1956-2018年资江干流径流输沙演变规律与特征分析

研究资江径流泥沙演变规律与变异特征,了解资江干流径流变异与输沙量变化情况,为流域水资源可持续利用提供政策建议。根据资江流域干流主要控制站1956-2018年长时间序列径流量和输沙量数据,运用累积距平法、M-K法、集中度与集中期、小波分析法和均值差异T检验法等分析资江年径流量和输沙量的演变规律与特征。结果表明:(1)径流量不同年代时段的变化率-18.2%~25.8%,Z统计值为0.7058,径流量变化趋势不显著;而输沙量减少趋势较为明显,Z统计值为-5.0592,通过信度99%的显著性检验;(2)资江年径流量未发生明显的突变,而输沙量在1995年发生了突变;(3)资江径流存在第一主周期为26a的周期性,输沙量存在第一主周期为34a的周期性规律;(4)资江径流量变化存在1956-1966年、1982-1988年2002-2015年3个少水期,1967-1981年、1989-2001年、2016-2018年3个多水期,输沙量变化存在1956-1976年、1988-1997年2个多沙期,1977-1987年、1998-2018年2个少沙期;(5)径流量集中度为31.8%,输沙量集中度为73.7%,资江径流泥沙年内分配不均匀性特征明显。     

塔里木河流域水土流失动态变化分析

研究塔里木河流域土地利用变化、年径流量和输沙量变化特征及其相关关系，以期促进水土资源的合理开发和利用，为塔里木河流域的生态环境治理提供科学依据。水文数据为2005-2020年流域焉耆站、同古孜洛克站、卡群站、西大桥站、阿拉尔站年径流量、年输沙量，土地利用数据为1980-2015年土地利用空间分布数据。结果表明：（1）1980-2015年，土地利用面积比例变化为-1.07%~1.16%，耕地面积增幅为1.16%，沙地面积增幅0.30%，草地面积降幅1.07%；（2）流域内各主要河流多年平均径流量为22.99×108~67.46×108 m3，多年平均输沙量63.20×104~3070.00×104t；开都河多年平均含沙量为0.24 kg/m3，其余河流平均含沙量均大于4kg/m3；塔里木河流域年径流量和年输沙量均呈现下降变化趋势，且年输沙量的变异性（40.89%~73.11%）大于年径流量（15.54%~35.37%）；（3）各主要河流的年径流量、年输沙量与耕地和城乡居民用地的占比均呈负相关关系，与林地、草地、沙地等均呈现正相关关系。建议合理进行土地开发，禁止盲目开荒种田，充分运用智能化手段开展在线动态监测，及时掌握水土流失情况，恢复和重建塔里木河流域生态。     

近60年开都河源区径流演变及驱动因素定量分析

基于开都河大山口水文观测站径流量实测数据，利用Mann-Kendall趋势和突变检验以及累积距平法，分析开都河近60年的径流和降水演变规律，利用双累积曲线法定量研究降水和人类活动对开都河径流变化的贡献量。结果表明：（1）开都河年径流量波动较小，多年平均值、最大和最小值分别为35.44×108m3、57.09×108m3和24.61×108m3。（2）径流量整体呈上升趋势，以0.166×108m3/a的速率递增，于1995年发生由少到多的突变。（3）开都河源区降水年际变化较小，多年平均值、最大和最小值分别为271.48mm、406.6mm以及191.4mm，且在1998年发生突变。（4）在径流量增加过程中，降水和人类活动对其贡献率分别为68.2%、31.8%；影响量分别为4.71×108 m3和2.2×108 m3。研究成果为开都河源区水资源管理、利用和水土流失整治提供数据基础和决策依据。     

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。     

湘江流域衡阳段沉积物重金属污染特征及风险评价

2015-2019年连续5年采集了衡阳市湘江流域河流沉积物,测定了沉积物中9种重金属含量。采用地累积指数法及潜在生态危害指数法对沉积物中9种重金属的污染特征及生态风险进行了评价。地累积指数法评价结果表明：湘江干流及四条主要支流沉积物普遍存在Cd污染,部分河流As、Hg、Pb、Cu、Zn、Mn有一定程度的污染,V、Cr多为无污染或无污染到中度污染。潜在生态危害指数法评价结果表明：As、Cd、Hg、Cu呈现出中等生态危害至极强生态危害程度,9种重金属总潜在生态危害指数表明舂陵水、耒水、湘江干流均为很强生态危害程度,蒸水、洣水为强生态危害程度。两种评价方法均表明衡阳市湘江流域各河流沉积物重金属以舂陵水污染最为严重,其次为耒水、湘江干流,蒸水、洣水污染相对较轻;舂陵水、耒水、湘江干流3条河流沉积物重金属2017-2019年污染较2015-2016年有所减轻。     

