考虑气候变化影响的空间水资源脆弱性指标体系的建立

为可持续水资源管理开发了一个新的框架来量化其空间脆弱性。4个水文脆弱性指标,即潜在洪水损害(PFDC)、潜在干旱损害(PDDC),潜在水质恶化(PWQDC)和流域评价指标(WEIC),分别被用来量化考虑气候变化影响的洪水损害、干旱损害、水质恶化以及整个流域的风险。在驱动-压力-状态-影响-响应(DPSIR)框架中运用可持续发展的概念来选择所有合适的气候变化影响指标。在气候变化的测试中,未来的气象资料使用加拿大全球耦合模型(CGCM3)和统计降尺度模型(SDSM)获得,并运用水文模拟程序-Fortran(HSPF)对未来的河流径流和水质进行模拟。然后用一个多属性决策分析方法(TOPSIS)计算4个修正指数,指数计算时需考虑气候变化的影响。这项研究代表一种既考虑气候变化影响又考虑可持续发展概念来量化水文脆弱性的新的尝试。     

基于季节性Kendall检验与R/S的渔洞水库水质评价

以鱼洞水库为研究区域,对其5个监测点(瓜寨、居乐、库前、库中央、入库)于2012年1月至2016年12月进行月频率监测,监测指标包括总氮、总磷、叶绿素a、氨氮、硝态氮以及高锰酸盐指数等,基于此水质时间序列,利用季节性Kendall检验水质序列过去的变化趋势,而应用R/S法计算Hurst指数推断水质序列未来变化趋势。结果表明:综合应用季节性Kendall检验与R/S分析方法能比较好地分析水质时间序列趋势特征,揭示出鱼洞水库的总氮与硝氮在未来浓度有增加的趋势。建议在库区流域将来开展的环境综合整治与规划时应考虑与开发相关的削减技术并制定相关措施政策以减少氮素污染。     

气候变化对高原寒区水质影响机理研究进展及展望

气候变化可通过多种途径影响水环境质量,而识别气候变化对水质的影响机理是气候变化影响领域的研究前沿和热点问题。针对气候变化敏感的高原寒区,通过研究相关参考文献,系统综述了气候变化对水质的总体影响、高寒流域水量水质演变机理与数值模拟、纳木错流域水量水质演变规律等方面的研究进展。在此基础上,进一步讨论了气候变化对高原寒区水质影响机理研究方面亟待加强的科研项目和主要研究内容。     

多因素影响下的气候变化与河流水质

河流水质受到许多气候因子的影响,诸如气温、降水以及极端事件等。气候变化导致的水质恶化会产生一系列严重后果。以中欧地区为例,简要阐明了气候和非气候因素在影响河流水质方面的相互作用。最后,对与气候变化相关的水质变化趋势进行了分析,并指出了气候变化情景下水质模拟的要求和约束条件。     

基于蒙特卡洛模拟的水质概率预报模型

在流域尺度的水动力学-水质模型中,水文条件是模型输入的重要组成部分。在水污染事故实时调度管理实践中,未来时段内区间入流的不确定性对水动力学-水质模型的预报结果会产生较大的影响。本文在淮河流域水动力学-水质模型的基础上,针对模型输入中区间入流的不确定性,采用历史序列拟合的方法,提出区间入流的对数正态概率分布函数,并使用蒙特卡洛方法随机抽样模拟产生大量的区间入流序列,作为水动力学-水质模型的输入条件进行计算,建立基于蒙特卡洛模拟的水质概率预报模型。根据计算结果,可以统计分析计算时段内河流水质的范围及其概率。淮河流域的案例研究表明,该模型可以为水环境管理者提供目标断面的水质概率分布和污染事故发生概率,进而为实时调度决策提供更好的支持。     

气候变化下汤河流域的径流响应的定量模拟分析

本文运用分布式水文模型VIC模型为模拟平台, 定量分析气候变化对汤河流域水量的影响. 研究结果表明: 在气候变化方案1 (平均气温升高2.5℃) 和方案2中 (平均气温降低2.5℃), 相比于气候变化前流域水量平均分别减少6.32%%和增加6.27%, 在气候变化方案3 (平均降水量增加8%) 和方案4 (平均降水量减少8%) 中, 相比于气候变化前, 流域平均水量分别增加9.66%和减少9.32%, 气温变化对流域径流影响敏感度小于降水量变化下径流变化的敏感度. 研究成果对于汤河流域水资源保护和可持续发展提供参考价值.     

