东江流域1959-2009年气候变化及其对径流的影响

依据东江流域21个气象站1959-2009年逐年平均降雨、蒸发、日照、湿度及气温等气象要素序列,选择常用的线性倾向估计及非参数M．K等趋势分析方法,分析了东江流域近50年来气温、降水、蒸发、日照及湿度等气象要素的变化趋势。选择降雨和蒸发两个气候要素两两组合,构成未来气候变动的36种假想情景,运用改进的SCS月模型模拟计算了顺天流域年径流量的变化幅度。结果表明：在过去的50年间,流域降雨量呈不显著增长,而气温则为显著上升,其他气候要素如蒸发、日照及湿度等均呈不同程度减少趋势;关联度分析表明降雨在所有气象要素中与径流的关联度为最大,说明了在东江流域降雨是径流量变化的主要驱动因子;未来流域降雨增加,蒸发减少的气候情景模式下,径流量会有所增加,反之亦然;由降雨变化引起的流域月径流量的增幅较由蒸发变化引起的相应流量的增幅变化大。     

黄土丘陵区降雨、径流、土壤水分的时空分布与利用对策

基于黄土丘陵区的延安燕沟多年监测资料，通过对燕沟流域的降雨、径流、及其不同土地利用方式下土壤水分等时空分布特征分析，明确了黄土丘陵区降雨的时间、空间分布具有显著差异性。降雨量在6～9月相对集中，年际、月际变异大；同时次降雨量、月降雨量均存在显著空间异质性，如降雨量沿燕沟沟道变化及坡向分异。径流特征是降雨及其下垫面特征的综合反映，3月左右由于气温上升，河道解冻，径流量出现小高峰，雨季后2个月出现最大高峰水量。对径流的利用则由于供水／需水时间错位，利用主要集中在枯水季节（4-6月），土壤水资源由于地形、降雨、植被覆盖等的差异性，特别是植被差异性利用，则存在时空异质性。土壤水分在雨季后1-2月在0～150cm形成高值期，150cm以下的土壤恢复缓慢。植被差异利用形成了土壤水分剖面不同：梯田〉草地〉拧条林〉拧条＋五角枫林〉沙棘林〉刺槐林。根据对水资源系统分析，提出了流域水资源开发利用的对策：农作物适雨种植制度；植被空间合理布局；降雨、土壤水、径流三水联合御旱，提高水资源利用效率。     

祁连山大野口小流域生态系统水文调节服务的尺度特征

生态水文服务是生态系统服务的主要内容之一,在上游山地生态系统主要为通过植被-土壤复合体实现的水文调节服务。通过在祁连山中段北坡大野口小流域的监测及对2002—2010年间降水/径流的统计和相关分析发现,山地生态系统通过水文调节将不连续的大气降水转化成连续、相对稳定的径流,显著调节了径流的时间和空间分布。在次降雨和连续降雨期尺度上水文调节主要影响样地的降水-植被-土壤水的响应关系,在流域尺度上则影响大气降水-径流的关系。通过降水/径流比值在月、年尺度上的统计和相关分析发现,植被在生长季对流域径流量存在影响,但并没有影响到小流域大气降水-径流产流变化的年内总体趋势;植被生长对径流的影响可以在年际间反映出来。通过对2002—2010年植被指数(叶面积、净初级生产力和植被覆盖度)与"蓝水"、"绿水"占总降水量的比例的线性回归分析及相关分析发现,植被指数的提高与"蓝水"的减少和"绿水"的增加有一定的关联性。根据该研究结论,对祁连山区生态系统水文服务的评价应综合考虑上游生态维持与中、下游农牧业以及整个祁连山地区经济社会的协调发展,应客观认识上游山地生态系统"绿水"贮存与中、下游"蓝水"需求之间的矛盾关系。     

