长江三峡区间数字流域水系的构建

基于全球陆地一公里基础高程GLOBE数据,采用Martz和Garbrecht研制的数字高程流域水系模型自动提取长江三峡万县－宜昌区间的河网水系、各子流域分水线、河网与子流域编码及河网结构拓扑关系,从而构成该区域的数字流域和数字水系。结果表明该模型生成的水系是可以接受的,与1：10万地形图上长江三峡万县－宜昌区间的水系一致,这为空间分布式模型的建立提供了必备的空间信息数据。最后,探讨了数字流域水系在流域生态学中的应用前景,构建的数字水系可为中惊讶以上流域水体和水生生物的资源保护与合理利用提供决策平台,服务于社会经济的可持续发展。     

基于GeoProcessing方法的岷江上游流域数字水系建模

GeoProcessing不仅提供空间数据分析的简单功能,而且支持建立非常复杂的地理处理模型来完成定制的地理处理任务和执行批处理操作.通过GeoProcessing地理处理新方法建立流域数字水系模型,是流域水文构成模拟计算、流域水土流失分析等的重要基础.为水文过程模拟分析提供有力支持.以岷江上游流域为研究区,首先使用GeoProcessing建模方法生成岷江上游流域30 m×30 m DEM并对其进行洼地的确定、填充和平地的抬升等预处理,采用D8法计算水流方向和汇流面积,在此基础上实现流域分水岭、河网水系和子流域等参数提取,并建立岷江上游流域数字水系模型.通过模型计算,较精确地确定了岷江上游的流域边界,其提取结果与传统的手工数字化成果吻合程度高,且细节部分更加突出;与传统的分步式操作相比,提高了水系河网提取的阈值试验条件设置次数,可批量处理,自动化程度高,人为干扰小,结果更加可信.当取汇水累计量≥600栅格单元(面积约为0.05 km2)且综合长度≤500 m的水系时得到的结果与手工数字化地形图水系吻合较好.     

基于流域地形地貌特征的分布式汇流方法

以长江三峡区间沿渡河流域为例,采用HEC-HMS水文模型系统为模拟工具,基于流域下垫面特征和水动力条件提出了一种分布式单位线方法,并应用于降雨径流过程模拟。以自然分水线划分子流域,基于DEM数据和GIS工具提取河网水系特征。采用7种模型评估指标,分别从总量平衡,过程拟合,高水流量和低水流量4个角度评判模型的模拟效果及精度,并给出了模型模拟结果的量化统计指标。模拟结果表明:25场洪水中,洪峰流量相对误差小于20%的有80%,径流深相对误差小于20%的有96%,Nash-Sutcliffe效率系数大于0.8的有84%。由此可知,提出的分布式汇流方法可有效利用流域下垫面特征和GIS工具提取模型参数信息,适应于无资料流域的降雨径流过程模拟应用。     

水污染控制规划的GIS辅助技术研究

以宁波市甬江流域为例,以GIS技术辅助流域水污染控制规划,在ARCGIS90的环境中,完成了流域水系概化、水质评价,并利用GIS的叠置技术,建立功能区划水域－入河排污口－陆上汇流区的对应关系。根据水环境功能区的水质目标,通过建立污染源－水环境质量的输入响应关系,然后利用GIS技术对甬江流域数字高程模型（DEM）进行数字地形分析,得到甬江流域的模拟河网和流域汇水图,构筑了水污染控制单元,作为水环境容量核定和总量分配的基本工作区域。最后利用GIS的可视化表达进行辅助决策,确定各水环境功能区的水环境容量,结合排污状况（包括工业、农业、生活）的分析,得出流域水污染控制的总量控制方案和对策措施。甬江流域水污染控制规划的实践表明,在规划过程中,GIS作为一个必不可少的工具渗透在每一个环节中,为数据管理、空间图形表达和空间决策分析提供有效的工作平台和可靠的技术支持     

