基于水文学方法的珠江流域生态流量研究

珠江流域水资源丰富,但由于水体污染等原因,水质性缺水问题较为突出,区域水环境、水生态以及水安全等成为急需解决的重要科学问题。开展生态流量研究对于评价地表水文过程演变对区域水环境与水生态的影响具有重要理论意义,并为区域水资源优化配置和可持续开发利用提供科学依据。基于此,运用各种＂水文学＂方法（包括最小月平均流量法、改进的7Q10法、NGPRP法、逐月最小生态径流计算法和逐月频率计算法）对珠江流域11个主要水文控制站点的实测月径流量做了全面而系统的研究,分析珠江流域生态径流过程,并通过与Tennant法对比分析,选择逐月最小生态径流计算法和逐月频率计算法分别计算了各水文控制站的最小生态径流量和适宜生态径流量,除个别站点外,其评价结果分别处于Tennant法＂中＂和＂最佳＂的等级。对于逐月频率计算法中保证率的选取方法,研究表明各月径流系列均取50%最适合珠江流域。研究同时为仅利用水文资料中的多年逐月径流数据来确定生态需水提供了一种新的研究思路。     

水文变异下东江流域枯水径流风险率分析

探求人类活动与气候变化对径流枯水风险的影响,对实现区域经济与环境的可持续发展有着重要的意义。以东江流域为例,通过对相对关联距离熵Hd辨识水文系统状态的跳跃,识别水文变异点,采用信息扩散风险分析模型评估径流的枯水风险率,分析径流枯水风险率在水文变异前后的变化趋势及演变情势。研究结果表明：东江流域在1972-1973年发生水文变异,与东江上游枫树坝建设运行时间基本一致。枯水风险率大于0.8的年份皆发生强厄尔尼诺事件,表明了厄尔尼诺现象出现时,当年东江流域月径流量普遍发生减少。在水文变异后,径流的枯水风险率降低,但变化幅度更加剧烈,同时枯水径流的风险率与降雨的相关性减弱,但与降雨的相关性还是超过0.9,这些都揭示了径流在水文变异后在主要受到气候变化影响的同时,越来越受到水利工程的调节作用的影响。研究成果可为流域综合管理部门决策提供参考。     

基于雨型的南方城市道路雨水径流污染物分析

以嘉兴市区主干道为研究区域,开展了该市两种典型降雨条件下,道路雨水径流中典型污染物初期冲刷效果、质量浓度变化规律、道路雨水径流水质污染指标相关性,污染物平均质量浓度(EMC)的研究。针对城市典型降雨,分析城市降雨径流污染过程的变化规律,对城市道路径流污染的控制和雨水资源有效利用具有重要意义。利用模式雨型对嘉兴市2010年至2013年间90场降雨进行归纳,总结出Ⅲ型和Ⅶ型为嘉兴市的常见雨型。从2013年降雨监测期间筛选出与该市发生频率最高的两种雨型相似的典型降雨进行分析,结果表明,(1)降雨雨型、降雨强度、降雨前期干燥时间均会对道路径流雨水中污染物浓度产生较大的影响,这也是Ⅶ型降雨比Ⅲ型降雨中道路雨水径流中污染物较高的原因。(2)以携带80%污染物所实际发生的径流量的多少来判断初期冲刷效应的强弱,则Ⅶ型降雨中TN、NH4+-N、SS、TP、COD的初期冲刷效应均强于Ⅲ型降雨。两场降雨中TP的初期冲刷效应均低于其他4种污染物。(3)道路雨水径流中TN、NH4+-N、COD与SS之间均存在良好的相关性。Ⅶ型降雨中TP与SS的相关系数为0.917,而在Ⅲ型降雨中TP与SS的相关系数仅为0.772,所以TP与SS的相关性受降雨条件影响较为明显。(4)Ⅲ型和Ⅶ型降雨中道路雨水径流中SS、COD、TP质量浓度分别为353.2、465.71、4.03mg·L-1和548.41、335.96、1.18 mg·L-1均不同程度的高于地表水V类标准。Ⅲ型和Ⅶ型降雨中TN浓度为3.47和6.62 mg·L-1高于国家污水一级排放标准,因此SS、COD、TP是道路雨水径流中的主要污染物。     

一种基于三维指标因子的流域多年径流丰枯k-means聚类法

径流丰枯聚类研究的传统方法多建立在年径流量的单一指标之上,容易导致分析的片面化。针对这个问题,提出了衡量流域多年径流丰枯状态的三维指标因子及权重,将其耦合到k-means聚类法的相似度计算与收敛分析中,在此基础上对对多年径流进行丰枯聚类,构建了一种基于三维指标因子的流域多年径流丰枯k-means聚类法。以该方法对广东省鉴江流域下游化州站1956—2006年的径流系列进行聚类分析,并与基于年径流量单一指标的k-means聚类方法进行对比,结果表明该方法是较全面且符合实际的。     

