黄河口径流变化对生态系统净生产力的影响研究

针对水文过程变化对河口生态系统整体平衡的重要作用,利用开放水体溶氧曲线法,分析了黄河口径流变化对生态系统净生产力的影响.径流显著变化的4月至9月期间,黄河口生态系统净生产力变化范围约为-5.32-4.84mg·L-1·d-1,且呈现显著的时空差异性.上河口区和中河口区比远河口区异养;丰水期8月至9月比枯水期5月至6月异...     

黄河流域生态质量时空变化分析

黄河流域在我国社会经济发展和生态安全格局构建方面具有十分重要的地位,流域的生态保护和高质量发展上升为国家重大战略,同时也面临着生态系统退化、水土流失、湿地萎缩等生态问题.为了解黄河流域生态质量状况及其时空变化特征,分析了黄河流域生态格局、植被、生物多样性、生态系统功能和服务价值、县域生态质量等多方面的数据和文献资料.结果表明:①黄河流域大部分县区生态质量状况一般,植被覆盖度由东南向西北递减,上游地区生态系统服务价值高于中游和下游;② 2000—2018年农田生态系统面积占比持续下降,森林、水域面积占比略有增加,聚落面积占比持续上升,20世纪80年代以来整体植被覆盖和生产力状况得到改善,重要生态功能区的生态系统服务价值明显提升;③大部分地区生态状况改善幅度有限,局部仍有退化,流域的生物多样性依然受到严重威胁.因此,建议在恢复植被覆盖的基础上,开展优化生态结构、维护生态过程的相关研究,重点关注生态敏感地区生态保护成效的评估和提升,农耕地区农田生产力对自然生态系统的影响,以及城镇化过程对生态系统服务和生态安全的影响;同时建立黄河流域生态质量综合监测体系,开展监测指标与技术方法的机理和应用研究,这不但是流域生态质量时空变化分析的基础,也是生态保护恢复和管理工作的支撑.      

环境变化对滦河流域径流影响的定量研究

为了研究气候变化和人类活动(环境变化)对地表径流的定量影响程度,应用有序聚类分析法等确定了滦河流域径流变化的基准期和人类活动影响期,采用HBV模型还原了人类活动影响期间滦河流域天然径流量,识别了气候变化、人类活动对滦河流域人类活动影响期间径流的定量影响程度.研究结果表明:1979年之前是滦河流域径流序列的基准期,基准期内HBV水文模型对滦河流域天然径流过程具有良好的模拟效果.1980年以后人类活动对滦河流域地表径流影响加剧,天然径流与实测径流产生分离,人类活动影响期(1980-2007年)相对于基准期(1960-1979年)的变化而言,气候变化、人类活动影响因素对地表径流的影响分别占径流减少总量的55%和45%,人类活动在不同水平年对地表径流量的影响不同.随着人类活动影响的加剧,气候变化对滦河流域径流的影响在逐渐减弱,人类活动对该流域的影响在增强.     

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。}     

气候变化和人类活动对伊逊河流域径流变化的影响

借助Mann-Kendall趋势检验和突变检验对气象水文序列进行一致性分析,划分基准期(1961—1979年)和影响期(①1980—1989年、②1990—1999年、③2000—2016年),利用基准期校准的可变下渗容量(VIC)模型,采用步进式方法,探究气候变化和人类活动对伊逊河流域径流变化的波动影响过程。结果表明:研究区近56年年均气温显著升高,年降水量无明显变化趋势,流域年径流量下降趋势明显,季节尺度上流域非汛期降水量增加显著。气候变化和人类活动均会对径流产生显著影响且作用机理复杂,步进式方法对影响机理的研究较传统方法更能体现其变化过程;在降水丰沛的影响②期,冬季降水量增加会显著增加流域径流量,而在降水略少的影响①期和③期,蒸发量增加以及土壤含水量降低使得流域径流减少;人类活动耗水在影响①期和③期引起流域径流减少并且影响作用逐渐增强,影响②期由于城镇化和耕地扩张使得流域产流能力增强导致径流增加。深入研究气候变化和人类活动对径流的影响机制,可为流域水资源管理和规划提供理论依据。     

