门头沟西侧小流域地表雨水资源量预测

应用传统的径流系数法与SCS-CN模型法预测了北京市门头沟西侧小流域雨水资源利用潜力,并对比了不同方法预测的雨水资源量及其时空分布规律。结果表明,径流系数法预测的丰水年(P=25%)、平水年(P=50%)、枯水年(P=75%)和多年平均年份地表雨水资源量分别为:2.84×10⁷m³,1.98×10⁷m³,1.22×10⁷m³和2.14×10⁷m³。模型法预测的丰水年、平水年、枯水年和多年平均地表雨水资源量分别为:3.21×10⁷m³,2.16×10⁷m³,1.31×10⁷m³和2.50×10⁷m³,经验法预测值小于模型法。夏季的7月,地表的雨水资源利用潜力达到相应特征年份的最大值。     

甘肃省淤地坝水资源的利用潜力

[目的] 分析淤地坝拦泥蓄水及其水资源利用潜力,为淤地坝水资源利用及管理提供依据。[方法] 本文通过调查法对甘肃省多沙粗沙区淤地坝建设现状、拦沙数量及空间分布、水资源利用效益和利用潜力进行分析。[结果] 截至2019年底甘肃省共建成淤地坝1 600座,其中大、中、小型坝各为559,452,589座;坝控面积4 101 km²,总库容4.82×10⁸ m³,其中设计拦泥库容2.29×10⁸ m³。目前拦泥库容1.43×10⁸ m³,占设计拦泥库容的62.37%;拦泥库容中,大、中、小型坝各占80.86%,13.21%和5.93%;泾河流域、黄河干流、渭河流域、洮河流域各占71.46%,13.91%,12.72%,1.91%。由于流域产沙量减少,大型坝平均淤积17 a后（平均设计淤积年限15 a）剩余拦泥库容占设计拦泥库容的43.88%;中型坝平均淤积后（平均设计淤积年限10 a）剩余拦泥库容占设计拦泥库容的38.81%。全省淤地坝剩余拦泥库容8.62×10⁷ m³,可作为今后蓄水利用的潜在库容。目前,淤地坝蓄水主要用于应急抗旱、农业及果园高效节水灌溉、土地多种经营及经济综合开发、畜禽养殖、淤地坝田园综合开发利用等。庆阳、平凉、天水和定西市安定区今后可开发用于人饮备用水源地、提灌补灌工程水源地、水体养殖（鱼塘）的淤地坝数量共147座。[结论] 为满足当地乡村振兴与高质量发展对淤地坝的社会需求,对有蓄水用水需求的区域,应提高新建坝的设计标准,建设可长期蓄水的高标准淤地坝;对已建成的大中型淤地坝进行提质改造,保证淤地坝坝体、防洪及水资源利用的安全性,同时建立淤地坝风险管控预警机制,有效化解缺水地区淤地坝蓄水用水与防汛管理的矛盾。     

南水北调中线水源地土壤侵蚀经济损失估算

在GIS的支持下,通过气象数据分析、实地调查、野外采样及室内分析、DEM计算、遥感解译等,构建了南水北调中线水源地丹江口水库库区流域地理信息数据库,并利用USLE估算了研究区的土壤侵蚀量。以1990年的价格为基准,利用市场价格法、机会成本法和影子工程法估算了水源区年均土壤侵蚀带来的经济损失。结果表明,水源区的年均土壤侵蚀模数为2394 t/(km²·a)。研究区表土流失造成的全氮、全磷、全钾和有机质损失量在分别换算成标准化肥磷酸二铵、氯化钾及薪柴后的经济损失分别为1.64×10⁸,7.25×10⁷,1.17×10⁹和2.97×10⁷元;年均侵蚀的土壤相当于61.94 km²的土地被废弃,经济损失为3.71×10⁷元。土壤侵蚀导致的涵养水分、泥沙淤积和泥沙滞留方面的经济损失分别为3.22×10⁵,1.88×10⁷和1.95×10⁶元。水源区年均土壤侵蚀总经济损失达1.50×10⁹元,其中养分损失占96.11%。     

