黄土高原清水河流域土地利用/覆盖和降雨变化对侵蚀产沙的影响

近50 a来,在气候变化和生态恢复与治理工程实施的背景下,黄土高原的侵蚀产沙特征发生了明显的变化。以黄土高原典型中尺度流域清水河流域(面积436 km2)为研究对象,利用1959、1986、2007年的土地利用解译结果和1960—2005年该流域实测输沙和降水资料,采用非参数Mann-Kendall趋势分析法和滑动t检验法研究了该流域年输沙量、降雨量的变化趋势和突变点,并与通用土壤流失方程相结合分析了该流域土地利用和降雨变化对输沙量变化的贡献率。结果表明:该流域年输沙量47 a间有显著的下降趋势,突变点位于1980年;降雨量没有明显的趋势性变化,极端降雨指数下降。降雨因素对输沙量减少的贡献率为9.89%,土地利用的贡献率为90.11%,土地利用变化中工程措施淤地坝的贡献率为5.56%,植被变化的贡献率为84.55%。该流域47 a间乔木林地面积增加了944.27%,灌木林地增加了19.33%,表明清水河流域林地面积增加是导致输沙量减少的主要原因。     

布哈河流域不同时间尺度下土壤侵蚀对气候变化的响应特征

全球气候变暖极大地影响了地表侵蚀过程,但影响机制尚无统一定论.河流悬浮物是示踪地表侵蚀的常用手段.本文通过分析青海湖流域最大河流布哈河2008?—?2015年的日径流量、悬浮物浓度、气温及降雨数据,讨论了该流域在日、月以及季节尺度下土壤侵蚀对气候变化的响应特征.结果表明:降雨是半干旱布哈河流域土壤侵蚀的主要控制因素,气温通过影响冻融作用控制侵蚀行为.此外,该流域的土壤侵蚀具有明显的季节性差异,大部分的侵蚀发生在雨季.最重要的是,冻融作用导致春季解冻期/雨季前期产生额外的沉积物累积,表现为在相同流量下,沉积物输出明显高于雨季后期.上述结果对深刻认识全球变暖背景下侵蚀的响应机制具有重要的作用.     

黄土高原侵蚀产沙与高含沙水流空间分异对比分析

论文研究了黄土高原侵蚀产沙、高含沙水流的空间分布特征,并对比分析了两者空间分布的异同。结果表明:黄土高原高含沙水流高发区、侵蚀产沙高值区呈带状分布,大致为东北—西南向,带状区域中包括三个高峰区;黄土高原降雨量、NDVI等值线的空间分布方向与侵蚀产沙带及高含沙水流高发区延伸方向平行,侵蚀产沙带及高含沙水流高发区基本位于200~600 mm降雨量及NDVI值为0.15~0.25范围内,当降雨量达到400 mm及NDVI为0.17时侵蚀产沙达到峰值,而当降雨量为400 mm及NDVI为0.2时,高含沙水流达到峰值;影响因素对侵蚀产沙、高含沙水流发生的作用规律的一致性,决定了黄土高原侵蚀产沙与高含沙水流分布的相似性,而侵蚀产沙、高含沙水流对影响因素响应程度的差异,是两者空间分布差异的重要原因。     

窟野河流域煤炭开采对水循环的影响研究

黄河流域煤炭开采对水资源的赋存和循环条件产生严重影响,并影响入黄径流量,研究煤炭开采对水循环的影响,揭示河川径流变化机理,这对于研究黄河水沙变化机理及维持黄河健康生命具有重要的意义。论文以黄河中游窟野河为研究对象,运用数理统计和建立YRWBM模型(Yellow River Water Balance Model,简称YRWBM模型)的方法,研究了窟野河流域煤炭开采对水循环的影响,研究结果表明,煤炭开采是窟野河径流变化的一个重要原因,1997—2006年,窟野河煤炭资源开采量为5 500×104t/a,减少水资源量为2.9×108m3/a,占这阶段径流变化的54.8%。吨煤对径流开采的影响量约为5.27 m3。     

SVR与BP神经网络对小流域次降雨侵蚀产沙预测结果的比较

运用支持向量回归机(Support Vector Regression Machine)与BP神经网络对小流域次降雨侵蚀产沙进行预测.侵蚀产沙输入变量选取降雨量、降雨强度、径流深和洪峰流量模数,流域次降雨侵蚀输沙量为输出变量.以SVR、BP神经网络的预测值与实际值的绝对误差和相对误差作为评价指标.实验表明,SVR的预测精度和稳定性优于BP神经网络.     