不同草篱种植模式对土壤侵蚀的控制效应

选取我国南方红壤丘陵区5种等高草篱种植模式,结合径流小区法和稀土元素示踪技术,开展不同草篱控制坡地水土流失、减少地表径流的效应研究,分析等高草篱对坡面侵蚀空间分布的影响.结果发现,径流小区土壤流失量显著受降雨量影响,不同草篱种植模式下,各径流小区的平均土壤流失量和地表径流量较对照组(裸坡)均显著降低(P＜0.05),其中麦冬双行草篱处理平均土壤流失量和地表径流量最小,分别为4 047 g和1 554 L,对照组(裸坡)最大,分别为19 793 g和2 403 L;麦冬双行草篱在控制坡面土壤流失和径流方面效果最佳;通过平均土壤流失量和平均径流量的二次线性拟合模型发现,随着地表径流量的变化,不同处理下土壤流失量的边际值存在差异;坡面中、下部是侵蚀泥沙的主要溯源地,产生了接近总流失量85%的泥沙;草篱改变了降雨过程中坡面内部土壤因沉积作用导致的再分布,但对整个坡面土壤侵蚀的空间分布规律无明显影响.     

时段长取值变化下的径流年内分配特征研究

利用东江流域控制站博罗站1954—2009年日平均流量资料,选取集中度、集中期、不均匀系数和极值比4项指标,研究了河川径流年内分配特征,在不同时段长取值下的变化规律及年际变化特征。结果表明：东江径流年内分配的集中程度及时间,基本上不会受到时段长取值大小变化的影响。集中度多年均值为0.35,集中期多年均值出现在7月上旬。径流年内分配不均匀性和变化幅度,随时段长取值缩短而增大,并与时段长的对数线性负相关。不均匀系数多年均值由基于月平均流量分配的0.62上升到基于1 d平均流量分配的0.89,极值比多年均值由基于月平均流量分配的8.63上升到基于1 d平均流量分配的39.55。径流年内分配特征在不同时段长取值下的逐年变化规律基本相似,但由于流域水资源开发等人类活动的显著影响,1973年之后的集中度、不均匀系数和极值比均明显减小,且径流年内分配的集中程度和不均匀性均要小于珠江流域的另外两大水系西江和北江。     

三峡水库1956—2017年坝下径流特征分析

采用三峡水库坝下宜昌水文站1956—2017年日径流监测数据和长江上游80个国家气象站年均降水量长系列资料,利用一元线性分析法、滑动平均法、线性趋势回归法、非参数统计检验法、Mann-Kendall秩次相关、累积距平法和滑动T检验法分析三峡工程运行前后坝下径流的变化特征,其成果可为三峡工程调度提供参考。结果表明:三峡水库坝下宜昌水文站径流量变化趋势具有显著阶段性。三峡水库蓄水运行前宜昌水文站径流量和上游降水量相关性超过90%,该时期径流量主要受上游天然来水影响。三峡水库运行后,径流量主要受人类活动影响。宜昌水文站径流年际变化减少趋势不显著,长江上游降水量呈显著减少趋势。坝下径流量和上游降水量在2002年发生了突变且变化趋势相同,但径流量减少趋势不显著。径流年内分布发生了一定变化,其中汛期径流量占年径流总量百分比从72%下降到66%,枯期径流量占年径流量总量百分比从11%增加到15%。三峡工程调蓄是人类活动的直接表现,枯期宜昌水文站径流量增大是三峡工程生态效益的具体体现。     

环太湖丘陵地区农田氮素随地表径流输出特征

对环太湖丘陵地区农田氮素随地表径流的输出特征进行了研究,结果表明,地表径流中TN浓度随径流量而变化,浓度峰值出现时间滞后于径流量峰值;径流发生前期,NH3 N和NO-3 N浓度水平相当,后期NO-3 N浓度缓慢抬升,而NH3 N含量缓慢下降;NO-2 N浓度相对较低,随时间快速下降;对于TN和NO-3 N而言,溶解态含量高于悬浮态,而溶解态和悬浮态NH3 N的浓度相当;无机氮平均浓度高于有机氮,有机氮尤其是悬浮态有机氮浓度表现出随径流量而变化的特点。     

