黄河上游典型小流域汭河水资源优化配置研究

针对汭河流域供水能力不足及流域辖区内用水部门用水量分配存在矛盾,进行水资源优化配置。以流域生活、工业、农业、生态等用水部门的用水总效益目标最大、余水量最大为目标,建立了多目标规划模型,采用多目标遗传优化算法求解,利用Topsis法对结果进行综合评价后求出最优的配置方案。结果表明：2020、2030年用水保证率(50%)下配置水量与预测水量相比工业用水量减少了528.336×10⁴、457.095×10⁴m³,生活用水量减少262.652×10⁴、342.059×10⁴m³,林牧渔畜用水量增加53.538×10⁴、84.098×10⁴m³生态用水量增加-7.905×10⁴、10.398×10⁴m³,农业减少641.047×10⁴、300.292×10⁴m³。通过优...     

郑州市土地利用/覆被变化模拟预测及其水源涵养量计算评估

【目的】为研究郑州市未来土地利用/覆被变化及其水源涵养量，综合自然地理、社会经济、降水和蒸散发等数据，【方法】采用Dyna-CLUE模型模拟了郑州市2020年土地利用/覆被变化，通过与实际土地利用图进行比较验证，证明该模型可用。设置不同情景，同时考虑了多种土地利用/覆被类型的未来变化趋势和经济效益最大化，进而模拟了2025年、2030年土地利用/覆被变化。运用水量平衡法，结合土地利用变化计算评估水源涵养量。【结果】结果表明：2020年总水源涵养量为3.31×10⁸ m³,空间分布特征为西南高，东北低，林草区高，非林草区低。在未来土地利用变化情况下，不同土地类型对应的水源涵量随着该土地面积的增加而增加，减少而减少。“现状发展”情景下总水源涵养量逐年下降，到2030年总体下降0.21×10⁸ m³,主要集中在中部和中西部地区；“规划发展”情景下总水源涵养量到2025年下降0.03×10⁸ m³,到2030年增加0.01×10⁸ m     

气候变化背景下黑河流域水文及水资源特征

研究黑河流域在气候变化影响下的水文及水资源特征，是未来探究该流域水文、水资源变化趋势的重要科学依据。基于气候变化背景下黑河流域不同时间尺度的水文与水资源统计年鉴及观测数据，对其降水量、径流量、水资源量及用水量进行定量分析。结果表明：2005—2018年，流域内年平均降水量为141.1 mm,降水相对变率存在着较大差异，且季、月降水量分布不均。2000—2009年流域内各水文站径流量均显著上升，其中扎马什克站多年平均径流增加量达0.38×10⁸m³,且下游径流量高于上游。流域内水资源量和用水量也在2005—2018年明显改变，其水资源总量、地下水资源与用水量均明显上升且年增加量分别为0.04×10⁸m³、0.46×10⁸m³与0.35×10⁸m³,但用水量在各行业分布不均，14年间流域内农田灌溉用水占总用水量达82.49%,直到近年来人为调控下才有所改观，其生态环境用水比例才得以从3.12%上升至5.05%并有持续...     

长白山北坡流域水资源涵养功能与矿泉水开发阈值研究

长白山北坡流域内矿泉水资源丰富,查明水源涵养量并制定开采阈值,有利于流域内矿泉水资源的合理利用。基于InVEST模型分析了水源涵养量和影响因素;结合Logistic模型与生态基流量理论计算和评价了矿泉水开发阈值。结果表明：研究区水源涵养总量由2000年的14.0×10⁸ m³增加到2020年的16.8×10⁸ m³,气候为水源涵养量的主要影响因素,控制了研究区88.2%的面积;植被覆盖度增加的区域表现为气候和土地利用共同促进水源涵养量的增长。推荐生态基流量为1.014～1.244 m³/s,河源区和河流中下游的推荐开采系数分别为0.36～0.46、0.4～0.5,目前开发程度远未达到阈值,可以继续进行开采。本文明确了水源涵养量与矿泉水的关系,广阔的森林面积涵养了大量水源,高水源涵养量可以保证矿泉水的水量和水质,适宜开发利用,且开发阈值的划定有利于矿泉水的可持续发展。研究成果对长白山区的生态保护和矿泉水开发利用具有一定的参考意义。     

