基于SWAT模型的洞庭湖平原水资源量计算

为计算洞庭湖平原水资源并分析未来气候变化对研究区水资源量的影响,基于2010—2013年洞庭湖平原实测水文气象数据以及DEM、土地利用、土壤类型等数据,利用ArcSWAT构建了洞庭湖平原分布式水文模型进行径流模拟,对土壤水、河道径流和地下水分别进行了水均衡分析,并通过设置5种不同的未来气候变化情景,研究了气候变化对水资源量的影响。结果表明：(1)洞庭湖平原年均降雨量为254.27×10⁸ m³,实际蒸散发量占总补给量的59.96%,土壤对地下水的补给量占总补给量的30.93%,地表径流量和侧向流量占总补给量的20.37%,因此大气降雨的主要排泄方式是蒸散发,在降雨量变化幅度较大时研究区内土壤对地下水的补给比地表径流受降雨的影响更大,土壤水呈负均衡;(2)均衡期内地表水年均资源量为120.84×10⁸ m³,基流量对河道径流的补给量(57.13%)大于地表径流对河道径流的补给量(41.12%);该流域地下水补给的主要来源是土壤对地下水的补给,模拟期内年均地下水资源量为78.64×10⁸     

河流生态基流量整合计算模型

针对北方地区流域水域生态系统人工化明显和河流断流的现状,提出了河流生态基流量的概念,并分析了其内涵．河流生态基流量包括河道生态基流量、河口生态基流量和湿地生态基流量．河流生态基流量计算应考虑流域内不同水系、不同河段生态环境的差异性和时空变化规律．通过改进生态环境需水量的计算方法,分析河流的空间结构特征、各河段的相互关系以及流域的水特征,提出了整合计算模型．整合计算模型分为2类：不同水系和同一水系的整合．同一水系整合计算模型又分为：河流生态基流量整合模型、河流与湿地生态基流量的整合以及河道生态基流量的整合模型．其中最为复杂的河道生态基流量的整合模型共分为6种形式：简单式、汇流式、分流式、组合式、交叉式和河口式．研究结果表明：各子系统的生态基流量是河流生态基流量整合计算的基础;河流生态基流量保证系数是计算的重要参数,其值在确定基数的基础上,通过恢复模式和空间优化配置这2个影响因子进行调整而得到,取值范围为[0,1];整合计算模型需要明确消耗性生态基流量和非消耗性生态基流量,消耗性生态基流量不受保证系数的影响,非消耗性生态基流量因保证系数取值的不同而变化．     

基于土地利用的厦门市生态水文调节服务评估

生态系统具有重要的水文调节服务,通过对降水截留、过滤、吸收等手段,能够起到削峰补枯、缓和地表径流、增加地下径流的作用.以厦门市为研究对象,采用SWAT（soil and water assessment tool）水文模型评估了2015年厦门市生态系统水文调节服务;以土地利用为驱动变量,对2010年厦门市生态水文调节服务进行了评估,分析近年来厦门市加快城市绿化和海绵城市建设背景下土地利用变化对厦门市生态水文调节服务的影响.结果表明:2015年厦门市生态水文调节量为5.43×108 m3,时空差异较为明显.从各辖区来看,位于北部山区的同安区调节量（2.91×108 m3）最高,单位面积生态水文调节量（44.61×104 m3/km2）亦最高;建成区内的湖里区调节量和单位面积调节量均最低.从年内分布来看,5—9月生态水文调节量占全年的84.96%,生态系统有效减缓了径流输出,起到削峰的作用;10—11月,生态系统通过拦蓄降水,将其转换为土壤水和地下径流,使得该时期的实际径流大于潜在径流,起到补充枯期径流的作用.在相同气象条件下,2010年和2015年厦门市生态水文调节能力的空间分布整体一致,相比于2010年,2015年厦门市生态水文调节能力有明显提高,各辖区调节量和单位面积调节量均有所增加.研究显示,厦门市生态水文调节服务受气象条件和土地利用的共同作用,降水量越大,生态水文调节量越大,并且北部高植被覆盖区的生态水文调节能力高于南部建成区.      