基于DEM的分布式水文模型在清江流域的应用

基于清江上游水布垭区域的数字高程模型(DEM)数据,提取出了研究区域水系、勾画了研究区域边界,并计算了研究区域地形指数分布。采用基于数字高程模型(DEM)的分布式水文模型(DDRM)来进行降雨 径流模拟。在Nash Sutcliffe效率系数、洪峰相对误差、径流深相对误差等方面对基于DEM的分布式水文模型和三水源新安江模型进行了比较分析。结果表明：在径流深模拟方面新安江模型略好于DDRM,在洪峰流量及峰现时间方面DDRM略好于新安江模型,模拟的Nash Sutcliffe效率系数两者相当,总体上基于DEM的分布式水文模型和三水源新安江模型模拟效果相当。基于DEM的分布式水文模型与三水源新安江模型相比,其优点是模型结构简单、参数较少、物理过程明确,而且能够模拟流域土壤含水量和径流量的空间分布。     

基于多叉树的遍历算法在数字水系拓扑关系计算中的应用

数字水系中各网格或子流域之间的拓扑关系是正确反映洪水演算顺序的重要环节。针对目前流域拓扑关系计算中存在的问题,提出了一种基于多叉树的流域拓扑关系计算方法,该算法将流域中的网格或子流域概化成树形结构的结点图,运用后序遍历递归算法,可快速自动建立反映洪水演算顺序的拓扑结构,解决了复杂流域洪水的演算集成问题,为分布式水文模型的开发研制奠定了坚实的基础,具有较强的实用价值。     

水污染控制规划的GIS辅助技术研究

以宁波市甬江流域为例，以GIS技术辅助流域水污染控制规划，在ARCGIS90的环境中，完成了流域水系概化、水质评价，并利用GIS的叠置技术，建立功能区划水域－入河排污口－陆上汇流区的对应关系。根据水环境功能区的水质目标，通过建立污染源－水环境质量的输入响应关系，然后利用GIS技术对甬江流域数字高程模型（DEM）进行数字地形分析，得到甬江流域的模拟河网和流域汇水图，构筑了水污染控制单元，作为水环境容量核定和总量分配的基本工作区域。最后利用GIS的可视化表达进行辅助决策，确定各水环境功能区的水环境容量，结合排污状况（包括工业、农业、生活）的分析，得出流域水污染控制的总量控制方案和对策措施。甬江流域水污染控制规划的实践表明，在规划过程中，GIS作为一个必不可少的工具渗透在每一个环节中，为数据管理、空间图形表达和空间决策分析提供有效的工作平台和可靠的技术支持     

基于栅格产汇流的TOPMODEL

经典的TOPMODEL产汇流演算原是建立在子流域单位基础上的半分布式水文模型。考虑到流域地形、下垫面条件及流域气象条件的空间差异性,将TOPMODEL的产流计算细化到每个栅格,以改进模型的分布式计算,并在考虑地形坡度影响的情况下,根据降水-径流资料优选出的参数率定等流时线、利用率定的等流时线进行流域的汇流计算,以提升TOPMODEL在中、大尺度流域模拟演算的能力。使用改进后的模型在两河口流域（2 818 km2）以精度60 m的数字高程模型栅格网为基础,配合气象数据和水文资料对径流流量进行日模拟,模拟精度达到70%左右,进一步的分析认为该模型仍有较大的改进空间。     

太湖平原武澄锡虞区水系结构及水文连通性变化分析

河网水系在太湖平原地区水源供给、洪涝排泄、水质净化过程中发挥着重要作用,但近几十年来该地区城镇化迅速,土地利用改变、水资源过度开发等人类活动导致河网水系衰减,水文连通受阻,并引发一系列洪涝与水环境问题.为此,以太湖平原武澄锡虞区为例,构建水系结构与连通性评价指标,分析该地区1960s～2010s水系结构和水文连通性变化特征.研究表明该地区:(1)1960s～2010s水系不断衰减,武澄锡虞区河网密度、水面率、河网发育系数分别降低了22.94％、25.09％和22.35％,河网复杂度急剧下降,其中武澄锡区河网衰减程度大于澄锡虞区.(2)水文连通性存在先下降后上升发展趋势,1960～1980年,该地区的平均水文连通性为0.89,1980～2000年平均水文连通性降至0.82,2000～2016年平均水文连通性恢复到0.91.(3)城镇化发展导致水系结构大幅度衰减,水系结构主干化以及水利工程建设使得水文连通性下降,而疏浚、拓宽河道在一定程度上可提高区域水文连通性.本研究将为平原区水系利用与保护提供一定的支持与参考.     

