考虑土地覆被的神经网络径流模拟研究

针对土地利用／土地覆被变化对水文过程的影响问题，应用神经网络，对比研究了加入土地利用／土地覆被因子前后，流域径流模拟预测精度的变化。实例应用表明，考虑土地利用／土地覆被因子有助于提高神经网络模型模拟和预测精度。     

基于SDSM-SWAT模型的汉江上游径流变化模拟

为分析汉江上游流域径流对气候变化的水文响应过程,耦合了SWAT水文模型和SDSM降尺度模型,选用石泉和黄家港水文站1990～2005年历史月径流资料,对水文模型进行率定和验证,并将2011～2100年CanESM2模式下低等排放情景(RCP2.6)和高等排放情景(RCP8.5)两种情景输出因子降尺度到汉江上游流域各站点,生成未来气候情景数据,模拟流域未来气候变化下的径流响应过程。结果表明,SWAT模型在该流域径流模拟中具有很好的适用性;未来流域径流会呈现增加态势,RCP8.5情景较RCP2.6情景变化剧烈,且未来各月径流相对基准期变化更加剧烈,这为流域水资源管理与保护提供了参考与支持。     

土地利用与气候变化对洛河流域径流的影响

流域径流量受到土地利用和气候变化的共同影响,但大多数研究仅关注未来气候变化对径流量的影响,忽略了未来土地利用变化对径流量的影响。利用CA-Markov模型定量模拟流域未来土地利用类型并结合气候变化类型,采用SWAT分布式水文模型通过情景分析法模拟未来变化环境下流域的径流响应。结果表明,SWAT模型在洛河流域具有良好的适用性;未来流域土地利用呈现建设用地快速增加、耕地减少的趋势,这一趋势使径流量增加;径流量的变化与降雨变化呈正相关,与温度变化呈负相关。可见土地利用和气候变化对径流的影响呈现非线性协同作用。     

信江流域土地利用变化的径流响应研究

针对信江流域土地利用变化的径流响应,基于分布式水文模型（SWAT）及SUFI 2算法,利用流域DEM、土地利用、土壤、气象等时空数据并结合GIS和RS技术,对流域土地利用变化的径流响应进行定量研究。结果表明,率定期和验证期的模拟值与实测流量过程拟合程度较优,相关系数（R2）和纳西效率系数ENS均高于0.90、相对误差|Re|均小于2%,表明SWAT模型应用于该流域径流模拟的精度较高;在相同气候条件下,径流年内分配规律为2000年土地利用情景较1990年土地利用条件下月径流增加,年际分配规律为两期土地利用情景下的年际径流量变化趋势较为一致,2000年略大于1990年。     

基于SWAT模型的挠力河流域土地利用变化的水文响应分析

为研究挠力河流域土地利用变化下的水文要素变化特征,建立了适用于挠力河流域的SWAT模型,并基于该流域2000 ～2010年土地利用变化趋势,以2010年土地利用为参照组,设置三种土地利用情景,分析不同土地利用情景下水文要素的变化规律。结果表明,土地利用变化引起流域内径流量、蒸散发量和水源涵养量的相应变化,与耕地相比,草地、林地和湿地对流域的水量调节和涵养作用明显,将耕地转化为这三种土地利用类型对生态系统良性发展有利。     

顾及土地利用类型的大坡岭流域水文响应模拟研究

鉴于开展变化环境下流域的水文响应研究是实现流域良好管理的前提,以淮河源头大坡岭流域为例,通过构建SWAT模型,模拟并分析了流域不同土地利用类型的土壤水分值和地下水补给量,研究了在多种极端土地利用情景下流域径流的变化情况,并使用经过统计降尺度后的未来气象数据,结合未来土地利用预测数据,预估径流的变化情况.结果表明,SWA...     