LUCC及气候变化对龙川江流域径流的影响

土地利用与土地覆被变化(Land Use and Land Cover Change,LUCC)及气候变化对流域的径流变化影响巨大。为揭示龙川江流域LUCC和气候变化对径流变化的影响,基于SWAT模型,通过设置不同情景,定量分析了不同土地利用类型和气候要素对流域内径流的影响,并结合RCP4.5、RCP8.5两种气候情景对流域未来径流的变化进行了预估。结果显示,(1)SWAT模型在龙川江流域径流模拟中具有较好的适用性,可用SWAT模型进行流域的径流模拟,率定期的模型参数R~2、Ens分别达到0.73、0.71,验证期的模型参数R~2、Ens分别达到0.75、0.74。(2)从土地利用方面考虑,将农业用地转化为林地或草地,均会导致流域径流量的减少,而将林地转化为草地则会引起流域径流量的增加,农业用地、林地、草地三者对径流增加的贡献大小顺序为农业用地?草地?林地。从气候变化方面考虑,流域径流量与降雨量呈正比,与蒸发量呈反比。(3)2006-2015年间龙川江流域LUCC引起的月均径流增加幅度小于气候变化引起的月均径流减少幅度,龙川江径流的变化由气候变化主导,月均径流量总体上减少1.59 m~3·s~(-1)。(4)预估结果显示,RCP4.5和RCP8.5气候情景下,2021-2050年间龙川江流域径流减少趋势明显,分别为1971-2015年减速的2.65倍、3.43倍。     

广东省枯水径流时间演化规律的研究

枯水径流时间演化规律研究的内容非常广泛,如枯水径流发生的时间、频率分布、趋势和周期分析等,但从研究现状来看,处在丰水地区的广东省对枯水径流时间演化规律的研究还十分少见,因此文章根据广东省枯水所具备的特点,选取枯水径流发生时间和频率分布两个方面进行了研究。首先选取1956—2000年广东省境内8大水系上各控制站点的最小月径流量,采用统计分析的方法,对各站最小月径流量发生时间规律进行了研究,结果表明,广东省内出现最小月径流量的大多数月份是2月,占总统计月份数的32.3%,其次为12月、1月和3月;其次选取较为典型的西枝江流域九洲站1959—2002年44年间的实测径流最小日流量资料,分别采用两参数对数正态、P-Ⅲ型、对数P-Ⅲ型和耿贝尔型四种分布曲线进行适线,结果表明,P-Ⅲ型最为符合年最小日流量频率分布。     

植被覆盖变化对衢江流域水文效应的影响

植被覆盖变化影响流域水文循环及水文过程。选择钱塘江流域的一级支流——衢江流域作为研究对象,收集衢江流域植被、气候、土壤、水文和地图资料,基于Arc GIS 10.3平台建立衢江流域SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型。利用SWAT-CUP进行参数敏感性分析,发现土壤蒸发补偿系数、浅层地下水径流系数、基流α系数、浅层地下水蒸发深度阈值、地下水延迟时间和土壤可利用水量6个参数具有较高的敏感性。利用2009—2014年开化和衢州水文观测站实测月径流数据对模拟结果进行校准和验证,获得模型径流模拟的最佳参数。结果表明:率定期和验证期的模拟月径流数据与实测月径流相关系数(r~2)为0.83~0.97,纳什系数(E_(ns))为0.69~0.93,说明模型在衢江流域的模拟效果较好。不同植被覆盖变化情景下水量平衡分析发现,流域内旱地全部转化为林地对地表径流和水量平衡的影响较小;旱地和草地均转化为林地,导致年地表径流量减少12.79 mm,同时增加水分的深层渗漏(12.14 mm);适当增加果园(约5%林地转化为果园)面积不会对流域地表径流和水量平衡产生显著影响;当10%~20%的林地转化为果园时,地表年径流增加了3.86~10.57 mm,水分深层渗漏量减少了4.61~16.46 mm;可见,随着果园面积进一步增加,其对流域水文的影响加剧。因此,山区发展经济林应适度,大面积发展经济林会增加地表径流,减少地下水补给,植被水源涵养功能减弱。研究结果有助于深入认识植被覆盖变化对衢江流域水文效应的影响,同时可为山区林业生产布局和发展提供参考。     

