室内外陡坡降雨侵蚀产沙过程相似性模拟分析

为了探讨降雨条件下室内外不同土地侵蚀产沙的特性,在25°陡坡、人工降雨条件下,对邙山黄土和原状土侵蚀产沙过程的相似特性进行了室内外模拟试验,利用模糊贴近度计算方法对室内外侵蚀产沙过程进行分析研究。结果表明,在一定的雨强条件下,降雨初期小区径流量、含沙量、剪切力和产沙量相对都较小,随着降雨时间的延长均逐渐增大;当降雨进行到一定时间段时,各指标均会出现激增点,此后急剧增加,最终达到相对稳定状态;在25°情况下,室内2种容重土样的径流剪切力、径流量、含沙量以及产沙量的变化过程与野外原状土的贴近程度都比较高,且同种雨强情况下容重较大的土样贴近度基本上都大于容重较小的土样,这说明要想达到与野外更好的相似,容重1.2g/cm3的邙山黄土比1.0g/cm3的模拟情况更好。     

东北黑土区野外模拟降雨条件下产流产沙研究

对不同坡度(3°,5°,7°,9°,12°,15°)的径流小区,采用野外人工模拟降雨试验方法,对不同降雨强度(1.24,1.87,2.17 mm/min)黑土坡地产流和产沙随雨强和时间的变化特性进行模拟试验.通过对模拟降雨试验数据分析,得出结论:①同一坡度下,产流时间随雨强的变化具有明显的规律性,雨强越大,产流所需的时间越短.②累计产沙量随累计径流量的增加呈幂函数增加,满足y=AxB函数形式(定义A为产沙基数系数,B为产沙速率系数).③侵蚀产沙量随含沙量的增加呈线性增加,其表达式满足y=ax+b形式,系数a体现了产沙能力.④随着雨强的增大坡面径流量也增大;随着坡度的增大坡面径流量呈现先减小后增加,最后减小的趋势.⑤随着雨强的增大,坡面侵蚀产沙量基本呈现增加的趋势;而随着坡度的增加,坡面侵蚀产沙量变化复杂,12°～l5°之间存在试验条件下的临界坡度.     

轻壤土散乱锥状堆置体侵蚀产沙规律研究

采用人工模拟降雨的方法,研究轻壤土散乱锥状堆置体在不同土石比和不同雨强条件下堆置体的侵蚀速率、产沙量、径流量的变化。结果表明:相同雨强条件下,土石比越大,产流时间越长;产流时间与降雨雨强呈负幂函数关系;相同土石比条件下,雨强从1.0mm/min增大至2.5mm/min时,总体趋势为随雨强的增大,侵蚀速率增大;在研究的4种土石比范围内,弃土堆置体总侵蚀产沙量随雨强的增大呈指数变化趋势,其相关关系显著。单位时间径流量的变化基本保持平稳状态,并在小范围内上下波动。     

鲁中山区小流域坡面土壤侵蚀产流、产沙及侵蚀方式变化过程的研究

采用模拟降雨的方法对鲁中山区坡面土壤降雨条件下产流、产沙和侵蚀方式的演变过程进行了研究,结果表明:产流量都是随时间递增最终达到稳定产流,但是各次降雨达到稳定产流的时间均随降雨强度和坡度的增大而递减。相同坡度条件下120mmh-1雨强产流较60mmh-1雨强先到稳态,而相同雨强条件下10°坡面则较5°坡面先达到稳态。产沙量呈递增趋势且逐渐达到稳定产沙,达到稳定产沙的时间随雨强和坡度的增大而递减。相同坡度条件下120mmh-1雨强处理较60mmh-1雨强处理先达到稳态,相同雨强条件下10°坡面比5°坡面产沙过程先达到稳定产沙状态;在降雨过程中坡面首先产生面蚀,后出现细沟侵蚀;面蚀率随降雨历时延长有减小趋势,但变幅较小,细沟侵蚀率随降雨时间先急剧增加后保持稳定。     

