FAHP-GIS在FAST台址单体滑坡危险性评价中的应用

[目的]研究贵州省平塘县500 m口径球面射电望远镜(FAST)工程台址光明顶滑坡的危险性及其区划,为该区及相似地区的滑坡灾害监测与防治提供参考依据。[方法]选取地形地貌、岩性岩组、地质构造、人类工程活动及灾害历史等作为一级评价指标,在此基础上发展二级评价指标,运用GIS技术构建基于模糊层次法(FAHP)的滑坡危险性评价指标体系,并完全参与对指标隶属度矩阵的运算,开展针对喀斯特单体滑坡危险性评价研究。[结果]光明顶坡体总体居于中危险和低危险水平,局部高危险,高危险区域主要位于1 H馈源塔和断层破碎带区域的3个支撑柱附近,高危险区约占研究区面积的4%。[结论]光明顶坡体存在安全隐患,已经对精密的射电望远镜设施的安全运行构成威胁。本文评价结果与实际情况基本相符,评价方法在单体滑坡危险性评价研究方面具有创新性,且可操作。     

苹果树种植对黄土旱塬土壤蒸发的影响

以陕西长武旱塬为例,分别对研究区农地和5个不同林龄(9、12、16、19 a和23 a)苹果园的土壤剖面氢氧稳定同位素进行测定,利用Craig-Gordon模型定量估算其土壤平均蒸发量,并基于“空间换时间”方法分析果园种植及生长对土壤蒸发的影响。结果表明：农地及9、12、16、19、23 a林龄苹果园的土壤蒸发量均随苹果树的种植及生长呈现先减少再增大的趋势,年均蒸发量分别为129、104、89、119、128、136 mm;苹果园的土壤蒸发量变化与叶面积指数呈显著负相关(R=-0.713);苹果园种植的前中期(9～12 a)土壤蒸发量随叶面积指数增加逐渐减小,而在中后期(12～23 a)深层土壤水被大量消耗造成的干旱胁迫使得果树叶面积减少,从而导致林下土壤蒸发量又逐渐增大。     

基于CanESM2的渭河流域干旱演变特征研究

【目的】解析气候变化下渭河流域干旱事件发生频率与强度以及时空演变趋势,预估未来区域干旱发生发展情势,为渭河流域未来旱灾防控和水安全保障提供参考依据。【方法】基于CMIP5统计降尺度数据集NEX GDDP中的CanESM2全球气候模式数据,采用象限转换校正方法实施校准,并利用游程分析等方法,从干旱指标标准化降水蒸散发指数（SPEI）与干旱事件特征的角度,分析渭河流域历史基准期（1966-2005年）与未来期（2021-2060年）2种排放情景（RCP4.5与RCP8.5）下的干旱时空演变特征,研究渭河流域干旱事件频率的空间特征与持续性变化。【结果】历史基准期与未来期SPEI在年际尺度下均呈下降趋势,其中RCP8.5情景下渭河流域春旱会显著加剧;未来干旱事件发生频率将呈现“两头减少,中间增多”的态势,即轻旱与特旱高频区域减少,中旱与重旱高频区域增多;流域尺度上,未来发生短历时干旱事件的频率有所减小,中长历时干旱事件频率增加,其中流域北部与渭河源头区的长持续性干旱事件发生频率会显著减小;未来不同间隔干旱事件的发生频率变化不大,依旧以1～6个月间隔的干旱事件为主,局地会有一定差异性。【结论】春季与冬季将是渭河流域未来干旱风险防范的重点季节,流域西部是冬旱防范的重点区域;未来轻旱与中旱仍是渭河流域最主要的干旱类型,但要警惕发生频率持续走高的中旱与重旱灾害所带来的风险;未来期流域中长历时干旱事件会有所增加,应采取应对措施减轻长持续性干旱事件给流域工农业生产带来的不利影响。     

