基于分布式水文模型的藤条江河流土壤侵蚀研究

藤条江是南亚重要国际河流元江-红河的主要支流,流域地处高原山地,土壤侵蚀严重.利用分布式水文模型SWAT对藤条江流域的水文过程进行了模拟,采用2年的逐日观测数据对模型进行了率定和验证.径流模拟结果和实测数据相比,模型确定性系数和效率系数(纳什-克里夫系数)均高于0.75,表明SWAT模型对藤条江径流的模拟结果良好.使用率定好的模型,计算出流域年均土壤侵蚀量为94.39×104 t,约47％的流域面积处于中度侵蚀状态,流域的水土流失关键区位于红河断裂带南缘,需优先实施水土保持措施的行政区域对应云南省金平县.     

基于SWAT模型的张家口清水河流域径流模拟

水资源问题是制约我国社会经济可持续发展的重要因素。以张家口市清水河流域为研究区域,基于GIS构建流域的SWAT分布式水文模型,对影响径流模型结果的几个重要参数进行敏感性分析,并应用SWAT-CUP软件进行参数率定,利用2013-2016年的实测径流量进行模型验证,分别计算气候和土地利用变化对径流量的贡献率。结果表明,校准期的效率系数(NSE)为0.74,决定系数(R~2)为0.72;验证期的NSE系数为0.76,(R~2)为0.78。气温变化对径流量变化的贡献率为36.3%,而土地利用变化对径流量变化的贡献率为10.5%,气温和土地利用变化对径流量的变化均产生一定作用,但就作用大小而言,气候变化的作用相对较大。基于这些评价指标,可知SWAT模型在张家口清水河流域径流模拟中具有很好的可靠性和适用性,可以作为该流域水资源综合管理的支撑模型之一。     

水文变异下洞庭湖四水环境流研究

探究水文变异前后环境流组成成分的变化特征,可为洞庭湖四水流域的生态保护与生态修复提供科学依据。基于湘、资、沅、澧四水(湘潭、桃江、桃源、石门)4个水文站1959-2016年逐日流量数据,运用Mann-Kendall法确定长时间序列径流的突变年份,并辅以累积距平和滑动T检验法校核检验,将时间径流序列划分为水文变异前后两个阶段,并以IHA软件为平台,分析四水流域在水文变异前后环境流的组成成分变化情况。结果表明,水文变异前后,四水流域各水文站环境流的组成发生了不同程度的改变;在湘潭站环境流组成中,小洪水极大值出现次数的偏移度最大,为77%,其环境流组成呈单一化趋势,整体流量过程逐渐并入到小洪水、高流量脉冲时间和枯水流量这3种事件中,流量事件发生的多样性减少;在桃江站环境流组成中,小洪水极大值出现时间偏移度最大,为150%;在桃源站环境流组成中,大洪水极大值出现次数偏移度最大,为150%;在石门站环境流组成中,特枯流量极小值出现次数偏移度最大,为252%;与水文变异前相比,桃江、桃源和石门站的环境流较为多样化,流量过程年内更加丰富。     

基于SWAT模型的旬河流域气候变化水文响应研究

径流量是体现流域水量特征的重要指标。旬河作为汉江上游的主要支流,其径流量变化直接关系到丹江口水库(南水北调中线工程水源地)的储水量。以历史时期(1995-2015年)旬河流域实测径流量数据为基础,选择驱动SWAT水文模型,定量探究旬河流域径流量对气候变化的响应。结果表明,校准期和验证期决定系数(R~2)分别为0.85和0.87,Nash-Sutteliffe效率系数(NSE)分别为0.85和0.84,SWAT水文模型对旬河流域径流量模拟结果良好。采用英国Hadley气候中心预测的未来气候模式RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5,对2036-2055年的气象数据进行4种未来气候情景模拟,发现在历史气候情景下,三季度降水量对全年径流量贡献度最大,且四季度的径流量对三季度的降水量存在一定滞后效应;在RCP8.5情景下,雨季将提前且持续周期延长。研究结果可为政策部门在水资源宏观调控、极端气候预防和防洪减灾等方面提供参考。     

