基于土地转移矩阵的疏勒河中游土地利用变化研究

为了分析疏勒河流域土地利用的变化情况,以疏勒河中游为研究区,利用1980,2000年和2013年多期遥感影像数据和地形图,运用人机交互目视解译以及空间分析方法和数理统计方法,获得疏勒河中游土地利用现状、土地利用类型转移矩阵,对疏勒河流域近34 a来土地利用结构的动态演化进行了系统分析。结果表明:(1)近34 a来,疏勒河中游内未利用土地分布最广,其次是草地和耕地,再次是林地、城乡、工矿、居民用地和水域,仅占研究区不到4%的面积;(2)近34 a来疏勒河中游地区耕地大面积增加,水域面积急剧减少;(3)疏勒河中游区各景观类型的变化强度和变化方向各有不同,生态功能呈退化的趋势;纯自然生态系统的景观格局的变化强度在近年来有所上升,人类活动的影响强度呈加强的趋势。     

阿克苏灌区土地利用格局变化图谱及驱动力分析

利用地学信息图谱方法,以阿克苏灌区3期遥感影像(2006年、2010年、2015年)为基础,合成系列土地利用变化图谱,分析研究区土地利用格局变化规律,并对阿克苏灌区土地利用格局变化进行驱动力分析。结果表明:①2006—2010年,研究区耕地、园地和建设用地面积增加,林地、草地、水域和其他土地面积减少,其中耕地图谱单元增长最多,增加了149 868.54 hm²,主要来源于园地和其他土地;园地的增长速率最快,增长率高达43.08%;②2010—2015年,研究区园地和建设用地呈快速增加趋势,耕地、林地、草地、水域和其他土地面积呈缩减态势,其中园地图谱单元增长最多,增加了59 705.55 hm²,主要来源于耕地;建设用地增长速度最快,增长率高达300.50%;③经济、交通以及人口因素是引起阿克苏灌区建设用地规模快速扩张的主要驱动力。     

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。     

草海湿地区域土地利用景观格局时空变化特征研究

采用3S技术和景观生态学分析方法,对草海湿地区域近20 a的景观格局动态变化进行分析,结果表明:(1) 20 a间,草海湿地区域林地、草地景观类型面积呈下降趋势,水域、建设用地景观类型面积大幅增加,耕地景观类型面积总体有所增加;(2)从景观类型转换来看,研究区景观类型转换以草地、耕地景观类型的转入转出变化最大,草地退化较为严重;(3)从景观类型斑块密度和平均斑块面积变化情况来看,研究区各类景观类型的破碎化程度越来越严重;(4)从景观斑块形状和景观多样性变化情况分析,研究区林地、草地、建设用地景观斑块形状趋于规则,景观优势度明显,在整个研究区中占绝对的优势地位。总体来看,草海自然保护区建立之后,由于人为因素的干预,对湿地区域保护力度较大,一系列湿地保护、修复和恢复工程的实施,使得草海湖区面积持续增加,湿地得以较好的保护和恢复。     

基于土地利用变化的永定河流域生境质量评估

为揭示永定河流域生境质量演变规律,以永定河(官厅至屈家店河段)流域为研究区,运用InVEST模型,探讨区域内1985～2015年土地利用及生境质量时空演变及其影响因素,并分析其景观格局特征。结果表明：研究区内主要土地利用类型为耕地和林地,土地利用类型变化主要表现为城镇用地和农村居民点面积的增加。研究区总体景观趋于破碎化,其中旱地为研究区域的优势景观。研究区总体生境质量指数呈下降趋势,下降率达6.7%,主要原因为城镇用地的扩张,但河流岸线范围内指数呈上升趋势,表明北京市对永定河的治理成效显著。生境质量指数与人口和GDP呈负相关,表明人口和GDP的增加会降低生境质量指数。今后应加强研究区内草地和林地的保护力度,控制城镇用地面积,提高研究区域生态系统服务功能稳定性。     