水文变异条件下潦河生态流量计算研究

气候变化和高强度人类活动改变了流域的自然水文循环过程,导致水文序列出现变异,严重影响了流域水文生态系统的稳定性.目前,基于水文变异条件下的河道内生态流量计算已成为当前变化环境下生态水文学研究的热点问题之一.以江西鄱阳湖西北部的潦河为例,采用水文时间序列变异检验方法分析径流变异性及成因,应用水文模型对水文变异后的径流进行还原,以Kolmogorov-Smirnov（K-S）、Anderson Darling（A-D）和概率点据相关系数（PPCC）3种检验法确定月径流的最优概率分布函数,进而提出水文变异条件下最适宜的潦河生态流量计算方法.结果表明:①潦河万家埠站径流在1972年发生水文变异,突变点后流域年径流增加了12%,降水量的增加和蒸发量的减少是其主要驱动要素.②采用分布式时变增益模型（DTVGM）对径流进行还原,率定期和验证期的相关系数和Nash-Sutchliffe效率系数均大于0.78,径流模拟值和实测值拟合程度较高,表明基于DTVGM进行径流还原是可行的.③基于还原后的径流,对5种概率分布函数进行拟合优度综合检验,确定逐月最优分布函数,并估算月河道生态流量.与Tennant法、最枯月平均流量法、7Q10法等方法比较,基于最优分布函数的生态流量结果更具确定性与合理性.在气候变化和人类活动引起径流变异的背景下,考虑水文变异的河道内生态需水计算方法能够更科学地体现水文变异对生态需水过程的影响,研究结果可为潦河流域水生态保护和水资源管理提供数据支撑,也可为变化环境下水资源规划和配置提供科学依据.      

降雨时间分辨率对SWAT水文模拟的影响

分别基于13个雨量站的日降雨量和小时降雨量,在率水流域建立SWAT（Soil and Water Assessment Tool）水文模型,对基于不同降雨时间分辨率的SWAT模型进行独立的参数率定和验证,在此基础上分析降雨时间分辨率对率水流域SWAT模拟性能的影响.结果表明,降雨输入的时间分辨率对率水流域SWAT模型的水文模拟性能有显著影响.小时降雨输入SWAT模型的纳什系数（NSE）和决定系数（R²）在率定期分别为0.89、0.90,在验证期分别为0.86、0.88,均显著高于日降雨输入SWAT模型对应的模型评价统计量值.究其原因,小时降雨输入SWAT模型对于峰值流量的模拟要明显优于日降雨输入SWAT模型.建议应在不同气候与自然环境条件的流域内开展类似的降雨时间分辨率对水文模型模拟性能的影响研究.     

降雨时间分辨率对SWAT水文模拟的影响

分别基于13个雨量站的日降雨量和小时降雨量,在率水流域建立SWAT（Soil and Water Assessment Tool）水文模型,对基于不同降雨时间分辨率的SWAT模型进行独立的参数率定和验证,在此基础上分析降雨时间分辨率对率水流域SWAT模拟性能的影响.结果表明,降雨输入的时间分辨率对率水流域SWAT模型的水文模拟性能有显著影响.小时降雨输入SWAT模型的纳什系数（NSE）和决定系数（R²）在率定期分别为0.89、0.90,在验证期分别为0.86、0.88,均显著高于日降雨输入SWAT模型对应的模型评价统计量值.究其原因,小时降雨输入SWAT模型对于峰值流量的模拟要明显优于日降雨输入SWAT模型.建议应在不同气候与自然环境条件的流域内开展类似的降雨时间分辨率对水文模型模拟性能的影响研究.     

松辽流域生态流量赤字及其成因

水资源的过度开发导致了水短缺和水生态退化,因此,提供适宜的生态流量对维护河流健康具有重要意义.以往研究聚焦断面尺度的生态流量及其保障程度,尚未有效剥离上游子流域的影响.本研究以松辽流域为研究对象,运用VMF法、Tessmann-adapted法和Smakhtin-adapted法3种水文学法核算二级水资源区生态流量及1...     

