坡面水文过程与土壤有机碳迁移研究进展

选取中国四种典型区域（东北黑土区、南方红壤丘陵区、北方黄土高原区、西南岩溶区）,概述了不同类型区域坡面水文过程与土壤有机碳迁移的关系,分析了坡面水文过程驱动下土壤有机碳迁移的影响因素。结果表明,不同类型区域的土壤有机碳迁移路径及形式因其水文过程不同而存在差异性,土壤类型、降雨强度、坡度等自然因素会影响土壤有机碳迁移路径及在泥沙中富集;而耕作、施肥、土地利用等人为因素既会改变土壤有机碳含量和外源输入而影响其迁移量,也会影响土壤有机碳迁移路径。在对前人研究成果的总结的基础上,本文认为应加强红壤区及岩溶区不同土壤有机碳迁移路径的同步监测研究,明晰水力侵蚀作用下土壤有机碳迁移转化过程与微生物群落之间的耦合关系,建立考虑多维度、多界面水文过程驱动下土壤有机碳迁移模型。     

基于MODIS数据的黄河三角洲区域蒸散发量时空分布特征

充分利用遥感手段的快速、准确、大尺度及可视化等优势,对地球表层水量转化过程中最难估算的分量-蒸散发量进行了估算。针对黄河三角洲地理位置特殊、石油生产基地的经济重要性、生态系统水资源压力日益增大等特点,采用理论基础较坚实、区域应用限制小、反演陆面蒸散发量较为合理准确的SEBS（Surface Energy Balance System）模型,基于MODIS数据估算了黄河三角洲区域陆面蒸散发量,分析了陆面蒸散发量的时空分布特征。研究结果表明：研究区年内陆面蒸散发量呈单峰型分布,季节性变化特征显著;陆面蒸散发量的空间分布在一定程度上受人类活动驱动的土地覆盖影响呈现出南高北低的趋势。水分盈亏分析表明：春季、秋季蒸散发相对较强烈,天然水分供给不足,灌溉需求较高,水资源丰枯状况对农业耕作、生态环境影响较大。     

地理信息系统在流域生态水文过程模拟研究中的应用

生态水文学是研究生态格局和生态过程变化水文学机制的科学。该学科的一个重要研究方向是探讨不同时空尺度上和一系列环境条件下的生态水文过程，包括生态水文物理过程、生态水文化学过程及其生态效应。这必然要求建立相关生态水文模型。生态水文过程影响因素众多．而且具有明显时间和空间变异性．需要多时相、多信息源的历史动态变化信息以及多方法和多学科的综合。目前．GIS在信息的动态获取、分析处理、可视化以及二次开发等方面的技术和方法取得了长足的进步，为实现生态水文过程研究提供了有力支持。     

云南省水、陆面蒸发量计算方法的初步研究

采用本文提出的方法，计算了全省各站历年各旬的水面蒸发量、历年各月的陆面蒸发量。计算结果的精度能达到水文部门的乙级标准，表明文中所涉及的地面太阳总辐射量的计算、海拔高度对蒸发影响的订正、参数Ct的确定以及布德科公式适用范围的修改，在实际工作中具有应用价值。     

林地枯落物层水文特征研究进展

 林地枯落物层作为森林水文功能的第2作用层,在涵养水源和保持水土中发挥了重大作用。通过综述国内外林地枯落物层水文特征的研究内容、室内外研究方法以及水文过程模拟的研究现状,指出目前我国在林地枯落物层水文特征研究过程中存在的主要问题是,研究内容单一和研究方法落后;认为野外定位试验对于全面了解枯落物层水文特征乃至水文过程具有重要意义,是今后研究的重点;同时,认为室内模拟降雨和变雨强研究能够深入了解野外枯落物层的降雨截持能力和截持机理;枯落物层水分动态是多水文过程和多因素综合作用的结果,物理模型的建立与参数的确定对于深入了解枯落物层的水分变化状况,合理营林等具有重要作用。     

分布式水文-土壤-植被模型与GIS集成研究

基于ESRI最新推出的ArcObjects对象库，研究了分布式水文-土壤-植被模型（DHSVM）与GIS的集成。分析了DHSVM模型与GIS的集成方式．并以嵌入式集成方法建立了DHSVM模型与GIS的无缝集成系统。在洛河卢氏水文站以上流域实施案例研究，结果表明集成系统在模型参数自动获取、数据管理、过程可视化和空间分析等方面强化了DHSVM模型的功能，为流域陆面水文过程模拟提供了有力的支撑。     