未来气候变化影响下的流域面源污染负荷特征响应评估

针对流域面源污染负荷在未来气候变化影响下的变化特征,以我国新安江上游率水流域为例,使用通用流域污染负荷模型(GWLF),对其2000-2013年的水量及总氮、总磷面源污染负荷通量进行了模拟,并解析了其负荷来源分配。在此基础上,基于政府间气候变化专业委员会(IPCC)的气候变化评估报告结果,利用GWLF模型分析了到21世纪20年代、50年代、80年代在A1FI(最高排放)和B1(最低排放)情景下,率水流域的水文及总氮、总磷面源污染负荷特征变化。结果表明:未来气候变化对流域水文及面源污染负荷特征均有一定影响。年水资源量先减少后增加,地表径流量和蒸发量逐渐上升而地下水量逐渐下降。到2080s,A1FI情景比B1情景有更多的水资源量。年总氮通量先增加后减少,在2050s最高,而年总磷通量则逐渐增加,且两种污染物均在A1FI排放情景下有更高的污染负荷量,表明人类温室气体的排放会潜在地增加流域水体面源污染负荷。     

气候变化和人类活动对河川径流影响的定量分析

我国许多河流的径流量呈下降的趋势。在这些趋势变化中，如何区分人类活动及气候变化的影响是当前流域水文和气候变化研究的热点和难点。简要介绍了气候变化和人类活动对河川径流影响定量评价中的关键问题，以黄河中游三川河流域为例，基于对天然径流过程的模拟，采用流域水文模拟途径分析评估了气候变化和人类活动对该流域径流量的影响。     

气候变化及人类活动对东江流域径流影响的贡献分解研究

基于东江流域两期(1980年和2000年)土地利用现状图和主要水文气象站1956—2009年气象和径流时间序列,选择土地利用变化程度从小到大的3个子流域,建立了气候变化及人类活动对流域径流影响的贡献分解方法,运用改进的SCS月模型进行径流模拟,以揭示气候变化及人类活动对流域径流量的影响。结果表明:(1)东江流域在1980—2000年期间,土地利用发生了显著变化,具体表现在1980年和2000年的两期CN等值线的空间分布特征上;(2)SCS月模型于东江3个子流域径流模拟均能满足一定精度要求,各子流域土地利用变化越显著,则径流改变量越大;(3)相对于基准期(1970—1978年),1980—2000年各子流域径流量的改变表现为不同程度的增加或减少;不同子流域土地利用及气候变化对径流的改变作用各不相同,均分别起到增加和减少径流作用;总体而言,各子流域中气候变化和人类活动对径流影响的分量基本相当,岳城、顺天和蓝塘3个子流域土地利用变化对径流影响的贡献率分别为19.54%、24.11%和29.94%。     

东洋河流域土地利用及气候变化对径流的影响

为分析东洋河流域土地利用与气候变化对径流的影响,选用SWAT分布式水文模型,通过情景分析法模拟变化环境下流域的径流响应。结果表明:①SWAT模型在东洋河径流模拟过程中具有较好的适用性且不确定性较小。②按现有土地利用和气候变化趋势,单一因子和共同作用对径流均有削减作用(即水文负效应),将会造成下游用水形势更加严峻,并影响整个洋河流域的生态环境。③未来气候变化情景中,径流量与降雨变化呈正相关关系,与气温变化呈负相关关系。④极端土地利用情景中,增加耕地和林地使年均径流量减少,增加草地使径流量增加。⑤影响未来流域年均径流的主要因素是气候变化,土地利用变化的影响相对较弱。土地利用的变化对调蓄径流有一定作用,可缓解气候变化带来的水文负效应,有助于流域水资源的科学管理。     

