Modeling Hydrological and Environmental Consequences of Climate Change and Urbanization in the Boise River Watershed,Idaho

The potential impacts driven by climate variability and urbanization in the Boise River Watershed (BRW), located in southwestern Idaho, are evaluated. The outcomes from Global Circulation Models (GCMs) and land use and land cover (LULC) analysis have been incorporated into a hydrological and environmental modeling framework to characterize how climate variability and urbanization can affect the local hydrology and environment at the BRW. The combined impacts of future climate and LULC change are also evaluated relative to the historical baseline conditions. For modeling exercises, Hydrological Simulation Program‐Fortran (HSPF) is used in parallel computing and statistical techniques, including spatial downscaling and bias correlation, are employed to evaluate climate consequences derived from GCMs as well. The implications of climate variability and land use change driven by urbanization are then observed to evaluate how these overall global challenges can affect water quantity and quality conditions at the BRW. The results show the combined impacts of both climate change and urbanization can lead to more seasonal variability of streamflow (from ?27.5% to 12.5%) and water quality, including sediment (from ?36.5% to 49.3%), nitrogen (from ?24% to 124.2%), and phosphorus (from ?13.3% to 21.2%) during summer and early fall over the next several decades.     

滇池河流氮入湖负荷时空变化及形态组成贡献

为给进一步实施滇池入湖污染控制及小流域污染治理提供依据,以滇池环湖28条河流入湖水量及水体中不同形态氮的质量浓度逐月调查数据为基础,研究了滇池河流不同形态氮的入湖浓度(ρ)和入湖负荷的时空变化,并探讨了不同形态氮的入湖负荷贡献. 结果表明:①滇池河流入湖ρ(TN)在2.91～94.01 mg/L之间,以ρ(DIN)(DIN为溶解性无机氮)最高,而ρ(DON)(DON为溶解性有机氮)和ρ(PN)(PN为颗粒态氮)均较低. ②滇池河流氮入湖负荷总量为6 908.47 t/a,绝大多数河流以DIN负荷为主,平均贡献为67.15%;DON和PN入湖负荷贡献相近,平均分别为17.86%和14.99%. ③不同形态氮入湖负荷贡献的季节性差异明显,DIN入湖负荷较高值出现在春夏季(3—9月),平均贡献达74.01%;DON入湖负荷较高值则出现在秋冬季(9月—翌年1月),平均贡献达33.42%;PN入湖负荷贡献月份变化差异较小,最高值出现在2月,贡献为40.19%. ④滇池河流氮入湖负荷不仅要考虑DIN的贡献,也应重视DON和PN负荷,控制滇池河流氮入湖负荷需要考虑不同河流不同形态氮负荷组成及其季节性差异,有针对性地采取相应措施.      

闽江水利工程引起的水文环境灾(危)害浅析

闽江干一支流众多水利工程的建成和运营,显著地影响和改变了闽江干一支流河流的水动力场和水化学场的时空状态,导致其纳污量(强度)、稀释扩散净化能力、水化学成分和水体质量等水文环境参数发生变化,引起水文环境灾(危)害问题日益突出.本文概述了闽江干一支流点源污染及面源污染程度和时空状态及其与水利工程建设运营的关系,同时以水口水...     

基于DEM地表水文特征和汇水子流域的提取研究

文章以天津于桥水库上游流域为研究对象,以DEM(数字高程模型)为基础数据,对DEM生成方法、DEM精度、流域地形地貌特征及阈值的选取三个方面分别作了详细研究。试验结果表明,从于桥水库上游流域的水文特征所提取的河网分布与河流与实际分布情况基本吻合,淋河、沙河、黎河三大流域的面积误差范围分别为-3.44%、2.28%和7.63%。     