清水河上游流域可收集雨水资源量估算与检验

以北京市西部山区典型流域——清水河上游流域为例,采用地理信息系统(GIS)和SCS(Soil Conservation Service)相结合的方法,估算了该流域不同土地利用类型在不同水文年6-8月可收集雨水资源量;并选取2008-2009年6-8月10场降雨的实测径流量数据,与SCS-CN模型计算的径流量进行误差分析,用来检验SCS-CN模型的精确度。结果表明:(1)研究区枯水年(p=75%),平水年(p=50%),丰水年(p=25%)6-8月可收集雨水资源量分别为7.16×10⁷,1.04×10⁸,5.71×10⁷ m³,占全年的平均百分比为82.43%;(2)不同土地利用类型在平水年6-8月可收集雨水资源量占总量百分比分别为:草地和林地占86.13%,耕地和园地占4.87%,工矿仓储用地、住宅等其他土地利用类型占9%;(3)利用SCS-CN模型计算径流值与实测值相比,合格率达到90%。     

聚丙烯酰胺(PAM)对三峡库区紫色土坡面片蚀的影响

设置不同PAM施加量(0,0.4,0.8,1.6 g/m²),在不同坡度(15°,20°,25°)条件下开展不同雨强(60,90,120 mm/h)的模拟降雨试验。研究不同PAM施加量紫色土坡面片蚀产流产沙过程及其对产流产沙量的影响程度和主要因素,并分析了PAM对坡面片蚀可蚀性的影响。结果表明:坡面产流过程呈现先持续增加后趋于波动稳定的变化趋势,产沙过程则呈现先迅速减少并趋于稳定的变化趋势,PAM对片蚀的产流产沙过程变化趋势没有影响。和空白对照组相比,PAM施加量为0.4,0.8,1.6 g/m²的产流总量平均分别减小7.71%,35.16%,21.12%,产沙总量平均分别减小35.80%,49.39%,17.85%,PAM施加量为0.8 g/m²时产流总量和产沙总量最小。同种雨强下,不同施加量减流效益的大小顺序为0.8 g/m²>1.6 g/m²>0.4 g/m²,而减沙效益则受到坡度影响,在15°坡面减沙效益大小顺序是0.8 g/m²>1.6 g/m²>0.4 g/m²,在20°和25°坡面减沙效益大小顺序为0.8 g/m²>0.4 g/m²>1.6 g/m²。施加PAM能有效降低片蚀可蚀性,与空白对照组相比,施加PAM后降低效果依次为0.8 g/m²>0.4 g/m²>1.6 g/m²,片蚀可蚀性依次降低54.40%,40.94%,18.21%。     

北京市城市绿化用水的供需风险评估

北京市水资源短缺的问题已成为制约社会经济发展和影响社会稳定的重要因素之一,因此,如何协调北京市城市绿化与水资源的合理有效利用问题亟需得到解决。基于北京市城市绿化现状及水资源利用现状,采用尺度扩展法,计算了2012年北京市城市绿化的生态需水量,并结合北京市有效降雨利用量和实地调查数据,求得2012年北京市城市绿化的理论供水量和实际供水量。在此基础上,利用灰色马尔科夫链模型与熵值法对北京市城市绿化供水的3种来源(地表水、地下水、再生水)做出评估,得出2014年实际供水量预测值区间。2012年北京市理论供水量为5.07×10⁸ m³,实际供水量为6.86×10⁸ m³。2014年预测实际供水量区间为7.29×10⁸~7.93×10⁸ m³。评估结果表明,北京市仍存在城市绿化用水供需风险问题,并据此提出相关节水措施和建议,为保障北京城市供水安全与水资源可持续利用相关研究提供参考和借鉴。     

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。     

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。     

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。     

黄河中游典型流域近60年水沙变化趋势及影响因素

为分析黄河水沙成因并预测未来水沙情势,选取黄河中游多沙粗沙区昕水河和朱家川2条流域为研究对象,依据水文站及雨量站1956—2018年降雨和径流泥沙实测数据,采用Mann-Kendall趋势及突变检验、累积距平法和Morlet连续小波分析等方法探讨流域水沙变化趋势,并利用双累积曲线法对水沙变化进行归因分析,量化气候变化及人类活动对水沙变化的相对贡献。结果表明:1956—2018年,昕水河和朱家川小流域年均径流量分别为11.9×10⁷,1.7×10⁷ m³,年均输沙量分别为12.3×10⁶,9.8×10⁶ t,径流和输沙量均呈显著减少趋势;2条流域的径流量突变年分别为1980年和1984年,输沙量突变年分别为1980年和1972年;选取的2条流域水沙变化存在明显周期性,径流变化的第1主周期分别为45年和16年,输沙量变化的第1主周期分别为9年和15年;降雨对昕水河和朱家川小流域径流量减少的贡献率分别为19%,8%,对输沙量减少的贡献率分别为25%,35%,远不及人类活动的贡献率,人类活动是径流和输沙量锐减的主导因素。研究结果可为黄河水沙治理提供科学性建议。     