基于SWAT模型的浏阳河流域径流对土地利用和气候变化的协同响应

气候和土地利用同时作用于流域径流,影响着流域水资源的量和质。以浏阳河流域为例,基于SWAT模型和情景分析方法定量评估未来流域内土地利用和气候变化对径流的作用。首先采用元胞自动机-马尔科夫(CA-Markov)模型模拟浏阳河流域2020和2050年的土地利用空间格局,其次在World Clim数据库中获得未来流域内气候变化数据,最后采用SWAT模型定量评估未来不同情境下土地利用和气候变化对径流的影响。研究结果表明:未来浏阳河流域林地比例下降、城市建设用地和耕地比例增加;气候呈暖干趋势; 2020和2050年,土地利用变化时,浏阳河榔梨站模拟径流将分别减少2. 42和0. 96 m~3/s;气候变化时,榔梨站模拟径流将分别减少3. 02和1. 13 m~3;土地利用和气候变化综合影响下,榔梨站模拟径流将分别减少8. 54和4. 27 m~3/s;说明浏阳河流域径流的变化对气候响应更加敏感,土地利用和气候变化对径流的影响呈非线性协同作用。     

气候变化和人类活动对玛纳斯河流域径流及干旱的影响

基于1956—2020年玛纳斯河流域逐月降水和径流资料,运用Mann-Kendall非参数检验法、双累积曲线法和标准化径流指数(standardized runoff index, SRI)揭示了流域径流量的年际变化趋势,定量描述了气候变化和人类活动对流域径流变化的贡献比例,同时探究了气候变化和人类活动影响下流域季节尺度的干旱变化特征。结果表明：(1)玛纳斯河流域年径流量呈上升趋势,并在1995年发生了显著性突变;(2)气候变化是导致玛纳斯河流域径流量增加的主要因素,气候变化和人类活动对流域径流量增加的贡献率分别为56.73%、43.37%;(3)从季节尺度上看,相较于受气候变化的影响,人类活动降低了流域干旱事件发生的频率,改善了流域冬季的干旱状况,但同时春季农田灌溉需要消耗大量的水资源,使得流域春季呈现出干旱化趋势。     

黄河中游土壤有机质与氮磷相关性分析

在对渭河、泾河、洛河、无定河、窟野河和皇甫川6条黄河支流进行广泛采样和室内分析的基础上,对土壤养分数据进行标准化处理后,研究了土壤有机质含量与全氮、全磷、矿质态氮含量之间的相关关系。结果表明：全氮与有机质含量标准化后的数据基本一致,全磷含量与有机质含量变化趋势也相接近;有机质含量与全氮、全磷含量分别呈直线相关。与矿质态氮含量呈二次性相关;有机质含量与全氮、全磷和矿质态氮含量的逐步回归相关模型中,仅有渭河流域四种养分含量全被引进且相关关系达到极显著,泾河、洛河和窟野河流域矿质态氮被剔出后相关性也达到极显著,皇甫川流域仅有全氮被引进。     

气候变化和人类活动对河流营养盐通量过程影响研究综述

河流运输是全球生物地球化学循环中营养物质从陆地到海洋的重要途径。河流营养盐在入海通量中的占比非常大,然而,受气候变化和人类活动的双重影响,河流的营养盐过程发生了不可忽视的变化。考虑数据监测和数值模拟两种河流营养盐数据获取方法,总结了河流营养盐通量计算的研究进展,揭示了世界大河营养盐通量变化过程趋势。此外,从气温升高和极端天气的角度分析了河流营养盐过程对气候变化的响应,从土地利用、大型水利工程和水环境修复和管理等角度探讨了人类活动对河流营养盐过程的作用。最后在现有研究成果分析和总结的基础上,对气候变化影响、人类活动影响、水质监测技术、模型模拟计算以及水环境保护和管理方面展望了未来需要加强探索的方向。     

非点源污染河流水质的人工神经网络模拟

本文应用非点源污染河流水质的BP人工神经网络模型,模拟长乐江水体的总氮、总磷和溶解氧浓度的变化。通过模拟的水质参数相关性分析,协同非点源污染河流的机理性水质模型分析,确定适当的BP网络模型结构。采用实测的水质、水文逐月数据资料,对不同结构的BP网络模型进行了训练与验证。结果表明,相关性与机理性模型协同分析的方法,能较好地解决BP网络输入层参数的选择问题,所选择的参数较全面地表达了流域非点源污染发生的主要驱动因素和河流中污染物自净过程的主要影响因素。BP网络模型可以较精确地模拟非点源污染河流的水质变异,各水质参数模拟结果的平均相对误差在±10%以内。单隐含层结构的BP网络模型模拟结果比多隐含层结构模型结果更准确;单参数输出结构的网络模型模拟结果,优于多参数输出结构模型的模拟结果。     