不同水文情景下白洋淀水体好氧反硝化菌群对水质因子的动态响应

为探究不同水文情景下白洋淀水体好氧反硝化菌群的演变规律和驱动机制,基于水质调查和高通量测序技术,进行了水体水质因子分析、好氧反硝化菌群α多样性分析、物种组成和网络分析.结果表明,白洋淀水体呈弱碱性,丰水期水体T最高,DO最低,冰封期T最低,DO最高.白洋淀水体在枯水期、丰水期、平水期和冰封期下NH₄⁺-N、NO₂^--N、NO₃ ^--N、TN、高锰酸盐指数、Fe和Mn之间均存在显著差异（P < 0.01）,其中TP在不同水文情景下不存在显著差异（P > 0.05）.不同水文情景下水体中最大的细菌门类为Proteobacteria,相对丰度较高的属为Magnetospirillum、Aeromonas、Pseudomonas、Azospirillum和Bradyrhizobium.此外,好氧反硝化菌群的α多样性均存在显著差异（P < 0.001）,冰封期菌群丰富度最高,枯水期和冰封期菌群的多样性和均匀度最高.经RDA、Mantel分析,菌群的水质驱动因子在不同水文情景下有所差异,枯水期菌群的水质驱动因子为pH、NO₃^--N、NO₂^--N和高锰酸盐指数,丰水期菌群的驱动因子为pH、T、DO、NO₂^--N和TP,平水期的驱动因子为NO₂^--N、Fe和高锰酸盐指数,冰封期菌群的驱动因子为NO₃^--N和NO₂^--N.网络分析表明与水质驱动因子相关的物种存在时间差异,枯水期与水质驱动因子相关的属为Magnetospirillum、Aeromonas和Azoarcus,与丰水期相关的属为Magnetospirillum、Pseudomonas和Aeromonas,与平水期相关的属为Magnetospirillum、Pseudomonas和Limnohabitans,与冰封期相关的属为Magnetospirillum、Azoarcus和Pseudomonas.不同水文情景关键水质因子（主要是T、DO、NO₃^--N和高锰酸盐指数）与好氧反硝化菌群之间的关联关系,随着时间演变也在逐渐发生变化.综上,通过对不同水文情景下白洋淀水体好氧反硝化菌群演变特征及环境因子驱动机制进行研究,可为认识天然环境中好氧反硝化菌群演变机制提供依据.     

基质类型及季节变化对人工湿地氮去除效果的影响

考察了基质类型及季节变化对人工湿地氮去除效果的影响,结果显示:基质类型对水平潜流人工湿地氮的去除效果有显著影响,煤渣基质比组合基质更利于提高人工湿地对氮的去除效果;季节不同,人工湿地氮的去除效果存在差异,平均去除率由高到低的顺序为:夏季＞秋季＞春季＞冬季.     

Wetland Flowpaths Mediate Nitrogen and Phosphorus Concentrations across the Upper Mississippi River Basin

Eutrophication, harmful algal blooms, and human health impacts are critical environmental challenges resulting from excess nitrogen and phosphorus in surface waters. Yet we have limited information regarding how wetland characteristics mediate water quality across watershed scales. We developed a large, novel set of spatial variables characterizing hydrological flowpaths from wetlands to streams, that is, “wetland hydrological transport variables,” to explore how wetlands statistically explain the variability in total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) concentrations across the Upper Mississippi River Basin (UMRB) in the United States. We found that wetland flowpath variables improved landscape-to-aquatic nutrient multilinear regression models (from R² = 0.89 to 0.91 for TN; R² = 0.53 to 0.84 for TP) and provided insights into potential processes governing how wetlands influence watershed-scale TN and TP concentrations. Specifically, flowpath variables describing flow-attenuating environments, for example, subsurface transport compared to overland flowpaths, were related to lower TN and TP concentrations. Frequent hydrological connections from wetlands to streams were also linked to low TP concentrations, which likely suggests a nutrient source limitation in some areas of the UMRB. Consideration of wetland flowpaths could inform management and conservation activities designed to reduce nutrient export to downstream waters.     