汉江上游小流域土地利用及水土流失初探

汉江流域丹江口库区是南水北调中线工程的水源地，其周边及上游流域生态环境对于保证库区生态安全具有重要意义。利用汉江上游流域的数字高程模型进行子流域划分，分析了汉江上游及子流域的土地利用／土地覆盖特征，并结合利用土壤侵蚀强度分级标准和数字高程图（DEM），对流域的水土流失进行初步估算。研究结果表明，除丹江口库区周边及汉中盆地的森林灌丛覆盖率相对较低之外，其它亚流域的森林覆盖率都在50％以上。上游中部地区的水土流失现象较为严重，尤其是大巴山的北坡和秦岭的旬河流域，而汉中盆地与丹江口库区周边的水土流失相对较轻。研究结果可为流域的环境治理及生态恢复提供支撑，对南水北调中线工程水源地保障具有重要意义。     

城镇化下平原水系变化及河网连通性影响研究

针对平原区城镇化背景下水系减少及连通受阻等下垫面变化引起的洪涝加剧问题,综合考虑水系结构和水力特性等因素,建立满足行洪排涝需求的平原水系连通度量方法,并以浙东沿海平原河网区为例,分析了城镇化下平原水系特征变化及其对河网连通度的影响。结果表明:1近20a来研究区水系数量和结构复杂性均存在不同程度的衰减,河网密度和水面率分别减少20%和30%左右,水系尤其是低等级河道的减少导致河网结构趋于骨干化;2河网连通度受水面率等数量特征和水系空间连接结构的共同影响,在水系数量持续减少情况下,整个河网连通度呈现先减少后增加的趋势,说明了骨干河道工程对水系空间结构特征的优化,可缓解水系减弱对河网连通的负面效应;3建立的河网连通度方法合理反映了水系数量和结构变化下的河网连通度演变规律,以及水系变化下区域排涝能力的空间差异特征,具有操作性强特点。     

流域开发的外部性及其内部化

流域是地表水的集水区域。流域问题的本质是水。水是可持续发展的基础和条件，是环境与发展问题的核心。流域开发是以水资源为先导和主体的综合资源开发。实现流域经济可持续发展实质就是实现流域水资源可持续开发和利用。外部性是流域开发的基本特征，水资源的特性决定了流域开发的外部性。实现流域开发的外部性内部化是流域经济可持续发展的关键。实现流域开发外部性内部化，必须界定流域资源产权，明确流域开发主体；建立税收－补贴体系，对水资源合理定价；坚持“排污者付费原则”；建立流域水资源市场，实现水资源资产化管理。同时，政府要加强流域的管理；建立健全水资源保护与流域开发的法律体系；普及保护环境和水资源的教育，建立节水观念；支持和鼓励流域开发企业实行外部成本内部化措施；调整产业结构，深化国有企业改革。     

长江经济带开发构想与发展态势

长江经济带是我国国土开发和经济建设中极其重要的开发轴线,近年来已经上升为新一轮的国家战略,肩负着参与国际竞争、协调东中西3大区域、推进双向开放、建设生态文明的使命。在国际国内经济社会发展新形势下,长江经济带发展机遇与挑战并存。以流域经济发展为视角,从长江经济带提出的背景出发,回顾了长江经济带战略构想及20世纪80年代以来开发历程,从经济地位、产业集聚、航运建设、岸线开发、沿江交通等5个方面分析了长江经济带发展态势,并重点分析了长江经济带重化工业发展与布局、生态环境影响、港口建设与发展、城市群培育等方面面临的主要问题,最后从改革考核机制、破除行政壁垒、强化流域协调机构与建立流域管理法律法规等方面提出了对策思路,以期为新时期长江经济带开发建设提供参考借鉴。     