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。     

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。     

淮河干流水环境质量时空变化特征及污染趋势分析

研究淮河水质时空变化趋势,为淮河生态环境保护提供科学依据。选取1999-2019年淮河干流9个典型断面长序列水质数据,采用单因子评价法和综合污染指数法,对20年来淮河干流水环境质量进行评价,同时运用spearman秩相关系数法、Mann-Kendall检验法研究淮河水质及主要污染因子变化趋势和突变特征。结果表明：Ⅰ～Ⅲ类水质断面比例总体呈上升趋势,1999年劣Ⅴ类水质断面占44.4%,2007年后无Ⅴ类、劣Ⅴ类水质断面;综合污染指数从1999年的1.35逐步下降至2019年的0.42;氨氮、化学需氧量、高锰酸盐指数和五日生化需氧量浓度均呈显著下降趋势,总磷浓度呈显著上升趋势;非汛期总磷浓度变化稳定,汛期总磷浓度显著上升;淮南大沟涧、吴家渡断面水质相对较差、年际变化幅度大,老坝头断面水质较好、年际变化幅度较小。淮河干流主要污染因子发生结构性转变,由氨氮、化学需氧量、高锰酸盐指数逐渐转变为总磷,说明流域面源污染特征逐步显现,农业面源污染的控制已成为改善淮河流域水环境的重要任务。     

基于土地利用动态变化的洱海流域上游生态系统服务价值分析

为探究洱海流域上游土地利用动态变化趋势及其与生态系统服务价值(ESV)之间的关系，以Landsat TM/OLI遥感影像为基础，解译得到2000年、2005年、2010年、2015年和2019年共计5期土地利用数据，运用转移矩阵、土地利用动态度、改进的生态系统服务价值当量因子等方法，分析洱海流域上游土地利用变化规律、生态系统服务价值动态趋势及其相互影响。结果显示:(1)林地、草地和耕地是研究区主要的土地利用类型和土地转换类型，其他用地动态度最高（13.76%），耕地最低（1.09%）；(2)运用改进的价值当量因子计算方法核算研究区ESV，其一级服务功能为调节服务>支持服务>供给服务>文化服务，二级服务功能中，水文调节的ESV最高，维持养分循环最低；(3)20 a洱海流域上游林地和草地的ESV最高，总体上呈上升趋势，林地、草地和水域是主要的贡献因子和敏感因子。林地、草地和水域分别在2000?2005年、2005?2010年和2010?2015年、2015?2019年生态贡献率最高，分别为62.62%、50.42%、64.12%、53.66%；(4)各地类转入转出变化与其ESV变化呈线性关系，林地、草地和水域面积的转入转出是影响洱海流域上游ESV变化的主要原因。研究表明，洱海流域上游总体土地利用开发需求相对较低，生态环境不断改善，ESV呈现不断上升趋势。     

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。     

湘华鲮的生物学特征及资源动态研究

为了解湘华鲮（Sinilabeo decorus tungting）资源动态,统计了1961-2005年沅水流域湘华鲮分布水域和年产量数据,2006-2010年实地调查了湘华鲮历史分布区域（湘江、资江、沅江、澧水流域及洞庭湖）的资源现状。结果表明,湖南境内沅水流域湘华鲮产量在1961-1980年保持较高水平,年均产量在...     

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。     

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ArcSWAT模型的老鹳河流域面源氮识别和分析

进行老鹳河流域面源氮污染负荷估算和关键源、区识别,推进流域面源污染的溯源和控制,为流域非点源氮污染控制和治理提供理论支撑。通过模型数据库构建、流域空间单元划分以及参数率定和验证建立老鹳河流域氮污染过程的ArcSWAT模型;以2017年的气象资料为背景,设置4种情景模式,模拟估算流域不同面源氮的入河量,分析和识别不同污染源的关键期以及不同土地利用类型的关键污染源。结果表明,化学氮肥施用和大气沉降是老鹳河流域面源氮的主要污染源,分别贡献了47.6%和38.6%;大气沉降、畜禽养殖和化学氮肥施用入河氮量最大值均出现在3月,农村生活入河氮量最大值出现在8月,而4类污染源入河氮量的最小值均出现在12月;雨季是老鹳河流域控制面源污染氮的关键期;减控的关键污染源旱地、园地和水田是化学氮肥施用,林地和人居地分别是大气沉降和农村生活。应分时、分区、分类制定老鹳河流域面源氮污染减控方案,对于人为氮源（化学氮肥施用、畜禽养殖和农村生活）还要关注在作物播种期和生长季节进行减控。