近43年来“三江源”地区气候变化趋势及其突变研究

利用“三江源”地区14个气象台站1962-2004年气温、降水量资料,分析了该地区气候变化趋势及其突变情况。研究表明:近43年来,“三江源”地区气温普遍升高,年及夏、秋季降水量的变化呈微弱减少趋势,而冬、春季降水量呈现出显著增加趋势,气候暖湿变化表现出不同季性,四季及年蒸发量变化呈逐年增大趋势;气候变化具有显著的区域性差异;年平均气温在1987年出现了由冷到暖的突变,冬、春季降水量均在20世纪70年代中期和80年代出现了由少向多的突变,年蒸发量在1986-1988年间发生由少到多突变。全球升温并由此引起的海洋蒸发和陆地上的蒸散加强,地气水分循环加快,是“三江源”地区气候出现暖湿变化的主要原因。     

淮河流域粮食生产与化肥消费时空变化及对水环境影响

以淮河流域172 个县为研究单元,基于1990、1995、2000、2005 和2010 年分县粮食、化肥及2010 年水环境数据,采用ESDA模型、重力模型、回归分析和GIS 空间技术方法,分别对流域粮食生产与化肥消费的空间集聚程度及重心进行测定,在此基础上分析了流域粮食生产与化肥消费的动态时空变化规律、耦合关系及其对流域水环境影响。结果表明：①粮食生产与化肥消费的“高-高”和“低-低”集聚区存在显著空间正相关,空间聚集特征明显,“高-高”类型区主要集中分布在流域下游的苏北平原和皖北平原,“低-低”类型区主要集中分布在流域上游的伏牛山、桐柏山和沂蒙等山区;②重心分析表明,20 a 来粮食生产和化肥消费的重心逐步由流域东北向西南方向移动,分别移动了29.51 km和34.97 km,两者重心之间距离呈现近似“W”的“先减后增再减再增”徘徊特点;③流域粮食生产与化肥消费的“高-高”和“低-低”集聚区在流域空间位置上高度耦合,呈现增减协同的时空演进格局,且两者重心时空演变轨迹具有同向性,空间耦合特征显著;④回归分析表明化肥消费是流域水环境污染的主要贡献因子和污染来源,也表明流域粮食生产过程中环境成本较大,呈外部不经济效应。     

“一带一路”重点地区全要素能源效率-测算、分解及影响因素分析

将“一带一路¹”国内重点地区作为研究对象,从“一带”和“一路”角度分析重点地区全要素能源效率.遵循测算、分解及影响因素分析的研究路径,考虑水体和大气污染两方面的三种非期望产出,采用超效率SBM模型测算重点地区2005-2015年的全要素能源效率,以Malmquist指数分解全要素能源效率变动,通过Tobit模型对10种影响因素进行回归分析.研究发现：2005-2015年,“一带一路”重点地区全要素能源效率未见进步.以经济带划分的全要素能源效率存在差异,“一路”地区全要素能源效率最高,“一带一路”重点地区总体次之,“一带”地区最低,分别稳定在0.96,0.82和0.76的水平;大部分重点地区的Malmquist指数大于1,显示生产效率进步,可能存在“回弹效应”;经济发展、产业结构、对外开放和能源价格可以促进重点地区全要素能源效率提高,研究开发、政府干预、生产要素比没有带来正面影响,工业污染显示显著负影响.最终.     

甘肃白龙江河谷浅山区冬季温度分布、逆温特征及宜桔地选择

本文探讨了陇南白龙江流域河谷浅山区冬季温度分布及逆温出现的特点;阐述了逆温形成的原因及与桔树生物学特性相适应的“逆温暖层”农业气候、生态的优势;根据冬季宏观温度和山体逆温分布规律,提出了浅山“暖层”宜桔地选择的方法。     

