2015年黄河流域陆地水储量变化

为研究2005—2015年黄河流域陆地水储量变化，基于GRACE RL05重力数据及全球陆面同化系统模型GLDAS进行陆地水储量反演，通过排除煤炭开采引起的区域质量变化提高反演精度，并分析降水、地下水变化对陆地水储量变化的影响。初步结果表明：在时间上，由GRACE卫星数据反演的黄河流域在2005—2015年陆地水储量变化趋势为-5.20 mm/a，2005—2006年的变化趋势达到-0.91 mm/月，各年内仅7—9月份呈现盈余状态；在[JP2]空间上，流域西部呈现为盈余状态，流域东部呈现为亏损状态；煤炭开采量转换的等效水高变化趋势为-1.95 mm/a，[JP]扣除该水高趋势得到更精确的陆地水储量变化趋势为-3.25 mm/a，其对传统陆地水储量反演结果精度的影响不可忽略；此外，降水与地下水变化分别是导致上、下游区域陆地水储量变化的重要因素。本研究综合考虑煤炭开采量影响，有助于提高传统陆地水储量反演方法精度。     

基于遥感的1973-2015年武汉市湖泊水域面积动态监测与分析研究

近年来,武汉市城市内涝频发,湖泊的减少被认为是导致其发生的重要原因。然而目前尚未有一个统一、科学的数据来表示整个武汉市湖泊的历史变迁。为了掌握近几十年武汉市湖泊的时空变化规律,基于多源遥感数据,采用归一化差异水体指数（NDWI）和面向对象分割结合的水体提取算法,对1973-2015年武汉市的湖泊分布进行了提取,并结合武汉市气象资料和统计年鉴对引起其变化的影响因素进行了分析。结果如下：（1）1973年,武汉市辖区内的湖泊水域面积为1170.84 km²,2015年为856.27 km²,42年间减少了314.57 km²,剧烈减少时期发生在1973-2005年,2005年以后,基本趋于稳定。（2）1973年武汉市中心城区湖泊水域面积为148.90 km²,1973年到1996年,湖泊水域面积基本趋于稳定,而在1996年之后,武汉市中心城区湖泊水域面积开始剧烈减少,2010年之后,武汉市中心城区的湖泊水域面积基本趋于稳定;2015年,武汉市中心城区湖泊水域面积为99.94km²,相对于1973年,减少了48.96 km²。（3）1973年到2015年,武汉市年降水量呈现略增加的趋势,年平均气温则有一定的增加趋势;而在1990年之后,武汉市人口的增加、城镇的快速发展及房地产开发导致了大量的湖泊被侵占;气候变化和人类活动共同导致了武汉市的湖泊水域面积减少,其中人类活动是其变化的主要因素。     

塔里木河下游土地利用/覆被变化对生态输水的响应

以2000—2015年的遥感影像资料和生态输水数据为基础数据源,利用ENVI和GIS数据分析处理工具,基于时间轨迹分析方法研究塔里木河下游土地利用/覆被变化(LUCC)对生态输水的响应。结果表明:2000—2015年的16次、1 670 d间歇性生态输水,使林地和草地分别增加了823个和1 347个像元,耕地、湿地和人工用地分别减少了1 422个、736个和222个像元,其他用地增加了210个像元;植被面积总体上呈扩大趋势,2015年较2000年净增植被面积382.85 km²,人工表面增加356.10 km²;戈壁、裸土、沙漠等其他用地面积共计减少了738.95 km²;土地利用变化主要发生在塔里木河下游两岸的河水漫溢、滞留区,呈现出破碎化、不规则化和复杂化的趋势。     

2005—2015年黄河流域陆地水储量变化

为研究2005—2015年黄河流域陆地水储量变化,基于GRACE RL05重力数据及全球陆面同化系统模型GL-DAS进行陆地水储量反演,通过排除煤炭开采引起的区域质量变化提高反演精度,并分析降水、地下水变化对陆地水储量变化的影响.初步结果表明:在时间上,由GRACE卫星数据反演的黄河流域在2005—2015年陆地水储量...     