辽宁省境内老哈河流域产沙特征及泥沙供给模式研究

在对辽宁省境内老哈河流域土壤侵蚀研究的基础上,通过计算泥沙迁移时间确定了该流域基于栅格尺度的泥沙输移比的空间分布,最终获得该流域的产沙量,结果表明北部的老官地、哈拉道口、烧锅营子等地以及中南部河流两侧是流域内主要产沙源;选用坡度、植被盖度、土地利用类型、土壤可蚀性、距河流距离、基岩岩性等因子,建立了老哈河流域泥沙供给的数学模型,结果表明流域产沙主要与坡度、距河流距离、土地利用类型和植被盖度密切相关。因此,改变土地利用类型、提高植被盖度是防治流域致灾泥沙的关键因素。本研究对今后老哈河流域土地利用规划及泥沙治理具有一定的指导意义。     

坡度和植被盖度对河岸坡面侵蚀产沙特征的影响

坡度和植被盖度是影响坡面土壤侵蚀的重要因子,探讨坡面土壤侵蚀产沙对坡度和植被盖度的响应,对坡面土壤侵蚀产沙的预测和调控具有重要意义。研究基于野外模拟径流冲刷试验,分析了不同坡度（5°、10°、15°、20°）和植被盖度（0、15%、30%）条件下坡面径流系数、泥沙量、时段径流含沙量和侵蚀泥沙粒径组成的变化过程,并运用双因素方差分析和相对贡献指数阐明黄河下游河岸坡面侵蚀产沙特征对坡度和植被盖度交互作用的响应。结果表明：不同植被盖度下坡面径流系数随冲刷历时增加而增加,在冲刷历时前5 min增幅较快,之后增幅变慢并趋于平缓;坡面径流含沙量随冲刷历时呈逐渐下降趋势,随后趋于平缓。坡度小于15°时,不同植被盖度之间的径流系数和时段径流含沙量差异较为明显,坡度大于15°后差异减小。侵蚀产生的泥沙量随冲刷历时和坡度的增加而增加;在同一坡度上,植被覆盖越低,侵蚀产生泥沙量越大。侵蚀泥沙的主要富集粒级中,Dx(10)以粉粒为主,Dx(50)以粗粉粒和极细砂粒为主,Dx(90)以极细砂粒和细砂粒为主。双因素方差分析表明,坡度对河岸坡面侵蚀产生的径流系数、产沙量和径流含沙量均有极显著影响（P<0.001）,植被盖度对产沙量和径流系数有极显著影响（P<0.001）,而坡度和植被盖度的交互作用仅对径流系数有显著影响（P<0.01）,同时相对贡献指数表明,在坡度和植被盖度对坡面侵蚀产沙的交互作用中,植被盖度的作用随坡度的增加逐渐减弱,而坡度的作用逐渐增强,并成为影响坡面水土流失的主导因素。     

稻草覆盖对赣南稀土尾渣坡面产流产沙的影响

生物覆盖措施能显著降低敏感脆弱带及裸露坡地水土流失,且具有成本低、见效快等特点,适合在矿区推广.为研究稻草覆盖对稀土尾渣坡面水土流失过程的影响,采用人工模拟降雨试验,对比研究不同雨强（60和90 mm/h）和不同稻草覆盖度（0%、50%和100%）条件下稀土尾矿地表产流、产沙情况.模拟降雨试验在位于江西省九江市德安县的江西省水土保持生态科技园开展,不同雨强采用西安清远测控技术有限公司设计的QYJY-503人工模拟降雨系统进行控制.结果表明:雨强为60 mm/h时,50%和100%稻草覆盖度处理坡面径流开始时间分别比0%稻草覆盖度坡面延迟46%和91%;雨强为90 mm/h时,延迟幅度分别为3.0和4.8倍.0%、50%和100%稻草覆盖度条件下稀土矿渣坡面单位时间产流量分别在产流开始后6、31和41 min达到稳定值.60 mm/h雨强条件下稀土矿渣坡面1 h总产流量呈现0%稻草覆盖度> 100%稻草覆盖度> 50%稻草覆盖度（P < 0.05）,而90 mm/h雨强条件下则为0%稻草覆盖度> 50%稻草覆盖度> 100%稻草覆盖度（P < 0.01）.雨强为60 mm/h时,50%和100%稻草覆盖度稀土矿渣坡面土壤侵蚀量分别比0%稻草覆盖度坡面降低73.46%和84.53%;而雨强为90 mm/h时,2种措施土壤侵蚀量降幅分别为54.83%和72.14%.研究显示,稻草覆盖措施可以有效降低矿区土壤坡面径流、泥沙产量.      