基于MIKESHE模型的潮河流域土地利用与降水变化对水文的影响评价

运用多测站校正检验机制率定方法,应用MIKESHE模型量化评价土地利用与降水变化对流域水文的影响。结果表明,尽管MIKESHE模型在流域上游大阁站的模拟性能稍逊于下会站和戴营站,3个测站校正和验证阶段的Nash-sutchliffe系数值分别为0.56和0.49、0.65和0.69、0.57和0.68,但模型对于各测站平均径流的模拟效果较好,说明该模型在潮河流域等华北土石山区具有一定的适用性和应用潜力。与基准期(1963—1979年)相比,1980—1989年潮河流域年径流量减少约22 mm,土地利用与降水变化对流域水文变化的贡献相当,两者分别占总径流变化的59%和41%;1990—1999年年径流量较基准期基本没有变化,这主要是由于降水变化与土地利用变化对流域水文的影响作用相反;2000—2008年,流域年径流量较基准期减少35 mm,降水变化对径流减少的影响作用占80%,土地利用变化则占20%。     

基于样本熵的东江月径流序列复杂性分析

基于非线性动力学参数样本熵方法,分析东江干流龙川、河源和博罗3个主要控制水文站的长序列月径流资料,研究东江干流径流序列复杂度的空间分布及动态变化特征.结果表明,东江干流月径流序列复杂度具有空间差异性,整体呈从上游到下游逐渐增加的趋势;径流序列复杂度动态变化较大并具有一定的周期性,反映出自然环境变化特别是人类活动影响导致了水文动力学系统结构变化;各站的径流滑动平均值与相应的样本熵值之间存在着反相关关系,并且径流量与相应样本熵的峰谷值之间存在较好的对应关系.     

东江上游典型抗生素污染特征及生态风险评价

近年来水体中不断被检出抗生素,但在饮用水源地中对抗生素的污染状况研究很少。为了探讨东江上游水体中典型抗生素的污染特征及潜在的生态风险,利用固相萃取(SPE)及液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)技术,分别在时空尺度上测定了6类典型抗生素(磺胺类、喹诺酮类、β-内酰胺类、大环内酯类、四环素类、林可霉素类)的含量水平,并采用风险商法对其进行生态风险评价。结果表明:东江上游水体中被检测出的12种抗生素中,绝大部分检出率都较高,整体质量浓度范围在nd(未检出)~69.9 ng·L~(-1),其中平均质量浓度最高的3种抗生素分别是四环素(32.24 ng·L~(-1))、诺氟沙星(27.84 ng·L~(-1))、氧氟沙星(24.54 ng·L~(-1))。在时空分布上,东江上游干流抗生素的浓度主要受地表径流产生的面源污染影响,部分地区受到支流汇入的影响较大。与国内河流中抗生素的含量水平相比,东江上游抗生素浓度整体处于中等偏低水平,其中四环素和泰乐菌素相对偏高。抗生素与常规指标的相关性分析表明,抗生素大部分种类的浓度与有机物污染呈正相关,并且其含量水平受到环境因素的制约和影响。风险商法得出的生态风险评价结果表明,诺氟沙星和青霉素G存在较高风险,磺胺嘧啶、泰乐菌素、强力霉素、氧四环素和林可霉素达到了中等风险,整体上存在一定的生态风险。     