基于MGWR的渭河流域TRMM降水产品空间降尺度分析

高分辨率降水数据有助于刻画降水的时空分异特性,对流域水文、气象和生态等过程的精准模拟具有重要作用,因此对低分辨率降水产品开展空间降尺度,提高其分辨率十分必要。鉴于此,本文在充分考虑热带降雨测量卫星（Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM）降水产品在渭河流域适用性的基础上,引入归一化差分植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）、数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）、坡度、坡向和经纬度等地理环境因子,构建了多尺度地理加权回归（Multi-scale Geographically Weighted Regression,MGWR）模型用以分析不同因子对渭河流域降水空间格局影响的尺度差异;进一步提出了一种针对TRMM降水产品的空间降尺度方法,并透过精度评价验证了降尺度结果的可靠性。结果表明：1）TRMM降水产品数据相较于站点实测数据存在一定精度误差,年尺度上R2=0.807,BIAS=2.909%,RMSE=83.477 mm,表现较好;季尺度上秋季R2最高,为0.847,夏季RMSE最大,为62.393 mm,四季的BIAS均较低;月尺度R2为0.456～0.815,BIAS介于±0%～8%之间,多数月份为正值,RMSE值域范围为3.019～37.841 mm,精度较好;总体而言,TRMM降水产品数据在年、季和月尺度上均表现出良好的整体适用性。2）不同因子在干湿年份对降水空间分异格局的影响呈现出不同的尺度特征,其中湿润年的DEM、NDVI、坡向和经纬度对降水呈现局部影响,坡度影响具有全局性,而干旱年各因子均表现为局部影响。3）流域和站点尺度上,降尺度TRMM数据相较于降尺度前产品数据精度得到一定改善,其中流域尺度上,R2整体提升3%,RMSE降低1mm;站点尺度上,各站点统计指标变化各异,但降尺度后统计指标整体优于降尺度前,并且由于时间尺度上的误差累积,站点年尺度数据精度相比月尺度数据稍差（R2由0.8～0.91变为0.4～0.95,RMSE从11～17变为32～150）。4）降尺度TRMM数据相比于降尺度前产品数据,空间分布更细腻,细节特征表现更好,且在年、月时间尺度上均具有较高的精度,可为渭河流域资料短缺地区的水文设计提供数据支撑。     

基于DPSIR模型的黄土高原生态敏感性演变格局及驱动力分析

摸清生态系统敏感性时空演变格局，对其驱动因素及未来发展趋势进行探测是修复和提高生态系统稳定性的重要内容。黄土高原是世界上水土流失最严重和生态环境最脆弱的地区之一，探究该地区生态敏感性时空演变特征及驱动因素，科学划分生态敏感性治理分区对于促进国家生态文明建设具有重要意义。基于“驱动-压力-状态-影响-响应”（driving-pressure-state-impact-response，DPSIR）框架，耦合空间距离指数和全排列多边形图示指标法构建生态敏感性指标体系，使用地理信息演变图谱和地理探测器研究黄土高原2000—2020年5个时间点生态敏感性时空格局和驱动力，最终划分生态敏感性治理分区。结果表明：1）研究期内黄土高原生态敏感性表现为西北高、东南低的分布特征，时间上先增加后下降。2）研究期内黄土高原生态敏感性转移类型以波动稳定型为主，生态改善区面积占比最大（35.17%），变化0次和1次的面积占比62.06%，生态环境演变稳定向好。3）生态敏感性的各驱动因素中，NDVI和降水量以及两者与其他因子的交互作用对于黄土高原生态敏感性具有明显的驱动作用。4）2030年低度敏感将成为黄土高原的主要敏感类型；沙地和农灌区以及黄土高塬沟壑区的中西部是生态敏感性治理的重点地区。整体来看，黄土高原生态环境有所好转，生态治理措施取得了积极成效，该研究可为黄土高原生态治理及高质量发展提供参考。     

塔里木河中下游地下水动态在线监测系统的设计与应用

针对塔里木河中下游地下水动态在线监测现状,有效利用网络简化数据,增加预报、预警功能及优化供电系统。结果表明,在塔里木河中下游安装设备,完成了远程传输及分析数据,以18 d实时监测数据为依据,地下水位在3.462～3.617 m波动。以胡杨生长的地下水位阈值为判断依据,此位置地下水位位于0.50～4.71 m,未越过良好与胁迫生长阈值,在胡杨长势良好范围内,即胡杨长势良好,不产生预报预警信息。该地下水监测系统可以用于塔里木河中下游地下水位动态监测工作。     