“三下”开采资源补偿费减征的模型与方法研究

针对我国“三下”开采资源补偿费征收现状与存在问题,基于资源价值理论及现行资源补偿费征收标准,通过理论分析、实例计算和计算机模拟,给出了“三下”开采资源补偿费减征的理论依据,提出了“三下”开采资源回收难度综合评价模型、补偿费征收模型、合理采出率等有关参数的确定模型,研究了“三下”边界及压煤量、采出率快速准确确定方法,设计开发了程序系统,为搞好“三下”资源补偿费征收、提高矿产资源管理与科学决策水平提供了理论与方法依据。     

中国西北干旱区的地下水资源及其特征

分析了中国西北干旱区自然地理环境、水资源形成和分布及其利用状况,重点讨论了该区地下水资源分布的地区差异与赋存特征。该区平原地下水资源是山区水资源(包括降水和雪冰融水)在平原区内的转化;山区水资源是内陆河流和平原地下水的惟一补给来源;盆地平原地下水和地表水构成一个统一的水资源系统、独立的水文单元和完整的水生态体系。充分了解干旱区降水-地表水-地下水资源链的特征,正确认识干旱区“三水”转化自然规律,合理利用“三水”,对该区域社会经济持续发展具有重要意义。     

“猪-沼-果”生态农业模式

“猪-沼-果”生态农业模式是一种循环经济模式,论文分析了这一模式的系统结构和运作机制,总结了科学实验的结果。“猪-沼-果”模式以沼气池为核心,聚集了一系列复杂的生化反应,优化传统种养模式的组织结构,使物质充分利用,能量有效转换,具有显著的经济、社会和生态环境效益。江西建设了103.87×104个农户家用沼气池和250个大、中型沼气工程,每年可以节省木材600×104余m 3,相当于75×104hm₂林地的活立木蓄积量;农作物施用沼肥,节省化肥农药,比传统模式提高肥效20%左右。“猪-沼-果”模式在流域综合治理、减少农村面源污染、发展绿色食品和控制血吸虫病等方面都有广泛的应用。     

黄河流域分布式水文模型开发和验证

研究目的是开发和验证大流域分布式水文模型,为黄河流域水资源评价和演化规律分析服务。在综合了分布式水文模型和陆面过程模型各自优点的基础上,开发出模拟对象为“天然-人工”二元水循环系统的WEP-L模型。该模型以“子流域内等高带”为计算单元,并用“马赛克”法考虑计算单元内土地覆被的多样性,避免了采用过粗网格单元产生的模拟失真问题。针对各水循环要素过程时间尺度不同的特点,计算时采用了1h至1d的“变时间步长”,既合理表述了水循环动力学机制又提高了计算效率。将全黄河流域划分为具有空间拓扑关系的8485个子流域和38720个等高带,采用45年(1956～2000年)水文气象系列数据及相应下垫面条件进行了模拟计算,并根据黄河流域主要水文站逐月和逐日径流系列进行了模型校验。验证结果表明,所构建的模型具有较高模拟精度,可应用于黄河流域二元水循环过程模拟和水资源演变规律分析。     

“耕地总量动态平衡”政策驱动下中国的耕地变化及其生态环境效应

土地政策是影响土地利用及生态环境变化的一个重要的驱动因素。论文分析了“耕地总量动态平衡”政策对中国的耕地变化及其生态环境效应的影响,结果表明,“耕地总量动态平衡”政策对中国耕地的数量变化产生了积极作用,主要表现为:非农建设占用耕地的势头总体上得到遏制,全国及各省(市、区)基本实现耕地占补平衡,促进了农地整理工作的开展。但是,该政策对中国耕地的质量变化的影响却相反,在全国实现耕地占补平衡的情况下,耕地的总体生产能力呈下降趋势,同时,对生态环境产生了一定的负面效应。在此基础上,论文提出了重新审视“耕地总量动态平衡”政策的可行性,以“保护和提高耕地综合生产能力”替代“耕地总量动态平衡”以及根据土地资源区域差异采取不同的具体措施等对该政策加以调整的思路。     