基于雨型的南方城市道路雨水径流污染物分析

以嘉兴市区主干道为研究区域,开展了该市两种典型降雨条件下,道路雨水径流中典型污染物初期冲刷效果、质量浓度变化规律、道路雨水径流水质污染指标相关性,污染物平均质量浓度(EMC)的研究。针对城市典型降雨,分析城市降雨径流污染过程的变化规律,对城市道路径流污染的控制和雨水资源有效利用具有重要意义。利用模式雨型对嘉兴市2010年至2013年间90场降雨进行归纳,总结出Ⅲ型和Ⅶ型为嘉兴市的常见雨型。从2013年降雨监测期间筛选出与该市发生频率最高的两种雨型相似的典型降雨进行分析,结果表明,(1)降雨雨型、降雨强度、降雨前期干燥时间均会对道路径流雨水中污染物浓度产生较大的影响,这也是Ⅶ型降雨比Ⅲ型降雨中道路雨水径流中污染物较高的原因。(2)以携带80%污染物所实际发生的径流量的多少来判断初期冲刷效应的强弱,则Ⅶ型降雨中TN、NH4+-N、SS、TP、COD的初期冲刷效应均强于Ⅲ型降雨。两场降雨中TP的初期冲刷效应均低于其他4种污染物。(3)道路雨水径流中TN、NH4+-N、COD与SS之间均存在良好的相关性。Ⅶ型降雨中TP与SS的相关系数为0.917,而在Ⅲ型降雨中TP与SS的相关系数仅为0.772,所以TP与SS的相关性受降雨条件影响较为明显。(4)Ⅲ型和Ⅶ型降雨中道路雨水径流中SS、COD、TP质量浓度分别为353.2、465.71、4.03mg·L-1和548.41、335.96、1.18 mg·L-1均不同程度的高于地表水V类标准。Ⅲ型和Ⅶ型降雨中TN浓度为3.47和6.62 mg·L-1高于国家污水一级排放标准,因此SS、COD、TP是道路雨水径流中的主要污染物。     

三峡水库1956—2017年坝下径流特征分析

采用三峡水库坝下宜昌水文站1956—2017年日径流监测数据和长江上游80个国家气象站年均降水量长系列资料,利用一元线性分析法、滑动平均法、线性趋势回归法、非参数统计检验法、Mann-Kendall秩次相关、累积距平法和滑动T检验法分析三峡工程运行前后坝下径流的变化特征,其成果可为三峡工程调度提供参考。结果表明:三峡水库坝下宜昌水文站径流量变化趋势具有显著阶段性。三峡水库蓄水运行前宜昌水文站径流量和上游降水量相关性超过90%,该时期径流量主要受上游天然来水影响。三峡水库运行后,径流量主要受人类活动影响。宜昌水文站径流年际变化减少趋势不显著,长江上游降水量呈显著减少趋势。坝下径流量和上游降水量在2002年发生了突变且变化趋势相同,但径流量减少趋势不显著。径流年内分布发生了一定变化,其中汛期径流量占年径流总量百分比从72%下降到66%,枯期径流量占年径流量总量百分比从11%增加到15%。三峡工程调蓄是人类活动的直接表现,枯期宜昌水文站径流量增大是三峡工程生态效益的具体体现。     

基于水文学方法的珠江流域生态流量研究

珠江流域水资源丰富,但由于水体污染等原因,水质性缺水问题较为突出,区域水环境、水生态以及水安全等成为急需解决的重要科学问题。开展生态流量研究对于评价地表水文过程演变对区域水环境与水生态的影响具有重要理论意义,并为区域水资源优化配置和可持续开发利用提供科学依据。基于此,运用各种＂水文学＂方法（包括最小月平均流量法、改进的7Q10法、NGPRP法、逐月最小生态径流计算法和逐月频率计算法）对珠江流域11个主要水文控制站点的实测月径流量做了全面而系统的研究,分析珠江流域生态径流过程,并通过与Tennant法对比分析,选择逐月最小生态径流计算法和逐月频率计算法分别计算了各水文控制站的最小生态径流量和适宜生态径流量,除个别站点外,其评价结果分别处于Tennant法＂中＂和＂最佳＂的等级。对于逐月频率计算法中保证率的选取方法,研究表明各月径流系列均取50%最适合珠江流域。研究同时为仅利用水文资料中的多年逐月径流数据来确定生态需水提供了一种新的研究思路。     

