河网城市不透水面的河流水质响应阈值与尺度效应研究

河网城市持续扩展的不透水面显著影响区域环境水文过程，探讨不透水面的水环境响应对于区域土地利用调控和河流管理具有重要意义。以上海地区为例构建河网城市的研究方案，以水环境断面缓冲区为多尺度水文单元，对区域水环境质量与总不透水面(TIA)之间的响应关系进行研究。结果表明：区域总不透水面比例与主要水质指标之间呈现出非线性相关关系，存在阈值效应（TIA=60%）。当TIA<60%，水环境质量与TIA未有明显关联关系；当TIA>60%，水环境质量随TIA增加呈显著指数上升趋势；区域总不透水面比例与DO之间表现为简单的线性响应关系，随TIA增加而单调递减；TIA与区域水环境质量间阈值效应没有呈现明显的尺度效应，从河岸带尺度到最大缓冲区尺度内，不同汇水单元尺度下的阈值效应十分接近。     

不透水面扩张对郑州主城区降水特征的影响

为探究下垫面变化对高密度城市地区降水的影响,基于遥感技术反演郑州主城区1990—2019年的不透水面分布信息,并分析了其扩张特征;采用回归模型探讨不透水面比例与降水特征变化的相关性,识别了显著影响主城区降水的不透水面比例阈值,并采用城郊对比法多角度揭示了不透水面扩张对主城区降水的影响程度。结果表明:郑州主城区不透水面扩张趋势显著,扩张形态呈单一核心的“摊大饼”式扩张;不透水面比例与城郊降水强度比呈二次多项式函数关系,对主城区降水产生显著影响的阈值是30%;不透水面扩张导致主城区雨岛效应显著,增雨系数最高达1.39,主城区暴雨发生概率高于郊区53%,降水集中期晚于郊区约8d,对主城区主汛期降水量变化的贡献率达44.39%;不透水面因具有高蓄热、低渗透的固有特征,对地表热力、动力条件具有显著影响,已成为城市化影响降水的主要影响因素之一。     

喀斯特分布区小比例尺地表水系提取及阈值分析——以黔中水利枢纽工程区为例

针对喀斯特峰丛洼地集中连片分布区小比例尺水系提取及该尺度下阈值的合理确定,以精准、快速和经济提取大范围区域主干河网水系为目标,选取黔中水利枢纽工程区为研究对象,基于改进的30 m ASTER-GDEM数字高程数据,利用ArcGIS10. 2的Hydrology水文地理分析技术,探讨了无大比例尺水系图参照条件下喀斯特分布区地表水系提取及其合理汇流阈值的确定。结果表明:汇流累积量阈值的大小是决定河网密度的关键因子,阈值由小到大变化过程中河网密度的变化呈现出先快速降低后渐缓变化的趋势,即河流的数量随汇流累积量阈值门槛的升高而减少。通过分析汇流累积量与河网密度、河流总条数、河道总长之间的关系及其斜率变化,发现汇流累积阈值10 000是一个变点,阈值10 000以下河网密度、河流总条数、河道总长变化剧烈,10 000以上则变化趋缓。取汇流阈值10 000提取的水系叠加在Google Earth高分辨率遥感影像上与研究区互相独立的横江流域进行验证,结果发现该阈值下的水系基本与现状河流吻合。     

沩水流域中上游径流对不透水面扩张的响应

为研究径流对不透水面扩张的响应,通过建立沩水流域中上游HSPF模型,构建研究区2000-2015年不透水面扩张情景,探究该区域径流对不透水面扩张的响应。结果表明:HSPF模型月流量模拟精度较高,在本研究区有良好的适用性;在2000-2015年研究区不透水面扩张情景下,研究区不透水面扩张会引起年径流深小幅增长,不透水面扩张对枯水期径流深的影响大于对汛期径流深的影响,且不透水面扩张对枯水年径流深的影响最大,平水年次之,丰水年最小;相较于整个研究区,主城区与研究区不透水面扩张对径流深的影响在趋势上是一致的,但是主城区的影响程度比研究区大。     