乌裕尔河1951-2015年径流量变化对扎龙盐沼演替的影响

使用Mann-Kendall和滑动t检验方法探讨了乌裕尔河流域径流量的变化对扎龙湿地演替的影响。结果表明：扎龙湿地迅速退化与乌裕尔河流域径流量的变化密切相关。乌裕尔河中下游的径流量自20世纪80年代初显著性减少。上游来水进入湿地的径流量从20世纪60年代的8×10⁸ m³迅速减少至21世纪的不足3×10⁸ m³,最低年份不足1×10⁸ m³。径流减少导致扎龙湿地持续干旱缺水,并使湿地水质迅速恶化和大面积沼泽退化消失。1979年扎龙湿地盐渍土面积为150 km²,到2014盐渍土面积增加到245 km²以上。扎龙湿地大部分水体属于富营养化水体,部分区域达到极富营养化程度,并且整体上呈现恶化的趋势。长期干旱的胁迫将削弱扎龙湿地的生态功能,甚至影响整个松嫩平原西部的生态安全。     

基于GRACE重力数据反演黄河流域陆地水储量变化

基于GRACE重力卫星数据反演黄河流域2002-2013年陆地水储量变化,并通过GLDAS验证GRACE反演结果。在此基础上采用皮尔逊相关系数法进一步探究陆地水储量与降水、气温、蒸散和植被NDVI的关系。结果表明:基于GRACE数据能够较好地反演陆地水储量; 2002-2013年间黄河流域的水储量以0.56 cm/a的速度减少,且具有明显的季节特征,水储量在1-6月呈亏损状态,7-12月呈盈余状态;对黄河流域水储量变化与降水、气温、蒸散和NDVI进行滞后性分析,表明其与降水、蒸散、NDVI有两个月的滞后效应,与气温为3个月。     

陕北黄土高原退耕还林还草工程产水效应

以陕北黄土高原为研究区,利用InVEST产水量模型,基于水量平衡和水文过程原理,通过对降水、蒸散发、土壤、植被等自然因子和土地利用/覆被变化因子进行空间叠加与模拟计算,定量评价了研究区退耕还林还草工程的产水效应。结果表明：2000-2010年研究区林地、灌丛、草地面积分别增加了122.7、285.2和3 204.0 km²,耕地面积减少了3 984.5 km²,退耕还林还草工程土地覆被变化显著;2000-2010年研究区产水能力整体下降,延安市境内总产水量减少了8.9×10⁸ m³,榆林市境内总产水量减少了7.2×10⁸ m³,空间分布与退耕还林还草工程实施区域高度一致;土地利用类型转化致使研究区产水量整体减少了11 665.4×10⁴ m³,其中,耕地向林灌草的转化导致研究区产水量减少最为明显,共减少了11 254.2×10⁴ m³,占总减少量的96.5%。通过产水量重要性分级和空间分区,可为生态系统及流域的科学管理、退耕还林还草工程的科学实施提供参考和指导。     

基于卫星遥感数据和SPA的淮河流域陆地水储量变化研究

为研究流域陆地水储量多年变化情况,以淮河流域为例,利用2003-2016年GRACE重力卫星数据反演流域陆地水储量变化,分析其多年时空变化规律;利用MODIS遥感数据生成归一化植被指数NDVI,通过皮尔逊相关系数和SPA集对分析,结合降雨、温度、径流、NDVI和环流数据分析陆地水储量变化的主要影响因子。结果表明:GRACE反演的淮河流域陆地水储量整体呈现微弱下降趋势,具有年周期性,秋季初期达到峰值;流域南部桐柏山和大别山区域陆地水储量上升,北部流域内的郑州区域陆地水储量显著下降;陆地水储量变化与温度相关度较低,主要受降雨、径流变化影响,呈正相关,受当地植被归一化指数和环流指数影响相对较小,呈负相关。     