气候与径流变化对泾惠渠灌区可持续发展的影响与对策研究

大型灌区对保障我国农业和国民经济的可持续发展、水安全和生态安全具有十分重要的作用,气候变化与人类活动造成的径流变化已经对其可持续发展产生了严重的挑战。该文利用Mann-Kendall趋势检验法研究了泾惠渠灌区渠首来水量、气象要素和灌区水量供需状况变化趋势,分析其产生原因,并探讨了促进灌区可持续发展的对策。研究表明,泾河来水量和渠首引水量呈明显的减少趋势,灌区气温呈升高趋势,降水呈微弱减少趋势,灌溉亩次呈上升趋势,而灌区目前依靠大量开采地下水资源来弥补灌区渠灌水量不足,已造成了灌区地下水资源超量开采和枯竭,未来灌区供需矛盾将进一步加剧。为此,灌区今后应加强水资源统一管理,科学调控地表地下水水资源、涵养地下水源,增强灌区地表地下水资源的综合供水能力,加大渠道防渗衬砌工程建设力度,推广先进实用的田间节水技术等,以期为灌区建设和管理提供理论依据。     

渭河上游天然径流变化及其自然与人为因素影响贡献量

从20世纪60年代开始,渭河上游入陕西境内的水量不断减少,90年代天然径流量仅为60年代的60%。分析天然径流与降水的相关关系,对降水与非降水因素对径流减少的贡献进行了定量分析。结果表明,降水与非降水因素共同作用使得渭河上游径流量不断减少,且从20世纪70年代开始,非降水因素的贡献率逐渐增强,成为影响渭河上游天然径流量减少的主要因素。分析天然径流量与气温的相关关系,两者的相关系数在0.47以上,采用假设法,将气温从非降水因素中提取出来,进一步分析自然因素与人为因素的影响,结果表明,80年代以前,以自然因素影响为主,80年代以后,以人为因素影响为主,且人为因素的影响程度在逐渐增强,其原因在于人类活动改变下垫面导致径流减少。     

西苕溪流域径流对土地利用变化的空间响应分析

针对流域土地利用变化所引起的径流空间变异问题,论文以太湖上游西苕溪流域为例,基于SWAT模型（Soil and Water Assessment Tool）模拟的不同土地利用情景下月尺度径流过程,通过GWR模型（Geographically weighted regression）在空间上定量评估了土地利用/覆被变化对流域径流过程的影响。结果表明：径流变化在流域空间分布上存在一定非平稳性,其与子流域内面积变化较大的土地利用类型相关性显著,其中城镇用地影响最大,林草地和耕地影响次之。径流变化对城镇用地的空间响应关系表现为由上游到下游逐渐增强,而对林草地和耕地的响应关系表现为从流域上游到下游逐渐减弱。对比发现,多因子GWR模型相对于单因子GWR模型更适合综合分析径流对土地利用/覆被变化的空间响应关系。     

屋面径流水量水质变化

为探明普通屋顶和绿化屋顶屋面径流水质和水量的变化规律,采用4个1.0×0.5 m~2木箱模拟普通屋顶和3种不同基材配方的绿化屋顶,并运用人工降雨的试验手段,相隔12个月2次对比观测屋面径流过程的水量和径流Cd、Pb、Cu、Zn、TP和TN含量。结果表明:(1)与普通屋面相比,绿化屋面的径流开始更晚,结束更迟,延时更长,径流总量更小,径流洪峰更低。(2)除初始流外,绿化屋顶屋面径流TP的含量高于普通屋面径流;试验初期,绿化屋顶屋面径流TN的含量高于普通屋面径流;使用复合肥的绿化屋顶屋面径流TN和TP含量比使用缓释肥绿化屋顶屋面径流含量高。(3)普通屋顶屋面径流重金属和TN、TP含量随着径流过程逐渐减少,绿化屋顶屋面径流中污染物含量随径流过程变化规律不明显。绿化屋顶初期屋面径流TN含量比1 a后高。(4)3种绿化屋面的径流和普通屋顶屋面径流的初始流TP、TN、Cd和Pb含量超过了GB 3838-2002规定Ⅳ类水域含量指标。研究表明不同类型和不同绿化基材的绿化屋顶屋面径流过程和水质变化规律不同。     

1956-2005年窟野河径流变化及人类活动对径流的影响分析

为明确水土保持综合治理和矿产资源开发引起的水文情势演变,以黄土高原水蚀风蚀交错区的窟野河流域为研究区域,选择近50 a的径流、降雨资料,运用非参数检验、R/S、小波分析、历时曲线方法,探讨径流的变化趋势、突变和周期,并利用降雨-径流多元线性模型估算气候变化和人类活动对径流的影响。结果表明:径流量表现出显著减少趋势,变率为-0.11×10⁸ m³/a,跃变时间发生在1979、1996年。与基准期(1956-1979年)相比,煤炭开发期(1997-2005年)的日径流量在5%、50%和95%的频率上减少程度均较水土保持效应期(1980-1996年)大。年径流的演变在9、18、32 a存在显著的周期。水土保持效应期气候变化与人类活动对径流变化的贡献率分别为58.62%、41.38%,煤炭开发期气候变化占21.75%,人类活动占78.25%,其中采煤活动占52.27%。煤炭开采是导致窟野河径流减少的主要因素,但是气候变化的影响也不可忽视,在进行水土保持综合治理和水资源合理规划时应充分考虑。     