陕西黄土区农田土壤主要养分特征及影响因素

为了探究陕西黄土区农田主要土壤养分特征及其影响因素,基于研究区5096个农田0～20 cm耕层采样点数据,利用GIS与地统计学方法对有机质(SOM)、全氮(TN)、有效磷(AP)和速效钾(AK)含量进行空间分析,并应用地理探测器模型探究18种影响因素对养分空间变异的解释程度。结果表明：SOM、TN、AP和AK含量均值分别为14.43 g·kg^-1、0.92 g·kg^-1、18.21 mg·kg^-1和190.28 mg·kg^-1,呈现中等程度变异;4种养分最佳拟合模型均为指数模型,各养分呈现中等程度空间相关性,结构性与随机性因素的共同作用导致了养分含量的空间差异;养分全局空间相关性大小表现为：TN>SOM>AK>AP;养分含量区域差异明显,呈现由北向南逐渐递增的趋势;年日照时长、年均气温、化肥用量和地貌类型等单因子作用对各养分含量空间变异具有更强的解释力,两因子交互作用对养分的解释力强于其单因子解释力。研究表明,陕北地区宜适当增加肥料投入,关中地区宜进行精耕细作,农田建设应考虑多方面...     

黄土丘陵沟壑区竹节式聚水沟聚水改土效应研究

试验以水平阶地为对照,于7-9月在典型黄土丘陵沟壑区陕西省米脂县测定了竹节式聚水沟中间、上侧和下侧的土壤水分,并于4月初和9月末测定了聚水沟样地的土壤容重。结果表明:7-9月,各时期聚水沟整体土壤水分均高于水平阶地且差异均达到极显著性水平(p<0.01),200cm土层内聚水沟的储水量比水平阶地最高增加了53.54mm,增长率为29.5%;各时期聚水沟不同位置上土壤水分含量表现为沟中间>上侧>下侧,且中间与上、下侧土壤水分差异各时期均达到极显著性水平,上侧土壤水分变化幅度较下侧小;各时期聚水沟整体土壤水分含量表现为0～40cm土层最高,且从7月30日后呈不断下降趋势,>40～100cm土层次之,各时期变化幅度较小,>100～200cm土层最低,但呈不断增长趋势;沟内填充材料可以显著降低沟底10cm以内土层的土壤容重,增大总孔隙度(p<0.05)。竹节式聚水沟较水平阶地更能增加土壤水分含量,缓解浅层土壤干层形成,同时也具有改良土壤结构的作用,作为黄土丘陵沟壑区集聚水、保墒、改土于一体的新技术具有较好的推广应用价值。     

黄土包气带中氨氮吸附/解吸机理研究

以关中盆地黄土为研究对象,综合野外采样、室内模拟试验和数据统计分析,系统分析了黄土包气带中不同深度典型物质成分(有机质含量、CaCO_3、氧化物)变化趋势以及氨氮的吸附/解吸特征,并选取黄土(L_1)和古土壤(S_5)为例,探讨黄土包气带中典型物质成分对氨氮吸附/解吸行为的影响机理。研究结果表明:黄土包气带吸附量的变幅(300～1 100 ug·g~(-1))较解吸量的变幅(100～380 ug·g~(-1))大,其吸附量随深度增加呈波浪下降,解吸量在浅层(-20 m以上)波动较大而在深层稳定;对于不同深度土壤,相邻古土壤对氨氮的吸附能力基本均大于黄土,整体而言黄土的平均解吸率比古土壤高8.65%。黄土包气带中物质成分对氨氮的吸附/解吸行为影响最为显著的是有机质和CaCO_3,其与氨氮的吸附/解吸呈正相关,而氧化物的影响较小。因此,不同深度黄土包气带中典型物质成分含量变化是引起氨氮吸附/解吸差异的主控因素。     

零通量面法计算土壤水分腾发量研究

土壤水分腾发量的确定是土壤水分运动研究的难点问题。零通量面法是利用零通量面存在时段计算土壤水分腾发量的方法。在计算时段内,根据零通量面发育状态不同可分为零通量面稳定条件下的计算公式和零通量面移动条件下的计算公式。选择不同水位埋深、不同作物类型的土壤剖面对计算公式进行了验证,结果表明,零通量面法计算土壤水分腾发量精度较高,简单易行。本方法适用于计算潜水埋深在3~10 m的干旱半干旱的平原地区计算土壤水分腾发量。