基于有序流动的阳澄淀泖区流速水质相关性分析

阳澄淀泖区为平原河网区,在适度的引排调度下使河湖水流有序流动,对于合理蓄泄洪涝水、调控水资源、改善水生态环境意义重大。以阳澄淀泖区有序流动调水试验的水量、水质监测数据为基础,从最能直观反映水体有序流动的水量指标-流速出发,利用SPSS软件计算流速与水体重要水质指标之间的相关关系,研究河湖水体有序流动中流速与水质的响应机制。研究结果发现流速-溶解氧的相关性最强,引水口门及原本滞流较重的河道流速与各水质指标之间相关性更强,水质改善更显著;但通过工程调度只能一定程度上改变水环境,与水质产生直接的相关关系很难。研究成果可为评估水流有序流动对河网水环境改善的实际效果提供技术支撑,对研究区域确定合理的引排调度方案,改善水质有积极的意义。     

基于DEM数据与GIS技术方法的水文信息提取研究 ——以莲花县为例

随着地理信息技术的发展,利用GIS技术手段模拟区域水文分布状况及信息提取是十分必要的.本文基于DEM基础数据,利用ArcGIS软件的水文分析工具,对流向、河网累积值、河网水系、流域面积等水文信息进行了提取,着重对河网提取阈值的选择作了相关分析.结果显示:随着河网阈值逐渐增大,河网密度逐渐减小,二者具有幂函数关系;河网阈值为2000时,提取的河网水系其长度、流域面积及空间分布与县域内实际水系相符合;河网阈值大于4000时,河网密度与空间分布变化幅度趋于稳定,提取的河网水系可用于宏观规划及把控等方面.本研究在一定程度上给予河网水系的提取提供了参考.     

筑坝河流不同尺度土地利用结构对库区水质的影响——以平寨水库为例

为了分析筑坝河流域人类活动与库区水质的响应关系,以平寨水库为例,选取子流域、河流缓冲区及监测点圆形缓冲区三种尺度,基于2017年Landsat8 OLI遥感影像解译结果所反映的土地利用结构特征,结合实测监测点水质指标数据,运用GIS空间分析及统计分析的方法,探讨筑坝河流流域土地利用结构对库区水质的影响。结果表明:(1)在三种尺度上,土地利用结构与库区水质都有显著相关性,河流缓冲区和子流域尺度相关规律基本一致,但与圆形缓冲区尺度相关规律差异较大;(2)不同土地利用类型面积比例对水质的影响存在尺度效应,不同尺度上表现出不同的"源"与"汇";(3)土地利用相对合理指数R与水质指标呈显著负相关,说明土地利用结构越合理,越有利于减少土壤侵蚀,水体中污染物浓度就越低。     

浅谈水利工程的生态效应区域响应

<正>水利工程的生态效应区域响应是指:在水利工程兴建之后的较长时期内,在时间尺度和生态空间尺度上,区域生态系统内的生态破坏和生态修复两种累积性响应的综合结果。之所以提出时间尺度的概念,主要是基于生态效应的响应结果是随着时间的演     

我国水系提取阈值影响因素分析

阈值确定是数字高程模型（DEM）提取水系的重要环节,影响数字流域水系的拓扑关系和几何特征,进而影响流域的坡面和河道汇流过程。选取我国50个子流域作为样本,基于DEM提取河网,确定最佳集水面积阈值,并分析主要空间影响因素;采用相关分析和多元线性回归分析等方法,分析流域降水、地形和地表覆被与河网阈值的关系。结果表明,流域雨量越充沛,地形越陡峭,植被越茂密,集水面积阈值就越小,并得出阈值与降水、坡度和地表覆被的定量关系。该方法应用于其他流域,效果较好。     