降雨条件下坡长对陡坡产流产沙过程影响的模拟试验研究

在室内人工模拟降雨试验基础上,研究了不同降雨条件下黄土陡坡径流量、产沙量随坡长延长的变化规律及相关关系。结果表明,径流量与产沙量随坡长的延长而增大,雨强越大二者增加的速度越快;初步得出60mm/h雨强是该区侵蚀产沙量明显增大的临界雨强;相同雨强下坡长每延长1m,坡面径流量与产沙量不呈比例增加,雨强大于60mm/h时坡长延长到4m产沙量增量呈现减小趋势,初步建议可每隔4m设置水土保持措施;雨强、坡长共同作用于径流量、产沙量时,雨强较坡长与径流量、产沙量的相关程度大(简单相关系数分别为0.728,0.586,0.720和0.295);雨强、坡长与径流量的偏相关系数分别为0.898和0.855,其关系可用线性关系描述(决定系数R2=0.87),二者与产沙量的偏相关系数分别为0.754和0.425。     

坡长对侵蚀产沙过程影响的模拟研究

通过室内模拟降雨试验探讨了坡长对侵蚀产沙过程的影响规律。实验结果表明 ,坡长是影响径流、侵蚀产沙的重要因素 ,径流量与坡长呈线性关系 ,侵蚀量与坡长基本呈指数关系。累积径流量与累积侵蚀产沙量均与降雨历时呈明显的直线关系 ,其斜率随坡长的增加而增大。坡长对侵蚀形态的演化也有重要作用 ,在试验条件下 ,0 .72 mm/ min雨强下 2 .5 ,5 ,7.5 ,10 m坡长小区均未发生细沟侵蚀 ;雨强增至 1.14mm / min时 ,10 m小区发生了细沟侵蚀 ;雨强大于 1.14mm / min时 ,7.5 m以上的小区均有细沟侵蚀发生。细沟发育时 ,坡面径流、侵蚀产沙量猛增 ,水流含沙量也出现了跳跃性增加     

不同雨强及坡度对华南红壤侵蚀过程的影响

[目的]研究不同雨强及坡度对华南红壤侵蚀过程的影响,为认识红壤侵蚀过程和水土流失防治提供科学依据。[方法]通过人工模拟降雨试验,研究了不同降雨强度、不同坡度对华南红壤坡面降雨产流过程和侵蚀产沙过程的影响。[结果](1)相同坡度条件下,坡面径流量、侵蚀产沙量均随着雨强的增大而线性增大;相同雨强下,径流量随坡度的增加而减小,而产沙量随着坡度的变化比较复杂;(2)雨强和坡度共同影响着坡面产沙过程,当雨强小于等于180mm/h时,产沙量随坡度的增加而增大,在240mm/h出时呈现先增加后减小的趋势,在15°附近出现临界坡度。在降雨初期,径流率表现为波动增加过程,15min后趋于平稳,一直持续到降雨结束,其中雨强为240,180mm/h时波动较为剧烈,而产沙率呈现急剧而短暂的上升后迅速下降,在大雨强、陡斜坡条件下此现象尤为明显;(3)坡面径流平均流速与单宽流量、坡度比存在显著的幂函数关系,流速与径流量、侵蚀产沙量有着类似的变化规律。[结论]红壤侵蚀过程中雨强为主要影响因素,坡面流速可作为表征红壤坡面侵蚀特征的重要因子。     

野外模拟降雨下扰动坡面径流产沙规律研究

采取野外人工模拟降雨试验,研究了扰动坡面的产流产沙规律.主要结论:径流率随着降雨历时的延长和雨强的增大而递增;含沙量随着降雨历时的延长,在初期急剧增大后下降,随后趋于相对稳定;侵蚀速率呈现“突增—下降—稳定”的变化趋势,在产流24 min时达到相对稳定;次降雨条件下的产沙量与径流量之间呈线性相关,具有水大沙多的显著特点.     

