黄土高原典型区雨水资源化潜力模拟与评价

为充分利用雨水资源应对黄土高原水土流失和干旱缺水的问题,引入分布式水文模拟技术,构建具有物理成因机制的分布式雨水资源化潜力评估模型,解决雨水资源利用的核心问题--评价当地的雨水资源化潜力。通过研究黄土高原典型区域黄河河口镇至龙门段(河龙区间)的雨水资源情况,定量评估该区域雨水资源化潜力,结果表明:在气候变化和人类活动的双重背景下,20世纪80年代后,黄河流域河龙区间的地表径流量、土壤有效水增量和雨水资源化潜力呈现上升趋势;河龙区间大部分地区雨水资源呈增长趋势,雨水资源可基本满足现有条件下区域植被恢复的用水需求。气候变化对雨水资源化潜力起正影响作用,贡献率为63.4%,土地利用/覆盖变化则为负影响,贡献率为-36.6%。人类活动对区域雨水资源利用的影响不容忽视,应大力发展干旱半干旱区降雨-径流调控技术,提高雨水资源化利用率,以保障区域生态-经济协同可持续发展。     

黄河中游河口-龙门区间蓝绿水资源对气候与土地利用变化的响应

气候变化和土地利用变化会改变蓝绿水资源的时空分布,量化二者变化所带来的影响对水资源管理具有重要意义。黄河中游的河龙区间(河口镇至龙门)社会经济的迅速发展和大规模生态修复工程的实施改变了流域的土地利用格局,蓝绿水资源时空分布受到影响。研究基于遥感数据,分析河龙区间近40年土地利用的变化特征;结合VIC模型和四种情景设置,定量分析气候与土地利用变化对流域内蓝绿水的时空影响。进一步分析了生产性绿水流及非生产性绿水流对气候及土地利用变化的响应规律,以便开发绿水资源的生产潜力。结果表明：(1)河龙区间平均最高气温和平均最低气温在1997年发生突变,变化趋势由减小转为增大;降水量在2006年发生突变,变化趋势由减少转为增加。草地和耕地是河龙区间的主要土地利用类型,1980-2020年间耕地减少了3 407 km²,林地、草地和灌木林的面积均呈现增加趋势,与退耕还林还草工程的实施密切相关。(2)气候变化和土地利用变化对蓝水流的贡献率分别为90.89%和9.11%,对绿水流的贡献率分别为103.13%、-3.13%,对绿水储的贡献率分别为89.07%、10.93%,气候变化对河龙...     

基于时变Budyko公式的年径流变化机理分析——以贵州省六硐河为例

气候变化与人类活动是流域径流变化的重要原因。随着人类活动逐渐频繁，不同地区的水文情势不同程度地发生着变化，因此对径流变化机理的分析一直是水文学界的重要议题之一。Budyko水热耦合平衡公式是常用的径流变化机理分析工具，因其一方面考虑了一定的物理成因，另一方面公式参数较为简单，由此在径流变化归因较长时间尺度分析上得到了广泛应用，但当前对时变形式的Budyko公式研究及应用仍有待加强。以贵州省六硐河流域为例，通过Mann-Kendall检验和突变检验方法对研究区年径流进行趋势和突变分析，基于水热耦合平衡原理构造了包括线性、二次多项式以及具有物理机制等形式的Budyko参数时变辨识公式，以Nash效率系数为评价指标，验证最适应研究区的水热耦合公式，最后计算降水量、潜在蒸散发量和人类活动等因素对径流变化的贡献率，进行六硐河流域径流变化归因分析。研究结果表明，近年来随着气候变化影响加剧，六硐河流域径流呈明显的下降趋势，在1997年发生显著性突变。比较降水量、潜在蒸散发量和人类活动因素对径流的敏感性，发现降水减少是流域径流减少的主导因素，其贡献率为49%。同时，随着人类经济社会的发展，大型水利设施...     