基于GRACE卫星时变重力场模型的黄河中游地区水储量变化研究

论文以水循环发生巨大改变的黄河中游地区作为研究对象,利用GRACE卫星时变重力场模型以及黄河中游地区的水文数据,通过水循环系统的概化、子流域划分以及Mann-Kendall非参数检验等方法,对黄河中游地区以及各个子流域水储量变化进行研究。主要结论如下：近10 a,黄河中游地区水储量以年均3.79 mm等效水深的速度增加,而引起水储量增加的主要原因是该地区径流损失量减少,年均减少量超过2.93 mm等效水深;黄河中游地区水储量的空间变化差异性较大,水储量增加最大的区域是龙门—三门峡区间,年平均增加4.59 mm等效水深,而增加量较小的是三门峡—花园口区间,年平均增加2.71 mm等效水深,水储量增加居中的则是河口—龙门区间,年平均增加3.47 mm等效水深。     

黄河流域近40年蒸发皿蒸发量的气候变化特征

利用黄河流域及其周边123个气象站1961～2000年20cm口径蒸发皿资料,分析了黄河流域蒸发皿蒸发量的气候变化趋势。结果表明,就整个流域平均而言,尽管在1960～2000年期间,黄河流域年平均温度升高了0.6℃,但蒸发皿蒸发量却呈明显下降趋势,黄河流域年蒸发皿蒸发量在20世纪80～90年代较60～70年代下降了136mm,下降幅度为7.5%;蒸发皿蒸发量的下降主要表现在夏季和春季,秋季和冬季不明显。对蒸发皿蒸发量气候变化的空间分析表明,局部区域与整个流域的气候变化趋势并不完全同步,黄河流域上游和下游蒸发皿蒸发量呈下降趋势,中游呈持平并略有上升趋势。     

黄河流域水污染现状分析及控制对策研究

近年来,随着黄河流域工农业生产的发展,对黄河水资源的利用越来越广泛,但由于缺乏完善的污染防治措施,导致了水质日趋恶化。本文总体评价了黄河流域水质污染的现状,对流域污染源进行了的总结,对于由于水质污染而带来的危害进行了的分析,同时针对水质管理中存在的一些问题,提出了一系列非工程与工程的水污染防治措施。     

CLIGEN生成干旱半干旱地区降水相关参数的验证

选用黄河上中游地区无定河流域为中心的15个气象站1959~1999年的降水日值资料,对随机天气发生器CLIGEN在干旱半干旱地区再现降水的能力进行了验证。结果表明:CLIGEN模型较好地模拟了该区域的降水发生概率;很好地再现了年、月、日降水总量平均值,平均相对偏差分别为2.4%、2.4%和2.1%;CLIGEN再现了96.4%的日降水变率、95.9%的月降水变率和84.1%的年降水变率。对年降水变率估计稍差,表明CLIGEN在模拟降水变率方面还有改进的必要。从降水极值看,年降水最大值的平均相对偏差为11.1%,偏差最大的是干旱区的临河站（39.1%）;年降水最小值的平均相对偏差为20.5%,偏差最大的是临河站（-30.7%）;月最大降水量除两站稍低外,其它站平均偏高20.2%;日降水最大值除临河站偏低3.4%外,其余各站平均偏高43.2%。总体上讲,CLIGEN在干旱地区的模拟能力比在半干旱区稍差。鉴于CLI-GEN模拟的极大值绝大部分都偏高,因此利用CLIGEN模型生成的降水资料运行径流和土壤侵蚀模型有高估径流量和土壤侵蚀量的可能,需要进一步利用自计雨量计的资料对CLIGEN生成次降水的参数进行验证,以确保径流和土壤侵蚀预测的精度。     