不同下垫面对坡面侵蚀特征的影响

为研究不同下垫面对黄土坡面侵蚀特征的影响,2008年在黄河水利科学研究院模型黄河试验基地,用人工降雨的方法研究了黄土坡面小区在不同立地条件和不同雨强下的径流量、侵蚀量.结果表明:在小雨强条件下,裸地和坡耕地的径流量随时间延续逐渐增加,在试验进行到30min左右时达到波动稳定状态,约为10kg/min,约为相同雨强下草地坡面径流量的40倍左右.中雨强时,裸地和农耕地的径流量约是草地径流量的7倍;大雨强时,草地径流量在试验初期呈缓慢增加的态势,在试验进行到12min左右时基本稳定在10kg;裸地和农耕地径流量在试验初期急剧增加,在试验进行到20min左右时达到各自的最高点,然后维持在一个较低的水平.不同下垫面坡面在小雨强时,裸地和农耕地的侵蚀产沙量远远大于草地,约是其20倍,为10kg左右.中雨强时,裸地和农耕地的侵蚀产沙量约是草地的100倍左右;大雨强时,裸地和农耕地的侵蚀量仍远远大于草地的侵蚀量,二者在试验初期急剧增加,在试验进行到18min左右时达到各自的最高点,然后坡面侵蚀量维持在一个较低的水平.综合分析表明,草被覆盖坡面可以防护中小雨强下的土壤流失.     

模拟降雨条件下第四纪红黏土坡面侵蚀过程

通过室内模拟降雨试验,分析雨强和坡度对第四纪红黏土坡面侵蚀过程的影响,揭示南方红壤低山丘陵区第四纪红黏土坡面侵蚀机理。根据研究区地形和降雨特点,设计坡度10°,15°,20°,雨强1.0,1.5,2.0mm/min,研究两者对坡面侵蚀过程的影响。结果表明:(1)坡面初始产流时间随着坡度和雨强的增大而逐渐减小;同一雨强下,径流系数大小为20°15°10°。(2)不同试验处理条件下,坡度由10°增加到20°,坡面累积产沙量增加0.46~1.98倍;降雨强度由1.0mm/min增加到2.0mm/min,坡面累积产沙量增加1.37~3.85倍。(3)1.0,1.5mm/min雨强条件下,坡面侵蚀泥沙以0.25mm水稳性团聚体占优,2.0mm/min雨强条件下,坡面侵蚀泥沙0.25mm水稳性团聚体为主。(4)坡度与雨强对坡面径流系数、侵蚀率和累积产沙量影响极显著(P0.01),坡面累积径流量和累积产沙量构成幂函数模型。研究结果为揭示坡度与雨强对第四纪红黏土坡面侵蚀过程的作用机理提供参考。     

中国河口环境问题及其可持续管理对策

河口位于河流—海洋交互区 ,是一具有重大资源潜力和环境效益的湿地生态系统类型。但由于长期以来不合理地开发利用 ,已导致了中国河口生境退化 ,生物多样性急剧下降 ,环境污染加剧 ,海岸侵蚀及河口淤积日益严重等环境问题 ,保护及合理开发利用河口资源势在必行。分析了我国河口面临的威胁 ,河口管理、保护和开发利用中存在的主要问题 ,并由此提出了解决这些问题的可持续管理对策与措施。     

国际荒漠化协会联合主席，水土保持专家王飞先生论基于土盐-水盐双分离的旱区盐碱地水土资源管理模式

[目的]从区域资源综合利用与水土资源管理角度探讨干旱地区土壤盐碱地治理问题,旨在寻求旱区盐碱地治理与开发利用新模式,以创新旱区盐碱地治理观念与技术,为旱区农业可持续发展、生态保护和环境治理提供支撑。[方法]根据在陕西、宁夏和新疆等省区的野外调查和研究经验,结合有关水土资源高效利用研究成果,通过综合分析目前国内外盐碱地治理方法中存在的主要问题,提出了一种旱区盐碱地水土资源高效利用的管理新模式。[结果]旱区盐碱地水土资源管理新模式是通过高效水调控促进土盐—水盐分离(简称:旱区盐碱地双分离治理模式),可以综合概括为"减少区域水损失,低耗水充分洗盐,集约化水盐分离,水土资源高效利用"。其中"减少区域水损失"是旱区水资源管理与生态保障的前提,"低耗水充分洗盐"是节省洗盐的时间成本和水资源成本的基础,"集约化水盐分离"是实现水盐分离和水盐分别再利用的核心技术,"水土资源高效利用"是旱区农业发展用水的核心经济原则。[结论]旱区盐碱地双分离治理模式通过集约化水土资源管理,可以提高水盐分离效率,提升土地和水资源利用效率,其资源、环境和生态风险小,治理效益持续时间长,有助于维持和提升盐碱地治理的区域经济功能和生态系统服务价值。     