“双碳”和“高碳”情景下金沙江中上游流域未来径流模拟

受全球气候变化影响,金沙江中上游流域的水文情势发生了较大改变,模拟金沙江中上游流域未来径流,对区域水资源利用具有重要意义。根据中国的“碳达峰”和“碳中和”目标,基于CMIP6的5种全球气候模式（GCMs）,耦合SWAT模型和CA-Markov模型,预估了未来“碳达峰”时期(2021—2040年)和“碳中和”时期(2041—2060年)的流域径流变化趋势,为水资源的管理与规划提供理论支撑。结果表明：2021—2060年间金沙江中上游流域呈现暖湿趋势,“高碳”情景下气温和降水量增幅更大。未来土地利用变化表现为除未利用地面积减少之外,其他类型土地面积均有增加。“双碳”情景下年径流量呈现增加趋势,“碳达峰”时期增长率为1.55×10⁸~2.01×10⁸ m³/a,“碳中和”时期增长率为2.07×10⁸~4.02×10⁸ m³/a;“高碳”情景下未来时期年径流量呈现减少趋势,“碳达峰”时期减少率为0.99×10⁸~1.07×10⁸ m³/a,“碳中和”时期减少率为0.85×10⁸~1.06×10⁸ m³/a;从月平均径流量来看,“双碳”情景下水资源更加丰富,年内分配更为均匀。     

2021年十大孔兑区域土壤侵蚀空间分布特征

土壤侵蚀是内蒙古自治区十大孔兑区域最严重的环境问题之一。为该区域生态环境的健康发展，本研究基于多源数据结合多种土壤侵蚀模型对2021年十大孔兑区域的土壤侵蚀做出评估，评估结果显示：2021年十大孔兑区域土壤侵蚀面积为4398.85 km²，占区域总土地面积的40.86%，其中轻度、中度、强烈、极强烈和剧烈等级的土壤侵蚀面积分别为2614.38 km²、1328.74 km²、276.29 km²、194.45 km²和40.15 km²，区域整体以中度和轻度侵蚀为主。基于评估结果本研究总结了十大孔兑区域土壤侵蚀的空间分布特点，并综合多因素对侵蚀特征进行分析，最终得到如下结论：(1)十大孔兑区域的水力侵蚀离散分布于孔兑上游，这是由地形地貌、植被覆盖等多个因素共合同作用导致的，其中地形地貌对侵蚀分布的影响相对较大;(2)十大孔兑区域的风力侵蚀聚集分布于孔兑中下游，中游的库布齐沙漠是孔兑中风力侵蚀最为严重的区域，风力侵蚀的分布受到土地利用类型和植被覆盖的影响较大;(3)十大孔兑区域的土壤侵蚀集中在达拉特旗、东胜区和杭锦旗境内，但由于各县区部分覆盖的侵蚀地貌不同，各县区在水力和风力侵蚀面积占比上有很大差异。     

基于 GRACE 的柴达木盆地水储量变化

水储量是反映区域水资源变化和水量平衡的重要指标,重力反演与气候实验(GRACE)卫星数据为大尺度的水储量变化评估提供了数据支撑。应用2003-2015年的GRACE RL05时变重力场数据并结合地面实测资料,研究柴达木盆地的水储量时空变化特征及其归因。结果表明:13年间柴达木盆地水储量变化呈上升趋势,月平均上升速度约0.26mm;多年平均水储量变化幅度由南向北增量递减,变化幅度8.29~69.38mm;研究区水储量增加与降水量增多的趋势一致。基于GRACE时变重力场反演水储量的方法,为西北资料稀缺地区的水储量变化评估提供了重要支撑。     