珠溪河流域土地利用变化对面源磷污染影响的研究

探讨土地利用类型变化对磷、泥沙负荷以及截留能力的影响,为制定珠溪河流域面源磷污染治理措施提供重要支撑,也为鄱阳湖流域磷污染精准防治提供科学依据。基于2010年和2018年土地利用数据,采用SWAT模型对珠溪河流域面源磷负荷、泥沙负荷以及径流进行了模拟研究,并结合水文水质实测数据对模型的模拟结果进行评价。结果表明：相关系数R2和Nash-Suttclife模型效率系数ENS均满足SWAT模型在研究区的适用要求;泥沙与总磷的负荷强度与耕地、建设用地的覆盖率呈正相关,与林地、草地的覆盖率呈负相关,且总磷负荷强度与泥沙负荷强度有较高的重合性;2010年、2018年土地利用数据的总磷、泥沙年均入河系数分别为0.535、0.736和0.558、0.752,2个时期的泥沙与总磷入河系数中北部大于南部。控制农业生产和农村生活的污染物排放是减少面源污染的重要措施,进行退耕还林或退耕还草能有效截留污染物质以及起到防沙固土的作用。     

珠溪河流域土地利用变化对面源磷污染的影响研究

探讨土地利用类型变化对磷、泥沙负荷以及截留能力的影响,为制定珠溪河流域面源磷污染治理措施提供重要支撑,也为鄱阳湖流域磷污染精准防治提供科学依据。基于2010年和2018年土地利用数据,采用SWAT模型对珠溪河流域面源磷负荷、泥沙负荷以及径流进行了模拟研究,并结合水文水质实测数据对模型的模拟结果进行评价。结果表明:相关系数R ²和Nash-Suttclife模型效率系数E _NS均满足SWAT模型在研究区的适用要求;泥沙与总磷的负荷强度与耕地、建设用地的覆盖率呈正相关,与林地、草地的覆盖率呈负相关,且总磷负荷强度与泥沙负荷强度有较高的重合性;2010年、2018年土地利用数据的总磷、泥沙年均入河系数分别为0.535、0.736和0.558、0.752,2个时期的泥沙与总磷入河系数中北部大于南部。控制农业生产和农村生活的污染物排放是减少面源污染的重要措施,进行退耕还林或退耕还草能有效截留污染物质以及起到防沙固土的作用。     

清江梯级发电与生态均衡优化调度研究

鉴于清江梯级水电站联合调度运行尚未考虑河流生态需求的现状,导致自然径流过程发生极大改变,采用逐旬频率计算法,确定清江梯级生态流量区间范围,进而在梯级发电调度的基础上,引入径流生态离差系数,建立发电与生态均衡优化调度模型,并提出了基于粒子群算法的模型解算方法,构建调度方案的发电与生态综合评价指标体系,对比分析清江梯级2008-2010年优化调度方案。结果表明,发电与生态均衡优化调度方案在梯级发电量仅减少1.85%的情况下,径流生态离差系数提高6.81%,梯级生态溢水量减少57.66亿m~3,梯级生态缺水量减少3.92亿m~3,生态调度效果显著。研究成果可为当前长江大保护与清江流域环境保护背景下清江梯级联合调度运行提供科学依据与决策支持。     