基于DFA的无定河径流长期变化趋势及持续性研究

河川径流量的变化对水资源的开发利用和国民经济的发展具有很大的影响。采用K0lmogorov—Smimov检验方法对无定河流域两个主要水文站赵石窑站和白家川站逐月径流量序列进行正态性检验,在此基础上运用DFA分析方法,估算两站时间序列的研示度指数,预测该流域径流量的未来变化趋势及其持续性,并采用随机重排法对估算结果进行了稳定性检验。分析结果显示：赵石窑和自家川两站径流时间序列的a标度指数分别为0．52和0．56,均大于0．5,径流时间序列表现为较强的长程依赖性,表明无定河流域在过去近50a内径流量的总体上呈下降趋势,在未来一段时间内,还将持续一段时间。对原时间序列随机重排后,两站月径流序列的6α标度指数都变小,分别为0．48和0．49,接近于0．5,进一步证明原序列确实存在着标度不变性。研究结果对流域的水资源规划、管理与合理利用有帮助。     

陕北窟野河年径流变化特征分析与诊断

利用窟野河温家川站1961—2010年的流量资料,采用滑动平均法、距平累积法分析了近50 a来径流序列的变化特征,采用Mann-Kendall检验法和滑动t检验法确定了径流序列的突变点,并将各种方法得出的径流变化特征及突变时间进行分析和对比,初步讨论造成径流变化的主要原因。结果表明,窟野河近50 a来流量明显减少,径流时间序列可以大致划分为1961—1979、1980—1998和1999—2010年3个时期,人类活动特别是21世纪以来煤炭资源的大规模开采对窟野河流量减少有重要影响。     

Mixing Processes in Geophysical and Astrophysical Flows – A Conference Report

The Third ERCOFTAC conference on `Mixing in Geophysical and Astrophysical Flows' was held at the University of Sheffield over the period 12–14 April 2000. The meeting attracted over forty participants from ten different countries. Some delegates had travelled from as far as U.S.A., Venezuela, Australia, Russia and Sweden to attend the conference. Nine invited papers were presented along with twenty-seven contributed oral presentations and six posters. The main topics discussed included stratified and rotating flows, gravity waves, turbulence and mixing. The presentations are summarised in this report, which aims to provide a broad account of current topics of interest related to mixing processes in geophysical and astrophysical flows.     

东江流域低产耕地的低产原因及改良利用对策

根据调查数据，指出森林破坏严重、水利不过关、土壤质量低、有机肥施用量减少、以及农产品价格偏低而导致经济投入减少和管理不善，是东江流域低产耕地的主要低产原因，并提出了如下的改良利用对策：继续进行林业建设和改造，加强水利建设、完善排灌系统和采用节水措施，改良土壤提高地力，因地制宜合理利用，增加投入和制订粮食收购保护价。     

低碳经济与农业发展思考

大气中碳浓度的升高是导致全球气候变化的主要原因.以低能耗、低排放、低污染为特征的低碳经济是目前人类应对全球气候变化,减缓温室气体排放的根本出路.农业生产与全球气候变化息息相关,农业是温室气体的第二大重要来源,如何减少农业温室气体排放量并探寻减排方法已经成为当务之急.从低碳经济这一热点问题谈起,论述了农业生产与全球气候变化的关系,以及当前农业面临的问题和挑战,提出了发展低碳农业的对策以及具体措施,旨在为呼应低碳经济,应对全球气候变化提供科学决策,促进现代农业由高碳经济向低碳经济转型,实现农业的可持续发展.     

Surface waves and roughness in self-aerated supercritical flow

In high-velocity open channel flows, free-surface aeration is commonly observed. The effects of surface waves on the air–water flow properties are tested herein. The study simulates the air–water flow past a fixed-location phase-detection probe by introducing random fluctuations of the flow depth. The present model yields results that are close to experimental observations in terms of void fraction, bubble count rate and bubble/droplet chord size distributions. The results show that the surface waves have relatively little impact on the void fraction profiles, but that the bubble count rate profiles and the distributions of bubble and chord sizes are affected by the presence of surface waves.     

农业生态系统能流和能量分析研究的某些新进展

对近年来农业生态系统能流和能量分析研究的某些新进展进行了介绍和评述，重点介绍了ＨＴＯｄｕｍ所创立的能值概念和Ｇｉａｍｐｉｅｔｒｏ等人提出的生物物理资本概念。对这些新概念在农业生态系统分析中的应用进行了讨论。     

