1969-2018年黄河实测径流与天然径流的变化

[目的] 分析黄河实测径流与天然径流的变化规律，为探究人类活动对径流的影响提供依据。[方法] 基于1969—2018年黄河干流8个水文站的天然径流和实测径流数据，使用Mann-Kendall趋势检验与突变检验法，对比分析近50 a黄河干流实测径流和天然径流的变化规律。并结合近15 a各分区耗水数据探讨人类活动对于径流的影响。[结果] ①1969—2018年黄河上中下游实测径流整体呈降低趋势，兰州、花园口、利津3个代表站多年平均降低速率分别为5.10×10⁷，3.55×10⁸，4.13×10⁸ m³/a。②近50 a天然径流和实测径流趋势突变主要集中在1986和1990两个年份，结合前人研究和重要水事分析，1986年突变可能与1984年以来一系列水土保持措施实施以及1986年龙羊峡水库修建有关；而造成1990年径流突变的原因可能是80—90年代黄河流域用水量激增和流域下垫面改变。③天然径流与实测径流的差值从上游至下游水文站断面逐渐增大，这主要与近15 a平均耗水量也沿程增大相一致；另外多年平均实测径流在利津站仅占天然径流的42%。耗水量最大的两个分区为花园口以下和兰州—头道拐段，分别达到了1.06×10¹⁰和1.04×10¹⁰ m³。[结论] 人类活动中的各项耗水（尤其是农田灌溉）是造成兰州站以下地区天然径流与实测径流差值大的主要原因，因此，应进一步推进黄河流域节水农业的发展，合理分配各项耗水量。     

长江源区沱沱河流域1961-2011年径流特征及其对降水的滞后效应

[目的]分析51 a来长江源区沱沱河流域径流量在降水的年代、年代际、季节等时间尺度上的变化,以及径流对降水的滞后效应,为流域水资源管理和利用提供理论依据。[方法]利用1961-2011年长江源区沱沱河流域沱沱河水文站和气象站的径流量和降水数据,在此基础上结合累积距平、变差系数、集中度、集中期等统计方法开展分析研究。[结果]沱沱河流域51 a来年际及四季径流量均呈增加趋势,其中年际、春季、夏季增加显著,气候倾向率分别为1.00×10⁸ m³/10 a,6.00×10⁶ m³/10 a,6.30×10⁷ m³/10 a;径流量和降雨量主要集中在5-10月,尤其集中在7月下旬至8月中旬之间。径流量与降水之间存在极显著的相关性;径流对降水均具有滞后效应,多年平均滞后时间为10 d左右,且滞后天数随着时间的推移呈扩大趋势。[结论]近51 a来研究区径流量和降水量的变化趋势均呈增加趋势,径流对降水具有10 d左右的滞后效应。     

甘肃黄土高原区主要城市雨洪资源利用潜力

根据甘肃省黄土高原区城市雨洪资源的分布特征,选取主要城市兰州、定西、平凉、庆阳和天水为研究区,研究了各主要城市降水量特征变化规律,并对各主要城市雨洪资源利用潜力进行了分析计算。结果表明,兰州、定西、平凉、庆阳和天水雨洪资源的平均理论潜力分别为5.71×10⁷,8.61×10⁶,2.38×10⁷,7.62×10⁶和3.21×10⁷m³,平均可实现潜力分别为2.91×10⁷,4.65×10⁶,1.43×10⁷,4.87×10⁶和1.95×10⁷m³。计算结果说明,甘肃黄土高原区各主要城市雨洪资源利用潜力相对较大,具有很好的开发利用前景,并且可为黄土高原区城市雨洪资源高效利用和有效管理提供参考依据。     