电阻率成像法在土壤水文学研究中的应用及进展

缺乏有效的监测技术是制约土壤学和水文学中尺度问题研究的主要瓶颈。近年来,以电阻率成像法为代表的地球物理学方法被引入到非饱和带土壤水文过程的研究中来,为解决尺度问题提供了新的强有力的工具。结合土壤电阻率与土壤特性之间的岩土物理学关系,电阻率成像法可以实现对土壤特性或状态的多尺度无损连续监测。阐述了电阻率成像法的基本过程、特征及其在土壤水文过程研究中的初步应用。同时,深入探讨了电阻率成像法应用于非饱和带水文过程研究中存在的问题和未来的应用潜力。     

集合卡尔曼滤波数据同化方法改进土壤水分模拟效果

陆面过程模型是连续模拟土壤水分的有效工具,然而输入数据及模型结构本身的不确定性会导致模拟误差在模型运行过程中不断积累。数据同化技术可以考虑模型不确定性,实时修正模型状态变量,进而提高土壤水分的模拟精度。本研究构建集合卡尔曼滤波(En KF,ensemble Kalman filter)数据同化方法,将其集成到水文强化陆面过程模型HELP(hydrologically-enhanced land process)中,对模型中土壤水分及表面温度等状态变量进行优化。模型选取山东位山生态水文观测站2006年的数据进行验证,采用未经同化的模型率定结果作为基准值。结果表明,数据同化后表层、根层、深层土壤水分模拟结果相比基准值均有提高,土壤含水量均方根误差减小30%~50%,证明采用数据同化方法能够有效提高土壤水分的模拟结果。     

基于SWAT模型的东北水稻灌区水文及面源污染过程模拟

灌区水文过程对于面源污染物的迁移、转化起到了重要的驱动作用。为揭示东北水稻灌区的水文及面源污染过程,该文在多年试验的基础上,运用修正的SWAT模型对其开展了模拟研究。2009-2011年在吉林省前郭灌区针对水稻生育期及冻融期内的灌区水文过程和农田面源污染物迁移、转化过程开展了系统的监测与试验。水稻生育期内,各级排水系统表现出不同的水文过程:末级排水沟中,由田间通过表层渗流进入排水沟的高浓度的水被灌溉退水所稀释,汇流排水沟的槽蓄量则在很大程度上影响了排水过程及污染物的对流和掺混过程。根据水稻灌区水文特性,以汇流排水沟为子流域,分别采用非稳定渗流公式和马斯京根法描述子流域中稻田向排水沟的渗流排水过程以及向子流域出口的排水汇流过程。试验和模拟结果表明:铵氮(NH4+)、硝氮(NO3-)和化学需氧量(COD)的浓度变化主要取决于排水过程,表层渗流和深层渗流过程决定了排水沟中NH4+和NO3-浓度过程,而排水沟中COD浓度还受到灌溉退水的影响。采用溴(Br-)作为示踪剂,通过测定土壤含水率、温度及示踪剂浓度变化,研究了冻结期的水文过程和面源污染物迁移过程,示踪试验结果显示,冻融期土壤中水流运动受到土壤基质势、温度势及重力势的影响,冻土中平衡状态下基质势为土壤温度的函数,土壤中污染物渗出通量与水分渗出通量表现出线性关系。基于水稻灌区下垫面产汇流特性和冻融期土壤对于灌区水文过程以及面源污染物迁移的影响机理,在SWAT模型模块修订的基础上,模拟了东北地区水稻灌区面源污染迁移流失过程,模拟流量、NH4+、NO3-、COD浓度与实测值符合较好,表明改进的模型能够用于东北地区水稻灌区的水文及面源污染过程模拟。     

改进型TOPMODEL在不同尺度和气候条件流域上的适用性研究

在阐述TOPMODEL基本原理的基础上,针对现行TOPMODEI．地形指数计算方法、产流机制、汇流方式3个方面进行了改进,并将改进后的模型在小尺度湿润的子午河流域和中尺度半干旱的马莲河流域进行了模拟测试。在模拟过程中,定量分析了模型模拟的各个水文过程变量,探讨和揭示了该模型在不同尺度和不同气候条件流域上的适用能力。研究结果表明,改进后的TOPMODEL能够准确地表达实际流域关键地形参数的空间分布特征,客观地描述流域水文过程的内在机理。该模型在小尺度湿润流域测试效果较好,在中尺度半干旱流域虽然精度相对较低,但仍然能够模拟和解译大部分的水文机制。     

流域土地利用/覆被变化对水文过程的影响研究进展

随着全球变化研究的深入,土地利用/覆被变化(LUCC)与水文过程的相互作用成为全球生态与环境研究的热点和前沿问题.在阐述土地利用/覆被变化对水文过程影响特性的基础上,从LUCC对径流影响的研究成果、研究方法,以及模拟尺度等方面概述了LUCC对水文过程影响的研究进展.综合分析表明,由于区域气候和地理的差异性,以及研究尺度和方法的不同,特定流域上LUCC对水文过程影响的结论难以取得一致.需要考虑多方面因素,正确评价LUCC对水文过程的影响,加强生态环境效应研究,为流域土地利用规划和水资源的合理配置提供科学依据.     