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。     

极端暴雨洪水及侵蚀产沙对延河流域植被恢复响应的比较研究

黄河支流延河在2013及1977年7月发生极端暴雨事件,但由于所处时间流域下垫面的差异,暴雨的灾害表现迥异。论文比较分析延河流域2013和1977年7月暴雨的降雨量、强度、频率及其水沙变化特征,讨论了产生灾害不同的主要原因。结果表明：2013年7月延河流域降雨总量、笼罩面积、降雨强度、暴雨频率均大于1977年,而日最大径流量、最大输沙量、最大含沙量、洪峰流量、峰值沙量、高含沙量历时却低于1977年。2013年延河流域暴雨灾害以地质灾害为主,1977年则以河道洪水灾害为主。退耕还林（草）工程实施后流域内植被大面积恢复,导致降雨产流产沙关系发生变化是产生上述现象的主要原因。     

北京市土壤风蚀扬尘排放因子本地化

土壤风蚀扬尘源是细颗粒物(PM_2.5)的来源之一,对比国内典型省市扬尘源排放清单,发现土壤风蚀扬尘源对本地扬尘源PM_2.5排放清单的贡献率最大差别为4个数量级.本研究改进一种土壤风蚀扬尘排放因子公式及参数值确定方法,利用遥感影像、中国土壤数据集和各区气象数据,分别获得北京市平原区植被覆盖因子(V)、土壤风蚀指数(I)和气候因子(C)空间分布,并估算土壤风蚀扬尘PM_2.5排放因子空间分布.结果表明:①以北京市2017年为例,发现国内学者计算的C值都存在不同程度低估,PM_2.5排放因子存在高估或低估;②V、I和C值都具有明显空间差异,V、I和C值平均值分别为0.63±0.09、 188±73和0.029±0.009,各区V、I和C值的最大值分别是最小值的1.5、 2.1和4.5倍;③北京市土壤风蚀扬尘PM_2.5排放因子呈现西北和东南方向较高的空间分布,全市平均排放因子为(0.001 8±0.000 8) t·(hm²·a)^-1,是最高区(...     

AnnAGNPS模型在潋水河流域产水、产沙的模拟评价

日益严重的土壤侵蚀造成了土地退化、水体污染等一系列的环境和生态问题,利用基于过程的数学模型已成为流域土壤侵蚀状况定量评价和控制的有效方法.利用美国农业部开发的流域尺度AnnAGNPS模型,设计了基于地形特征的cell离散方案,在多种地理数据采集和参数化的基础上,对江西兴国潋水河流域1991～2005年的径流、产沙过程进行了分布式计算机模拟.在对产水量进行径流滤波分析的基础上,分别对模型模拟的地表径流和产沙量进行了校正和验证.地表径流模拟结果多年平均相对误差为11.8%,确定性系数R2为0.94,产沙量模拟结果的多年平均相对误差为19.71%,确定性系数R2为0.77.表明AnnAGNPS能较好地模拟潋水流域年、月尺度的地表径流和产沙过程.地下径流模拟结果误差较大,其原因和地下径流模拟模块在潋水流域的适用性有待进一步研究检验.对潋水流域土壤侵蚀定量分析表明,潋水流域的年平均侵蚀模数为1 150.29.t(km2.a)-1,属于轻度侵蚀等级,流域内侵蚀较严重的区域集中分布于居民地附近和公路沿线,其水土流失与人类活动有很大关系.     

城镇流域水体-沉积物中溶解性有机质的荧光特性及影响因素:以宁波市小浃江为例

我国快速城镇化过程对流域水体和沉积物的溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)含量和成分产生了重要影响,探究水体-沉积物中DOM的分布特性及影响因素具有重要意义.本研究选取长三角典型城镇地区宁波市北仑区小浃江流域为研究对象,利用三维荧光光谱技术,结合PARAFAC(平行因子分析)模型及相关性分析,对小浃江流域水体及沉积物DOM光谱特性进行研究,分析DOM荧光组分特征及来源.结果表明:①小浃江水体-沉积物DOM主要包括4种组分:C1、C2、C3和C4,其中C1为陆源类腐殖质,分子量较大; C2为陆源类腐殖质,由生物降解产生,分子量较小; C3为类蛋白物质,包括类色氨酸,对微环境的变化敏感; C4为陆源类腐殖质.②小浃江水体DOM受新生内源和陆源输入共同影响,腐殖化程度较弱,腐殖质含量较低.沉积物以陆源或土壤源输入为主,内源贡献较小,DOM具有一定的腐殖化特征,腐殖质的浓度水平高于水体中腐殖质含量.③冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明,水体DOM各组分相关性较高的环境因子主要为农田、城镇;而沉积物DOM各组分相关性较高的环境因子为城镇、农田、湿地.其中,城镇对沉积物中类腐殖质C4和类腐殖质的浓度参数Fn(355)影响最大.     