渭河流域土地利用变化特征及驱动力分析

基于GIS和RS技术,通过1990年、2000年、2005年、2010年的土地利用现状图,定量分析渭河流域土地利用动态变化及其自然因素和人类活动的驱动作用。研究表明:1990—2010年,渭河流域的土地利用类型以草地、耕地、林地为主;在自然和人类活动综合作用下,土地利用类型以草地、林地、耕地和建筑用地之间的相互转化为主;耕地、未利用地、湿地占比呈逐渐减少趋势,草地和林地占比呈增加趋势;自然条件制约土地的开发利用程度,人类活动尤其是宏观政策影响土地利用的结构与方式。     

岷江上游土地利用变化的地形梯度效应分析

地形对土地的利用方式和空间格局有着直接作用,是丘陵山区土地利用空间格局的重要影响因素。以岷江上游为例,应用GIS分析土地利用格局在地形综合指数分级上的变化趋势。结果表明：(1)研究区主要土地利用类型为草地和林地,近年来林地和未利用地减少,耕地、草地、建设用地等增加。(2)土地利用空间分布存在明显地形梯度效应;耕地和建设用地优势区集中于低地形区,林地和未利用地优势区集中于中地形区,草地优势区集中于高地形区,水域优势区则低、高地形区均有。(3)土地利用程度综合指数随地形位指数增加而下降,2020年低地形位梯度区土地利用程度显著高于2000年。     

基于地学信息图谱肇州县土地利用时空变化分析研究

本文以肇州县2013年和2020年的Landsat8OLI为主要数据源,在RS和GIS技术支持下,对肇州县土地利用数据进行处理,进行空间分析并探究其时空变化规律。结果表明:从土地利用现状图可知,肇州县以耕地为主,占据优势地位;从土地利用变化图谱分析中可知,草地和未利用地呈增加趋势,转移图谱以耕地→未利用地和耕地→草地为主,转移面积达到354.22km2;2013—2020年间,草地新增面积最大,主要源于耕地、林地及建筑用地的转入;总体来看,土地利用格局趋于稳定。通过构建土地利用变化时空图谱,丰富了LUCC时空分析研究体系,为今后的土地利用研究提供有效的方法。     

长江源区1980-2010年土地利用变化及影响分析研究

长江源区地处我国三江源自然保护区内,作为长江的源头是整个长江开发利用和环境保护的关键一环。从源区土地利用/覆盖角度分析源区自然环境状态变化,利用ENVI和Arc GIS软件对1980-2010年4期长江源区遥感数据进行解译,以土地利用动态度、综合程度指数及转移矩阵作为评价指标。结果表明:长江源区地貌类型以草地和裸地为主,建筑用地和耕地最少;全时段1980-2010年间,水域面积减少最多,裸地面积增加最多,相对于初期而言源区自然环境有所下降; 1990-2000年间是土地利用开发强度最强的时段,随着2000年三江源保护区的建立,2000-2010年长江源区土地利用朝着恢复方向发展,自然环境有所改善。     

嘉陵江流域土地利用/覆被变化特征及其驱动力分析

在GIS技术平台上,通过建立指数模型,对嘉陵江流域1980,1995和2000年3个时期的土地利用/覆被时空变化特征进行了定量研究,并进一步分析了嘉陵江流域土地利用/覆被变化的驱动因素。结果表明:研究区土地利用类型以耕地、林地和草地为主,这3种植被类型之间的相互转化是流域土地利用/覆被变化的主要方式。自1980—2000年,耕地和林地面积先减少后略有增加,草地先增加后减少,建设用地逐年增加,其他地类变化不明显。分析表明,嘉陵江流域土地利用/覆被变化的驱动力主要为自然因素、经济因素、人口因素及宏观政策和工程建设,各因素之间相互影响和制约,共同影响流域土地利用格局的变化。     