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。     

江西省2007-2011年水资源生态足迹和生态承载力动态特征

[目的]为定量评价江西省水资源可持续发展状态。[方法]以水资源生态足迹的基本原理和计算模型为基础,分析了江西省2007—2011年水资源生态足迹、生态承载力和水资源负载指数的动态变化。[结果]2007—2011年江西省水资源生态承载力整体上呈现增加的趋势,从2007年的2.029 12×108 hm2增加到2010年的4.151 51×108 hm2。总水资源生态足迹5a整体上呈现增加的趋势,从2007年的3.882 09×107 hm2增加到2011年的4.344 7×107 hm2。万元GDP生态足迹呈逐渐增加的势,水资源利用率有所降低。[结论]水资源生态足迹的变化与社会经济发展密切相关。应该充分调整产业结构,合理调度、利用水资源,促进江西省整个社会经济的持续发展。     

甘肃省庆阳市董志塬水土保持功能服务价值估算

[目的]估算水土保持服务功能价值,为水土流失综合治理和促进水土保持可持续发展提供科学依据。[方法]基于水土保持功能的定义,利用参照法、市场价值法和替代成本法等方法对庆阳市董志塬区土地的水土保持服务功能价值进行估算。[结果]庆阳市董志塬区水土保持服务功能的总价值为1.94×109元,每1m2的水土保持服务功能价值为4.3元。其中,占总服务价值最大的是固碳释氧服务价值,为7.05×108元,其次为改善物种多样性功能的价值,为5.34×108元;最小的是保存土壤肥力功能价值,为3.37×107元。[结论]庆阳市董志塬区的水土保持措施具有较高的功能服务价值,未来应继续保持或完善相关水保措施,以发挥更大的功能服务价值。     

基于熵权物元模型的黄芩适宜生境区划

[目的]黄芩(Scutellaria baicalensis Georgi)是中国3级野生保护药材物种。利用生境适宜性评价模型对黄芩的适宜生境进行区划,并计算各适宜生境面积,为保护和实现黄芩资源的可持续利用提供科学依据。[方法]利用熵权物元模型,建立黄芩标志性药用成分黄芩苷(C21H18O11)含量与15个环境评价因子之间的模糊隶属函数,采用熵值法确定各评价因子权重,结合GIS空间分析模拟中国黄芩生境适宜区地理空间分布。[结果]中国黄芩不适宜生境、低适宜生境、中适宜生境和高适宜生境的面积分别为5.07×106,1.65×106,1.88×106和1.00×106 km2,其中高适宜生境主要集中在秦岭—淮河一线以北,以河南、山东、辽宁、陕西中南部、河北、吉林、黑龙江南部、山西南部等地区为显著代表,此外云南、安徽等省也有少量分布,与实际分布范围极为吻合。[结论]评价因子中平均日较差、降水季节性变化、最湿月降水量以及坡向基本控制了黄芩的地理空间分布。     

基于随机森林算法的耕地面积预测及影响因素重要性分析——以甘肃省庆阳市为例

[目的]分析耕地面积变化影响因素的重要性,以便科学预测耕地资源数量,为保护耕地资源服务。[方法]以属于黄土高原地区的甘肃省庆阳市为例,尝试采用随机森林算法构建耕地面积预测模型,与BP神经网络模型的预测结果进行对比,并对耕地面积变化影响因素重要性进行排序。[结果]随机森林算法预测结果的相对误差和均方根误差均小于BP神经网络的,预测精度高,结果稳定。它预测出2020,2025,2030年的耕地面积分别为4.515×10~5,4.513×10~5,4.512×10~5 hm~2,呈现减少的趋势;主要影响因素重要程度排序为:农业机械总动力农业人口地区生产总值固定资产投资额。[结论]随机森林算法适合于耕地面积预测,且能够测度耕地面积变化影响因素的重要程度。