2011～2050年松花江流域径流预估

针对全球气候变暖难以利用水文模型评估大尺度流域径流对气候变化的响应,以松花江流域为例,基于人工神经网络模型,根据全球气候模式ECHAM5/MPI-OM在三种排放情景下对该流域2011～2050年的气候做了预估,并计算了佳木斯站流量变化.结果表明,该站在三种排放情景下年平均流量的年际、年代际变化不明显、周期特征不相同、季节平均流量变化不一致.该法模拟可靠,预报精度高,可用于大流域气候变化影响评估.     

气候变化情景下黑河流域极端水文事件的响应

基于气候变化情景数据和VIC模型,选取黑河流域重要控制断面莺落峡为例,利用频率分析法研究了气候变化情景下黑河流域极端水文事件的变化趋势.结果表明,在SRES A2和SRES B2情景下,黑河莺落峡以上流域未来降水、最高气温、最低气温和蒸发均可能较基准年有所增加,但多年平均径流量却呈减少趋势;气候变化将导致水文循环和水资源分配的时程不均性加剧,莺落峡断面洪水事件和枯水事件的发生将更加剧烈;灌溉用水不足的风险将可能进一步加大.     

基于遥感数据源的大凌河分布式水沙耦合模型的构建与运用

以大凌河大城子水文站以上流域为例,将改进的垂向混合产流模型和改进的通用土壤侵蚀方程进行耦合,基于流域数字高程、土地利用及土壤类型分布等遥感数据,构建了基于水文模型的大凌河流域分布式水沙耦合模型,运用大城子水文站2001~2010年水文资料对模型参数进行率定和校验,并基于土壤侵蚀空间模拟结果,设定三种土地利用模式情景定量分析土地利用变化对流域土壤侵蚀的影响。结果表明,基于遥感数据源的分布式水沙耦合模型适合于大凌河流域的水土流失模拟,在率定期和验证期模拟的年含沙量相对误差均在20%以内,确定性系数都在0.5以上,可满足泥沙模拟的精度要求;三种土地利用模式情景中旱地面积增加10.0%,土壤侵蚀模数增加12.9%,林地和草地面积增加10.0%,流域土壤侵蚀模数分别减少14.63%和6.78%,为流域水沙耦合模拟和水土流失预测和防治提供了参考。     

变化环境下可能最大洪水计算研究

气候变化与下垫面变化前提下,多因素共同影响明显增加了流域可能最大洪水(PMF)估算难度。为此,提出一种集气候模式结果后处理、气候变化情景下相应可能最大暴雨(PMP)估算及土地利用/覆被变化方案设定、基流/前期影响雨量影响分析、基于相似性的PMP时空展布于一体的PMF计算模式,将其应用于怒江上游。结果表明,基流/前期影响雨量及暴雨时空分布不确定性是影响流域PMF的重要因素,气候与下垫面变化双重驱动对于PMF影响较大,且变幅随着变化程度增强而增大。     

TMPA卫星降水数据质量评估及水文过程模拟

卫星降水资料在测站分布稀疏的复杂地形区域具有较大的优越性,但卫星与测站获取降水原理不同,需对卫星资料的可用性进行评估。以赣江上游为例,根据雨量站实测降水数据评估热带降雨观测计划（TRMM）多卫星分析降水数据资料（TMPA）的精度,并将该降水数据作为陆面水文模式Noah-LSM的输入,以评估TMPA降水数据在流域水文过程模拟的适用性。结果表明,TMPA日降水数据精度虽偏低,但在我国南方降水资料匮乏地区的水文过程模拟研究中具有一定的应用前景,TMPA月降水数据精度较高,可为无资料地区水资源计算和规划提供数据支持。     