塔里木河流域水文过程的特点初探

根据1957-2003年塔里木河流域气温、源干流水文资料，对塔里木河流域基本水文过程，山区降水和温度变化、源流区来水情况以及干流区各段水资源消耗进行分析，试图对近50年来塔里木河流域水文过程的特点进行初步分析和讨论。结果显示：塔里木河流域特殊的自然条件造成流域径流的形成区与水资源开发利用区，水资源荒漠平原消耗区相分离，而由于全球气候的变化。山区温度升高和降水增加，源流区径流量大幅增加，其中对干流影响最大的阿克苏河近10年进入特丰来水时期；但是，塔里木河干流来水量并未增加反而呈现微递减的走势，随着干流上游段耗水量的不断增加，塔里木河中下游生态环境明显退化。     

天山北坡呼图壁河流域积雪水文过程对气候变化的响应

积雪是干旱区水资源的重要组成部分,气候变暖引起的降水形态和积雪消融的改变势必会对流域径流过程及其组分变化产生重要的影响。选取天山北坡呼图壁河流域作为干旱区积雪补给典型流域,利用站点气象数据及IPCC CMIP5气候情景数据,驱动改进雨雪划分方案、融雪径流计算模块的VIC模型,以观测径流和MODIS积雪面积数据进行模型多目标参数优化,定量解析呼图壁河流域径流组成、变化特征及对气候变化的响应机理。结果表明:(1)呼图壁河径流呈暖季集中的单峰型分布,融雪径流、降雨径流和冰川径流分别占径流总量的27.7%,66.1%,6.2%。1978—2010年呼图壁流域在气温、降水量显著增加,降雪量变化不大,降雪占降水比例显著下降的背景下,总径流和降雨径流显著增加,融雪径流微弱增加。(2) RCP4.5情景下,预估未来呼图壁河流域气温将显著升高,降水缓慢增加,而降雪明显减少;流域总径流将缓慢增加,其中降雨径流显著增加,而融雪径流将显著减少;径流年内分配亦将改变,将表现为春季径流和峰值流量的下降,枯水期流量增加,融雪径流峰值前移。(3)春季融雪径流的占比最高,其变化直接决定着总径流的丰枯变化;预估未来融雪径流显著减少将导致3—6月灌溉期总径流减少,在现有农业生产模式下将进一步加剧灌溉用水矛盾。     

渭河源区1970-2006年梯田开发对水文产流的影响

渭河源区自70年代以来持续进行大规模梯田建设,该文对土地覆盖变化、降水条件和梯田面积变化3个因素进行分析,从年、最丰3个月(7-9月)、最枯3个月(12月至次年2月)3个不同时段探讨研究区产流效率持续递减的根本原因.基于流域降水-产流-梯田面积的变化趋势分析和显著的统计回归关系,建立了基于降水和梯田面积两种因素的产流统计模拟模型,研究结果表明:大规模梯田开发是造成渭河源区产流效率降低的根本原因,并且随着梯田面积的增加对枯水期产流影响最为剧烈、对丰水期产流影响相对较弱.对于合理规划开发利用土地,流域水资源的可持续利用和生态环境平衡具有重要的指导意义.     

基于元胞自动机的城市地表积水模拟研究

[目的]对城市地表水文产汇流时空过程进行模拟研究,以期为城市排水防涝应急决策提供依据。[方法]针对城市地表覆盖破碎性和地形复杂性的特征,构建基于元胞自动机(CA)的城市地表积水模型,结合水力水文学原理定义元胞及其规则。[结果]与传统统计经验模型、物理模型相比,该模型避免了汇水区划分、水流路径确定、参数提取等数据预处理问题,以广州市番禺区富华东路段区域作为试验区进行参数率定及模型验证,根据规则更新每个元胞的状态参数可获得任意时刻地表积水量、径流量和水流。[结论]该CA模型可以准确模拟地表水流时空分布及其变化,模拟结果可靠、表达直观;通过雨水口不同排放量模拟和常用数学模型对比分析表明,CA城市地表积水模型在城市内涝模拟中具有良好的实用性及易操作性。     