基于遥感的疏勒县植被覆盖时空变化研究

【目的】评价疏勒县生态环境质量及生态环境演变过程。【方法】基于Landsat遥感影像数据,利用归一化植被指数NDVI、像元二分模型、中心迁移模型等方法分析了1996-2017年疏勒县植被覆盖时空演化。【结果】①疏勒县植被覆盖分布总体以高植被覆盖为主成大面积片状分布,中、低植被覆盖主要以盖孜河和克孜河为轴线,相对围绕高植被覆盖分散分布;②1996-2017年疏勒县植被覆盖面积和覆盖度均呈增加趋势。2017年的植被覆盖面积比1996年增加了456.4 km²,增加率为38.3%;③疏勒县植被覆盖空间变化上存在一定的区域性和时段性差异。区域上,南部乡镇覆盖度明显增加;时段上,2009-2013年植被覆盖面积增加最明显;④1996-2017年疏勒县植被覆盖中心整体往东南迁移;⑤气候变暖对疏勒县植被覆盖度变化有一定的影响,但短期内人类活动影响更大。灌区改造高效节水、耕地开垦、农作物的种植及林带面积的增加是植被覆盖面积增加的主要因素。【结论】综上可知,气候变暖和生态治理工程等人类活动因素可能是疏勒县植被覆盖面积与覆盖度呈增加的主要原因,这表明疏勒县生态环境保护与治理是科学合理的。     

基于Budyko假设的黄河源区径流变化归因识别

黄河源区是黄河水塔,其径流量变化的归因分析对黄河流域水资源开发利用至关重要。采用基于Budyko假设的弹性系数法量化气候因素和其他环境驱动因素对黄河源区河川径流量变化的影响。研究结果表明:1965-2013年黄河源区年降水增加,年潜在蒸散发减少,变化趋势均不显著,同时期的年径流序列呈现不显著减少趋势。在1989年实测径流序列存在突变现象,1990-1999年气候因素对径流减少的贡献率约为39%～45%,其他环境驱动因素的贡献率约为55%～61%;2000-2013年气候因素使径流量增加,其他环境驱动因素是径流量减少的主要原因。流域1980-2010年时期土地利用类型和覆盖无显著变化,研究区域冰川退缩、冻土层持续下移等其他环境驱动因素是造成黄河源区径流量减少的主要原因。     

基于RS的安宁河上游植被覆盖时空变化研究

以TM和ETM+遥感影像为数据源,利用RS和GIS技术,提取和分析了1999—2010年安宁河上游植被覆盖度及其时空变化特征,并结合Aster DEM数据分析了不同海拔高度带和坡度带的植被覆盖分布及变化特征。研究结果表明,研究区植被覆盖状况总体较好,植被覆盖度fc≥0.5的区域面积占研究区总面积的比例达60%以上;研究区植被覆盖度总体呈增加趋势,Ⅰ级(fc≥0.7)、Ⅱ级(0.5≤fc0.7)和Ⅲ级(0.3≤fc0.5)植被覆盖度区域面积分别增加了1.24%、4.36%和2.28%,而Ⅳ级(0.1≤fc0.3)和Ⅴ级(fc0.1)植被覆盖度区域面积呈减少特征,分别减少了25.72%和12.28%;植被覆盖度较低的区域主要分布在海拔高度相对较低的地带,随着海拔高度的升高植被覆盖度呈现出先增加后减少的趋势,海拔高度低于3 000 m的地带植被覆盖变化较为明显,主要表现为低植被覆盖度向高植被覆盖度转化,其中海拔高度低于2 500 m的地带变化最为显著,海拔高度大于3 000 m的地带受人为活动影响小,植被覆盖变化相对较小;研究区植被覆盖度较高的区域主要分布在坡度相对较陡的地带,而植被覆盖度较低的区域主要分布在坡度相对较缓的地带,植被覆盖度变化较为明显的区域主要集中在坡度25°~45°的地带,其次是坡度0°~25°的地带;坡度45°以上的地带受人为活动影响小,植被覆盖变化不明显;受水热条件的影响,研究区植被覆盖度随坡向的变化特征呈现从大到小依次为阳坡(135°~225°)、半阳坡(45°~135°)、半阴坡(225°~315°)、阴坡(0°~45°,315°~360°),1999—2010年各坡向地带的植被覆盖度均有不同程度的提高,其中,阳坡提高幅度相对较大,阴坡提高幅度相对较小。     