基于InVEST模型的甬江流域水源供给功能时空变化特征

甬江流域是浙江七大水系之一,研究其流域水源供给生态系统服务对于加快浙东地区生态文明建设、促进区域高质量发展具有重要意义。基于甬江流域三期土地利用、气象、土壤等数据,估算了流域不同时期的水源供给能力及分析了产水量的地形梯度效应。结果表明：甬江流域土地利用类型以农田、林地为主,建设用地趋于大幅扩张,其他地类面积趋于缩减。土地利用类型间转换剧烈;流域年平均产水总量约为3.069×108 m³,产水量呈下降趋势。甬江流域产水量以中上游产水量较高,如姚江、鄞江和剡溪江流域,且农田、林地对流域产水量贡献度较高;甬江流域地形位指数集中分布在第1等级,且产水量地形梯度效应较为显著。     

基于InVEST模型的赤水河流域生态系统服务功能评估研究

通过开展流域生态系统服务功能评估,分析生态系统服务功能时空动态演变趋势,能够快速识别流域整体健康水平和退化程度,为流域生态系统保护提供决策依据。本研究采用ArcGIS和Fragstats软件分析了赤水河流域1980—2015年6期土地利用的时空动态变化和景观格局特征,采用InVEST模型综合评估了赤水河流域的水源供给、土壤保持、碳存储和生境质量等生态系统服务功能,并分析了35年间流域生态系统服务功能的时空分异特征。研究结果表明:赤水河流域1980—2015年土地利用未发生显著变化,保持了相对天然的生态系统状况。流域产水量近年来略微增加,中下游是主要的产水区。流域整体土壤侵蚀状况为微度侵蚀,轻度侵蚀面积近年来略微增加。赤水河流域为碳源区,流域碳储量呈降低趋势。流域生境质量指数平均值约为0.78,生境质量整体呈改善趋势。研究可为赤水河流域的生态环境保护提供参考。     

阿克苏河流域近50年水文气象特性分析

结合阿克苏气象站及阿克苏河主要水文站1970年～2020年气温、降雨及径流观测数据,对阿克苏河流域气象水文特性进行分析。结果表明：近50年来阿克苏河流域气温呈现较为明显的递增变化,夏季气温递增趋势最为明显,年气温递增率为0.451℃/10 a。流域年径流受高山区冰川融雪量增加影响呈现递增变化,流域年径流量递增率为0.85×10⁸m³/10 a,径流年内变化差异较小,总体较为稳定。年降水量总体呈现递减变化,年递减率为-14.5 mm/10 a。     

鄱阳湖冲淤演变及水文生态效应

根据1956—2020年出入湖输沙过程等实测资料,定量研究了湖区水沙运动特征和湖盆由淤积向冲刷转变的演变过程及水文生态效应。利用1998年、2010年和2020年进行的三次典型断面测量成果、遥感影像和现场调查勘测资料分析计算后发现：（1）2000年以前鄱阳湖以淤积为主。（2）2001—2010年有淤有冲,中部主湖区12个典型断面滩槽平均淤高0.51 m;入江水道滩槽平均下切0.35 m、泥沙冲刷量达19 121×10⁴ m³。（3）2011—2020年湖盆全面冲刷,中部主湖区滩槽平均下切0.35 m;入江水道滩槽平均下切1.39 m、泥沙量为9 608×10⁴ m³。（4）湖区采砂加剧了河床侵蚀,2000—2010年通江水道采砂量为9 348×10⁴ m³,相当于自然冲刷量的45%;2011—2020年采砂量为8 157×10⁴ m³,相当于自然冲刷量的85%。（5）入江水道侵蚀,使1—3月湖水位全面降低,直接改...     

