三江平原农业需水量及适宜水稻种植面积的研究

三江平原水田面积已达95.3×10⁴ hm²，占总耕地面积的28.6%。集中种植区种植比例超过50%，最大比例为90%，造成地下水位持续下降并形成集中降深。该地区内有大面积湿地分布，地表径流减少和地下水漏斗的形成将对湿地和地区整体生态环境造成极为不利的影响。该文以农业需水量和地下水可开采模数两种计算方法，计算了适宜水稻种植的面积。结论为：在现有水田比例情况下，农业需水量为464 mm；考虑一定的径流量，适宜比例为30%，若不考虑径流，最大种植比例为50%～60%     

内蒙古河套灌区地下水合理利用的方案分析

内蒙古河套灌区地下水位浅,合理利用地下水可以减少灌区引黄水量,保证黄河下游用水。根据灌区实际情况,制定了灌区地下水利用原则,提出了地下水插花开采形式,并计算了开采条件下的地下水补给量,分析了引黄水量、地下水开采量及地下水位的关系,在“三亩补一亩”的开采条件下,地下水开采量以1 100～1 500 m³/hm²为宜。地下水合理开采可缓解灌区水资源紧张局面,对河套灌区水资源可持续开发利用具有重要意义。     

耕作及轮作对土壤氮素径流流失的影响

5年轮作和1年水平沟耕作试验表明:在不同的坡度上,与传统耕作法相比,水平沟减少产流7%,径流液铵态氮浓度提高19%,流失量达到13.01kg/(km²·a),比传统耕作多流失1.11kg/(km²·a);径流硝态氮浓度减少27%,比传统耕作减少7.68kg/(km²·a);径流硝态氮流失减少量和铵态氮增加量相差6倍,水平沟可减少6.57kg/(km²·a)矿质氮流失;水平沟拦截泥沙25%左右,泥沙中全氮富集率提高13%,土壤全氮流失457kg/(km²·a),平均减少18%;一季黑豆和一季黄豆及两季黑豆和一季黄豆参与的5年轮作周期,土壤侵蚀量仅为896t/(km²·a)和984t/(km²·a),不及糜子和土豆参与轮作周期的1/2.     

黑龙江省黑土区水土流失动态及成因分析

为了解不同时期黑龙江省黑土区水土流失状况及其演变动态,根据历史调查资料、小流域原位勘察结果及同期遥感调查数据,分别对1950,1980和2000年黑龙江省黑土区50a来不同空间尺度水土流失状况、特征、成因及演变进行分析。结果表明:(1)该区水土流失面积50a来净增了2.08×10⁴ km²,水蚀是造成该区水土流失主要形式。(2)1950-1980年20a间年均水土流失面积为411.9km²,比1980-2000年年均值高出25.5km²。(3)50a来该区侵蚀沟数量增加98 832条,2000年侵蚀沟面积所占比例比1950年增加了172.4%,沟壑密度增加2.83倍。该区水土流失呈持续恶化态势,不合理人类活动、政策导向和黑土质量退化是导致该区水土流失程度动态变异主要诱因。     

两水源地间相互影响的数值评价

四柏树水源地和炼油厂水源地是靖边县的主要供水水源.两水源地处于同一水文地质单元且相距较近,地下水联系较为紧密.为了更好地为地下水资源的可持续开发提供依据,利用Modflow软件建立区域地下水流数值模型,并运用模型分析了不同开采条件下两水源地的相互影响评价.结果表明:两水源地均属开采"消耗"型水源地;区域上地下水位(头)近于等幅下降,水源地开采区内大致以芦河为界分别形成两个以水源地开采区为中心地下水降落漏斗;随着水源地开采量的增加,两水源地水位(头)降均呈逐渐增大的趋势,相互的影响也越来越显著.     