基于地形带分类的最佳阈值与河网密度关系研究

为了使分布式水文模型计算单元更好地反映垫面特性,基于地形带的分类,运用ArcGIS软件的划分单元面积功能,采用改进的适度指数法推求长江上游研究区流域的最佳阈值,能够最终确定不同地形带流域河网密度与最佳阈值的关系。实例结果表明:采用改进的适度指数法可以生成反映实际水系,且与蓝网拟合程度高的模拟河网;根据不同地形带的河网密度与最佳阈值关系和已知蓝线河网密度,可以快速得到流域的最佳阈值。     

西江下游流域水质与不同空间尺度土地利用的响应关系

基于西江下游流域2005—2017年11个监测断面水质数据和2005年、2010年、2018年遥感影像数据,通过不同空间尺度和土地利用类型的划分,利用Spearman秩相关系数法、冗余分析等方法分析了不同空间尺度下土地利用结构对西江下游流域水质的影响。结果表明:2005—2017年西江干流、贺江及罗定江水质较为优良,新兴江、南山河水质恶化明显,西江干流汛期总磷浓度明显高于非汛期;流域尺度下,河流水质指标与城镇用地呈显著正相关关系,与水体呈显著负相关关系;河岸缓冲区尺度下,河流水质指标与林地、水体呈负相关关系,城镇用地对河流中COD解释度较高,800 m缓冲区城镇用地对氨氮和总磷解释度最高,河流水质指标与旱地相关性在缓冲区达到 1 500 m后显著上升,800 m缓冲区内水田坑塘对河流水质指标影响较大。建议对西江下游流域河岸800 m宽度范围内城镇用地、水田坑塘以及1 500 m缓冲区外旱地加强污染管控。     

喀斯特峰丛-洼地小流域洪水滞时及相似性分析

以两个邻近的典型喀斯特峰丛-洼地小流域(陈旗和长冲)为研究对象,选取26场不同量级流量的洪水过程,对比分析陈旗流域地表、地下两套水系及其与长冲流域洪水的滞时和相似性特征。结果表明:陈旗流域受洼地不透水/弱透水跃迁部位的"门槛效应"影响,地表河与地下河的洪水滞时和形态特征差异明显,地表河洪水涨落迅速,但峰现时间滞后于地下河;流域暴雨洪水涨落形态受地表河控制,与地表河洪水形态相似度高。长冲流域暴雨洪水过程与地表洪水过程相似,随着降雨量的减小,其洪水形态趋向于地下河径流变化特征;流域不透水岩石分布减小了含水层调蓄能力,流域洪水滞留时间短、暴雨洪水响应迅速。     

水循环生态效应与区域生态需水类型

本文从水循环基础理论出发，通过分析水文循环过程的能量转化规律，揭示水循环生态效应变化机理，提出判断生态系统演变与水循环关系的基本准则，以此区分生态需水类型。降雨分布决定了内陆河干旱区与外流域生态需水的基本格局，降雨径流关系的稳定性决定了半湿润半干旱区与湿润地区生态需水的差异，依附于地表水体的水生态系统随水量发生变化，其临界点取决于径流量的丰沛程度。我国区域生态需水类型可分为：西北内陆河干旱区植被生态系统需水；半湿润半干旱区河湖与地下水连通系统的整体生态需水；北方湿润地区河湖水生态系统需水；南方湿润地区维持河流生态服务功能最大化的流量。     

引水改善城市河网水质效果评估研究

引水仍是目前改善城市河网水质最常用的方法之一,但引水对河网水质改善的整体效果缺乏统一的评价标准和评估体系。以杭州市江干区为例,构建了一维河网水质模型,模拟了不同的引水水量和水源水质方案下河网水质改善情况;利用水质改善率、类别变化指数和浓度变化指数分析了引水对河网水质的改善效果。结果表明:引水水量对河网水质有一定的改善效果,但随着引水水量的增大,河网水质改善幅度逐渐变小;水源水质的提升对河网水质提高有明显效果,且改善幅度随水质的提升而提高,是影响引水效果的关键因素。     