皮山县地表水径流量分析

基于皮山县河流概况,对地表径流的补给、分布特征、年内分配及年际变化进行了探讨,采用实测径流量加无资料地区径流深等值线图量算值方法计算了皮山县主要河流地表径流量,得出该县地表水多年平均径流量23.04×10⁸m³,平均径流系数为0.30,为区域水资源开发利用提供了科学依据。     

巢湖流域土地利用变化对雨洪调蓄能力的影响

为探究土地利用结构变化对雨洪调蓄能力的影响,以1980—2020年巢湖流域的土地利用数据和土壤数据为基础,采用GIS和SCS模型相结合的方法,分析了不同时期不同降雨尺度下巢湖流域径流产生及分布情况。结果表明：1980—2020年巢湖流域土地利用变化主要表现为建设用地的增加及耕地和林地的减少;流域土地利用综合指数持续增长,其中高强度土地利用区面积从127 km²增长到了1 624 km²。1980—2020年渗透性差的地区从1 706.0 km²增加到了2 398.1 km²,以城市区域扩张为主。2020年相较于1980年,在不同土地利用条件下,相同降雨量时径流量明显增大,且主要在巢湖流域的合肥地区,而在增加降雨量时,径流量的增加幅度逐渐减小,在不同降雨量条件下(日降雨量为50、100、250 mm)径流量分别增大了6.11%、2.61%和0.96%。因此可以得出土地利用变化是导致径流量变化的主要因素,降雨量是次要因素。研究结果可为巢湖流域城市规划及城市雨洪风险管理提供参考。     

基于InVEST模型的太湖流域水源涵养能力评价及其变化特征分析

将InVEST(integrated valuation of ecosystem services and tradeoffs)模型中的产水量模型应用于太湖流域,定量评价太湖流域的水源涵养能力及其变化特征。结果表明:总产水量变化上,1990—2010年太湖流域生态系统总产水量波动性明显;空间分布上,南部地区单位面积的产水量较高,山区丘陵地带产水量比平原地带高。流域水源涵养能力分异性特征明显,降水量较土地利用/覆被更显著地驱动产水量的变化。     

生态建设对黄土高原丘陵沟壑区流域坡沟系统植被覆盖和侵蚀的影响

生态建设显著改变了黄土高原的下垫面状况和水动力格局,深刻影响了坡沟系统的侵蚀和泥沙来源。以黄土高原丘陵沟壑区高西沟流域为研究对象,基于Landsat TM和Landsat OLI影像,利用遥感解译和地理信息系统方法,分析了高西沟流域沟间地、沟谷地的NDVI和土地利用时空变化特征,并在此基础上研究了流域沟间地和沟谷地土壤侵蚀量的变化。结果表明：2000—2018年沟间地和沟谷地NDVI均有所增加,低等级NDVI(<0.2)面积减少,较低等级NDVI(0.2～0.4)和中等级NDVI(0.4～0.6)面积增加;沟间地和沟谷地林草地面积均有所增加,流域土地利用结构变化主要为耕地向林草地转化;沟间地平均植被覆盖度由57%增加至71%,沟谷地平均植被覆盖度由60%增加至71%;流域土壤侵蚀面积由3.81 km²下降到1.77 km²,减少了38%,年土壤侵蚀量由3.64×10⁴ t下降至1.39×10⁴ t,降低了62%;沟间地年土壤侵蚀量减少了68%,沟谷地年土壤侵蚀量减少了47%。     

基于改进模型的辽东湾东岸营口海域海底地下水排泄量计算

海底地下水排泄(SGD)是全球水循环的重要组成部分,也是向海洋输送营养盐等各类化学物质的必要途径之一。以辽东湾东部营口海域为研究对象,以天然镭同位素(²²⁴Ra、²²⁸Ra)作为示踪剂,建立镭质量平衡模型并加以改进,进而探讨再循环海水(RSGD)对研究区内水体刷新时间、SGD及携带氮磷营养盐通量的影响程度。结果表明:利用镭质量平衡模型计算水体刷新时间为9 d,改进后的镭质量平衡模型计算出的水体刷新时间为14.35~18.11 d;传统模型下SGD通量为(3.01~3.51)×10⁸ m³/d。改进模型评估的SGD通量为(3.55~4.39)×10⁸ m³/d,改进模型评估的水体刷新时间与SGD均明显高于初始模型,其中水体刷新时间增加了59.44%~101.22%;SGD通量增加了17.94%~25.07%。在此基础上,地下水向海输入的氮、磷营养盐通量在考虑RSGD的情况下分别为1.73×10⁸、1.52×10⁹ mol/d。研究结果证明了RSGD对SGD和营养盐通量存在较大影响,为营口海域生态环境评估提供了基础数据。     