基于改进坐标注意力和U-Net神经网络的淡水养殖区提取

针对淡水养殖区空间分布零碎以及样本数量不均衡等因素造成淡水养殖区提取不准确的问题，该研究提出了一种基于U-Net（U-shaped Network）的改进模型，制作了Landsat淡水养殖区动态监测的数据集，增加高、低维特征融合的坐标注意力机制提高模型的提取精度，构建多尺度特征学习更多位置信息，引入focal tversky loss损失函数提升零碎养殖区的识别率，实现1985—2021年研究区淡水养殖区的精确提取，分析近36 a年研究区淡水养殖区时空变化情况。结果表明：1）2021年淡水养殖区提取效果良好，改进后的模型总体分类精度为0.947，准确率为0.926、召回率0.966、F1分数0.946，均交并比0.899、Kappa系数为0.894，与其他模型相比，总体分类精度、Kappa系数大幅提升。2）1985—2021年，研究区淡水养殖区大致经历起步扩张、急速扩张、轻微萎缩3个阶段：1985—2000年研究区淡水养殖面积持续增加，总面积由1985年0.48 km²增长至2000年36.92 km²，年度增加量大于1 km²且小于5 km²；2000—2017年淡水养殖区面积急速增加至234.47 km²，年度增加量大于5 km²；2021养殖区面积209.58 km²，2017—2021年养殖区面积减少了24.89 km²，转出的淡水养殖区多为建设用地所取代。综上，改进的模型具有较高的识别精度，该研究可以为淡水养殖区的提取提供参考，为水产养殖业的科学化管理提供信息依据。     

抚仙湖流域生态用地时空演变及其驱动因素

[目的] 研究生态用地时空演变规律及形成机制，为维持区域生态平衡和保障生态文明建设提供科学参考。[方法] 运用土地利用变化幅度、洛伦兹曲线、基尼系数、回归分析及GIS技术等方法，分析2010-2018年抚仙湖流域生态用地时空演变特征及其形成机理。[结果] ①抚仙湖流域生态用地以耕地、林地和水域及水利设施用地为主。8 a来，耕地面积减少5.15 km²，林地面积减少1.94 km²，草地面积减少0.81 km²，园地面积减少0.19 km²，其他土地面积减少1.40 km²，水域及水利设施用地面积增加0.03 km²。②流域各种生态用地空间分布差异较大，耕地、林地空间分布较均匀，洛伦兹曲线比较靠近绝对均匀线，基尼系数居0~0.25之间。草地、园地、水域及水利设施用地和其他土地分布相对集中，洛伦兹曲线下凹程度较大，基尼系数多处于0.5之上。生态用地空间分布不均的趋势有所加强。③从驱动机制来看，导致流域生态用地时空变化的主要驱动因素为人口密度、城镇化水平、政策、到主要公路距离、到水域距离、到城镇建成区距离。[结论] 研究时段内，抚仙湖流域生态用地时空变化较显著，其变化是自然条件、社会经济条件及空间区位条件多种因素协同作用的结果。     

基于SWAT模型的湘江流域土地利用变化情景的径流模拟研究

土地利用变化对径流产生重要影响, 显著影响到流域生态的可持续发展。本文应用流域分布式水文模型SWAT, 对湘江流域内5个水文站点(湘潭、株洲、衡山、衡阳、归阳)的月径流进行了模拟。选取1998~2002年作为模型校准期, 以Nash-Sutcliffe效率系数(NSI)和决定系数(R²)为评价指标, 率定出7个模型敏感参数, 并用2003~2007年的月径流进行模型验证。研究表明, 除归阳站点外, 其余4个站点月径流模拟的R²和NSI都高于0.82, 有的甚至达到0.92, 说明模拟效果较好。在此基础上, 以《湖南省土地利用总体规划(2006-2020)》为依据, 设置了3种土地利用情景模式, 以研究不同土地利用方式对径流的影响程度。结果显示, 土地利用变化对水文过程影响比较显著, 情景1中, 随着165.40 km²的耕地转为林地以及793.91 km²的耕地转为草地, 径流深模拟输出减小1.28 mm; 情景2中, 随着8 173.96 km²的林地转为耕地以及337.56 km²的耕地转为建设用地, 径流深模拟输出增加15.61 mm; 情景3中, 随着500.02 km²的未利用地转为耕地, 径流深模拟输出增加1.16 mm。因此, 增加林地和草地面积将减少径流, 而耕地和建设用地的增加导致径流的增加。在对湘江流域进行土地利用规划时需要综合考虑水文效应和经济效益, 充分认识人类活动对水资源的影响。     

