艾丁湖流域绿洲变化与地下水开发利用关系分析

由于长期以来水资源开发活动日益增强,艾丁湖生态区入湖水量不断减少,湖面萎缩;区域土地沙化、沙漠化趋势未根本扭转;地下水位不断下降,生态、生活用水风险增大;陆生、水生物种消亡趋势加剧;干热风等灾害性天气呈不断增加趋势;沙尘、盐尘天气爆发风险不断累积增大,使得艾丁湖生态区生态压力不断增大,生态恶化趋势明显.基于高分辨率遥感影像、地理信息技术以及现场取样调查,分析了艾丁湖流域土地利用与植被覆盖度时空变化特征,探明了自然植被盖度退化情况.结果表明,天然植被的平均覆盖度在1976—1995年呈减小趋势,在1995—2010年呈增大趋势,在2010—2019年转为减小趋势;高盖度植被由南向北发生迁移;天然植被退化的主要原因是地下水埋深逐渐加大,且受不到山区的地表水补充,以及由于城乡工矿用地的扩张导致天然植被减少.     

淮河流域干旱的时空分布特征

淮河流域是我国农作物主要种植区,为了深入认识淮河流域干旱现状及其特征、探究干旱发生规律,减少干旱对农作物造成的不利影响。以淮河流域为研究区域,选取土壤相对湿度作为干旱评价指标,以2010-2019年MODIS数据为数据源,计算出表观热惯量指数(ATI)和植被供水指数(VSWI),根据地表植被覆盖度的不同,筛选出合适的ATI和VSWI指数,然后分别与实测土壤相对湿度数据分别进行回归建模,得到拟合方程,最后,通过反演得到的土壤相对湿度数据来阐述淮河流域干旱的时空分布特征。结果表明:①干旱一年四季都会发生,干旱笼罩面积大小关系为:冬季>秋季>春季>夏季;②淮河流域冬小麦生长季较夏玉米生长季发生干旱的范围广;③从空间上来看,淮河流域东部、东北部、西南部的干旱范围较广,干旱的覆盖范围大小具体有:西南部和东北部>西北部和东南部,东北部>东南部,西南部>西北部。     

江苏里下河平原农田涝灾的情景模拟分析——以高邮灌区典型圩垸为例

为了分析环境改变后江苏里下河平原农田涝灾的变化特点,以高邮灌区某典型圩垸为例,利用构建的农田涝灾分布式模型模拟了不同暴雨强度、斗沟规模、外排条件、抽排能力和泵站调度规则等环境因子改变条件下的涝灾减产分布.结果表明:现状条件下,在遭遇5%暴雨时受涝面积比为10.47%,最大减产率为4.07%;遭遇2%和1%暴雨时,受涝面积比增至56.54%和86.87%,最大减产率增至10.32%和13.37%.若将斗沟深度由现状的1.3 m挖深至2.0 m,则可以使5%, 2%和1%暴雨条件的受灾面积分别减少14.73%,16.11%和3.91%,最大减产率分别降低5.16%,4.75%和3.81%.若将外河水位预降0.5 m,则可以使5%,2%和1%暴雨条件的受灾面积分别减少86.87%,13.62%和8.52%,最大减产率分别降低66.59%,40.60%和28.12%.若将泵站外排能力由现状的9 m³/s提高到14 m³/s,在遭遇5%暴雨时,受灾情况无变化;2%和1%暴雨条件下的受灾面积分别减少31.68%和11.52%,最大减产率分别降低31.10%和11.44%.单纯降低泵站启排水位而不同时降低外河闸的关闸警戒水位,对涝灾减轻效果几乎没有影响.     

基于Archimedean Copula函数的洪水多要素联合概率分布研究

应用Archimedean Copula函数,探讨洪水多要素的联合概率分布和条件概率分布。以大渡河流域丹巴站49年的洪水资料为基础,根据图形分析法和AIC信息准则选择拟合效果好的Copula函数计算洪峰、洪量、历时的联合概率分布和条件概率分布,并绘制相应的条件重现期图。结果表明,Gumbel Copula可以较好的拟合洪峰与洪量,而Frank Copula对于洪峰与历时、洪量与历时及洪峰、洪量和历时的三维联合分布效果最好。通过情景设置分别计算不同条件下洪水特征变量的二维和三维条件概率分布和相应的条件重现期。Copula函数全面考虑了洪水特征量之间的相依性,可用于洪峰、洪量和历时联合概率分布的计算。     

夏玉米茎流速率和茎直径变化规律及其影响因素

为了揭示夏玉米茎流速率和茎直径的变化规律及其影响因素,该研究对夏玉米生育中期的茎流变化和茎直径微变化过程进行监测,分析了二者的日变化过程及相关关系、茎流速率与环境因子之间关系、茎直径随土壤含水率的变化规律。结果表明：茎流速率日变化过程呈单峰曲线型,其变化受太阳辐射、饱和水气压差、风速等气象因子的影响显著,通过对实测数据的分析得到了茎流速率与上述气象因子的线性回归方程,为今后利用气象因子预测夏玉米的叶面蒸腾量提供了基础;茎直径微变化的日变化过程也呈现明显的昼夜变化规律,白天收缩,夜晚复原,每日茎直径最大值随土壤含水率的降低而减小,二者之间呈线性相关关系,依据这一关系可利用茎直径微变化诊断作物缺水状况。     