基于和谐理念水库调度方式的研究

现行水库调度方式对河流健康的环境影响主要有:改变河道形态、拦水拦沙影响上游与河口环境、阻隔河流系统的空间联系、影响流域陆地水文条件、库岸滑塌、影响地下水和流域的水质、改变流态影响水温和加剧污染等。对河流健康的生态影响主要有:减少流域生态物种、威胁河口湿地上的生态物种、阻隔鱼类洄游路线、影响水生物的生命周期等。提出了和谐理念水库调度措施:实施水位优化调度、分层分段泄水保障水质、结合防洪适时适量泄水改善库内水质、分层放水以消除水库下游水温异常、人造小洪峰以满足下游生物繁衍需求等。     

梁滩河小流域非点源污染对溪流水质的影响

通过对梁滩河流域溪流不同断面和不同时段溶解氧、pH值、电导率、氨态氮等水质指标的监测,运用spss对溪流水质指标进行检验,结合该地区土地利用现状和调查访问,研究不同土地利用下溪流水质的变化,重点研究农业用地对溪流的影响.结果表明:土地利用方式不同对溪流水质的影响不同,林地下溪流溶解氧、氨态氮含量均符合Ⅰ类水质标准,其它污染物指标含量很低;农用地下溪流氨态氮超过1.0mg/L,已经高于Ⅲ类水质的标准,电导率、矿化度、钙离子、含盐量大幅增加;居民建设用地下溪流的氨态氮超过2.0mg/L,为Ⅴ类水,溶解氧不超过5 mg/L,高于Ⅲ类水质的标准.农用地对水质的影响要受农事活动影响,月份间变化较大.     

深圳市小(2)型水库功能调整研究及效益分析

在充分考虑水库功能、河流水质等因素的基础上,深圳市探讨利用小型水库(库容100万m~3)进行河流补水的环境效益,并分析水库周边的用地优化效益。结果表明小(2)型水库功能调整后,深圳河(湾)流域、龙岗河流域、观澜河流域、坪山河流域和茅洲河流域的主要河流水环境质量有所改善,大鹏(亚)湾流域河流水质的改善效果相对不明显。小(2)型水库的补水在改善河流水质同时,把45.914km~2的土地从集雨区释放出来,可缓解深圳市土地资源紧张的局面。     

基于SDSM的疏勒河流域气候变化统计降尺度研究

疏勒河流域属于气候变化敏感区和生态脆弱区,开展该流域未来气候变化研究,对于水资源合理利用及生态环境保护具有重要意义。为预估该流域的未来气候变化,采用SDSM(statistical downscaling model)模型,根据6个地面气象站41年(1961—2001年)的观测数据、NCEP数据和Had CM3模式模拟数据开展未来气温和降水降尺度研究。结果表明:SDSM对气温的月值模拟精度较高,各站月平均气温纳什效率系数均在0.98以上;SDSM对降水的月值模拟值较实测值整体偏高,模拟效果最好的托勒站月累计降水的纳什效率系数达到0.6。SDSM能较好地模拟气温的年际变化,模拟的年际变化趋势与实测值相差不大;但SDSM对降水的年际变化模拟较差,一些站点的变化趋势方向相反,趋势模拟最好的站点为托勒站和瓜州站。根据SDSM预估结果,与1961—2001年平均值相比,2020—2039年各站点的平均气温均有所升高,A2情景下升幅为(0.8~1.9)℃,B2情景下升幅为(1~2)℃;降水在A2和B2情景下差别不大,其中托勒站减少约54 mm,马鬃山站增加6 mm。研究发现,除托勒站外,疏勒河流域与预报变量相关性最高的预报因子并不在站点所在网格,而是其东侧网格,其原因有待进一步研究。     

大伙房水库水体富营养化及其影响因素分析

基于RCA模型建立了大伙房水库水质模型,对不同水质要素进行模拟,分析了各水质要素空间分布规律及其随时间的变化特征,研究了各河流营养盐输入对水库水质要素的影响,结果表明:模拟得到的水质要素与监测点位的实测值符合良好,将各河流磷、氮输入均减半后,水库水体夏季溶解氧浓度明显增加;苏子河的磷输入对抚顺取水口处浮游植物生长和总磷的贡献大于浑河,对大伙房水库水质管理具有重要的实际价值。