赤水河流域产业状况与综合流域管理策略

赤水河流域位于川、滇、黔3省接壤地带，流域面积 18 932 km2，流经贵州、云南、四川的13个县市。目前，赤水河流域依然是长江上游生态环境、水质最好的一级支流。促进流域环境保护与经济的协调发展，是地区在进行流域管理的难题。通过研究发现，赤水河流域上、中、下游具有显著的产业特点。上游主要以煤电行业为主，污染大，过度垦殖导致水土流失严重；中游以优质白酒为主导的轻工产业为主，但政府发展规划上却突出了重工业发展的重要性；下游地区具有良好的生态环境并开展了初步规模的自然生态旅游，但在产业发展上受到上、中游地区的严重影响和限制。因此，流域的产业发展对整个流域的环境保护和经济可持续发展的影响很大，而现行的流域管理却忽视了产业布局的整体考虑。通过赤水河流域环境问题和产业发展以及相互之间关系的分析，通过综合流域管理的思想，提出建立全流域统一的环境保护机制的策略，把流域的环境特点转化为经济发展的要素，促进流域环境的保护和经济的协调发展。     

赤水河流域产业状况与综合流域管理策略

赤水河流域位于川、滇、黔3省接壤地带,流域面积 18 932 km2,流经贵州、云南、四川的13个县市。目前,赤水河流域依然是长江上游生态环境、水质最好的一级支流。促进流域环境保护与经济的协调发展,是地区在进行流域管理的难题。通过研究发现,赤水河流域上、中、下游具有显著的产业特点。上游主要以煤电行业为主,污染大,过度垦殖导致水土流失严重;中游以优质白酒为主导的轻工产业为主,但政府发展规划上却突出了重工业发展的重要性;下游地区具有良好的生态环境并开展了初步规模的自然生态旅游,但在产业发展上受到上、中游地区的严重影响和限制。因此,流域的产业发展对整个流域的环境保护和经济可持续发展的影响很大,而现行的流域管理却忽视了产业布局的整体考虑。通过赤水河流域环境问题和产业发展以及相互之间关系的分析,通过综合流域管理的思想,提出建立全流域统一的环境保护机制的策略,把流域的环境特点转化为经济发展的要素,促进流域环境的保护和经济的协调发展。     

南水北调中线水源地汉江上游流域主要生态环境问题及对策

汉江上游是南水北调中线水源地,流域生态环境建设是保障水源地水质安全的关键.针对上游流域水环境污染、土地利用以及水土流失等重大生态环境问题,结合流域数字高程模型及水质调查对其进行了系统分析.结果表明:(1)丹江流域、库区流域及汉中盆地水质较差,COD<,Mn>和氨氮成为水源区主要污染物;(2)各子流域区植被覆盖占各自面积的71.2%～95.7%,表明流域植被覆盖较好,但沿河岸100 m范围内农业用地占29.2%～43.4%,且多为坡耕地;(3)流域水土流失严重,2000年左右流域侵蚀图显示汉江源头、秦岭南及大巴山北均出现了大片年均侵蚀模数>2 200 t/km2的区域,且有日益增强的趋势.提出加大水环境污染整治力度、加强农业用肥管理及河岸带建设、水土保持建设以及加强流域水环境及水土保持监测和科研工作等对策.     

流域管理体制研究

一个科学、合理的流域管理体制,是对流域的开发、利用和保护活动进行有效管理的先决条件,是实施流域可持续发展战略目标的基本组织保证。对我国现行的流域管理体制及其存在的问题作了较为深入的分析和研究,在此基础上提出了建立统一管理、垂直领导的流域管理新体制的主张,并对流域管理新体制的形成和运行提出了具体的建议。文章旨在为我国建立一个科学的流域管理体制提供一些研究意见。