华北平原春玉米生长和产量对滴灌均匀系数及灌水量的响应

为了确定现行滴灌均匀系数设计标准的适宜性,通过华北平原2?a春玉米滴灌试验,研究滴灌均匀系数和灌水量对春玉米生长和产量的影响。均匀系数（Cu）设置0.66、0.81和0.99 3个水平,灌水量设置灌溉需水量的50%、75%和100% 3个水平。研究结果表明,滴灌均匀系数和灌水量对春玉米的株高和叶面积指数均值的影响不显著,两指标的均匀系数在生育期内基本呈逐渐增加的趋势,至生育末期其值均大于0.95;沿滴灌带方向,各处理产量的均匀系数均大于0.93,滴灌均匀系数和灌水量及其交互作用对产量的均值和均匀系数的影响均不显著。因此,对华北平原的春玉米而言,可考虑适当降低现行滴灌均匀系数的设计和评价标准（Cu≥0.80）,以降低滴灌系统的投资和运行费用。     

基于有效含水量的土壤水分监测点布设的空间分层采样方法

为了优化灌溉实践,构建准确估计平均土壤水分的监测点布设准则,该研究引入有效含水量（Available Water Capacity, AWC）作为辅助变量,结合经典统计学和地统计学构建了一种基于辅助变量空间自相关的分层采样方法（Stratified Sampling Method Based on Spatial Autocorrelation of Auxiliary Variables,SSAV）,克服直接以土壤水分为变量时受其强时空变异影响的弊端,并在田块尺度进行试验。结果表明：0～40和0～80 cm土层的AWC服从正态分布;在90%置信区间,采样误差为10%时研究区内0～40和0～80 cm土层的监测点数目分别为7个和6个;基于SSAV布点法估计土壤水分的相对误差变化范围为–23.23%～35.15%,较简单随机布点（Simple Random Sampling,SRS）法减小了26.48%。标准差的平均值为4.78%,较SRS降低了17.30%。基于SSAV的0～40和0～80 cm两个土层的估计值和观测值之间的平均均方根误差RMSE为0.010 4 cm3/cm3,基于SRS的RMSE为0.012 0 cm3/cm3,显著性检验P<0.001,SSAV显著提高了对土壤水分的估计精度和准度。SSAV为获得区域平均土壤水分提供了省时、省力、低成本的监测点布设方案,为农业水资源管理和提升农业用水效率提供了保障。     

基于冠层温度变化的冬小麦蒸散模型

冠层温度是反映作物蒸散的重要指标,基于2006-2011年冬小麦田间试验资料,分析了小区及冠层尺度K-p模型参数的差异,对比了两种冠层温度表达式的冬小麦蒸散量计算模型的模拟效果,得到了基于冠层温度变化的冬小麦蒸散模型.结果表明:不同尺度(小区和冠层)K-P模型参数存在一定差异,冠层阻抗(rc)与临界阻抗(r*)的比值和临界阻抗(r*)与空气动力学阻抗(ra)的比值呈显著线性关系,且与冠层尺度K-P模型参数的差异小于不同尺度(小区和冠层)K-P模型参数的差异.以冠层温度的表达式(rc/ra、rc/r*)计算的作物蒸散量与采用田间水量平衡计算的作物蒸散量呈显著线性关系,以rc/ra参与计算的作物蒸散量明显高于田间实测值,而以rc/r*参与计算的作物蒸散量与田间实测值更为接近.因此,以rc/r*代替rc/ra参与作物蒸散量的计算更能反映田间冬小麦蒸散变化过程.     

水资源开发利用总量控制研究方法评述

水资源开发利用总量控制研究的核心是选择合适的总量控制指标体系,科学计算指标体系中各指标的控制阈值,并制定出切实可行的实施方案.水资源开发利用总量控制的研究方法即指标体系及其指标值的确定方法.本研究在大量文献调研基础上,对当前水资源开发利用总量控制的代表性方法进行了归纳和比较分析,主要包括分析计算法、模拟优化法和总量分解法.最后对总量控制研究亟须解决的问题进行了探讨.     

湄公河流域生态系统服务与利益补偿机制

湄公河流域是中国"一带一路"沿线的重要门户,核算流域各国的生态系统服务价值(Ecosystem Service Value,ESV)与利益补偿量,对建立各国资源利用与经济补偿的联动关系、促进流域协调发展具有重要意义。基于生态足迹理论,对湄公河流域1995—2015年的ESV和生态盈余(或赤字)状况进行了动态评估,结合流域各国的实际经济发展水平对生态补偿优先级进行量化分析,初步建立了各国ESV与实际生态补偿量的转化关系,并对"生态消费型"国家在现状年(2015年)的实际生态补偿量进行了确定。结果表明:1)湄公河流域ESV由1995年的1 289.76亿美元下降至2015年的1 259.21亿美元,各国ESV从大到小依次为:泰国、老挝、柬埔寨、越南、缅甸;各国林地ESV的比例最大(60.0%),水域和湿地ESV比例的增幅最快,近20 a增加了4.5%。2)1995-2015年间,流域境内的缅甸、老挝两国为生态盈余状态,其他3国为生态赤字状态,且赤字水平呈逐年加重趋势,其中泰国、越南两国对全流域生态足迹(Ecological Footprint,EF)的贡献比例高达80.1%。3)流域上游的缅甸、老挝两国为"生态输出型"国家,下游的3个国家为"生态消费型"国家,其中泰国、越南两国经济发展水平较好且生态补偿优先级系数(Ecological Compensation Priority Sequence,ECPS)更低(分别为0.05和0.09),均低于其他3个湄公河流域国家(缅甸:2.67,老挝:1.16,柬埔寨:0.55),应率先进行生态支付。4)结合流域各国的实际经济发展水平,初步确定下游"生态消费型"国家应支付实际生态补偿合计680.63亿美元,泰国、越南和柬埔寨分别支付507.73、167.61和5.29亿美元。该研究结果可为湄公河流域资源管理和生态补偿政策的建立提供理论支撑,并为其他跨境流域相关的研究提供借鉴与参考。