黄河河口地区水资源与生态环境问题研究

水资源短缺和生态环境恶化是黄河河口地区社会经济可持续发展的制约因素。通过分析河口地区水资源开发利用现状、水沙变化特点及生态环境现状,指出目前该地区的水资源与生态环境问题,分析探讨了问题存在的根源,并提出了对策和建议。     

基于DPSIR-TOPSIS模型的长春市水资源脆弱性评价

[目的] 分析吉林省长春市水资源脆弱性现状及影响因素,为长春市水资源开发利用、保护及管理提供参考。[方法] 结合长春市水资源现状,基于DPSIR模型选取19项指标构建了长春市水资源脆弱性评价体系,采用熵权法计算各项指标权重,采用TOPSIS法对长春市2005—2019年水资源脆弱性状况进行评价。[结果] 长春市水资源系统仅2005年处于轻度脆弱水平,2006—2019年在区间[0.3,0.5]波动,处于中等脆弱水平;各子系统对综合评价结果的影响力为：压力(P)＞影响(I)＞驱动力(D)＞状态(S)＞响应(R)。[结论] 长春市总用水量和水资源总量是影响其水资源脆弱性的重要因素,地下水较地表水对水资源脆弱性影响更大。政府应持续加大在节能环保方面投入资金,出台相关环境保护政策,提高城市水污染治理力度。进一步优化水资源配置,推广节水灌溉技术,提高水资源利用率,缓解枯水年供水压力。     

Human ecology and coastal-zone pollution

A most critical problem today is an ecological one of relating human society harmoniously to its natural environment. The awareness of environmental problems has created a favorable climate for an intellectual orientation relevant to contemporary problems. Translating public opinion and legislation into long-range planning and rational policy for environmental resources is no simple task; an understanding of ecological principles, economic realities, and governmental jurisdictions and programs is needed. The present condition of our inshore seas, estuaries, and coastal-zones demonstrates how many immediately inadverse decisions prove damaging over the long run. The principles of general ecology, largely derived from studies of natural ecosystems in which the influences of man are minimal, can provide helpful insights into managing the complex natural and human ecosystems of the coastal land-water interface. The concepts of carrying capacity, limiting factors, productivity, and homeostasis lead to a more complete understanding of pollution. Pollution can be defined as a residual, a left over from production and consumption activities. Residuals management becomes a matter of social choice, a process by which the underpriced assimilative capacity of the environment is treated as an input into social accounting and is priced accordingly. The ability of governments to provide effective management for environmental quality will depend upon the implementation of rationally determined development plans based on an understanding of residuals management. The natural resource ecosystems of our coastal areas can provide man with increased benefits in the form of visual amenities, recreational benefits, and ecosystem homeostasis. Problems of management are critical and increasing. The opportunity exists to manage these important ecosystems with intelligence rather than by default.     

基于生态系统服务和PSO-SOFM神经网络的中亚水土热资源匹配分区

水土热资源匹配度分区研究对于区域农业规划具有重要意义。中亚地区长期以来缺乏合理的水土热资源管理,已引发了一系列资源环境问题,严重威胁该地区农业生产。目前的研究也较少关注中亚水土热资源匹配分区模式。本研究利用遥感数据,通过量化4种主要生态系统服务(植被固碳、土壤保持、水源供给与涵养及生物多样性保护)的时空分布特征,结合PSO-SOFM(particleswarm optimization,PSO;self-organizing featuremap,SOFM)神经网络模型实现中亚水土热资源匹配度分区,并利用Spearman秩相关分析探索不同匹配度分区与生态环境因子的关系,应用偏相关分析确定气温和降水量对中亚地区生态系统服务的影响。结果表明,中亚生态系统服务总体呈东南高、西北低的空间格局,沿山地—绿洲—荒漠方向递减。在2000—2015年间,各类生态系统服务均有不同程度变化,其中植被固碳和土壤保持呈显著下降的面积占整个中亚的84.81%和84.82%;水源供给与涵养以及生物多样性保护服务呈显著下降的面积较少,占比分别为69.48%和19.8%,且这两种生态系统服务在个别地区有增加趋势。PSO-SOFM神经网络模型在中亚水土热资源匹配度分区中表现良好,根据生态系统服务值空间模式,中亚水土热资源匹配度可被划为5大类21个子类分区。在空间尺度,各类匹配度分区之间生态系统服务值有显著差异,降水是影响生态系统服务和匹配度高低的重要限制因子,而气温和土壤因素影响较弱;在时间尺度,降水和各生态系统服务值间呈显著正相关关系的范围更广,而气温对生态系统服务值有显著影响的区域主要集中在哈萨克斯坦北部草地—半荒漠生态敏感区、中亚荒漠生态脆弱区、中亚中部半荒漠生态敏感区以及巴特赫兹—卡拉比尔半荒漠生态敏感区等地。而在其他区域,气温和降水量并非决定生态系统服务值高低的主要因素,生态系统服务值的变化可能与土地开发利用模式有关。结合不同匹配度分区的生态地理条件,本研究可为中亚地区水土资源开发利用、农牧业发展以及生态环境保护提供有用信息。     