Emergy analysis of the urban metabolism of Beijing

Cities can be modeled as if they were superorganisms with a range of metabolic processes. Research on this urban metabolism can contribute to solving urban environmental problems by revealing details of the metabolic throughput of the system. A key issue is how to find a common basis for measuring the environmental and economic values. By providing a single unified unit, emergy theory integrates the natural and socioeconomic systems and thoroughly evaluates a system's metabolism. We analyzed Beijing's urban metabolic system using emergy synthesis to evaluate its environmental resources, economy, and environmental and economic relations with the regions outside the city during 14 years of development. We compared Beijing's emergy indices with those of five other Chinese cities and of China as a whole to assess Beijing's relative development status. These indices are the emergy self-support ratio (metabolic dependence), the environmental load ratio (metabolic loading), empower density (metabolic pressure), emergy used per person (metabolic intensity per capita), and the monetary equivalent of emergy (emdollars; metabolic intensity). Based on our emergy analysis, Beijing's socioeconomic system is not self-sufficient, and depends greatly on external environmental resources. Its GDP is supported by a high percentage of emergy purchased from outside the city. During the study period, Beijing's urban system showed an increasing dependence on external resources for its economic development. Beijing's loading and pressure on the ecological environment is continuously increasing, accompanied by continuously increasing human emergy consumption. In the future, it will become increasingly necessary to improve Beijing's metabolic efficiency.     

大夏河临夏段枯水期纤毛虫群落特征与水质相互关系研究

2008年11月至2009年3月,在大夏河临夏段设置4个断面分2批采集16个水样,用活体镜检和固定染色相结合的方法,对该河段枯水期纤毛虫物种多样性、群落结构特征及其与水质的相互关系进行研究。共鉴定出纤毛虫3纲13目45科57属114种(包括9种未定种)。动基片纲(Kinetofragminophorea)48种(隶属18科22属),寡膜纲(Oligohymenophorea)36种(隶属16科18属),多膜纲(Polyhymenophorea)30种(隶属11科17属),分别占总物种数的42.0%、32.0%和26.0%。肾形豆形虫和梨形四膜虫为优势种群,尾草履虫、瓜形膜袋虫、片状漫游虫、大口瞬目虫、弯豆形虫、小口钟虫、纺锤康纤虫为次优势种群,可以作为河流生活型有机污染的指示物种。据纤毛虫群落特征以及水体主要理化指标对大夏河临夏段水环境质量进行综合评价,结果显示,该河段以生活型有机污染为主。1#~4#样点的污染等级和顺序为:1#(Os,轻微污染)4#(α-ms,中度污染)2#(α-ms,中度污染)3#(α-ms~Ps,中度—重度污染)。     

低频、低功率超声波抑制藻类生长的效果

超声波的空化作用能够抑制藻类生长,从保护水体生态系统以及超声波技术本身的特点考虑,低频率、低功率的超声波更适合于水体抑藻应用.实验采用自然水体混合藻种(主要由绿藻门、硅藻门、蓝藻门藻种组成),水样超声波辐照后,进行光照培养,取样检测藻类生长情况,研究了低频率、低功率超声波的抑藻效果及控制参数.结果表明,采用60 kHz、0.24 W·cm~(-2)的超声波,作用时间为1 min,抑藻效果明显,24 h培养后水样OD_400从0.25 cm~(-1)降至0.12 cm~(-1);随着超声波作用功率的增加,抑藻效果增强,但功率超过0.24W·cm~(-2),抑藻效果基本不再增加;超声波施加周期为1次·(2～4) d~(-1),可以起到持续抑藻的效果.     

珠江三角洲中低产水稻土结构特性及其改良

珠江三角洲粘质水稻土的肥力水平和产量水平与土壤结构特性密切相关。中低产水稻土产量偏低的原因主要是5—2、2—1、1—0.5mm水稳性团聚体、1—0.01mm粗粒微团聚体和非毛管孔隙都较少,从而导致土壤通透性差,水稻生长不良。水旱轮作、犁冬晒白和增施有机物料都能在一定程度上改善土壤结构孔隙。因而促进水气循环、土壤活化、产量提高。特别是水旱轮作与施用有机物料相结合,对改善粘质中低产水稻土结构的效果最为显著。犁冬晒白对改善土壤结构和促进水稻生长发育,当季效果也很明显,但其作用不能持久,宜与其它两种措施配合使用。     

Evaluating the environmental flows of China's Wolonghu wetland and land use changes using a hydrological model, a water balance model, and remote sensing

Environmental flows are critical to sustaining a variety of plant and animal communities in wetlands. However, evaluation of environmental flows is hampered by the problem of hydrological and ecological data shortage, especially in many developing countries such as China. Based on a hydrological model, a water balance model and remote sensing data, we assessed the environmental flows of China's Wolonghu wetland with limited data. The hydrological model provides input data for the water balance model of the wetland, and the remote sensing data can be used to assess land use changes. Integration of these two models with the remote sensing data revealed both the environmental flows of the Wolonghu wetland and the relationships between these environmental flows and land use changes. The results demonstrate that environmental flows have direct and indirect influences on the wetland ecosystem and should be linked to sustainable wetland management.