水生生态系统服务功能与辐射效应——以河南省洛阳市为例

[目的] 分析区域水生生态系统服务功能的价值变化和辐射效应,为区域水资源可持续发展和流域生态补偿提供科学依据。[方法] 利用ArcGIS软件对2000—2020年河南省洛阳市土地利用数据进行提取得到水域类型面积,采用能值方法对水生生态系统服务功能进行量化,并分析其变化。同时通过断裂点模型分析其功能辐射。[结果] 2000—2020年洛阳市水生生态服务总能值分别为8.01×10²¹sej, 1.29×10²²sej, 1.27×10²²sej, 1.29×10²²sej, 1.31×10²²sej,总体上呈增长趋势。其中,服务构成重心已由供给功能向文化功能偏移,系统中生物多样性保护、水产品生产、水资源供给、水资源调蓄和休闲娱乐功能居于支配地位,且休闲娱乐功能已成为核心功能。此外,洛阳市水生生态系统服务功能主要转出地区为嵩县和洛宁县,向外转移总量分别为3.10×10²⁰sej和3.21×10²⁰sej,主要转入地区为栾川县、宜阳县、伊川县及汝阳县。[结论] 在洛阳市同类地区,需要重视水生态保护,加大对区域旅游事业的扶持引导,同时合理地进行流域内生态补偿,促进各地区经济、社会、生态协调发展。     

基于InVEST模型的祁连山国家公园碳储量时空分布研究

[目的] 研究祁连山国家公园碳储量及其时空分布,分析土地利用变化对陆地生态系统碳储量的影响,为提升国家公园生态价值、调整生态工程及土地管理政策提供科学依据。[方法] 结合土地利用变化动态指数和土地转移矩阵分析国家公园生态破坏和生态恢复前后的土地利用变化,然后基于InVEST模型Carbon模块,以土地利用遥感影像和碳密度为模型运行数据,计算土地利用变化导致的碳储量变化。[结果] ①祁连山国家公园1980,1990,2000,2010,2018年的碳储量分别为9.07×10⁸,9.07×10⁸,9.07×10⁸,9.16×10⁸,9.17×10⁸ t,呈现“先减后增”的趋势,累计增加9.86×10⁶ t。②碳储量空间分布与土地利用类型有一定联系。碳储量较高的地区主要集中在公园东段和中段东侧,以林地为主;碳储量较低的地区主要集中公园西段和中段西侧,以未利用地为主。③1980—2018年生态正向演变下的土地利用变化（耕地、草地和未利用地转为林地,耕地和未利用地转为草地,未利用地转为水域）是国家公园碳储量增加的主要原因。[结论] 巩固实施生态工程,着重保护草地资源、调整土地管理政策等方式能够有效促进生态系统正向演变,优化土地利用结构,有利于祁连山国家公园陆地生态碳储量的增加。     

径流季节变化对清水河河道生态环境需水量的影响

[目的] 估算清水河河道生态环境需水量,为保证清水河发挥其正常生态功能以及流域内水资源的合理配置提供依据。[方法] 通过对清水河流域用水情况实地调查,在分析整理多年水文统计资料的基础上,考虑生态用水安全,根据清水河径流随降水时间的季节性变化特点以及流域多年水文变化特征,在空间上选取清水河干流的不同断面计算河道生态环境需水量。针对需要满足河流不同生态功能要求,分别采用Tennant法、面积定额法,90%保证率最枯月水量法等方法计算河道基础生态需水量、蒸发需水量、输沙需水量以及水体自净需水量。[结果] 清水河河道生态环境需水量包括基础生态需水量、蒸发需水量、输沙需水量及水体自净需水量,年需水总量上游段为6.29×10⁶ m³,中游段为6.57×10⁷ m³,下游段为1.65×10⁸ m³。[结论] 清水河河道生态环境需水量与泥沙含量和水质有直接关系。泥沙含量高是清水河河道生态环境需水量高的最主要因素。     