用于水厂微水头发电的灯泡贯流式水轮机开发

在自来水供水过程中,存在着一些依靠水位差进行自流供水的环节。随着常规水能资源逐渐被开发殆尽,利用这部分微水头进行发电受到了关注。由于水厂工况基本不变、装置场地复杂多样等原因,常规水轮机并不适用,因此,开发新型水轮机就势在必行。结合某自来水厂安装灯泡贯流式水轮机进行发电的案例,通过传统水轮机设计理论对其进行设计,并运用计算流体动力学软件,选择SIMPLEC算法,采用基于雷诺平均N-S方程的Spalart-Allmaras湍流模型对该水轮机进行数值模拟和优化,得出在不影响水厂原有水处理工艺的前提下,在水厂安装水轮发电机组利用微水头进行发电从而达到节能减排目的的较优方案。     

湿地水文连通研究综述

变化环境下湿地水文连通性显著下降,导致湿地面积萎缩和生态水文功能退化乃至流域水环境恶化与水旱灾害风险增大。在定义湿地水文连通性内涵和特征的基础上,系统总结了湿地水文连通的研究历程,可分为萌芽起步阶段(1980-2009年)和研究探索阶段(2010年至今);重点阐述了湿地水文连通的研究热点及进展,主要包括湿地水文连通性的定量评估方法、湿地水文连通功能、湿地水文连通在湿地保护修复和流域水管理中的应用;最后,针对当前湿地水文连通研究存在的问题和薄弱环节,结合新时期湿地保护修复和河湖水系连通等国家重大需求,提出了未来亟需加强研究的重点方向。     

流域中长期径流分类预报方法

以水文循环基本原理为基础,从流域径流水汽来源影响因素角度明确了中长期径流预报基本概念及分类,即以气象(中期)、气候(长期)和天文因素(超长期)为预报因子,针对流域出口断面(或典型断面)的旬、月、季(汛期)或年径流,以及流域旱涝趋势进行预报。通过比较不同时间尺度下的水汽系统物理运动机理,论证了"短期气候预测"作为中长期径流预报理论基础的合理性,并将流域径流来源影响因素及其表现概括为三大规律:天文因素表现出的周期性是主要规律,反映了水文气候过程的基本状态;大气环流表现出的随机性对水文气候基本状态存在干扰,导致了波动;流域特征性规律反映了各种因素综合作用结果,具有流域的特殊性。最终,将流域中长期径流预报分为正常年份的径流过程预报和异常灾变年份的大旱大涝预测,其中前者的预报因子为水文气象与气候要素,后者为天文因素;在服务对象上,前者为水利工程常规运行调度服务,后者为防洪抗旱部门防灾减灾提供灾情预测;在结果发布上,前者提供定量的径流过程预报,后者提供丰、平、枯等3级(或5级)定性预测,并给出相似年份;在预报方法上,前者采用数理统计方法或物理成因相关分析法,后者采用周期性、随机性和流域特殊性识别等综合预报方法。     

T BM 开挖隧洞管片衬砌结构 三维有限元分析及配筋计算

研究在高内水压力下,TBM开挖隧洞中管片衬砌能否承担内水压力作用且结构强度满足设计要求的问题,主要针对管片衬砌结构接缝对衬砌整体应力的影响。以某水电站长距离引水隧洞为例,采用有限元法建立三维模型,计算发现在内水压力作用下,管片分块衬砌受力规律不同于常规现浇混凝土衬砌,管片之间螺栓连接受力集中,接缝处产生了应力释放,使得管片其他部位应力降低,而且配筋量较同水头下整体现浇混凝土配筋量大大减少。     

水动力条件对水体自净作用的影响

通过水槽实验和理论分析,研究了水动力条件对水体自净作用的影响,发现水流流速是影响水体自净作用的主要因素之一,不同断面及水深条件下水体自净作用的差别不是特别明显。分别采用生化需氧量-溶解氧耦合模型和化学一级反应拟合并预测了水质随时间的变化关系。水流流速的增加在一定程度上提高了水体复氧能力,增强了水体的自净作用。当流速超过一个临界值使得底泥再悬浮发生时,水体自净作用在短时间内急剧降低。在引水工程中,合理控制和设计水力参数(流速流量、取水周期及间隔、增加消能水工建筑物)是控制水体水质的有效措施。     

