年云杉林变化与径流呈线性相关,云杉林面积每增加1%,三种年份径流深分别减少0.06、0.05、0.04 mm,且在丰水年和平水年径流增加更显著;3）随着云杉林面积的减少直至消失（林地覆盖率由17.73%到0%）,情景间径流差异的变异系数、波动范围变化逐渐增大,其波动范围扩大5.1倍。山区云杉林的分布,可有效减少地表径流及其波动范围,这对年内径流分配不均的流域水资源稳定、对森林水源涵养功能的定量研究以及林区水资源科学调控和管理都具有重要意义。     

陕北风沙黄土过渡区河道径流影响因素的识别

陕北地区属风沙草滩到黄土沟壑的过渡区,准确识别该地区河道径流的各影响因素及影响程度,对干旱半干旱地区的资源开发具有重要意义。该文以陕北窟野河流域为例,首先介绍了主成分分析法的原理以及计算步骤;其次采用该方法对1980-1998年、1999-2010年以及1980-2010年3个时期的河道径流影响因素进行了分析。其中1980-1998年间,第1主成分对窟野河径流的贡献率达到了67.40%;1999-2010年间,第1主成分的贡献率为46.34%;1980-2010年间,反映气温、用水量、水保面积和煤炭开采量等因素的第1主成分,贡献率为65.42%。结果表明,主成分分析法可以较为准确地识别窟野河径流的主要影响因素及其影响程度。