青岛华威风电场风能资源分析

根据华威风电场2008年4月1日-2009年3月31日一整年的测风仪测风资料,对风电场的风能资源各参数进行了详细地计算和分析,对风电场的风能资源进行评价,为当地的风能开发提供分析基础。     

江西香溪流域干湿季交替下底泥氮释放机制及其对流域氮输出的贡献

本研究通过对江西千烟洲香溪流域的氮输出进行长期监测,并对该流域内的底泥进行基于正交试验的氮释放规律模拟研究,评估干湿季节交替下底泥氮释放对流域氮输出的贡献.结果表明:1流域底泥在静态下TN释放速率最大值为36mg·(m2·d)-1,且随着时间的延续释放速率不断变小;2对底泥氮释放影响的主次顺序为:温度扰动p H,如将扰动视为误差项,温度和p H对底泥氮释放的影响均为极显著;3 TN释放速率与温度成正比例关系,随着温度升高,释放速率增大;酸性和碱性条件均能促进底泥氮释放,且酸性条件的促进作用更强;4流域底泥TN和有效氮含量变化范围分别为:414.7~899.6 mg·kg-1和17.5~58.9 mg·kg-1,有效氮占TN的质量分数为3%~10%;5流域在旱季TN输出浓度范围为0.58~2.40 mg·L-1,在雨季TN输出浓度范围为1.73~4.87 mg·L-1;流域底泥的氮释放通量约为106.34 kg·a-1,流域氮输出总量为864.15 kg·a-1,底泥的氮释放对流域水体氮输出的贡献率约为12.31%,底泥氮释放对流域水体富营养化的贡献应引起重视.     

珠江三角洲区域污染分布及其垂直风场特征

基于2014年4月~2015年3月珠江三角洲(珠三角)56个环境监测子站以及9个城市的逐时PM2.5浓度数据,对珠三角地区的颗粒物污染进行了系统聚类分析和相关性分析.结果表明,珠三角地区PM2.5的区域污染可分为3种类区,一为东莞、广州、佛山以及江门(Ⅰ型);二为中山、珠海、深圳、惠州(Ⅱ型);三为肇庆单独为一类(Ⅲ型).其在一年中所出现的天数分别为47、7和128 d.Ⅰ型污染时,除珠海、深圳和惠州外,其他城市的PM2.5浓度普遍较高;Ⅱ型污染时,整个珠三角地区的PM2.5浓度均要高于50.0μg·m-3;Ⅲ型污染时,PM2.5浓度较高的区域主要集中在肇庆、广州以及佛山地区.同时利用珠三角地区4台主要的风廓线雷达数据研究3种污染类型所对应的垂直风场特征发现:Ⅰ型与Ⅲ型污染状况所对应的风廓线相似,低层受东南风控制,高层为西南风,Ⅲ型的风速大于Ⅰ型风速,而Ⅱ型污染时的风速明显大于其他两种类型,其低层几乎均受偏北风影响,而高层则受偏西风的影响.Ⅱ型污染所对应的边界层中低层的风向变化很小,而其他两类则有一定的变化.同时Ⅱ型的通风量要明显大于其他两种类型,其中Ⅰ型的通风量最小.珠三角受偏北风作用时,整个珠三角的PM2.5浓度较高;当盛行东南风时,Ⅰ、Ⅱ区的PM2.5浓度相对较低,而Ⅲ区的污染相对较重.     

深圳茅洲河下游柱状沉积物中碳氮同位素特征

对茅洲河下游12根沉积物柱状样中总氮(TN)、有机质(OM)、C/N值、δ~(15)N、δ~(13)C含量进行了测定,分析探讨了茅洲河下游及其主要支流沙井河沉积物中氮和有机质的分布特征及来源.结果表明,沉积物中TN平均含量为1 815.37 mg·kg~(-1),OM平均含量为22 401.68 mg·kg~(-1),与太湖和巢湖流域相比,研究区内TN和OM含量均处于较高水平,且随深度增加变化均较大.茅洲河下游沉积物中δ~(15)N、δ~(13)C含量范围为2.20‰~32.78‰、-27.53‰~-21.95‰,平均值分别为6.78‰、-25.41‰;C/N值范围为0.49~18.23;δ~(13)C随深度变化较为平缓,而δ~(15)N、C/N值随深度增加波动较大.研究区来源分析表明:C3植物与合成化肥为茅洲河下游表层沉积物(0~40 cm)的主要来源;藻类是深层沉积物与支流沙井河沉积物中有机质的主要来源.茅洲河下游表层沉积物(0~40 cm)中的氮素主要来源于无机化肥与土壤有机氮,深层沉积物与支流沙井河沉积物中的氮素主要来源于土壤流失和土壤有机氮.