北京段南水北调实时水量调度系统设计与开发

南水北调中线全线通水后,北京市将形成复杂的供水系统。为适应新的供水系统,基于J2EE分层架构,开发了北京市实时水量调度系统。针对中线实际水量调度的情况,阐述了实时水量调度系统的设计思想、关键技术以及对水动力学模型接口的封装,展示了实时水量调度系统结合GIS平台与Flash的实现方案。该系统技术先进、实用可靠、界面友好,集地理信息系统、计算、显示、查询为一体,将为实时水量调度提供有效的技术支撑。     

梯形输水明渠溢油运移特性数值模拟与试验研究

面向长距离输水工程快速应对油类突发水污染事件的需求,以梯形输水明渠为例,采取二维水动力和溢油数值模拟以及物理模型试验相结合的手段,开展溢油运移特性数值模拟与试验研究。研究成果表明:由于梯形输水明渠过流宽度上的流速分布变化较大,油污染发生后,油膜纵向长度取决于渠道中间流速,其变化率可表达为渠道中间流速的0.5倍;溢油位置、风场及渠道边坡系数对油膜纵向长度影响很小。研究结果可快速预测明渠溢油污染范围,为污染物的应急处置与调控提供技术支持。     

‘ 84 办法’在特小流域洪峰流量计算中的应用

"84办法"是安徽省水利部门在中小流域(10³00km2)洪峰流量计算中的常用方法,但在特小流域中(<10km2)的应用较少。以安徽省马鞍山市雨山现代农业示范园内的防洪渠设计洪水分析计算为例,将"84办法"与特小流域中计算洪峰流量常用的两种方法即中国水科院1958年推理公式法和中国公路科学研究所经验公式法进行比较、分析与讨论,认为"84办法"在特小流域洪峰流量计算中的应用是合理可行的。     

河北省南水北调中线受水区水资源统一调配方案研究

针对南水北调中线受水区外调水及当地地表水来水过程的不均匀性及来水频率的不确定性、供用水系统的复杂性(多水源、多工程、多用户)等特点,以河北省南水北调受水区为研究对象,以多目标群决策理论和大系统分解协调理论为指导,以优化与模拟为主要技术,构建了基于MIKE BASIN的1+7受水区水资源优化调配模型,制定了基于不同年份、不同保证率、不同节水水平、不同用水户需求条件的受水区水资源优化调配方案。在2020年供受水区来水频率组合(引江水P=50%、当地地表水P=50%)条件下,对基本节水及高效节水的优化调配方案优化效果进行了分析,以期在充分利用水资源、满足需水要求的情况下,寻求多水源与多用户之间最优的配水方案,实现区域综合效益最大化,促进区域经济可持续发展。     

考虑水文情势变化的黄柏河流域纳污能力

水体的纳污能力是指在满足水功能区水环境质量达标的基础上,水体最大允许的纳污量,其精确核定对水资源合理开发利用与有效保护具有重要的现实意义。水利工程、人类活动等使河流原有水文情势发生了不同程度的改变,水文情势变化影响下的纳污能力精确核定现已逐渐成为当前亟待研究和解决的问题。以长江流域的黄柏河为例,选取汇入支流、水库和调(引)水工程3个主要影响因素分析了对河道水文情势及其对纳污能力的影响,根据水文情势的差异性变化提出了相应的纳污参数确定方法,并基于一维水质数学模型计算得出黄柏河流域水体的纳污能力,最后以典型区段黄柏河东支保护区为例与传统法的纳污能力结果进行了对比分析。结果表明考虑水文情势变化的纳污能力研究中所提出的纳污参数确定方法在一定程度上有助于水域纳污能力的准确核定。研究结果可以为区域有效保护水资源,防治水污染,改善水环境提供一定的技术参考。