晋西黄土区极端降雨后浅层滑坡调查及影响因素分析

极端降雨引发的浅层滑坡,造成了严重的环境破坏与社会经济损失。为探究极端降雨条件下土地利用、植被类型和地形因素对浅层滑坡的影响,通过对山西省吉县蔡家川流域2021年10月3—6日极端降雨引发的浅层滑坡进行实地调查,分析了极端降雨的特征与过程,不同土地利用和植被状况条件下、不同地形条件下浅层滑坡的数量与破损面积。结果表明:(1)极端降雨降雨量为年平均降雨量的31.2%,达到了161.3 mm,降雨历时84 h,峰值降雨强度7 mm/h,平均降雨强度2.1 mm/h,发生该种程度降雨的频率为0.16%,为625年一遇的极端降雨。(2)蔡家川流域内的农地小流域、人工林小流域和次生林小流域共计发生浅层滑坡479处,破损面积达183 881 m²,90%的浅层滑坡面积小于885 m²。(3)单位面积上浅层滑坡的数量与破损面积均表现为农地小流域(214个/km²,109 241 m²/km²)>人工林小流域(163个/km²,48 779 m²/km²)>次生林小流域(42个/km²,17 176 m²/km²),在小流域尺度上森林植被对浅层滑坡的防治作用显著高于农地,且次生林地预防浅层滑坡的作用优于人工林地。(4)浅层滑坡发生的坡面坡度为10°~80°,浅层滑坡数量与破损面积均随着坡度的增大而增大,在40°~50°达到峰值,坡度>50°后,浅层滑坡数量与破损面积随坡度增大而减少,坡度是影响浅层滑坡的主导因素。(5)浅层滑坡发生在坡向为22.5°~337.5°的坡面上,浅层滑坡数量和破损面积随坡向变化并未表现出明显的规律性,坡向对浅层滑坡的影响不大。     

中国东北漫川漫岗典型黑土区沟道侵蚀特征

[目的] 通过对450 km²黑土区进行实测调查，旨在评估研究区沟道侵蚀现状。[方法] 选取沟道侵蚀严重的450 km²的漫川漫岗黑土区为调查区域，首先在谷歌卫星影像上进行侵蚀沟识别和定位，再对侵蚀沟立体形态进行实地测量。[结果] ①研究区土地利用以耕地为主，耕地、建设用地、林地、草地分别占研究区总面积的85%，8%，6%，1%。②研究区坡耕地占86%，坡度0.25°~3.0°占64%，大于5°的占12%。③共有侵蚀沟1 049条，其中耕地中侵蚀沟577条，占总侵蚀沟条数的55%；沟壑密度1.2 km/km²，按沟壑密度衡量沟蚀强度为中度；沟壑面积比例为2.89%，以此界定沟蚀强度为剧烈。④研究区侵蚀沟平均长度、宽度、深度和面积分别为996，13.1，2.7 m和2.4 hm²。[结论] 漫川漫岗黑土区沟道侵蚀严重，主要危害坡耕地，但侵蚀沟相对较小，易于治理。     

纳林河二号煤矿首采区煤矿涌水量预测及其参数灵敏度分析

[目的]煤矿业开采规模与深度的不断增加导致煤矿水害事故发生,故为确保煤矿安全高效开采,必须对煤矿涌水量做充分预测研究。[方法]依据研究区自然地理、地质条件,并且结合富水性分布规律等,充分认识煤矿水文地质条件。运用地下水流数值模拟方法,针对纳林河二号煤矿首采区3#1煤层,建立起煤矿涌水量预测模型,并选取各层渗透介质的水文地质参数进行灵敏度分析,最终预测涌水量的大小。[结果]首采区工作面采掘至第5,11a末时潜水位最大降深值分别为32.30,47.72m,3#1煤层顶板承压水位最大降深值分别为530.37,564.63m;煤矿涌水量分别可达57 994,86 240m3/d。[结论]首采区矿坑不断排水疏干,降深越来越大;模型参数对预测结果影响较大。     

采煤扰动下潜水位及包气带水分变化特征

为更好地了解采煤扰动下潜水位及包气带水分变化规律,在陕北典型矿区开展了降雨、潜水位、包气带土壤含水率等水循环要素的野外原位观测试验,基于观测数据,采用Spearman秩相关系数检验、小波分析等方法,分析了未开采区及采空区潜水位和包气带水分的变化特征。结果表明：未开采区地下水位对于降水的响应明显且时间上存在4、5个月的滞后,采煤扰动后,地下潜水位持续下降,与降水响应关系微弱;在垂向上,未开采区较大降水可对100 cm以下埋深的土壤含水率产生影响,采空区土壤含水率总体减小,且同降水的响应程度不显著,含水率最大值相对于未开采区出现时间提前,50 cm以下埋深的土壤含水率对小强度降水无响应。采煤扰动潜水位下降后造成包气带增厚,包气带损耗的水量增加,随之造成降雨入渗补给地下水减少,进一步加剧了潜水位下降。     