黄土区典型小流域降水变化下的水沙响应研究

定量描述降雨变化规律是研究流域水文生态过程的基础,研究降水变化下的水沙响应,可为区域水土保持规划提供科学依据。本文以马家沟流域1975-2006年降雨过程资料为依托,分析了流域内降雨年际、年内分布规律、侵蚀性降雨量。流域径流量及产沙量采用目前国内外应用比较广泛的SWAT分布式水文模型模拟得出。结果表明,产生侵蚀降雨的次数占总降雨次数的15%,侵蚀性降雨量占总降雨量的62%,尽管产生侵蚀的降雨次数占总降雨次数的比例较小,但产生侵蚀的雨量占总降雨量却超过50%,侵蚀性降雨的强度大。在年尺度上,马家沟流域的径流量和产沙量随着降雨量的增加有不同程度的增加。丰水年径流量和产沙量普遍较大,枯水年径流量和产沙量也普遍较小。产沙量主要集中在6-9月,以7-8月的产沙量最大,平均占年产沙量的70%左右,幅度变化大于径流量的变化。黄土高原生态建设及淤地坝建设工程的实施,增加了流域林草面积。通过林草拦截降雨、缓滞水流、保护地表,可在一定范围减少流域径流总量和泥沙量。     

基于流域生物资源保护的水库生态调度

阐述了流域水电开发对流域生物资源的影响途径:通道阻隔、水库淹没、径流调节、水温变化等,探讨了流域水电开发对河流连续性、河道洪枯过程、库区生境等生态功能的影响方式.结合三峡水利枢纽工程实例,针对宜昌断面基于流域生物资源保护的流量要求,建立了以水电站发电效益最大为目标的长期优化调度模型,并采用差分进化法进行优化求解,获得了相应的水电站水库调度出流过程,并在此基础上采取人造洪峰、提高下泄水温等生态修复方式保护流域生物资源.建议水库运行调度应在考虑工程功能的同时,兼顾下游及水库的生态功能,以达到流域水资源开发与保护流域健康的生态系统相协调的目的.     

流量过程变化对黄河内蒙古河段鱼类影响初探

通过分析黄河干流内蒙古河段水文流量过程的时空变化特征，研究黄河鱼类生态习性与径流组分的响应关系，探讨内蒙古河段流量过程变化对黄河鱼类生长的影响。选择月均流量、日均流量变幅、极端流量和脉冲延时4个水文情势指标，采用IHA-RVA（水文情势变化指标法-变化范围法）分析内蒙古河段水文情势的改变程度。黄河内蒙古河段枯期月均流量增加、最小日流量增加，有利于内蒙古河段的鱼类越冬。但是内蒙古河段月均流量过程坦化，降低了鱼类栖息地数量及多样性；最大流量出现时间明显改变，洪水脉冲刺激减弱均会影响鱼类繁殖行为；洪水持续时间缩短导致鱼类产卵栖息地减少、幼鱼食物来源减少，不利于幼鱼生长。黄河干流上游河段水利工程运行后，对内蒙古河段的水文情势产生了明显的影响，改变了该河段的生态水文联系过程。需要采取生态调度、栖息地恢复等手段优化水文情势过程，为促进黄河内蒙古河段的水生态保护提供支持。     

洋河水库流域面源污染负荷空间分布特征

为探究洋河水库流域面源污染的空间分布特征,基于气象、土地利用、农业管理等数据资料,计算2013年洋河水库流域农村生活污水、固体废弃物、畜禽养殖流失、化肥流失、水土流失污染和城镇地表径流污染6种污染来源中总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH3-N）、化学耗氧量（COD）4个污染物指标排放负荷,并通过GIS空间分析反映流域内的污染分布情况。结果表明,畜禽养殖污染物排泄量对研究区污染负荷贡献最大,年产生量约51621.34 t,入河量2961.52 t,占比分别为92%和85%;从总量上看,洋河水库流域的面源污染负荷分布在西洋河支流区域范围;单位面积负荷量最大的区域是迷雾河支流区域范围。据此确定了西洋河和迷雾河流域为今后洋河水库流域面源污染重点治理的区域,此研究结果可为洋河水库流域面源污染防治及消减提供理论依据。     