气候变化和人类活动对黑河中游流域径流的影响分析

甄别气候变化和人类活动对黑河中游流域径流的影响,对于维护该流域水安全具有重要意义。黑河中游流域降水和径流的变化趋势不完全一致,其中径流均呈减少趋势。应用累积距平曲线、Mann-Kendall法及Pettitt法分析流域降水和径流序列变点,径流突变均发生在20世纪80年代,确定以径流序列最早突变点1980年划分基准期和变化期。采用双累积曲线法和敏感性系数法对黑河中游流域的径流进行气候变化和人类活动影响的定量识别与评估。结果表明:黑河中游鸳鸯池流域、高崖正义峡流域和正义峡流域的水文水资源变化主要受人类活动影响,各流域人类活动影响贡献率均高达85%以上,最大可达96%。     

新疆和田河径流演变特征及其影响因素分析

【目的】研究和田河径流演变特征及其影响因素。【方法】采用M-K检验、Pettitt突变检验、Morlet小波分析等方法,分析径流及影响因素的变化趋势、突变特征及周期规律。在确定影响因素与径流的相关性基础上,建立了影响因素与径流的多元线性方程及神经网络模型,定量分析了气候因素与人类活动对径流变化的贡献水平。【结果】玉龙喀什河径流表现出增加趋势,喀拉喀什河径流呈减少趋势,突变年份为2009、2004年,在40~55 a尺度下的玉龙喀什河与33~55 a尺度下的喀拉喀什河都经历2个枯-丰变换周期。玉龙喀什河、喀拉喀什河降水量都呈显著增加趋势,突变年份均为2001年,两河降水同时展现出3次偏多-偏少交替。年均气温呈显著性增加,在1984年发生突变,气温经过2个冷-暖变换周期。玉龙喀什河与喀拉喀什河径流变化的主要影响因素为气候变化,人类活动影响较小,气候变化对径流的贡献率分别为84.06%和72.51%,而人类活动的贡献率为15.94%和27.49%。【结论】玉龙喀什河和喀拉喀什河在40~55、33~55 a尺度下由丰水期转为枯水期,玉龙喀什河和喀拉喀什河流域降水未来为少水期,和田河流域气温在40~50 a尺度下处于偏暖阶段。喀拉喀什河突变点与乌鲁瓦提水库的修建有关,降水和气温发生突变时间于西北地区气候转变相一致。气温因素是径流补给的主要影响成分,气候变化为径流变化的主要因素。     

近32年黄河流域植被覆盖时空演化遥感监测

植被覆盖动态变化及其空间格局演化研究是了解土地资源和环境变化的重要方式,对科学合理地改善生态环境具有重要意义。基于1982—2013年GIMMS-NDVI时序数据,运用均值法、变异系数法、趋势分析法、Hurst指数法,分析了黄河流域植被覆盖时空格局和演化趋势。结果表明:在时间上,黄河流域32 a来NDVI月平均波峰值主要出现在5—9月份,其中以8月份的0.546居首。在年际变化方面,黄河流域植被覆盖呈现较为缓慢的增长趋势,增速为0.018/(10 a);在植被覆盖变异方面,黄河流域在1982—2013年间NDVI变化总体处于低态势的波动过程,其中变异系数小于0.1的低波动变化的区域占流域总面积的53.88%;在空间分布上,黄河流域NDVI多年均值小于0.4的低植被覆盖区域约占流域总面积的24.65%,大于0.6的植被覆盖较好的区域约占流域总面积的45.73%,植被分布从北至南呈阶梯状逐渐增强的变化态势;在变化趋势上,32 a间黄河流域植被覆盖整体在不断改善,约59.49%的地区植被覆盖得到了改善,约33.96%的区域植被覆盖基本没有发生变化;在变化可持续性方面,黄河流域未来植被覆盖变化类型主要是基本不变和持续改善2类,分别占流域总面积的33.56%和58.81%。     