土地利用和气候变化对嘉陵江流域水文特征的影响

以嘉陵江流域为研究区,通过模型校准与验证得到适宜于该流域的SWAT模型,在综合考虑土地利用和气候变化特征的基础上构建多种情景模式,模拟了不同情景下的主要水文要素。结果表明:(1)1985—2005年,流域林地减少,城镇和农村居民用地增加;草地和工业用地在上游减少,中下游地区增加;耕地在上游增加,中下游地区减少。流域总体呈暖干化趋势,上游地区水热条件的变化较中下游地区大。(2)与1976—1995年相比,土地利用和气候变化共同作用使地表径流增加,地下径流、土壤含水量、壤中流、实际蒸散发和产水量减少。其中,气候变化对流域水文过程的影响大于土地利用变化。林草地具有明显的水土保持作用,耕地在水土保持和水源涵养方面呈负贡献。RCP8.5情景下年平均产水量较RCP 4.5情景高,但长期来看,RCP 4.5情景对降低地表径流和实际蒸散发,增加地下径流、壤中流和产水量的作用优于RCP 8.5。(3)土地利用和气候变化对流域地表径流的影响较大,对中下游的影响大于对上游的影响。     

太湖流域土地利用变化的营养盐输出响应模拟

通过解译1985年、1995年和2000年3个时段TM／ETM影像，分析太湖流域80年代以来的土地利用变化特征。采用不同土地利用类型产出营养盐实测参数与分布式水文模型相结合的思路，建立基于单元格网的流域营养盐污染估算模型，定量评估太湖流域土地利用变化对氮素输出的影响。研究结果显示，模型模拟径流量及总氮输出量与实测值吻合良好；自1985年到2000年，太湖流域城镇面积扩展了40．38％，增加量占太湖流域总面积的3．88％；在1980～2000年的雨情下，全流域土地利用变化导致产流量平均增加4．11％，TN输出量平均增加5．35％，最高值为21．62％，各年差异与降雨分布和雨情特征有关；受土地利用变化空间差异影响，在城镇快速扩展的苏锡常地区和浦东浦西地区，土地利用变化导致TN输出量平均增加17．11％和10．72％，最高可达60．43％和28．689%。     

Influence of afforestation on soil genesis,morphology and properties in glacial till deposits

A study of soil morphological, physical and chemical properties was performed in woodland of different ages, in which spruce (Picea abies), aspen (Populus tremula) and birch (Betula pendula) growing stocks have colonized former agricultural land. The aim of the study was to clarify changes in soil genesis, morphology and properties due to the afforestation of abandoned agricultural land in glacial till deposits. The research showed that soil in these deposits (loamy sand, loam, clay) retains the morphological properties of agricultural land for up to 100 years. Secondary podzolization features in the soil profiles were observed within 100 years of the start of afforestation, whereas the diagnostic properties of Albic and Spodic horizons had not developed in the soil profile after 200 years. This study demonstrated that the morphological and physico-chemical properties of forest litter horizons, including the accumulation of organic substances, are dependent on forest age; however, changes in the properties of mineral soil horizons are mainly related to woodland age. Following the afforestation of agricultural lands, changes in soil pH_KCl, organic matter content and extractable Al and Fe concentrations occur more rapidly than changes in soil diagnostic properties and profile formation.     

不同土地利用变化情景下的洪汝河流域水文响应

[目的]研究洪汝河流域土地利用变化对水文过程的影响,为当地水资源的合理规划和利用提供依据和参考。[方法]本研究以土壤水体评价模型(soil and water assessment tool,SWAT)为基础,通过设计多种土地利用情景模式模拟洪汝河流域水文情景,首先利用数字高程模型(digital elevation model,DEM),土地利用数据、土壤数据以及日气象数据建立模型;其次选用2006—2008年的水文观测数据进行模型率定,并进行敏感性和不确定性分析;最后,设置4种土地利用情景模式进行水文模拟。[结果]退耕还林情景下径流减少4.23%;而在耕地增加,城镇用地增加和以城镇用地、林地草地增加为主的复杂土地利用变化这3种情景下,径流分别增加3.01%,4.91%和1.50%。[结论]退耕还林增加了可涵养水源的森林,使得径流减少,而增加耕地开垦或城市建设用地则会增加地表径流。     

土库曼斯坦典型绿洲土地利用格局变化的地表热环境响应研究

基于遥感和GIS,选择两期遥感影像,对土库曼斯坦穆尔加布—捷詹绿洲的土地利用及其地表热环境的变化进行分析,探讨了不同土地利用类型的空间格局对绿洲热环境的影响。结果表明:2001—2011年间,研究区土地利用变化最显著的特征是耕地的扩大和其他用地的减少,耕地从2001年的4.84×10⁵ hm²增加到2011年的5.82×10⁵ hm²,其他用地从2001年的5.00×10⁶ hm²减少到2011年的3.88×10⁵ hm²;不同土地利用类型上的地表温度具有明显差异,各土地利用类型地表温度平均值排序为:沙地 > 其他用地 > 盐碱地 > 耕地 > 林地 > 草地 > 水域;以耕地为突出特征的土地利用变化影响区域热效应的效果较为显著,具体表现为绿洲热环境效应减弱,冷岛效应增强。