基于i-Tree模型的LID技术在降雨径流控制效果评价中的应用

为评价LID技术对开发后区域降雨径流的控制效果,以浙江省嘉兴市南湖区世合小镇为例,应用i-Tree软件,根据模拟区域的土壤类型、地形、降雨量、蒸发量及土壤覆盖等基础数据和径流污染物浓度监测数据,针对历史（2006年）、开发后未实施LID和规划实施LID三种情景,通过模拟分析研究区域内雨水径流总量和污染物负荷的变化来评估LID技术的应用效果。结果表明,规划实施LID情景与开发后未实施LID情景相比,可削减31.52%的径流总量;与开发前相比,仅增加9.96%的径流总量;径流量与土地覆盖类型有关,不透水表面径流量、年径流总量与树木植被呈负相关,而基流流量和透水表面径流量与树木植被呈正相关。规划实施LID情景相比开发未实施LID情景,3种污染物年负荷总量减少了513.66 kg,其中分别削减了4985%的TSS负荷、50.30%的COD负荷和36.36%的TP负荷,削减效果明显。     

陆面水文模式Noah-LSM在赣江上游区的适用性研究

为合理评估未来气候变化下赣江上游区的水文响应机制,基于赣江上游峡山水文站以上集水区域6个气象站点1961～2014年逐日气象资料和2008～2014年中国陆面数据同化系统土壤含水率产品,采用NoahLSM陆面水文模式进行历史流量和土壤含水率过程模拟,评估Noah-LSM在赣江上游区的适用性。结果表明,Noah-LSM模拟的率定期和验证期日流量模拟过程确定性系数分别为0.857、0.750,模拟的土壤含水率过程与中国陆面数据同化系统产品基本吻合。Noah-LSM能合理模拟研究区的流量和土壤含水率过程,且在赣江上游区具有良好的适用性。     

基于VIC模型的淮河中上游地区水量空间分布研究

研究淮河流域的水文循环过程及水量空间分布对合理开发利用水资源具有重要意义,采用VIC模型对淮河中上游地区各种水量要素(降水、蒸散发、地表径流、地下径流、植被截留水量、土壤含水率、截留水蒸发、植物散发、裸地及水面蒸发、降雪日的积雪深、积雪覆盖面积比等)的空间分布进行模拟。结果表明,模型反映的水量分布与实际的流域下垫面物理机制相符。流域的沙壤土和壤土地区的蒸散发量较大,而地表径流量较小。在有大面积水体或水库的区域,蒸散发量、植被截留水量很小,而地下径流量、深层土壤含水率较大。降雪日中流域的西北部更容易形成较大的积雪深。     

近30年来窟野河流域土地利用与植被覆盖度变化分析

为分析近30年来窟野河流域土地利用与植被覆盖度变化,基于Landsat 5、AVHRR-GIMMS和SPOT VEGETATION三种遥感数据,利用面向对象的分类方法和像元二分法,计算分析了窟野河流域近30年土地利用和植被覆盖的时空变化特征,并探讨了降水和人类活动对植被覆盖度变化的影响。结果表明,流域主要土地利用类型为草地,占总面积的一半以上,1996年以后林地面积大幅增加,2006年以后工矿用地面积迅速增加;2002年流域的植被覆盖度为49.64%,2013年增加至56.82%;流域植被覆盖结构转好,高覆盖植被所占的面积具有极显著的上升趋势,低覆盖植被所占的面积具有显著的下降趋势;人类活动对植被覆盖度变化影响较大,大规模植被建设活动的实施是流域植被覆盖度增加的主要原因,矿产资源的大面积开发对流域植被覆盖有一定的破坏作用。研究成果可为窟野河流域的生态修复、水资源规划提供指导。     

Identification of potential areas for biomass production in China: Discussion of a recent approach and future challenges

A standard methodology is needed to recognize potentially suitable areas for sustainable bioenergy crop production. This facilitates better identification of promising crops and cropping systems, logistical and economic studies, and work needed to meet regulatory criteria. A possible approach is built upon three layers of internationally available spatial data: (1) degrading and abandoned areas, (2) potentially suitable land cover classes, (3) exclusion zones such as nature reserves and areas of high biodiversity. For China, areas identified as potentially suitable range from 1.2 to 6.0% of the national territory, depending on different levels of statistical confidence in degrading area status and allowable limits of terrestrial carbon. Verification on the ground showed that about 60% of points tested conformed to the remote suitability assessment in the scenario, which represents the results for the combination of all degrading areas and a terrestrial carbon stock limit of 200 t ha⁻¹. A top-down approach is useful in framing potentially suitable locations, but a complementary bottom-up analysis is still required to ultimately identify areas for sustainable bio-fuel production.     