基于RUSLE模型的2000-2010年长江三峡库区土壤侵蚀评价

[目的]探究三峡库区土壤侵蚀程度,为区域土壤侵蚀合理化治理提供依据。[方法]采用RUSLE模型,结合多源数据（MODIS-NDVI,DEM,土地利用等）,定量评价长江三峡库区2000-2010年的土壤侵蚀时空分布。[结果]①三峡库区除西部地区外,其它地区土壤侵蚀情况严重;2000-2010年,长江沿岸以剧烈侵蚀和极强度侵蚀为主;②三峡库区土壤侵蚀状况在2000-2010年间得到一定程度的改善,强度以上土壤侵蚀面积由2000年的1.71×10⁶ hm²下降为2010年的6.82×10⁵ hm²;库区内平均侵蚀模数由2000年的36.75 t/（hm²·a）下降为2010年的22.79 t/（hm²·a）;③三峡库区经过多年侵蚀治理,强度、极强度、剧烈侵蚀面积逐渐减少的同时,轻度、中度土壤侵蚀面积在逐渐增加。[结论]研究区需要进一步加强对轻度、中度土壤侵蚀的治理。     

安徽省畜禽养殖粪污土地承载力的时空分布特征

[目的] 探明畜禽粪便资源对农田土壤和环境造成的潜在污染风险,为防治面源污染、畜禽粪污资源利用提供科学依据。[方法] 以安徽省为研究区域,依据2009—2018年畜禽养殖、作物产量等数据资料,量化分析区域作物粪污养分需求量、畜禽粪污养分供应量,并结合已有研究成果,开展畜禽粪污土地承载力时空演化特征的分析研究。[结果] 安徽省粪、尿排放量由2009年的6.19×10⁷ t上升至2015年的7.09×10⁷ t,后下降至2018年的5.00×10⁷ t,其中猪尿排放量最大,牛尿排放量最小。全省畜禽粪污排放总量与氮磷养分供给量均呈现北高南低的特点,不同畜禽粪尿在氮素的养分供给中所占比例均衡,而在磷素中差异较大。全省农田畜禽污染风险主要集中在安徽中部和南部地区的合肥、黄山和宣城等地,2018年全省土地承载力指数有所下降,农田对畜禽粪便仍具有一定的消纳空间。[结论] 安徽省农田畜禽养殖在局部地区存在着污染风险,需加强重点地区的化肥施用规划和畜禽养殖结构调整,推动农业可持续发展。     

高寒山区冰川河流悬移泥沙的输移特征

[目的] 分析不同区域冰川河流的水沙关系、输沙量及其对气候变化的响应,并对泥沙侵蚀强度进行评估,为高寒山区冰川河流的水沙动态研究提供理论基础。[方法] 选取绒布河和科其喀尔河作为研究对象,在消融期间（2018年5—10月）对冰川河进行野外观测和水样采集。考虑气温和降水的影响,采用水文模型法对绒布河径流量进行模拟,结合水沙关系曲线、泥沙滞后环及回归模型对冰川河流的悬移泥沙输移及其影响因素进行分析。[结果] 气温是影响高寒山区冰川河流悬移泥沙运输的主要因素;绒布河和科其喀尔河消融期的径流模数约7.36×10⁵,6.82×10⁵ m³/（km²·a）,输沙模数分别为200 t/（km²·a）和890 t/（km²·a）。[结论] 绒布冰川对气候变化更加敏感,消融强度大,泥沙主要来源于融水与降水对河道底部与坡面的侵蚀,但是可侵蚀沉积物和水力条件不足,造成该地区输沙模数低于其他冰川;科其喀尔河地处西北干旱区,泥沙输移量主要是由泥沙来源决定的,随着气温的升高,大量冰碛物被输送到下游,侵蚀强度明显高于其他大多数冰川。     