北方城市干涸河流区域资源管理与环境整治模式——以滹沱河石家庄市区段生态恢复与重建模式为例

针对城市化进程中所导致的河流干涸、景观与生物多样性丧失、生态环境恶化等问题,研究了我国北方典型城干涸河流生态恢复与环境整治模式。借助遥感、GIS技术、环境监测等手段,对研究区域--滹沱河石家庄市区段的生态环境现状进行了调查与分析,提出了“以绿代水”的生态-恢复与重建模式。在对河流进行生态输水、水资源合理管理与调度的同时,选择适宜的研究尺度,提出了恢复流域内自然植被的“绿色滹沱”模式,即:河道中心区--乡土草本滞洪补潜;缓冲区----灌木束水导流、杨柳护堤造岸;过渡区-林果防风固沙。最后,还提出了滹沱河区域环境与资源管--理的建议。论文为城市干涸河流的生态环境整治与区域资源管理提出了新的理念和途径。     

Agroforestry associating coffee and Inga densiflora results in complementarity for water uptake and decreases deep drainage in Costa Rica

The shade impact by Inga densiflora on water use and drainage in a coffee agroforestry system (AFS) was compared to coffee monoculture (MC) in Costa Rica. Rainfall interception, transpiration, runoff and soil water content were monitored during 3 years. Runoff was lower in AFS than MC (5.4 and 8.4% of total rainfall, respectively) and a higher water infiltration was observed under AFS. Still, the higher combined rainfall interception + transpiration of coffee and shade trees in AFS resulted in a lower drainage than in MC. No coffee water stress was recorded either in AFS or MC as relative extractable soil water remained above 20% during the dry seasons. Time course of soil water content showed enhanced access to soil water between 100 and 200 cm depth in AFS. This suggests complementarity for soil water between coffee and shade trees. The model HYDRUS 1D predicted that drainage at 200 cm depth accounted for a large fraction of annual rainfall (68% for MC and 62% for AFS). Climatic scenario simulations showed (1) a potential competition for water between coffee and shade trees when the dry season was extended by 4–6 weeks compared to actual, and (2) a severe reduction in annual drainage, but without competition for water when rainfall was reduced down to 40% of the actual.     

雨水资源、土壤水资源与土壤水分植被承载力

在我国北方少雨地区开展雨水资源、土壤水资源与土壤水分植被承载力研究对于防治林草地土壤旱化和林草植被经营具有重要意义。2002年4月以来,在上黄生态实验站对多年生人工林林外和林内降水、地表径流、植物生长和土壤水分动态进行了定位观测,结果表明:次降雨林冠层截留量为0.2～6.47mm,为降水量的3.1%～53.3%,截留总量占降水量的16.9%;地表径流量为0.24～1.5mm,是降雨量的1.6%～6.8%;柠条林地土壤剖面水分垂直变化可分为活跃层、次活跃层和相对稳定层;年内土壤水分胁迫时,植物通过改变叶的颜色,降低自身的含水率、落叶或产生大量落叶来适应干旱的土壤水环境,但不会死亡。土壤水分植被承载力为土壤水分承载植物的最大负荷,是指在较长时期内,当根层土壤水分消耗量等于或小于降雨补给量时,所能维持特定植物群落健康生长的最大密度。     

淮河中游北岸地区“四水”转化研究

针对近期强人类活动对区域水循环的影响,以淮河中游北岸典型区为研究对象,利用分布式水文模型研究该地区的"四水"(大气水、地表水、土壤水和地下水)转化定量关系。结果表明,研究区水循环受人类活动影响剧烈,产生了明显的自然-社会二元性特征,对"四水"间的相互转化产生重要影响;2003—2010年研究区地表水、土壤水和地下水存在正向补给趋势,增加了当地水资源可利用量;研究时段内研究区需要来自区域外的水汽补给来支持年均39.77×108m3的降水量。最后在定量分析的基础上给出了当地水资源管理与合理利用的若干建议。区域"四水"转化关系研究可为当地的水资源评价、规划和管理提供基础性的技术支持。     