New ways for the integrated appraisal of national energy scenarios: The case of renewable energy use in Austria

Increasing the contribution of renewable energy sources in heat and electricity production is a nationally and internationally acknowledged aim for sustainable development. In this context, the participatory development and appraisal of energy scenarios can be useful for enabling stakeholders to explore future energy options and for supporting the national policy discourse. The five renewable energy scenarios considered refer to Austria in the year 2020. The innovative methodology applied, which was developed as part of the ARTEMIS project, examines possible energy futures paths by combining (1) scenario development; (2) multi-criteria evaluation; and (3) a participatory process with stakeholders and energy experts on the national level. Economic, social, environmental and technological impacts as well as revealed social preferences are used for the ranking of the scenarios. Due to the paramount importance of bioenergy in Austria, special emphasis in the scenario development is put on the contribution of biomass. Two main bioenergy issues and their consideration in the ARTEMIS project are explicitly addressed in this paper: the cascadic utilisation of biomass resources and the demand for land area and land area conflicts. Overall, we demonstrate how the methodology can be applied in practice and what insights policy-makers can gain from it. We also explore the methodology's limitations, especially regarding the effort required for participatory scenario building and the availability of stakeholders.     

基于CMIP5变化条件下的清江流域径流响应研究

为预测气候变化和土地利用变化条件下清江渔峡口站以上清江流域未来径流变化情况,首先建立SWAT模型,采用CMIP5三种模式下2016~2100年月降水情景数据,经降尺度后预测月径流。结果表明,未来年内最大月降水和月径流出现时间提前1~2个月,经Mann-Kendall(M-K)检验,降水和径流在2016~2100年间均呈整体增强趋势,但在2016~2035年内的降水和径流量均较历史时期(1990~1999年)低。在空间优化配置土地利用情景下的平均年径流量相对基准期年径流的变幅较现有土地利用情况下有所减小。研究成果对长江防洪、梯级电站调度工作有积极意义。     

Technical and economic analysis of biogas production in Ireland utilising three different crop rotations

The Biofuels Directive sets reference values for the quantity of biofuels and other renewable fuels to be placed on the transport market. Biogas from agricultural crops can be used to meet this directive. This paper investigates biogas production for three crop rotations: wheat, barley and sugar beet; wheat, wheat and sugar beet; wheat only. A technical and economic analysis for each crop rotation was carried out. It was found that wheat produces significantly more biogas than either barley or sugar beet, when examined on a weight basis. However sugar beet produces more biogas and subsequently more energy when examined on an area basis. When producing biofuels, land is the limiting factor to the quantity of energy that may be produced. Thus if optimising land then a crop rotation of wheat, wheat and sugar beet should be utilised, as this scenario produced the greatest quantity of energy. This scenario has a production cost of €0.90/m_N³, therefore, this scenario is competitive with petrol when the price of petrol is at least €1.09/l (VAT is charged at 21%). If optimising the production costs then a crop rotation of wheat only should be utilised when the cost of grain is less than €132/ton. This scenario has the least production cost at €0.83/m_N³, therefore, this scenario is competitive with petrol when the price of petrol is at least €1.00/l. But as this scenario produces the least quantity of biogas, it also produces the least quantity of energy. In comparing with other works by the authors it is shown that a biomethane system produces more energy from the same crops at a cheaper cost than an ethanol system.