洞庭湖水系水沙特性及参数间的相关性研究

研究洞庭湖水文泥沙参数间的相关性,分析泥沙的冲於演变规律,为正确评价洞庭湖的淤积特性和江湖淤积的有效治理提供理论支撑。基于湘潭站等9座重要水文站2002-2016年间的水文泥沙监测资料,系统梳理洞庭湖水系的水沙特性及水文泥沙参数间的相关性。研究表明:松滋西河、澧水和洞庭湖2016年的年径流量相比2002年增大0.3%～16.2%,其他河道降低2.9%～34.2%;资水的泥沙中值粒径2002-2016年降低57.1%,其他河道增大26.7%～300%;资水和洞庭湖2016年的年均含沙量、年输沙量相比2002年分别增大21.5%～22.2%、5.7%～40.6%,其他河道分别降低13.6%～82.9%、6.7%～88.8%;参数间相关性由强到弱排序为年均含沙量-年输沙量、年径流量-年输沙量、年径流量-年均含沙量、年均含沙量-中值粒径、年输沙量-中值粒径、年径流量-中值粒径;东、南洞庭湖入湖泥沙量和淤积量在时序上分别下降29.9%、144.73%,出湖泥沙量、排沙比分别增大55.72%、113.7%;西洞庭湖入湖泥沙量、出湖泥沙量、淤积量、排沙比在时序上降低24.06%～88.24%。三峡水库蓄水拦沙的作用降低了洞庭湖的入湖沙量、淤积量,增大了排沙量和排沙比,有利于洞庭湖寿命的延长。     

黄河下游湿地演变与实测径流相关性研究

探索不同类型河道湿地面积与水文站实测径流量的相关性，为黄河流域生态保护修复和管理工作提供支撑。选择黄河下游花园口-利津河段为研究对象，基于1986、1990、2000、2010和2020年5期遥感解译黄河下游湿地的类型、面积和格局，分析湿地动态变化及原因，结合黄河下游重要水文站实测径流量数据，探索黄河下游不同类型河道湿地面积变化与径流相关性。结果表明：（1）河流水面湿地为黄河下游河段湿地的主要组成部分，占湿地面积的45.9%~65.9%；（2）黄河下游河段的湿地面积从上世纪80年代至今虽然呈现萎缩趋势，面积减少约35.6%，但萎缩速度在不断减缓，湿地面积逐渐趋于稳定；（3）黄河下游游荡型、弯曲型和顺直型河段的湿地面积与径流量的相关性存在差异。游荡型和弯曲型河段河流水面面积与流量均呈正相关关系，但变化幅度不同，顺直型河段河流水面面积受流量的影响较弱，游荡型、弯曲型河段和顺直型河段滩地面积随径流量增大而减少，减少幅度各有差异，3种河段在不超过某一流量下，河流湿地的面积保持稳定，而超出一定流量范围后，湿地总面积均增加。     

江湖关系演变对洞庭湖沉积物重金属污染时空分布的影响

对洞庭湖沉积物重金属的生态风险和污染负荷进行评价,探讨江湖关系演变对洞庭湖沉积物中重金属分布和生态风险的影响,为洞庭湖重金属污染防控决策和湖泊生态风险管理提供科学依据。监测的重金属为Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As,评价方法为潜在生态风险指数法和污染负荷指数法。结果表明,洞庭湖全湖沉积物重金属总体上呈"中度污染"并面临"较高"潜在生态风险,Cd、Hg是洞庭湖沉积物中污染程度和生态风险最大的重金属。在空间分布上,RI值和PLI值总体上均表现为南洞庭湖西洞庭湖东洞庭湖,但不同季节分布不一致,丰水期空间差别最大。在水期分布上,重金属含量、RI值和PLI值总体上均表现为丰水期枯水期,水文和水动力因素可能是产生此差异的重要原因。在季节分布上,RI值和PLI值总体上均表现为夏季最大,春秋季节次之,冬季最小,与洞庭湖水面面积、水位、"四水"径流量的季节变化规律基本吻合,洞庭湖的水情变化一定程度上影响着沉积物重金属污染水平。近年来随着江湖关系的演变,特别是三峡工程的运行,洞庭湖沉积物重金属污染变化显著,洞庭湖沉积物重金属含量相对于1984-2004年的递增趋势,2007-2015年递减趋势明显(Hg除外)。     