高潜水位采煤沉陷区土地损毁程度评价

土地损毁程度评价是采煤沉陷区土地复垦方案编制和受损农民补偿标准制定的重要依据。该文以东滩煤矿为例,在系统梳理已有研究的基础上,构建评价指标体系,划分评价单元,采用基于模糊意见集中决策的序关系分析法(G1法)确定指标权重,针对高潜水位矿区的特点,将极限条件法和可拓评价方法相结合,对其2014—2018年开采造成的采煤沉陷区的土地损毁程度进行评价,结果表明:拟损毁的土地面积总共为1 675 hm~2,其中轻度损毁面积为968.2 hm~2,中度损毁面积为379.53 hm~2,重度损毁面积为327.27 hm~2。与简单的以积水状况确定损毁程度的经验方法比较表明,经验做法往往低估了高潜水位采煤沉陷区土地的损毁水平。该研究为东滩煤矿科学合理编制土地复垦方案、确定受损农民补偿标准提供了支持,为同类型的其他高潜水位采煤沉陷区土地损毁程度的评价提供了借鉴。     

淮南采煤沉陷区积水过程地下水作用机制

高潜水位采煤沉陷区容易积水,地下水在其中所起的作用相关研究不足。该文借助相关水文推理和数值模拟分析,对淮南典型孤立采煤沉陷区的地下水作用机制进行了辨析,取得的主要研究结论为:当地降水、蒸发水文条件是孤立沉陷区积水的控制性因素,一般年份下没有地下水的补给作用其积水面积比也能达到71%左右;由于淮北平原地势平缓,地下水径流微弱,水平衡定量分析表明典型沉陷区的地下水补给量仅占其积水来源百分之几的数量级;在一个水文年内,地下水与采煤沉陷区积水间的作用过程具有明显的阶段性特征,在汛期基本上表现为沉陷区积水向地下水的净渗漏,在非汛期基本上表现为地下水净补给。该文可为淮南矿区及中国华东类似采煤沉陷区的水资源利用研究提供一定的参考。     

河北平原农田耗水与地下水动态及粮食生产相互关系分析

农田耗水是河北平原地下水资源消耗的主体,农田耗水与地下水动态、粮食生产互制机理研究可为农业节水提供重要依据。基于1981—2010年河北省经济统计年鉴、地下水开采量与地下水位、常规气象等数据,分析了河北平原近30年来农田耗水、粮食产量、降水量、地下水等动态变化特征,揭示了它们之间的相互响应关系。结果表明,近30年来,河北平原农田耗水总量约722.4 km3,生产粮食约5.9×108 t,开采地下水约440 km3(其中约330 km3用于农田灌溉),地下水位共下降约11.5 m;河北平原农田耗水与粮食产量总体呈逐年上升趋势,尽管2000年以来地下水开采量有所减少,但地下水位一直持续下降;农田耗水与地下水开采量、地下水埋深、粮食产量相互之间关系密切,每生产1 t粮食所消耗的水资源约1 224.4 m3(包括地下水597.1 m3),而地下水开采量每增加1 km3,河北平原地下水位实际下沉约0.03 m;农田耗水、地下水埋深均与年降雨量无明显相关性,由于降水入渗、灌溉渗漏不足以弥补开采的地下水,超采是引起河北平原地下水位持续下降的直接原因。因此,进一步发展节水农业、提高灌溉效率是促进河北平原农业可持续发展的必然选择。     

兴隆庄采煤对农田景观格局的影响及景观重建

通过对兖州兴隆庄矿区农田在采矿前后、复垦前后的景观格局变化情况的分析，得出如下结论：煤矿区农田在井工开采干扰下，农田景观过程及格局变化取决于采空区的形状、采厚、采深、煤层倾角、地表潜水位和顶板管理方法等，采矿区农田景观格局变化的范围远大于其对应的井工开采对应的采空区范围；采矿条件是影响矿区农田景观格局变化的主要因素，积水、坡地、裂缝是开采后农田景观主要格局；农田景观格局一般随着开采进度的开展，地表逐渐沉陷，由平坦农田转为坡耕地、积水，并且随着开采进度范围逐渐增大，斑块密度减少，斑块面积和斑块周长增加，农田集约程度下降；沉陷农田的景观形状指数较大，形状不规则，斑块形状指数仍然接近1，斑块沉陷边界规则，与区域地下煤层地势平缓相关。     