基于SWAT模型的东江流域径流模拟

基于分布式水文模型SWAT以及SUFI-2 程序对东江流域进行了51 a(1960-2010 年)月径流模拟,并在此基础上讨论了东江流域水文过程的空间差异。模拟结果表明,河源站受新丰江水库影响,模拟结果不确定性较大,确定性系数R2和Nash-Sutcliffe 效率系数相对其他站点较低,龙川站、岭下站、博罗站R2和Nash-Sutcliffe 效率系数皆满足模型适用性要求。流域出口博罗站率定期R2、Nash-Sutcliffe 效率系数分别为0.83、0.83,验证期为0.84、0.84,模型模拟精度较高。东江流域径流深主要受降水空间不均影响,形成由北向南先增后减的趋势。流域下垫面差异对产流过程也有一定影响。其中土壤含水量受土壤性质、人类活动等影响,由北向南差异明显;蒸散发量受植被覆盖影响亦较为明显,北部蒸散量占降雨量的比例大于中部及南部。     

基于SWAT模型的碧流河流域入海径流模拟研究

利用多源综合数据,建立碧流河流域SWAT（soil and water assessment tool）分布式水文模型,对模型进行了率定验证。结果表明:率定期模型纳什效率系数Ens、决定系数R2及相对偏差PBIAS分别为0.80、0.86、18.9%,模型不确定性P因子、R因子分别为0.78、0.58,验证期Ens、R2及PBIAS值分别为0.87、0.88、1.9%,建立的SWAT模型在碧流河流域中径流模拟总体效果较好,不确定性较小。通过建立流域水文模型,可以解决海洋科研业务工作中监测覆盖的入海河流有限、入海径流量难以获得的问题,为污染物入海通量评估提供高分辨率的流量数据。     

基于SWAT模型的大沽河流域排污权交易率体系不确定性估算

排污权交易是一种成本低廉、效果显著的水质管理机制,但由于水体污染物本身的理化特性及河流自净作用,交易的公平性面临巨大挑战,严重影响排污权交易机制的效率及水质目标的实现,而交易率是解决这一挑战的有效途径.基于SWAT模型开展大沽河流域水文和水质模拟,获得了入海口 NH3-N(氨氮)负荷对不同污染源的响应;分析了交易率的空...     

基于分布式水文模型的徒骇河河流生态需水量预测研究

流域的气候、植被和土地利用方式等变化对河流生态需水具有决定性作用.以徒骇河刘桥闸控制区域为例,定量估算了现状河流生态需水量,并以流域分布式水文模型SWAT为工具,预测了各水平年不同保证率下不同生态恢复目标的各月河流生态需水量.结果表明,现状年河流生态需水量为81.09×106m3,其中自净需水是河流生态需水的主要组成部分,因此保证徒骇河生态需水的关键是污染源的治理.拟通过减少点源排放、减少灌溉水量、减少农药化肥施用及增加干流两边的缓冲带等措施,使污染源得到进一步控制,预测2015年、2020年、2030年河流生态需水量不断减少,丰水年份河流天然径流量能满足河流生态需水要求,但枯水年份仍存在较为严重的生态缺水问题,需要对河流进行生态补水.     

辽河流域浑河、太子河生态需水量研究

针对浑河和太子河的鱼类栖息地环境需求,构建了由流速、水深、水面宽率、湿周率和过水面积率5个河道参数组成的栖息地适宜性指标体系.分别选择浑河的沈阳、邢家窝棚和太子河的辽阳、本溪和唐马寨5个河段,通过分析河道形态特征以及水位与流量的相关关系,建立了河道流量与每个栖息地指标间的经验关系公式,并确定指示鱼类在不同生活期的最小栖息地适宜标准,计算出为满足不同栖息地标准所需要维持的河道最小生态需水量,并采用最大值原则确定出各河段为满足鱼类生存的河道最小生态需水量.结果表明,浑河的最小生态流量4月～11月介于9.59～12.78 m3·s-1,分别占年平均天然径流量的17.13%～23.72%,12月～3月为5.70 m3·s-1,占天然径流量的10.59%;太子河的4月～11月介于9.83～19.83 m3·s-1,占天然径流量的23.33%～37.01%,12～3月为3.84～6.47 m3·s-1,占天然径流量的8.83%～9.82%.     