清水河流域不同尺度水沙变化归因分析

【目的】揭示清水河流域水沙变化的驱动因素,为黄河上游流域的水土流失治理提供理论依据。【方法】基于1970—2019年清水河流域上、中、下游水文站的实测水沙数据及气象数据,采用Mann-Kendall检验法和Pettitt检验法对流域内不同尺度的水文气象序列进行趋势性分析和突变检验,基于Budyko弹性系数法、双累积曲线法和累积量斜率变化率比较法对流域不同尺度水沙变化进行归因分析。【结果】1970—2019年,清水河流域年径流深呈显著增加趋势,年输沙模数呈不显著减少趋势,流域上中游区域的年径流深和年输沙模数呈显著减少趋势;与突变前相比,人类活动对上游区、上中游区和全流域的年径流量减少的贡献率分别为99.9%～114.3%、77.5%～104.0%和-117.4%～-74.0%,对年输沙量减少的贡献率分别为104.7%～116.4%、110.2%～132.2%和113.0%～139.0%。【结论】引黄灌溉、水土保持措施等人类活动是影响清水河流域水沙变化的主要因素。     

鞍山地区参考作物腾发量演变特征

采用鞍山地区4个气象站1958—2006年的气象资料,应用Penman-Montieth公式计算参考作物腾发量(ET_0),并对ET_0的年际变化特征、季节变化特征及趋势进行了分析。结果表明,49 a来鞍山地区的ET_0值呈缓慢下降趋势。     

Modeling the impact of global change on regional agricultural land use through an activity-based non-linear programming approach

Assessing the impact of climate change on agriculture is a new challenge for quantitative model-based policy analysis. The impact of climate change will vary strongly across regions depending on pre-existing climatic, agronomic, and political conditions. Most of the present modeling approaches, which aim to analyze the impact of global change on agriculture, deliver aggregated results both with regard to content and spatial resolution. To deliver results with a higher spatial resolution and to produce a more detailed picture of agricultural production, the county-based agro-economic model known as ACRE-Danube was developed. The German and Austrian part of the Upper Danube basin, a study area with great diversity in agricultural landscapes and climatic conditions, was chosen for study. For the analysis, two scenarios of climatic and socio-economic change were derived. The first and more economically and globally oriented scenario, termed “Full Liberalization,” included significant temperature increases. The second and more environmentally and regionally oriented “Full Protection” scenario included a moderate temperature increase. Both scenarios produce different results regarding agricultural income and land use. While the developments in the Full Protection scenario are small, the Full Liberalization scenario yields extreme regional changes in agricultural income, an increase in cereal production and extensive grassland farming.     

Peasant emigration and land-use change at the watershed level: A GIS-based approach in Central Mexico

Demographic changes introduced by migration strongly affect economic activities and may thus trigger land-use changes. Migration has been usually overlooked in land use change modelling, even though it is recognized as a dominant demographic factor that influences land use. This paper analyzes to what extent migration patterns influence land-cover and land-use change at the watershed level. A RS-GIS and statistical approach was used to quantify and analyze both land-cover change and change in population per spatial unit. It was hypothesized that migration should exert a strong effect on land-cover change. The exercise was carried out in the Basin of Lake Cuitzeo, Michoacan, in Central Mexico, an area of high emigration to the USA, albeit showing a net increase in its total population. The expansion of scrubland areas at the expense of rain-fed agricultural land is associated with the abandonment of agricultural land with poor soils. As a consequence, vegetal succession has been promoted and subtropical scrubland increased.     

Mann-Kendall检验方法在降水趋势分析中的应用研究

采用本溪地区4个气象站1958—2006年间气象资料,应用Mann-Kendall检验方法对降水量的年际变化特征、月际变化特征及趋势进行分析,并进行突变性检验。结果表明:近50 a本溪地区降水量随时间呈上升趋势变化;本溪站和草河口站降水量发生突变,分别是1978年、1986年和1976年。     

元阳哈尼梯田降水和蒸发量变化特征及趋势分析

根据元阳县1958-1996年各月的降水量和蒸发量统计资料,运用回归分析、Mann-Kendall非参数检验、小波分析方法进行研究,分析了元阳哈尼梯田39a来降水量和蒸发量的变化特征及变化趋势。研究结果表明：哈尼梯田年内降水量分配不均;年际降水量变化大,经一元线性回归分析和Mann-Kendall非参数检验,发现哈尼梯...     