基于灰色关联分析法的白城市洪水资源利用效益分析

[目的]对吉林省白城市洪水资源利用效益进行分析,为该地区洪水资源的合理配置提供科学依据。[方法]采用灰色关联分析法,对2008—2017年白城市洪水资源利用效益衡量及其所依赖的经济收益、生态环境改善、社会发展等变化,分别从直接经济效益、生态环境效益和间接经济社会效益3个角度中确定指标参数和指标体系进行关联分析。[结果]洪水资源利用对各效益指标的影响关联度均在0.55以上,目前洪水资源对生态环境效益影响最为明显,占全部效益的43%。[结论]灰色关联分析法为有效利用和管理洪水资源提供了新的思路与评价方法,白城市洪水资源更多以自然形式为环境及生态所利用,所带来的效益更多在生态资源本身,当地洪水资源具有很大的开发潜力。     

黑河流域水资源压力定量评价

从流域水资源开发利用条件、经济发展与用水以及流域水环境压力3个角度出发选取6个指标构建了水资源综合压力指数,对2000-2010年黑河流域的水资源压力状况进行了定量分析。结果表明,黑河流域近11 a来水资源综合压力指数较高,但总体上呈下降态势,从2000年的0.58逐步降到2010年的0.28。多年来黑河流域的综合治理包括节水型社会建设等措施卓有成效,但地下水位不断下降,生态环境缺水严重,农业用水比重过高等问题仍未缓解。建议今后仍要继续加强节水型社会建设,促进水资源高效利用,压缩农业用水量,以不断减轻流域水资源压力,促进流域水资源可持续利用。     

河西走廊水资源问题的战略选择:建立节水型社会

 河西走廊水资源开发、利用中存在的突出问题是:水资源严重不足,供需矛盾突出;水资源的开发、利用大大超过了水资源的承载力;水资源配置不合理;水资源管理不科学,浪费现象严重;水利工程建设滞后,水资源利用率低;水质污染严重。在河西走廊建立节水型社会,应主要解决以下问题:改革水资源管理体制,实行水资源的统一管理;努力探索水资源市场化管理的途径;建立农民用水者协会参与式管理模式;大力调整农业产业结构,发展节水农业;加强节水水利工程建设,提高水资源利用率;控制污水排放,防止水质污染。     

ELM,An Estuarine Nitrogen Loading Model: Formulation and Verification of Predicted Concentrations of Dissolved Inorganic Nitrogen

ELM is an Estuarine Loading Model that calculates mean annual concentration of dissolved inorganic nitrogen (DIN) available to producers in shallow estuaries by considering how different processes modify pools of nitrogen provided by inputs (streams, groundwater flow, atmospheric deposition, N₂ fixation, and regeneration), and losses (burial and denitrification), within components of the estuarine system (bare sediments, seagrass meadows, salt marshes, water column). ELM also considers the effect of flushing rate within an estuary. Its formulation was constrained to minimize demands of data needed to run the model. In spite of simplifications such as the use of loss coefficients instead of functional formulations of processes, and uncertainties in all the terms included in ELM, predictions of mean annual DIN in water were not significantly different than field measurements done in estuaries in Cape Cod, Massachusetts, subject to different rates of nitrogen (N) loading. This verification suggests that, in spite of its simple formulation, ELM captures the functioning of nutrient dynamics within estuaries. ELM may therefore be a reasonable tool for use in basic studies in nutrient dynamics and land/estuary coupling. Because of its simplicity and comprehensiveness in inclusion of components and processes, ELM may also be useful in efforts to manage N loads to estuaries and related management issues.