黄河流域植被生态用水过程动态模拟

以黄河流域为例,通过集成RS/GIS 技术,利用生态水文评估工具中模块化生态水文综合管理系统（EcoHAT）对研究区植被生态用水过程进行定量模拟,模拟出该流域20 世纪50年代以来像元尺度上植被生态用水量,得到研究区植被生态用水时空结构差异。结果表明：在年际变化上,20 世纪60 年代和80 年代偏多,而70 年代和90 年代偏少,2000 年生长季植被生态用水量为263.5 mm;年内变化整体与降水变化趋势相一致,最大值集中在6-8 月;从植被类型看,最小是草地,其次为灌丛,最大为林地;从水资源分区上看,最小的是兰河干流区间,伊洛河流域最大。其中,兰河干流区间、河龙干流区间、内流区、湟水流域、龙兰干流区间、龙羊峡以上及洮河流域普遍小于400 mm,汾河流域、黄河下游、泾河流域、北洛河流域、沁河流域、渭河流域、龙三干流区间、三花干流区间及伊洛河流域普遍大于400 mm。     

黄河流域土壤侵蚀潜在风险及其转化分析

作者在前期研究中,基于流域最小图斑的划分,提出了土壤侵蚀快速评估方法,并在黄河流域的应用中取得了较满意的效果。论文以黄河流域土壤侵蚀强度的评估结果为基础,评估了流域土壤侵蚀的脆弱性。以抗侵蚀年限表征流域土壤侵蚀潜在危险度,结合土壤侵蚀脆弱性分析了流域土壤侵蚀潜在风险。通过与土壤侵蚀强度的对比,指出在流域水土保持和生态保护中,同时考虑土壤侵蚀强度和水土流失潜在风险才能作出更合理的决策。最后,分析了黄河流域中游土壤侵蚀风险向下游洪水风险的转化关系,指出黄河中游高产沙区土壤侵蚀风险转化为下游更高的洪水风险,在泥沙灾害研究中应关注灾害的链式反应。     

树轮记录的黄河源区过去390 a流量变化

论文利用采自黄河源区的两个样点的祁连圆柏树轮样本建立了区域树轮宽度年表,分析了树木生长与流量的关系,结果表明1—7月的平均流量与树轮宽度密切相关,相关系数达0.73。由此重建了黄河源区过去390 a来的流量变化,统计检验结果表明,重建方程方差解释量高达53.6%。重建序列大体经历了7个丰水期和10个枯水期。周期分析结果表明,重建序列存在着42、18和2~4 a左右的显著变化周期。区域对比结果表明,重建结果与周边其他基于树轮资料的重建序列的干湿变化有较好的一致性,证明了论文重建序列的准确性。     

Methodology to determine regional water demand for instream flow and its application in the Yellow River Basin

Introduction Instream flow is a generic and widely used term that refers to the water required to protect the structure and function of aquatic ecosystems at some agreed level. Other terms that are sometimes used include “environmental flow” (Arthington…     

黄河流域生态补偿研究进展与展望

黄河流域是我国重要的生态功能区,在全国经济社会发展格局中具有重要作用。生态补偿作为保护流域生态环境、促进人与自然和谐的重要手段,在推动黄河流域高质量发展过程中具有重要作用。本文从流域区段、评价方法、影响效应、优化思路、保障机制等方面对黄河流域生态补偿的理论和实践成果进行了综述,同时提出加强多学科协同攻关、构建具有区域特征的生态补偿模式、加快建立以海定陆的生态补偿机制、注重生态损害形成机制和程度评估、加强构建多元化生态补偿保障体系等未来研究中需要深化和完善的几点建议,以期为中国经济高质量发展阶段黄河流域生态补偿的理论与实践研究提供启示和借鉴。     

A holistic approach for evaluating ecological water allocation in the Yellow River Basin of China

The characteristics and sustainable management of water resources on a basin scale require that they should be managed using a holistic approach. In this study, a holistic methodology called the holistic approach in a basin scale (HABS) is proposed to determine the ecological water requirements of a whole basin. There are three principles in HABS. First, ecological water requirements in a basin scale indicate not only the coupling of hydrological and ecological systems, but also the exchange of matter and energy between each ecological type through all kinds of physical geography processes. Second, ecological water requirements can be divided into different types according to their functions, and water requirements of different types are compatible. Third, ecological water requirements are related to a multiple system including water quality, water quantity, and time and space, which interact with each other. The holistic approach in a basin scale was then used in the Yellow River Basin and it suggested that 265.0 × 10⁸ m³ of water, 45% of the total surface water resources, should be allocated to ecological systems, such as rivers, lakes, wetlands and cities, to sustain its function and health. The ecological water requirements of inside river systems and outside river systems were respectively 261.0 × 10⁸ and 3.65 × 10⁸ m³.