基于DNDC模型评估水位变化对滨海湿地净生态系统CO2交换的影响

水位是影响滨海湿地生态系统蓝碳功能的重要因素。气候变化引起的海平面上升以及极端气候事件的频发,可能加快水位的变化,从而改变生态系统碳交换的过程。然而,滨海湿地碳汇功能响应水位变化的机制尚不清楚。为了评估水位对滨海湿地净生态系统CO₂交换(NEE)特征的影响,以及验证DNDC(denitrification-decomposition)模型对模拟预测滨海湿地生态系统碳交换的适用性,该研究设计了野外水位控制试验(自然水位,地下20 cm水位、地表10 cm水位),并利用DNDC模型模拟和预测水位变化对滨海湿地NEE的影响。结果表明:(1)不同水位处理之间NEE差异显著,地表10 cm水位处理促进CO₂吸收,地下20 cm水位则抑制CO₂吸收;(2)经过校准和验证的DNDC模型可以准确模拟水位变化对黄河三角洲湿地NEE的影响,NEE模拟值的日动态与田间观测结果显著相关(R²>0.6);(3)通过改变气候、土壤和田间管理等输入参数对DNDC模型进行灵敏度检验,生态系统碳交换过程对日均温、降雨和水位改变的响应最为显著,其中,水位对NEE的影响主要作用于土壤呼吸(Rs)。未来气候情境下,不同水位变化下的生态系统碳交换过程随年份增长呈现不同的规律,因此未来的模拟研究应关注DNDC中水文模块和植被演替过程的完善。该研究可为预测水文变化情境下滨海湿地碳汇功能的未来发展以及政策制定提供参考。     

基于Landsat数据的关中盆地腹地AOD时空格局及城市化对其影响

气溶胶光学厚度（aerosol optical depth,AOD）是气溶胶最基本的光学特性之一,表征气溶胶对光的消减作用,对区域大气污染有一定的指示作用.首先,以2000~2019年长时间序列MOD09A1产品数据为基础,利用ASTER波谱数据库,构建了Landsat TM/OLI蓝光波段地表反射率数据集,利用深蓝算法（deep blue algorithm,DB）对关中盆地腹地AOD进行了反演估算.其次,通过测算2000~2019多年平均/各年平均AOD和季节AOD值,研究分析了AOD空间分布特征和时间变化趋势;利用经验正交函数分析方法（empirical orthogonal function,EOF）剖析了AOD主要的空间分布模式.最后,探索分析了城市化对AOD时空分布特征的影响.结果表明：①研究区多年平均AOD空间分布受地形和人类活动影响显著,低海拔且人类活动强度大的盆地内部AOD值和变化幅度均高于周围山系.AOD呈现出明显的季节差异性：春季（0.34） > 夏季（0.33） > 秋季（0.23） > 冬季（0.12）,夏季AOD区域差异性最大.②年均AOD呈先增大后减小再增大的变化趋势,2005年达到最大值;春夏两季AOD数值分布离散,而冬季则表现为低值集聚的状态.③EOF分析结果表明,研究区AOD存在3种主要的空间分布模态：第一,AOD空间分布模式表现为区域一致型,特征向量空间分布与海拔梯度一致,反映了不同海拔下AOD变化程度的差异;第二,以秦岭山脉为界,大致呈现南北反相的分布特征,反映出关中盆地地域发展的独特性和与南部秦岭山区的差异性;第三,"东南-西北"的分布格局,表明了AOD在"城镇-乡村"呈反相变化趋势;④研究区AOD值与常住人口密度（R²=0.707,P<0.05）、不透水面密度（R²=0.377,P<0.05）以及工业POI密度（R²=0.727,P<0.5）呈正相关关系,说明城市化对AOD时空分布有一定影响.本研究对加强关中盆地空气质量监测和城市生态环境建设具有重要的意义.     

快速城市化地区的土地利用时空动态变化研究 --以南京市为例

20年来,在中国城市化快速发展的过程中,一系列与城市化相关的环境问题随之产生。六朝古都——南京,作为我国经济最发达的长江流域四大中心城市之一,其快速的城市化过程也不可避免地带来了同样的环境问题。为了研究南京市的城市化和土地利用变化规律及其对水文过程的影响,利用1987、1998、2000年的三期遥感数据,通过分层分类的方法对各土地利用类型进行专题信息提取,结合GIS技术,获得研究区1987~1998,1998~2000年两个时段的土地利用变化转移矩阵。据此全面分析了南京市的土地利用时空变化特征。结果表明：南京市13年来,城乡居民及建设用地以大量蚕食耕地而显著增加,年均增幅达到1.92％;耕地和未利用地则明显减少,年均减幅分别为0.62％ 和1.21％;林地和水域有所增加,主要来自未利用地的转变,剩余12.35％的未利用地则转化为城乡居民及建设用地。引起这一土地利用变化的主要驱动力是人口的增长和经济的发展以及政策制度的激励和导向作用。