Flow and geochemical modeling of drainage from Tomitaka mine, Miyazaki, Japan

The chemistry and flow of water in the abandoned Tomitaka mine of Miyazaki, western Japan were investigated. This mine is located in a non-ferrous metal deposit and acid mine drainage issues from it. The study was undertaken to estimate the quantities of mine drainage that needs to be treated in order to avoid acidification of local rivers, taking into account seasonal variations in rainfall. Numerical models aimed to reproduce observed water levels and fluxes and chemical variations of groundwater and mine drainage. Rock–water interactions that may explain the observed variations in water chemistry are proposed. The results show that: (1) rain water infiltrates into the deeper bedrock through a highly permeable zone formed largely by stopes that are partially filled with spoil from excavations (ore minerals and host rocks); (2) the water becomes acidic (pH from 3 to 4) as dissolved oxygen oxidizes pyrite; (3) along the flow path through the rocks, the redox potential of the water becomes reducing, such that pyrite becomes stable and pH of the mine drainage becomes neutral; and (4) upon leaving the mine, the drainage becomes acidic again due to oxidation of pyrite in the rocks. The present numerical model with considering of the geochemical characteristics can simulate the main variations in groundwater flow and water levels in and around the Tomitaka mine, and apply to the future treatment of the mine drainage.     

河套灌区土壤水和地下水动态变化及水平衡研究

为探究田间土壤水及地下水在不同作物种植区、不同灌期等情况下的动态变化规律与水平衡特征,以春小麦、玉米、向日葵为典型作物,在河套灌区选取4块2亩的试验田,于2009年4-11月采集田间土壤及地下水样品进行研究.结果表明,不同作物地块间土壤含水率的变化差别主要集中在5-9月的作物生长期.夏灌灌水量不足,土壤含水率呈下降趋势,田间土壤水分变化属于“蒸腾蒸发消耗型”;秋浇期内水量充足,各地块各土层含水率均明显增加,田间土壤水分呈“入渗补给型”.各地块地下水埋深月均变化趋势基本一致,由于优先流的存在,地下水对灌溉降水响应快.本文定量研究了区域土壤水和地下水的变化规律,揭示了灌区水平衡要素间的相互转换关系,可为灌区科学合理的水资源管理提供理论依据.     

汾河流域水土保持措施水文水资源效应初析

应用具有物理机制的分布式水文模拟模型(W EP-L),模拟了不同下垫面条件情景下的水循环过程,在此基础上,定量分析了汾河流域水土保持措施的水文水资源效应。通过对比分析2种不同情景下的水资源量,初步得出:汾河流域水土保持措施影响了局部水循环和水资源量及其构成,加强了水循环的垂向过程,引起地表截留量、土壤入渗量、土壤蒸发量以及补给地下水量增加;削弱了水循环的水平过程,引起地表径流量和河川基流量减少,壤中流微弱增加;地表水资源量衰减,而地下与地表水资源不重复量增加,狭义水资源量减少,但有效蒸散(发)量增加,广义水资源量有一定幅度增加。研究成果对于研究大尺度流域水土保持措施的水文水资源效应具有参考价值。     

连续极端降雨对东江流域水质影响分析

为研究连续极端降雨对饮用水源型河流东江水质的影响,分析流域近38年极端降雨事件发生特征,并结合水文水质数据初步分析其对水质的影响.基于SWAT2012建立东江流域高精度模型,研究极端降雨过程中主要污染物通量变化过程及其对水质的影响.结果表明,东江流域近38年极端降雨事件共发生173次,丰水年频次要高于其他年份,年内受气候影响主要集中在3～9月(80%),峰值主要出现在降雨量最高的6月;在空间上增城-博罗-惠州-龙门一带极端事件发生频率最高.降雨量与浊度、TP、氰化物、Pb、Fe和Mn的浓度值均呈显著正相关,其中与浊度、TP的相关系数相对较高,与p H、电导率和Zn的浓度值等呈极显著负相关,水质在一定程度上受到降雨的影响.浊度、TN、NH4+-N及TP浓度值均在暴雨径流期出现不同程度的上升趋势,其中浊度和TP浓度值变化趋势与流量呈显著一致,其峰值出现要早于流量峰值(约1 d),存在显著初期冲刷效应; p H变化过程则与流量相反,成"V"字形,可能是受上游山区降雨、土壤酸碱度及产汇流条件影响; NH4+-N受初期冲刷及洁净雨水稀释则呈现前期高,中后期低的特征.污染物负荷与径流量变化趋势较为一致,TN、NH4+-N及TP污染通量峰值要晚于(约1d)流量峰值的出现,这与污染物浓度峰值出现规律不同;污染物负荷主要在暴雨径流期呈现明显增加趋势,以59. 48%的径流量输送污染物占比达到了:COD 68. 42%、NH4+-N 54. 68%和TP 70. 20%,呈现时间短、污染物负荷冲击强等特点,对东江饮用水源水质造成较大的影响,建议通过强化初期雨水治理减少暴雨径流期对水质风险的影响.     