策勒绿洲生态与灌溉用水对地下水埋深的影响

[目的]估测地下水资源变化动态并对其安全性进行识别,为策勒绿洲水资源管理及维护绿洲生态安全提供一定决策依据。[方法]分析策勒绿洲总用水需求,基于策勒河径流与地下水动态监测数据,计算绿洲用水缺口;最后,通过绿洲长期地下水位监测资料分析地下水位随时间变化规律。[结果]综合考虑生态用水背景下,策勒绿洲年均用水缺口5.20×10~6~1.15×10~7 m^3,当利用策勒绿洲地下水补足绿洲用水差额时,地下水平均埋深年均下降0.27~0.60m,在非枯水年状态下策勒绿洲地下水补给相对充足使得地下水平均水位无明显变化,只在地下水水位时空分布上有所改变,如2008—2014年绿洲地下水平均埋深虽有较大幅度波动,但基本维持在21m上下。[结论]短期来看策勒绿洲地下水埋深变化处于安全范围内,但为了保证绿洲健康可持续发展,并维持地下水埋深的稳定,当前应投入财力到水资源使用的监督和管理中去,将建设农业节水设施作为长期发展策略。     

利用水均衡法确定建设项目水资源论证范围

建设项目水资源论证制度是完善取水许可制度，审查批准取水许可申请的重要依据。论证过程中，应首先确定论证范围。该文针对平原区特有的水文地质条件，提出应用水量均衡原理，以待定的水源地稳定水位降落漏斗面积为均衡区面积，建立水量均衡方程，进而求得该漏斗区面积，以此作为确定水资源论证范围的依据，具有较强的实用性。     

外来调水对华北低平原区地表水和地下水 水化学特征的影响* ——以河北省南皮县为例

华北低平原区有着巨大的粮食增产潜力,同时也是粮食生产和农业水资源矛盾突出的地区。外来调水与浅层微咸水的联合利用是解决区域水资源问题的有效途径之一,同时也将引起区域水循环和水环境的改变。为明确外来调水对华北低平原区地表水和地下水水化学特征的影响,本研究在华北低平原区河北省南皮县域内对调水后不同季节地表水和地下水进行调查和采样,利用水文地球化学和氢氧(d~2H、d~(18)O)稳定同位素相结合的方法,研究外来调水对地表水和地下水转化及其水化学特征的影响。研究结果表明,11月至翌年7月,受蒸发作用的影响,地表水电导率(EC)和钠吸附比(SAR)增加,d2H、d18O同位素不断富集;由于地表水和周围土壤的交换吸附作用使其水化学类型向Na~+、Cl~-和SO_4~(2-)增加、HCO_3~-减少的咸水转变。调水改变了地表水和浅层地下水之间的补给关系,11月至翌年3月,沟渠附近浅层地下水受外来调水直接或者灌溉补给,使得3月浅层地下水EC降低,埋深变浅,部分采样点分布在外来调水的SAR-EC区域。受调水影响,3月沟渠附近浅层地下水水化学类型为Na·Mg·Ca-Cl·SO_4、Na·Mg-Cl·SO_4·HCO_3、Na·Mg-SO_4·Cl·HCO_3等,是11月调水(Na·Mg·CaSO_4·HCO_3·Cl)和浅层地下水(Na·Mg-Cl·SO_4)的过渡类型。3月至7月浅层地下水补给沟渠水,地下水埋深变深,7月浅层地下水水化学类型与3月相似。调水可以季节性地改善区域内沟渠水及其附近的浅层地下水水质,而对深层地下水和坑塘水的水质无改善作用。调水对沟渠水水质的改善体现在调水季节,对浅层地下水水质的改善存在滞后性,2014年11月调水之后,2015年3月浅层地下水的水质得到改善。因此,采用调水和浅层地下水、坑塘水混合灌溉,对合理开发利用区域咸淡水资源以及深层地下水压采,恢复地下水位意义重大。     

Water and Solute Balances in Recultivated Lignite Mining Dump Soils-Field Data and Lysimeter Experiments

Specific problems of water and solute balancing in the central German post-lignite-mining district are caused by the almost unknown interactions between surface water, seepage and groundwater in the unsaturated zone of mining dumps. This paper presents the findings of studies using lysimeter and seepage groundwater measuring systems designed to investigate the water balance and the migration of inorganic components in the vadose zone of recultivated dumps. Despite the heterogeneous tertiary layers of the three lysimeter monoliths studied, the quantity of seepage occurring at a depth of 3 m as well as the evapotranspiration and the soil water regime were almost the same in the 4 years of the investigation. The high variability of the ion balances in seepage reflects inhomogeneities in tertiary dump material and can be explained by substrate properties interacting with the soil's pH. Very high seepage conductivities are caused by coal containing high levels of pyrite with a low pH and high acid potential. These conductivities are caused by comparatively high concentrations of ions of sulphate, iron, aluminium, calcium, magnesium and heavy metals. The results confirm the impact of ventilated and pyrite-containing dump substrates for groundwater quality.