海河流域河流生态基流量整合计算

以海河流域为对象 ,对河流生态基流量整合计算模型进行了实例研究 ,提出了海河流域生态基流量的整合计算的基本原则 ,即 :分阶段恢复原则、恢复模式原则、等级制原则和时空优化配置原则 .海河流域生态环境恢复对象包括 2 4条河段和 12块湿地 .根据河流生态基流量整合计算模型 ,计算得到海河流域的河流生态基流量 :高方案为 2 12 5 2× 10 8m3·a- 1 ,中方案为 13 1 79× 10 8m3·a- 1 ,低方案为 69 3 2× 10 8m3·a- 1 .并计算 3年内不同月份的生态基流量 .在高中低方案中 ,生态基流量的最大值均在 8月份 ,最小值均在 2月份 ,按照从大至小的顺序依次为 :8月份、7月份、9月份、6月份、10月份、5月份、11月份、4月份、3月份、12月份、1月份、2月份 .建议管理部门首先保证低方案的生态基流量 ,充分关注枯水年份和枯水季节的生态基流量 ,加强监测和管理生态敏感性强的河段、湿地和河口     

温榆河流域闸坝群对河流水量水质影响分析

流域闸坝群对河流水文水环境的影响是目前变化环境下流域水循环研究中的热点和难点之一。论文从流域尺度上探讨了温榆河流域闸坝群对水文循环和污染物运移的作用,分析了闸坝群对温榆河干流水量和水质浓度的影响。研究表明：①闸坝群调蓄减小了温榆河的径流量,削减洪峰,调节非汛期径流,源头的水库对径流调蓄强,削峰显著,而中下游地区的闸坝对径流调蓄较弱,对汛期洪峰有削减作用,但增加了非汛期径流量;②对于河流水环境影响,源头水库库容大,纳污能力强,有助于消减坝上水质浓度,但在水库坝下以及中下游地区水闸,闸坝切断河流,降低河流流通性,水质浓度提高。研究将为认识温榆河流域水污染成因提供依据,同时也为流域水污染整治和水资源高效利用提供技术支撑。     

基于水量平衡的流域生态耗水量计算——以海河为例

论文提出一个基于水量平衡的流域生态耗水量的计算方法。以海河流域为例,利用流域多年年降雨、入海水量、引黄水量、地下水超采水量、工业用水量、农业用水量、生活用水量、工业废污水排放量和生活污水排放量等资料,得出1956～1998年流域生态耗水量的多年变化。计算结果显示,虽然流域在1956～1998年的43年间环境发生明显变化,然而流域生态耗水总量没有呈明显的上升或下降趋势。最后通过对比研究,给出了论文提出的算法与基于当地水资源的算法结果的物理解释。     

渭河关中段生态基流保障的水质水量响应关系研究

以渭河关中段为研究对象,结合渭河关中段的水文和水质特征,建立了渭河关中段水质水量响应关系计算程序.设置现状年(2007年)生态基流调控方案,通过渭河关中段生态基流保障调控模型计算渭河关中段各断面调控后的流量.将调控后的各断面流量输入渭河关中段水量水质响应关系的Visual Basic程序中,计算得到各断面水质与枯水期平均流量、最小流量及90％基流保证率流量的响应关系.结果表明,林家村断面至常兴桥断面水质相对较好,且优于地表水环境质量标准(GB 3838-2002)V类水标准,兴平断面至新丰镇桥断面之间水质相对较差.本文可为渭河关中段枯水期生态基流保障及水质改善提供技术支持.     

基于生物配位体模型的汾河铜水质基准研究

铜是山西汾河流域主要污染物之一,为准确评估流域铜暴露的生态风险,调查了汾河流域本土水生生物的毒性数据,运用生物配位体模型方法获得汾河铜的保护水生生物短期和长期水质基准值,分别为98.62和29.71 μg/L。依据铜的水质基准进行风险评价,结果显示,汾河水体中铜对水生生物属于无风险水平。

     

基于植被指数开展汉江流域生态恢复力评估研究

基于2001—2020年各年度增强型植被指数（enhanced vegetation index, EVI）数据,分析汉江流域植被覆盖变化情况,并计算汉江流域15万个1 km×1 km基本单元的2001—2010年、2001—2011年、2001—2012年直至2001—2020年的EVI变化斜率,采用指数衰减方法拟合EVI变化斜率维持正、负趋势的时间,分析汉江全流域以及564个子流域的系统恢复力,评估生态系统稳定性以及可持续发展程度。结果表明：2001—2020年,汉江流域EVI增长了12.3%,流域植被覆盖情况在逐渐变好;汉江流域整体生态恢复力较好,拟合得出维持正趋势的基本单元与维持负趋势的基本单元衰减时间差为65.3年;汉江流域生态恢复力总体上呈现上游高、中下游低的分布特征。     

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.