东江流域1980—2020年森林时空演变特征及水源林改造潜力分析

东江是粤港澳大湾区最重要的水源地，担负着香港、深圳和广州3个超大城市的供水任务。东江流域光、热资源充足，雨量充沛，是中国森林覆盖率最高的地区之一，其自1980年以来由于自然因素、政策和经济发展等原因，流域的土地覆盖发生了显著变化，尤其是东江流域面积占比最大的森林的变化更加明显。因此，如何科学规划设计造林工程，依据潜力分析改造水源林已成为社会热点问题。该研究基于1980—2020年东江流域30 m分辨率的土地利用、土壤等数据，结合东江源测站数据和社会经济指标数据，利用空间分析和因子分析等方法，探索东江流域1980—2020年森林覆盖的时空变化及驱动机制，同时对水源林改造的未来潜力进行了分析。(1)1980—2020年东江流域森林持续减少，总减少量为998.81 km²,变化多集中于南部和北部，流域北部大量林地转化为耕地，流域南部大量林地转化为城乡、工矿、居民用地；(2)1980—2020年，影响林地面积变化的因素中，常住人口数量、人口密度、GDP、第二和第三产业产值、工农林业产值、社会消费品零售总额、固定资产投资额、城镇登记失业率等因素占主要成分；(3)东江流域未来...     

基于SWAT和GIS的洱海流域土地利用变化对径流影响的研究

利用DEM、土地利用、土壤、气象等时空数据并结合GIS和RS技术,建立洱海流域SWAT模型,分析了2000年和2010年不同土地利用情景对径流的影响,其结果为洱海流域土地利用变化引起径流的变化率为2.46%。以《云南省土地利用总体规划大纲(2006—2020)》为依据,结合洱海流域土地利用分布的实际情况,设置3种土地利用情景,研究不同土地利用情景对径流的影响。结果表明情景1中,66.06 km²的耕地转林地和89.16 km²的耕地转草地,模拟的年均径流值增加75.73 mm;情景2中,100.13 km²的裸地和105.74 km²的草地转为耕地,年均径流增加39.89 mm;情景3中,138.72 km²的草地和292.86 km²林地转耕地,年均径流减少20.36 mm。模拟表明在坡度15°以上,洱海流域森林和草地面积的增加将会增加径流量;在坡度15°以下,耕地的增加会一定程度上减少径流量。研究成果为洱海流域水资源空间合理调配提供参考依据。     

基于演化博弈的新疆博斯腾湖流域生态补偿机制研究

流域生态补偿能有效解决资源开发利用过程中产生的外部性问题,对促进流域经济-社会-生态协同发展具有重要意义。基于演化博弈理论分析上级政府与上、下游地方政府的三方动态演化情景,以新疆博斯腾湖流域为研究对象,设定流域生态补偿机制。结果表明：上级政府对违约方征收的罚金高于流域上游生态保护成本和下游生态补偿金时,上、下游才能达到“保护”和“补偿”策略的稳定均衡状态。基于演化结果测算的博斯腾湖生态补偿金、生态保护成本分别为2.64×10⁷、2.20×10⁷元/a。采用“关键污染因子超标赔偿法”确定以COD_Mn、NH₃-N、TP三类污染物超标为评价依据的处罚标准分别为1 312.51、9 181.56、13 115.08元/t。     