气候与土地覆被变化下的水文响应模拟——以太行山八一水库流域为例

太行山区是华北平原的重要水源地,但近年来山区来水的逐渐减少已成为该地区水资源缺乏的重要原因之一。利用分布式水文模型SWAT,根据野外实际调查及室内实验获得了模型所需的水文地质参数,通过模型校准和验证,建立了太行山八一水库流域的水文模型,Nash-Sutteclife模型效率系数等评价结果显示,SWAT模型在该流域具有很好的适用性。结合该区历史气候与土地覆被变化趋势,分别假定了25种气候情景和4种土地覆被情景,模拟结果表明,气温降低和降水增加的情景下,流域的径流量明显增加,并且随着土地覆被的好转,径流量逐渐减少,蒸发量增加。从水文角度探查了太行山区径流变化的原因。     

人类活动和气候变化对岚河流域河川径流的影响

径流变化归因识别是流域治理开发和水资源管理的重要基础工作。[目的]识别岚河流域河川径流的主要影响因素。[方法]采用水文模拟的途径定量评估了气候要素变化和人类活动对山西省岚河流域河川径流的影响。[结果]RCCC-WBM模型对岚河天然径流过程具有较好的模拟效果,NSE超过80%,总量模拟误差RE小于2%;由于气候和人类活动等环境要素变化的影响,1968年之后,上静游站实测径流量较前期减少了50%以上;1969 2015年,人类活动的影响量占径流总减少量的76.1%,是岚河径流减少的主要原因;由于近期降水增加,气候要素变化对径流减少的影响有减弱趋势。[结论]人类活动是岚河径流的主要影响因素。     

淮北平原水文气象要素长期变化趋势和突变特征分析

采用淮北平原五道沟水文水资源实验站长系列水文气象观测资料,分析了气温、降雨、日照和风速4个要素的长期变化趋势,并用Yamamoto法和Mann-Kendall法联合检测了该区域年时间序列的水文气象要素突变现象。结果表明,半个世纪以来五道沟实验站平均气温上升速率为0.14℃/10a,年最低气温上升速率为0.54℃/10a,年最高气温下降速率为0.33℃/10a,年降水量以1.3 mm/a的速率增加,年日照时数整体呈下降趋势,平均风速下降速率为0.32/10a。用Yamamoto法检测突变结果表明年平均气温和年降雨量均未发生突变,年日照时数和年平均风速分别在1997年、1985年发生突变;用Mann-Kendall法检测检验得出本地区年平均气温、年降雨量和年日照时数分别在2003—2004年间、2002年、1998年前后发生突变。     

汾河灌区参考作物蒸散发量变化趋势及影响要素分析

气候变化直接影响着区域的水循环和水资源管理,而研究潜在蒸散发的变化趋势及其影响要素对于灌区的水资源管理具有重要的作用。选择汾河灌区,利用灌区内气象站的长系列数据,分析了灌区内参考作物蒸散发(ET0)的变化趋势及主要影响要素。结果表明,1951―2014年,灌区ET0没有明显的变化趋势,这主要是由于温度升高和相对湿度降低引起的ET0增加与风速下降和日照时间减少引起的ET0下降相当。温度、相对湿度和风速变化主要影响4―6月ET0,而日照时间则主要影响了5―9月的ET0。     

温室墙体复合相变材料的制备与有限元分析

采用共混法制备了一种适合温室生产要求的复合相变材料,用差示扫描量热仪(DSC)测量了相变温度和相变潜热,并验证了复合相变材料的储能能力及材料的热稳定性.另外,借助有限元软件来模拟复合材料在吸热过程中温度及热梯度场的分布情况,对实际生产有一定的参考价值.