常州市运北主城区畅流活水方案设计与现场验证

为改善常州市运北主城区水环境,采用数学模型计算和现场试验验证相结合的方法,开展畅流活水水环境提升方案研究。依据常州市区域地形和水系情况,确定主城区引水水源、引排格局和引水水量,结合现状工程条件,提出“利用长江优质水源、打造两条清水通道、新建四座活动溢流堰、形成三级水位差”的畅流活水方案。基于Infoworks ICM构建常州市主城区水动力数学模型,模拟澡港河入口水位3.80~4.00 m多种方案下,运北主城区内部河道流量分配情况,确定最佳入城水位,并结合现场试验验证了活水效果。结果表明,常州市运北主城区畅流活水方案实施后大部分河道流量显著增加,流速达7 cm/s以上,多项水质指标达到Ⅲ类及以上水平。研究成果可为其他平原河网地区水环境提升提供借鉴。     

海绵城市建设对区域地下水资源的补给效应

为探究海绵城市建设对区域地下水资源的补给效应,以某海绵城市建设实验区为例,采用Visual MODFlow软件分别对海绵城市不同建设方案条件下的地下水水位动态进行模拟预测。结果表明:城市建设增大了地表不透水面积,使地下水补给量减少,导致区域地下水水位普遍下降,且下降幅度受下垫面变化特征的影响;海绵城市建设对地下水资源的补给作用与低影响开发工程设施的类型有关,也与其规模有关,仅当海绵城市建设达到一定规模之后才能对区域地下水资源产生较为明显的补给效应。     

引江调水对阳澄淀泖区水环境改善效果分析

引江调水是有效改善区域水环境的措施之一。根据苏州市沿江口门水利工程2017年5月9～18日的调水实测数据,分析了阳澄淀泖区引水前后主要污染物浓度的变化及引水量与水质综合污染指数的关系,发现引江调水能加快区域内河网水体流动,并使得通江河道及阳澄湖以西区域水环境得到明显改善,特别是氨氮指标能提高1～2个水质类别,综合污染指数亦有所降低。根据分析结果,明确了调水对阳澄淀泖区不同区域的水质改善程度,这将有利于调水方案的优化和区域的水环境管理。     

引水改善平原感潮河网水质效果评估

以张家港市三大水循环体系为例,构建一维河网水动力水质数学模型,揭示了不同长江潮位与内河引水量的响应关系,不同引水量与河网水质改善效果、引水服务面积的响应关系。结果表明:随着长江高潮位的升高,内河引水量呈现线性增长趋势;当中部水系引水量达到1.4×10~7m~3时,氨氮浓度改善率达到50%以上,浓度变化指数达到0.6以上,且整体提升了1个水质类别;引水服务面积随着引水量的增大呈现线性增长趋势,而单位引水量服务面积呈现对数函数下降趋势,其中东北部水系单位引水量服务面积最大,为0.352～0.891 km~2/万m~3。     

河道中受侧壁影响的断面流速分布规律研究

断面水流流速分布是研究河道水流泥沙运动规律的基础。天然河流断面形态不同,其流速分布特性也有差别:对于比较宽浅的河道,侧壁对断面流速分布的影响较小,流速沿垂线分布梯度较大,垂线上最大流速一般位于水面,垂线平均流速沿河宽方向(横向)分布较均匀;对于较窄深的河道,侧壁对流速分布的影响较大,流速沿垂线分布较均匀,垂线上最大流速一般位于水面以下,垂线平均流速沿河宽分布梯度较大,因此,对于较窄深的河道必须考虑侧壁对流速分布的影响。本文在分析天然河道流速分布特性的基础上,从紊流的雷诺方程出发,推导获得了水流受侧壁影响的横断面流速分布公式和垂线平均流速沿河宽分布的公式。公式计算结果与水槽试验和天然河流实测流速分布资料的比较分析表明,公式能较好地反映流速沿垂线和沿横向的分布特性,具有较好的理论和实用价值。