海河平原地下水储量变化的重力卫星反演和流域水量平衡

南水北调工程向华北输水与地下水压采的实施,一定程度改变了海河平原供用水格局,影响了海河平原的地下水储量。准确监测地下水储量变化是水安全保障和地下水战略储备的基础。本研究以水资源公报数据为基准,比较了重力卫星(GRACE)不同的信号处理方法和相关产品,反演了2003—2020年海河流域总水储量及其平原区地下水储量变化,分析了海河流域2000—2019年供用水结构变化和水量平衡关系,量化了总水储量变化对流域蒸散发估算的影响。结果表明：GRACE JPL Mascons数据反演的海河平原地下水储量变化与水资源公报数据的决定系数最高;2003—2020年海河平原地下水储量总体分3阶段呈下降趋势,2003—2011年、2012—2015年和2016—2020年的下降速率分别约为-23.9±1.3亿m³/a、-75.5±5.3亿m³/a、-37.3±2.6亿m³/a;在不考虑海河流域年总水储量变化条件下估算的2003—2019年多年平均蒸散量(521 mm/a),与考虑年总水储量变化的多年平均蒸散量(530 mm/a)相差约10 m...     

Study on reforestation with seabuckthorn in the Pisha Sandstone area

In northwest China, an area of more than 11 000 km² is covered by Pisha Sandstone, a kind of loosely bonded sandstone formed during the Tertiary period. Pisha Sandstone is hard when it is dry but becomes loose when it is wet. Due the nature of this sandstone, this area of northwest China is plagued with a high erosion rate (over 20 000 t/km² yr) as well as poor vegetation. In order to reforest gullies and to control erosion in the area, seabuckthorn (Hippophae rhamnoides Linn) was successfully used to reduce the erosion rate and help encourage vegetation growth in this area. Field investigations have been carried out in the Xizhao gully to study the effects of the species on sediment trapping and ecological improvement. Through these investigations, it was discovered that seabuckthorn encouraged the growth of Clinelymus dahurcus Turcz, and consequently, the two species form a dense double-layer of vegetation with well-developed middle and understory plant communities. The forest was planted in the late 1990s (first introduced in 1995), with a measured rate of sediment trapping efficiency of more than 90%. Rainstorm water was also stored in the gully within the trapped sediment. The water content in the reforested gully was approximately twice as high as the non-vegetated gully. Soil organic matter content was higher in the gully planted with seabuckthorn than compared with a non-vegetated gully. The understory community was evaluated by the taxa richness, the thickness-coverage and the Simpson diversity of the sub-layer vegetation. The understory community patterns found in the seabuckthorn vegetation was much better compared with those found in areas forested with poplar or willow vegetation.     

流域非闭合特性对岩溶地区水文过程模拟的影响

岩溶地区通常发育有大量岩溶裂隙、管道和洞穴,构成错综复杂的地下输水网络,形成了独特的流域水循环模式。地下岩溶构造的存在会造成地下分水岭与地表分水岭的不重合,流域趋于非闭合状态。为了弄清岩溶流域非闭合特性对水文过程模拟的影响,本文以桂林岩溶地区潮田河(漓江支流)流域为研究区域,采用三水源新安江模型模拟该地区多年降雨径流过程。通过比较几组给定流域面积的模拟结果,分析了流域计算面积选取对潮田河流域水文模拟结果精度的影响,并探讨了流域非闭合特性影响下该地区的水体流动模式。研究结果表明:模型率定时,当流域计算面积由340 km~2变化至460 km~2时,NSE先增大后减小,RE值持续增大,两者在380~390 km~2时可同时达到最优;结合不同时间尺度下径流模拟精度的分析结果,给出了合理的流域计算面积,比基于地表分水岭提取的流域面积约小8.9%~11.2%,故部分水量可能通过地下岩溶构造流向邻近流域。合理的流域计算面积对潮田河流域径流模拟精度提高显著,尤其是提升了枯季径流的模拟。     