基于耦合FLUS-InVEST模型的广州市生态系统碳储量时空演变与预测

[目的] 探讨城市建设用地扩张下土地利用变化对碳储量的影响,揭示碳储量时空演变和未来空间分布趋势,为城市规划和生态脆弱区实施精准保护提供科学参考。[方法] 本文通过耦合FLUS-InVEST模型,基于解译的土地利用数据和未来土地预测,反演1990—2018年广州市土地和碳储量时空变化特征,分析建设用地扩张与碳储量分布规律,并评估未来碳储量潜力。[结果] 广州市土地类型变化特征表现为建设用地的迅速扩张,主要侵占耕地和林地;1990—2018年碳储量减少2.47×10⁶ t,其中2000—2005年降幅最大;高密度碳储量主要分布在北部森林一带,低密度碳储量主要分布在珠江下游;建设用地和低密度碳储量的重心迁移具有高度的一致性;预测2018—2034年碳储量下降1.20×10⁶ t。[结论] 广州市建设用地扩张对碳储量影响显著,未来西北和东部部分区域碳储量流失风险较大。     

固原市玫瑰苑小区低影响开发措施改造对降雨径流的调控效益

[目的]计算住宅小区海绵改造后对降雨径流的调控效益,旨在为海绵城市建设提供技术参考。[方法]结合宁夏回族自治区固原市某住宅小区各低影响开发(low impact development, LID)设施的布设情况,计算不同设计降雨量下LID设施对降雨径流的截蓄量与各LID设施截蓄容积的利用率;再结合固原市2004—2014年的降雨资料,计算出该小区年均降雨径流总截蓄量与各LID措施对降雨径流的截蓄量。基于计算出的小区LID设施对降雨径流的截蓄数据,结合资源环境经济学原理,计算小区降雨径流年调控效益、单方降雨径流调控效益与各LID措施年均降雨径流调控效益。[结果]小区海绵改建后,年均降雨径流调蓄量增加11 568 m~3,产生的效益为111 302元/a,单方降雨径流调控效益为9.62元/m~3;各LID设施年均效益分别为:雨水花园45 273元/a,下沉式绿地27 103元/a,雨水桶6 654元/a,雨水池32 272元/a。[结论]住宅小区海绵改建能够有效控制小区降雨径流的外排量,提高小区年径流总量控制率,具有明显的经济、环境和社会效益。     

基于典型年法的海绵城市建设控制指标研究

[目的]探讨海绵城市控制指标年径流总量控制率的确定方法,为海绵城市建设控制指标的合理确定提供新的思路。[方法]结合中国目前海绵城市建设相关规范及研究成果,分析关于年径流总量控制目标确定方法的合理性。以合肥市为例,分别采用长序列法、典型年法、外排径流系数法、逐日水量平衡法对相关问题进行研究,探讨不同年径流总量控制率对外排径流系数的影响及不同规模雨水调蓄设施的实际控制效果。[结果]提出控制指标的典型年计算法,并总结了外排径流系数随年径流总量控制率变大不能无限减小的规律,提出采用雨水利用有效容积这一指标来校核年径流总量控制率提高的适宜范围。[结论]典型年计算方法与雨水系统设计重现期相对应。结合对实际雨水总量控制率的研究,可为海绵城市建设中径流总量控制目标的确定提供新的思路。     

城市海绵小区雨水利用的效益分析——以固原市海绵小区建设为例

[目的]对城市海绵小区雨水利用措施的经济、环境及社会效益进行识别计算并与其成本进行对比分析,为海绵小区建设评估提供参考。[方法]以第二批试点宁夏回族自治区固原市西南新区6个海绵小区为研究对象,采用水量平衡法、替代工程法、影子工程法、市场价值法、碳税法、造林成本法等,对海绵小区产生的雨水资源利用、固碳释氧、降噪、调蓄径流、文化教育等3大类共10项效益进行定量计算并采用效益费用比进行静态和动态成本效益分析。[结果]固原市西南新区6个海绵小区的总效益为2.91×10~5元/a,其中雨水花园的效益为1.03×10~5元/a,下沉式绿地的效益为7.99×10~4元/a,植草沟的效益为6.15×10~4元/a,经济、环境和社会效益比例分别为22.84%,76.89%和0.27%。[结论]海绵小区雨水利用有较好的投资效益,固原市海绵小区的建设产生了良好的经济、环境和社会效益,值得进一步研究推广。     