水生植物对农田排水沟渠中氮、磷的截留效应

为有效阻控农田土壤流失氮、磷通过沟渠进入水体,通过动态模拟实验研究对比不同排水沟渠对农田流失氮、磷的截留作用,同时通过静态模拟实验重点探讨了水生植物对氮、磷在水－沉积物－水生植物这一微观系统中的截留机理.结果表明:沟渠中的水生植物茭白和菖蒲对氮、磷的截留和转化有明显的促进作用;水生植物的存在可以加速氮、磷界面交换和传递,从而使上覆水中氮、磷含量快速减少;沉积物间隙水中氮、磷含量的变化受界面交换、沉积物吸附、微生物转化及植物吸收等各方面因素影响,水生植物调整并加强氮、磷的各种转化,植物的存在使得间隙水中氨氮及磷酸盐含量降低并呈现规律变化.      

紫色土坡耕地硝酸盐淋失特征

利用具有壤中流测定功能的径流小区的定位观测结合土壤剖面硝酸盐累积的动态分析,研究了紫色土坡地硝酸盐淋失特征.结果表明,紫色土坡地硝酸盐呈旱季累积,雨季淋失的特点,而壤中流是紫色土硝酸盐淋失的主要通道.紫色土为土层浅、土壤下伏透水性极弱的紫色泥页岩,同时夏季降雨丰富,壤中流极为发育,2003～2005年壤中流平均流量为169.7mm,占雨季径流量的52.42%,其中,NO3--N含量持续偏高,2003～2005年平均含量高达14.92mg·L-1.3年平均随壤中流淋失的硝态氮达27.98 kg·hm-2,占年施肥量的10.0%,硝酸盐淋失具有季节与年际间差异,淋失负荷主要受壤中流流量影响.紫色土坡地硝酸盐随壤中流大量淋失不仅造成当地浅层地下水硝酸盐污染,而且将加剧长江三峡库区水环境压力.     

Cap and trade policy for managing water competition from potential future carbon plantations

Carbon sequestration from reforestation can play a large role in mitigating global climate change. However, resulting interception of rainfall runoff may impose high irrigation, water supply and/or environmental flow costs. This article presents an assessment of water trade policy to manage fresh water supply, carbon sequestration trade-offs for the Murray-Darling Basin. A linked Australian high spatial resolution land use and global integrated assessment framework evaluated plausible and internally-consistent global scenarios to 2050 involving significant carbon planting incentive. Substantial flow loss from increased interception was estimated absent policy to balance carbon water trade-offs. Absent policy to address the trade-off, irrigation opportunity costs was estimated to substantially exceed carbon sequestration economic value in futures with significant carbon sequestration incentive. The value of integrating interception from new carbon plantings into the existing water trade system was estimated at $3.3 billion and $2.0 billion (2050 annual value) for our strong and moderately strong global climate action outlooks with our reference case assumptions. The conclusion that trade provision in policy to cap interception impacts can produce significant benefits in scenarios with significant carbon sequestration incentive remained robust over a very broad set of sensitivities tested with benefit estimated at over $1 billion annually at 2050 even for very conservative assumptions.