黄土小流域水沙输移过程对土地利用/覆被变化的响应

以甘肃定西安家沟小流域为典型研究区,基于TM、ALOS遥感影像解译和地面长期水文数据,深入分析了1997至2010年间流域土地利用变化特征及其产流产沙效应。结果显示,（1）14年间,流域林灌草面积分别增加160.23%、176.33%和80.75%;坡耕地、居民地、裸地和梯田面积分别减少25.57%、0.16%、48.45%和21.52%。以2005年为时间节点,发现前期灌草增加较多、裸地减少明显,后期则是乔木增加比例和坡耕地减少比例更为显著,彰显出不同历史阶段植被恢复的策略变化。（2）流域出口多年平均径流量和输沙量分别由前期的18 249 m3和6 383 kg锐减至后期的2 292 m3和2 267 kg,流域土地利用/覆被有效增加是其主要驱动。（3）春冬季节,由于降雨稀少、径流泥沙的本底值很低,前后两个阶段的水沙输移量差异较小,土地利用/覆被变化的影响相对尚不显著。但在夏秋季节,随着降雨事件增多,土地利用/覆被变化减水减沙的效应趋于显性化。     

城市高架桥降雨径流多环芳烃（PAHs）污染特征及其生态风险评价

以上海市高架桥降雨径流作为研究对象,分析了4场高架路面降雨径流溶解相、颗粒相16种PAHs的质量浓度和场次降雨径流平均浓度（Event Mean Concentration）。探讨了城市高架降雨径流中PAHs质量浓度特征、动态变化过程和污染状况。通过对无量纲累积径流量和无量纲累积污染物负荷曲线M（V）进行幂函数拟合,对4场降雨径流不同环数和总PAHs冲刷强度进行了定量表征。以水样中8种PAHs的监测质量浓度及其对3至40种水生生物的LC50为基础数据,采用推广风险系数法对径流水体PAHs进行了生态风险评价。结果表明：地表径流中溶解态PAHs的质量浓度为27.9~979.4 ng·L-1,主要以3环和4环组分为主;颗粒态PAHs中的质量浓度为1120.1~4892.6 ng·L-1,主要以4-6环的组分为主。径流样品中PAHs更容易吸附在颗粒物上,PAHs主要以颗粒相为主,且4-6环颗粒相PAHs所占比例更高,也显示了化石燃料不完全燃烧的特征。4场降雨径流以2013-05-26次降雨EMC值最大,PAHs污染水平最高。其中通过对BaP的EMC值计算,发现4场降雨径流中BaP的EMC值皆超过了国家的排放标准,应引起相关监测管理部门重视。4场降雨径流均表现不同程度的初始冲刷效应,雨强和径流量是影响初始冲刷的2个重要因素。初始冲刷散点拟合状况良好,定量表征发现2013-06-27次降雨初始冲刷强度最大。风险商表征说明,径流水体PAHs造成的生态风险较小,但部分单体PAH对水生生物的生态影响不容忽视。     

Seasonal variation of nitrogen and phosphorus in Xiaojiang River—A tributary of the Three Gorges Reservoir

A yearlong monitoring program in the backwater area of Xiaojiang River (XBA) was launched in order to investigate the eutrophication of backwater areas in tributaries of the Yangtze River in the Three Gorges Reservoir (TGR) in China, starting after the impoundment water level of the TGR reached 156 m. From March 2007 to March 2008, the average concentration of total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) were (1553±484) μg·L^?1 and (62±31) μg·L^?1, respectively. The mean value of chlorophyll was (9.07±0.91) μg·L^?1. The trophic level of XBA was meso-eutrophic, while the general nutrient limitation was phosphorus. The results indicated that XBA has a strong ability to purify itself and has non-point source pollution from terrestrial runoff. The variation of TN/TP ratio was caused by a variation in TN rather than in TP when TN/TP < 22. N-fixation from cyanobacteria occurred and became an important process in overcoming the nitrogen deficit under a low TN/TP ratio. When TN/TP ? 22, the variation of TP affected the TN/TP ratio more significantly than TN. The increase of TP in XBA was caused mainly by particulate phosphorus, which could originate from a non-point source as adsorptive inorganic forms after heavy rainfall and surface runoff. An increase in the river’s flow could also contribute to an unstable environment for the growth of phytoplankton.     