海绵城市建设水平评价与分区域控制策略

[目的]探讨海绵城市建设成效及其关键影响因素,为中国分区域海绵城市建设规划提供理论依据与政策导向。[方法]从水环境安全、水资源利用、水污染治理和水人居建设4个方面构建了海绵城市建设评价指标体系;根据地形地貌、气象气候、发展规模等区域特征,选取具有代表性的海绵城市建设试点——北京市、重庆市和镇江市作为研究区域;通过主成分分析法与灰色模糊综合评价模型定量分析海绵城市建设指数变化趋势,对比分析不同子目标层建设指数的变化及其差异。[结果]2006—2015年研究区域海绵城市建设指数均呈上升趋势,子目标层建设指数中仅北京市及重庆市的水资源利用指数有所下降。[结论]中国海绵城市建设已取得阶段性成效,城市化与海绵城市建设指数变化联系密切。华北地区和华东地区的海绵城市建设还应分别加强对单位面积水库容积、农业污染负荷的管控;基于地形地貌分析,山地城市的海绵城市建设还应加强对节水量及生活废水排放的管控。     

北方城市海绵社区生态效益分析

[目的]分析海绵社区建设带来的经济效益、生态效益,为中国海绵城市建设提供技术参考。[方法]以北京市通州区某建筑小区为研究对象,通过增设屋顶绿化、下凹式绿地、雨水调蓄池等雨水渗蓄措施,对比增设设施前后外排量、节水量、回补地下水量、消除污染而减少的社会损失量、节电量、固碳释氧量的变化。[结果]研究区增设雨水调蓄设施后,年单位面积总效益增加量为38 566元/(hm~2·a),年单位面积节约中水量为208m3/(hm~2·a),年单位面积节电量为145(kW·h)/(hm~2·a),年单位面积回补地下水增加量为281m3/(hm~2·a),年固碳增加量为0.02t/(hm~2·a),年固氧增加量为0.01t/(hm~2·a)。[结论]采用雨水调蓄设施,在节水、节能、截污等方面均可产生具有明显的经济效益和生态效益,值得大力推广和提倡。     

合肥市建筑小区雨水利用设计方法

[目的]探讨建筑小区雨水利用设计方法,为建筑小区雨水利用设计提供理论参考。[方法]以安徽省合肥市滨湖假日F-3居住小区为例,根据小区雨水设计目标,计算小区所需雨水利用强度;结合小区具体条件、各种雨水利用设施雨水利用强度与基本规模、成本与效益,确定小区雨水利用设施组成。[结果]提出了小区雨水利用设计方法,解决了雨水利用设计中规模与组成这2个关键问题。滨湖假日F-3居住小区雨水利用设施:景观水体1 742.1m3,储水池1 500m3,下凹式绿地12 200.5m2,透水铺装10 672m2,能满足雨水径流总量控制率为85%,重现期2a对外排流量径流系数的要求。[结论]建筑小区雨水利用设计应以外排径流系数为主要目标,结合小区具体条件,兼顾雨水利用的经济、环境与社会效益,并满足相关规定,合理确定雨水利用设施规模及构成。     

北方半湿润地区海绵城市建设的问题与对策——以辽宁省沈阳市为例

[目的]对比中国南北方海绵城市建设差异,以沈阳市为例找出适合北方海绵城市建设的途径。[方法]通过遥感解译、空间分析以及实地访谈等方法,从降水与城市下垫面性质、海绵工程效用、海绵城市成本收益以及公众认知与参与度4个角度来分析沈阳市海绵城市的建设阻碍。[结果]沈阳市海绵城市建设中存在着不透水面激增,海绵工程匹配度低,海绵工程成本高收益缓以及公众参与度低4个方面的主要问题。[结论]海绵城市建设应该与民生工程协同推进,要在助推国家中心城市建设,吸引人口人才流入以及财富增值,拉动投资方面发挥作用,为此,要提高公众海绵城市建设的参与度,对新老城区进行差别化治理,并从政策上保障海绵工程的政府和社会资本合作(public private partnership, PPP)模式的可持续性。     