基于SEBS模型的老哈河流域蒸散发研究

基于表面能量平衡系统(SEBS)模型,结合NOAA/AVHRR数据,估算半干旱的老哈河流域实际日蒸散发量,并将估算结果与结合FAO-Penman模型和作物系数法计算的参考作物蒸发量进行比较,最后综合分析了老哈河流域蒸散发与土地利用、归一化植被指数(NDVI)以及地表温度(LST)的关系.结果表明:SEBS模型在老哈河流域有较好的适用性;老哈河流域实际日蒸散发时空差异较大,其中7、8月份流域蒸散发量较大,9、10月份蒸散发量逐渐减小,流域西部山区的蒸散发量较大,中部和流域出口所在的平原区相对较小;流域不同土地利用类型蒸散发量不尽相同,其中林地的日平均蒸散发量最高,其次为耕地、灌丛和草地;流域实际蒸散发量与NDVI呈线性正相关,与LST呈线性负相关.     

某泄水闸渗流及扬压力分析

水利工程基岩的渗透性会因为构造裂隙的存在而发生改变,产生的扬压力会增强坝基的滑动力,增大坝基出现破坏的概率,所以研究其渗流特性的变化十分重要。以某大坝泄水闸为例,根据其基岩的结构特点通过建立数值模型分析水闸裂隙岩体的渗流情况,研究结果表明：未设置防渗帷幕时,监测所得流量最大值、最低值和平均值均高于设置防渗帷幕,后者比前者结构面内的流量平均值减小了0.54×10³m³/s,减小了23.3%,表示防渗帷幕有较好的防水效果;有帷幕时的扬压力要低于无帷幕工况,有帷幕时和无帷幕时的平均扬压力值分别为0.43 MPa和0.56 MPa,前者与后者相比降低了近30%;加上动力荷载能够明显增大渗流量,渗流量在无动力工况和有动力工况的平均值分别为2.13×10^-3m³/s和2.66×10^-3m³/s,提高了近19.9%;扬压力在有帷幕工况和无帷幕工况下的平均值分别为0.743 MPa和0.589 MPa,增加近20.7%。     

中小型流域城市化典型区土地利用/覆被变化与预测

为探究中小型流域在城镇化进程快速推进背景下土地利用时空演变格局,以白云湖流域为研究区,利用土地利用动态、土地利用强度分析流域1980—2020年土地利用结构变化,采用标准差椭圆模型分析流域空间格局变化,讨论白云景观湖泊建成前后对该研究区土地利用带来的影响,再借助CA-Markov模型模拟未来2030年流域土地利用,探究未来白云湖流域土地利用格局演变趋势。结果表明：(1)1980—2020年白云湖流域土地利用现状以建设用地为主导,建设用地年平均占比达51.77%,2020年占比高达70.13%;(2)40 a间流域用地呈现以耕地、未利用地、林地、草地转出及建设用地持续转入变化趋势,土地利用强度持续上升,土地结构逐渐趋于单一化;(3)白云湖景观湖泊占用部分城市用地,使得未来2030年流域用地转移调整为以林地转入和建设用地转出为主,土地利用变化减缓,城镇建设空间得到一定管控。     

基于SWAT模型的蓝绿水短缺指数计算与风险评价

为了降低沁河流域水资源短缺风险,以沁河流域为研究对象,基于所构建SWAT模型的输出结果,估算2010—2016年沁河流域蓝绿水资源量,利用蓝绿水足迹和可利用蓝绿水资源量计算蓝绿水短缺指数,并划分4个蓝绿水短缺风险等级,定量评估沁河流域蓝绿水短缺状况。结果显示：1)沁河流域多年平均蓝水资源量为9.1亿m³,占水资源总量的12.0%;多年平均绿水资源量为66.9亿m³,占水资源总量的88.0%,说明沁河流域水资源大部分为绿水资源;2)年尺度下沁河大部分子流域的蓝水短缺指数大于1.0,蓝水短缺风险等级为较大风险,其中下游地区的焦作市蓝水短缺问题尤为严重;3)年尺度下沁河各子流域的绿水短缺指数呈现一定差异性,大部分子流域多年平均绿水短缺指数在0.5～1.0范围内,绿水短缺面临中度风险,总体而言,绿水短缺风险低于蓝水短缺风险。基于蓝绿水短缺指数分析,提出应对沁河流域水安全风险的措施建议。