Changes in hourly precipitation may explain the sharp reduction of discharge in the middle reach of the Yellow River after 2000

The Hekou-Longmen reach, together with local floods, is the main source area for coarse sedimentations into the Yellow River. When total rainfall slightly increased in the area, discharge dramatically decreased by 40%–70% after the year of 2000, and attracting extensive attention in the context of global climate change. High temporal resolution precipitation (timescales between 1 and 4 h) data from the June to September period from 270 rain gauges over the past three decades was mined in order to help explain the phenomenon. Each rainfall event was classified as light/moderate rain, large rain, heavy rain or rainstorm by the event’s rainfall amount, and further classified as low intensity rain, medium intensity rain and high intensity rain by the event’s rainfall intensity. The Mann-Kendall trend test was applied to detect the presence and significance of monotonic trends, and to find the change points in the mean and variance of the precipitation characteristics series, including the amount, intensity, frequency and duration of each rainfall category. Results show that although the total amount of precipitation has slightly increased, the average rainfall intensity has significantly decreased. The larger change happened in light/moderate rain events and low/medium intensity rain events, and the intensity changes have a great extent occurred around the threshold of Non-Runoff Rainfall regime, which was proposed for the approximate calculation of initial losses. Changes in rainfall distribution between different classes of the Runoff Rainfall regime in the 2000s could lead to 0.9 mm less runoff depth (17.3% of the total reduction) than the 1980–1999 period. The study indicates that changes in hourly precipitation may be responsible for the sharp reduction of discharge.     

尾巨桉人工林小流域降水产流特征分析

研究尾巨桉(E.urophylla×E.grandis)生长阶段(林龄3.5—5.5 a)所处小流域的降水产流特征,有助于了解桉树生长过程的生态水文效应,对修订桉树人工林经营方案中注重提高生态系统的水源涵养能力有重要参考意义.以广西南宁桉树森林生态系统定位观测研究站(南宁桉树生态站)的闭合尾巨桉林小流域为试验区,在小流...     

黄河源区植被生长季NDVI时空特征及其对气候变化的响应

利用黄河源区MODIS/NDVI数据、1∶100万植被类型图和气象资料,分析了该区不同植被类型生长季NDVI时空特征以及与气候因子的关系。结果表明,1）2000—2011年,黄河源区植被生长呈改善趋势,生长季NDVI年际变化率每10 a为＋2.75%,高寒草原、高寒草甸、高寒灌丛生长季NDVI年际变化率分别为每10 a＋2.84%、＋2.65%、＋2.77%。2）黄河源区植被改善面积占全区总面积的29.39%,主要分布在卡日曲和玛曲上游、扎曲流域、布青山南麓、扎陵湖北部和鄂陵湖周边地区。植被退化面积仅占全区总面积的0.98%,主要分布在约古宗列曲东南部山地和卡日曲北部山地。受水热条件控制,植被改善表现为：①植被改善面积南坡大于北坡;②植被改善面积随海拔升高先增加后减小;③植被改善面积随坡度增加迅速减小。3）黄河源区植被生长季NDVI与同期气温和降水分别存在显著正相关性,其中高寒草原和高寒草甸生长受降水影响更为明显,而高寒灌丛生长受气温影响更为明显。气候的暖湿化趋势可能是促使黄河源区植被生长改善的主要原因。     

乌江流域水沙特性变化分析

对乌江流域水沙特性变化进行分析,是解决长江上游泥沙问题、提高水资源利用率和防灾减灾的根本出发点,同时可为喀斯特地区水土流失治理和生态恢复提供理论依据.文章通过对乌江流域主要水文站鸭池河站、乌江渡站和思南站的降雨-径流-泥沙随时间的变化、降雨-径流和径流-泥沙的相关性和双累积曲线进行分析,研究结果为:降雨量、径流模数和输沙模数随时间的变化无明显趋势,历年输沙模数是鸭池河>乌江渡>思南.1980年以后由于实施了大量水土保持工程使得输沙模数大量减少.在年均径流模数相同的情况下,1971-1979年这一时期的产沙量要高于1961-1970年.从1971年开始输沙模数相对于径流而言出现趋势性增多,这主要是由人类活动造成.三个站点的双累积曲线变化趋势相似,说明人类活动对河流泥沙的影响,既取决于人类活动的方式、程度,也受制于流域环境条件.