沙化封禁区农田生态系统服务价值变化及其影响因素——以河西走廊8县市为例

[目的]对沙化封禁区农田生态系统服务进行研究,为干旱区生态安全和农户生计可持续发展提供支持。[方法]运用生态经济学方法和多元逐步回归模型,据此揭示河西走廊沙化封禁区所在8县市农田生态系统服务价值变化以及影响因素。[结果](1)沙化封禁区农田生态系统单位面积服务价值由19 966元/hm2增长到21 511元/hm2,增加了1 545元/hm2,年均增幅0.58%,原材料生产、废物处理、土壤形成和保护服务、食物生产是主要贡献类型;(2)农田生态系统总服务价值由29.40亿元增长到42.49亿元,增长了13.09亿元,年均增幅为2.88%,基本服务价值、社会保障服务价值大于水资源消耗服务价值和环境污染服务价值,但是水资源消耗和环境污染服务价值的增长速度明显加快;(3)8县市农田生态系统单位面积服务价值变化存在空间和类型差异,主要受农业生产总值、农民人均收入、化肥使用量、经济作物面积、粮食单产的影响。[结论]生态退化逆转对大部分县市的农田生态服务价值产生积极影响,但农田水资源消耗和环境污染效应不断增大,导致沙化土地逆转的脆弱性仍然较高。     

基于层次分析法的豫北地区雨水花园植物综合评价

[目的]研究豫北地区雨水花园植物的筛选,为雨水花园和海绵城市的建设提供理论支撑。[方法]对国家级海绵城市鹤壁市和河南省省级海绵城市安阳市境内的典型雨水花园植物进行研究,采用AHP层次分析法对29种雨水花园植物进行综合评价,从3个准则层和9个指标层构建植物评价体系。[结果]指标层中的抗旱性、抗湿性、绿化美化特性、去污降污能力4个指标对于雨水花园植物的选择具有重要影响。千屈菜、红蓼、东方狼尾草、鸢尾、细叶芒、花叶芒6种植物综合评价等级为1级;再力花、常夏石竹、八宝景天、美人蕉、金鸡菊、马鞭草、大丽花7种植物综合评价等级为4级;香彩雀、紫叶狼尾草、蜀葵等16种植物综合评价等级为2—3级。[结论]综合评价值为1级的植物是豫北地区建设雨水花园的首选植物;综合评价等级为4级的植物是雨水花园慎重选择的植物材料;综合评价等级为2—3级的植物,选择合适的区域如蓄水区、缓冲区、边缘区进行雨水花园植物的种植。     

山地校园不同下垫面雨水径流重金属污染特征和健康风险评估

[目的] 了解山地校园不同下垫面雨水径流重金属污染特征及雨水径流中重金属元素对于人体的健康风险，为山地海绵城市建设提供径流污染控制参考和人员健康保护基础数据。[方法] 2019年7月22日在重庆交通大学针对屋顶、道路、停车场和广场4种典型的下垫面进行了雨水径流的取样监测，并统计分析场次降雨平均浓度（EMC）、电导率（EC）、钠吸附率（SAR）、危险商（HQ）和危险指数（HI）。[结果] 广场径流过程中重金属元素整体变化波动较大，道路雨水径流的重金属健康风险最大而屋顶健康风险最小；大多重金属污染物在产流后的10 min内出现了降幅，其中Fe和Mn的降幅较大，Zn的降幅中等，Cu的降幅最低；As和Cr是雨水径流中健康风险最高的重金属污染物。[结论] 山地校园重金属污染物冲刷速度较快，人流大的下垫面雨水径流中重金属元素变化波动较大，但健康风险较低；车流大的下垫面雨水径流中重金属元素波动较为稳定，但健康风险较高。