中华鳖七群体体形和腹部黑斑图案的差异比较

对我国中华鳖代表性7个地方群体的成鳖阶段和后备亲鳖阶段的体形和腹部黑斑图案进行了，比较和分析。(1)把包括背甲周长、背甲宽、裙边后侧宽等16个参数转化为以背甲长为基数的15项比例性状进行多元函数分析。聚类分析表明，太湖鳖和崇明鳖较近，黄河鳖和淮河鳖较近，洞庭湖鳖和鄱阳湖鳖较近。主成份分析表明，把7群体一起分析的绘图，相互覆盖较多，不易分清：若是取3个群体，如对黄河鳖、洞庭湖鳖及太湖鳖分析绘图，则趋同性和趋异性十分清楚。判别分析表明，7群体的判别准确率在44％～73％之间，黄河鳖群体的判别准确率最高；(2)裙边宽厚度是中华鳖的重要经济指标。黄河鳖、淮河鳖及洞庭湖鳖的裙边均较宽而厚，其裙边后侧宽／背甲长之比超过7群体总平均值1～4．6个百分点；(3)中华鳖体色存在群体间固有的差异。首先表现在腹部的黑色斑块的有无和多少上，在后备亲鳖阶段，黄河鳖腹部全白的比例达100％，洞庭湖鳖和鄱阳湖鳖及淮河鳖腹部全白的比例在80％～90％；太湖鳖、崇明鳖及台湾鳖腹部全白的比例仅12％～22％。其次表现在腹部黑色斑块的出现频率和黑色程度有从黄、淮河流域和长江中游水域向长江下游水域及台湾增高、增强的明显趋势。黄河鳖、淮河鳖、洞庭湖鳖及鄱阳湖鳖是为“玉鳖”群，太湖鳖、崇明鳖及台湾鳖是为“花鳖”群。中华鳖腹部黑色斑块图案，是既受遗传控制，也受环境影响，还受遗传-环境相互作用的复杂表型。     

中华鳖五群体遗传变异的RAPD分析

从97个10碱基随机引物中筛选出30个多态性引物,对黄河鳖、淮河鳖、洞庭湖鳖、鄱阳湖鳖及太湖鳖5个群体共100只个体进行RAPD分析.结果表明,中华鳖的遗传多样性较丰富.表现在(1)在获得的341条RAPD扩增带中,有234条(68.6%)呈现多态性;2个引物有可明显地反映种群差异的扩增带,其中S105扩增的1408bp在黄河鳖的出现频率仅为20%,而在另外4个群体的出现频率达80%～90%;S37扩增的438bp在5个群体的出现频率大小为黄河鳖85% >淮河鳖65% >洞庭湖鳖55% >鄱阳湖鳖40% >太湖鳖20%,呈现出从黄河到淮河到长江、从长江的中游到下游逐步降低的遗传渐变现象;(2)多态位点比例(P)的大小顺序为太湖鳖59.25%>洞庭湖鳖56.52%>鄱阳湖鳖55.80%>淮河鳖55.03%>黄河鳖54.43%,但5个群体间的差异不显著(F=0.644<F0.05;4,145=2.45);5群体内的遗传多态度(π)在0.3644～0.3883间;(3)群体内遗传相似度大小顺序为淮河鳖0.782>黄河鳖0.771>鄱阳湖鳖0.768>洞庭湖鳖0.750>太湖鳖0.722,其中太湖鳖与黄河鳖、淮河鳖、鄱阳湖鳖3个群体间的差异显著(P <0.05);(4)分子方差分析(AMOVA)表明,黄河鳖与淮河鳖、洞庭湖鳖及鄱阳湖鳖3个群体间,太湖鳖与黄河鳖、淮河鳖2个群体间有极显著的遗传分化(P<0.001);(5)根据遗传距离,用UPGMA 和NJ法进行聚类分析表明黄河鳖与淮河鳖、洞庭湖鳖与鄱阳湖鳖分别先聚在一起,最后再与太湖鳖聚类,显示太湖鳖在基因组上与其它4个群体鳖存在明显歧化.