Towards better water security in North China

Water shortages and related environmental degradation in North China are major issues facing the country. As runoff from the mountainous parts of the region steadily decrease and water resources become overcommitted, serious water and environmental problems have resulted. These include drying-up of rivers, decline in groundwater levels, degradation of lakes and wetlands, and water pollution. Thus, 4000,km of the lower reaches of the Hai River – some 40% of its length – has experienced zero flows and, as result, parts of this river have become an ephemeral stream. The area of wetland within the Basin has decreased from 10,000,km² at the beginning of 1950s to 1,000km² at present. Over-extraction of groundwater occurs beneath 70% of the North China Plain, with the total groundwater over-extraction estimated at 90,billion m³. Thus, problems of water shortage and related environmental issues in North China have become the most significant limiting factors affecting sustainable development in this important region of China. This paper addresses the water security issues facing North China in the 21st Century using the Hai River basin as an example. We describe hydrologic cycles under changing environments, water-saving agriculture, assessment of water resource security, and efforts towards achieving integrated catchment management.     

平原河网区地下水污染风险评价体系及其应用

针对平原河网地区特征,结合地下水污染影响因素及途径分析,建立了包含地下水本质脆弱性、地表水系和地下工程特殊脆弱性以及污染源荷载3个部分16个指标的地下水污染风险评价体系,并以上海市金山区为例进行案例解析。结果表明:金山区地下水脆弱性较高,中等脆弱以上级别面积达到449.80 km~2,占评价区面积的70.67%,主要受本质脆弱性和地表水系特殊脆弱性较高影响叠加而成;地下水污染源荷载评价"中"级别以下风险区面积达到555.44 km~2,面积占比达87.27%,其主要潜在污染源为化工类工业园区及加油站;金山区地下水污染风险整体处于较低级别状态,"中"以下级别风险区面积为553.38 km~2,"低"级别风险区面积为231.13 km~2,"高"级别风险区主要集中在金山南部,是该区域较高的地下水脆弱性、密集的工业区等多因素综合叠加的结果。     

阳澄西湖围堰施工中悬浮物输移扩散数值模拟

为了探究涉水工程建设对湖泊系统的影响,基于二维非稳态水动力模型,对阳澄西湖水动力进行数值模拟,并在水动力模拟正确的基础上建立悬浮物预测模型,模拟了不同风向、施工工况下阳澄西湖隧道围堰施工扰动水体所引起的阳澄西湖悬浮物输移扩散,分析了围堰施工对水域环境的影响.模拟结果表明:围堰抽排水引起的悬浮物浓度增加对水生态影响最为严...     

联合Landsat影像和ICESat测高数据估计青海湖湖泊水量变化

湖泊既是陆地水资源的重要储蓄场所,也是区域和全球水文循环系统的重要组成部分,其水量波动对气候变化较为敏感。为了掌握湖泊面积、水位和水量的变化规律,借助1988-2018年Landsat TM/ETM/OLI影像和归一化差异水体指数NDWI（normalized difference water index）提取青海湖湖泊水域面积;利用ICESat-GLAS（ice, cloud, and land elevation satellite-geoscience laser altimeter system）测高数据提取青海湖湖泊水位变化,并结合观测资料检验陆地GLAS光斑脚点高程和湖泊水位的估测精度。根据湖泊面积与水位、水量与水位的关系,构建1988-2018年青海湖湖泊面积-水位-水量波动时变序列,并探讨湖泊水位、面积、水量的年内和年际变化特征。结果表明：GLAS光斑脚点高程与高程实测值的标准误差为0.14 m,与SRTM3高程标准误差为0.26 m;1988-2018年青海湖年均水位和水量总体上呈增加趋势,其中年均水位最低值出现于2004年,平均水位为(3 193.0±0.16) m,湖泊面积为(4 190±13) km²;与1988年年均水位相比,2018年青海湖年均水位上升了(1.93±0.22) m,湖泊年均面积扩张了(197.75±6.3) km²,湖泊水量增加了(8.93±0.12) km³。