黄河上游可调水量初步研究

【目的】针对黄河上游水沙调控问题建立多目标模拟模型,确定黄河上游可调水量,为分析黄河上游梯级水库群的调水潜力、有效实施黄河上游水沙调控提供指导。【方法】考虑防凌防洪、供水、发电和冲沙输沙等目标,在已知来水、供水条件下,针对龙羊峡、刘家峡水库理想可调水量、实测可调水量、以水定电、兼顾发电的以水定电4种运行模式,建立黄河上游龙羊峡、刘家峡梯级水库联合调度模拟模型,采用自迭代模拟优化算法求解模型,确定黄河上游梯级水库群的可调水量。【结果】通过对各运行模式下可调水量、发电效率等调控目标的对比分析,可知理想可调水量模式下的可调水量满足兰州断面供水要求,但未达到龙羊峡水电站发电要求;实际可调水量运行模式下的发电与供水均未达到设计值;以水定电运行模式下,兰州断面的供水保证率均达到了设计值,龙羊峡电站的保证出力虽有所提高但并未达到设计值;兼顾发电的以水定电运行模式可以同时实现供水、发电目标。但是,考虑到黄河流域水资源短缺,供需矛盾加剧,流域梯级水电站的实际运行模式由设计初期的"以电定水"转变为"以水定电",应在优先满足流域供水要求的基础上再适当考虑发电效益。所以推荐采用以水定电模式下的可调水量,其多年累计调水量为159.22亿m3。【结论】以水定电模式下的黄河上游可调水量合理可行;黄河上游梯级水库群具有较强的调水调沙潜力,来年补水量小于40亿m3时,平均3年可以进行1次调水调沙,在特丰年份可进行1~2次调水调沙。     

冻融条件下土壤可蚀性对坡面氮磷流失的影响

冻融作用与水力侵蚀的复合作用更容易使土壤发生侵蚀,进而加剧土壤养分的流失,为了揭示冻融作用下土壤可蚀性对坡面养分流失的影响,该文采用室内模拟降雨试验,研究了不同土壤含水率(SWC)下坡面的降雨产流产沙及养分流失特征,并分析了土壤可蚀性对坡面全氮(TN)和全磷(TP)流失的影响。结果表明:产流率与产沙率之间呈现正线性相关关系,相关方程斜率的绝对值可作为土壤可蚀性指标。径流中氮磷的流失主要受径流率控制,受土壤可蚀性影响较小(P0.05);而土壤可蚀性显著影响着泥沙中氮磷和总的氮磷流失(P0.01)。土壤可蚀性对黄土坡面氮素流失的影响与冻融作用有关,而土壤可蚀性对坡面磷素流失的影响与冻融作用无关,磷素的流失随着土壤可蚀性增加而增加。因此,在黄土地区,应当采取一系列的生态建设措施来控制水土流失,降低土壤可蚀性,从而减少坡面养分的流失。该研究结果为冻融条件下黄土坡面水-土和氮磷等养分流失机制提供了有效指导。     

基于主题分类和组件技术的灌区生态环境动态评价

针对传统灌区生态环境评价存在的指标固定和适应性较弱等不足,将信息化技术应用到评价中,提出基于主题服务的灌区生态环境动态评价模式。针对灌区生态环境问题确定评价主题,建立基于主题服务的灌区生态环境动态评价流程,构建评价指标库,对评价方法进行组件化。根据评价主题从灌区生态环境评价指标库中筛选合适的评价指标,通过对指标的优选建立针对特定评价主题的评价指标体系。基于综合集成平台绘制评价主题知识图,搭建灌区生态环境动态评价系统。根据灌区生态环境评价主题的特征和建立的评价指标体系,确定评价方法。从评价方法组件库中调用相应组件对不同主题下评价指标进行计算,实现对灌区生态环境的动态主题评价。以陕西省泾惠渠灌区为例开展实证研究,首先,根据灌区调研情况和管理部门的关注点,结合专家意见,确定4类评价主题,包括:生态环境影响要素主题、资源利用水平主题、工程保障能力主题和可持续性主题。基于综合集成平台开展动态评价,结果发现:2009年和2014年灌区生态环境介于等级"良"和"一般"之间,且2014年相对于2009年灌区生态环境状况有所下降;1997年至2014年灌区资源利用水平逐年提高,各评价指标逐年向良性发展;2014年灌区工程保障能力为"一般",且偏向"良好";2014年灌区可持续性评价结果等级为"良"。结果表明:基于主题服务模式能快速、多角度实现对灌区生态环境的动态评价,结果更为可信,相比传统评价方法更有优势。引入信息化手段,在综合集成平台上实现基于主题服务的灌区生态环境动态评价,研究结果对促进灌区生态环境健康发展和灌区生态文明建设具有重要意义。     

中国北方风蚀水蚀侵蚀动力时空分布特征

以中国北方15省为研究对象,收集了研究区内长时间序列气象数据349站,计算了降雨侵蚀力和风蚀气候因子指数,采用半方差函数和基尼系数等指标,系统分析了风蚀动力和水蚀动力的时空分布格局。结果表明:(1)中国北方降雨侵蚀力平均值为1 652.90MJ·mm/(hm~2·h·a),风蚀气候因子指数平均值为70.12,降雨侵蚀力在空间分布上呈中等程度变异,而风蚀气候因子指数为强变异。(2)降雨侵蚀力具有强烈的空间相关性,而风蚀气候因子指数具有中等的空间相关性。风蚀气候因子指数总体表现北方高南方低,中部高,东西较低,而降雨侵蚀力的空间分布从东南向西北呈递减趋势。(3)风蚀气候因子指数和降雨侵蚀力具有明显的非同步性,风蚀气候因子指数的年内分布较为均匀,而降雨侵蚀力的年内分布极不均匀。研究结果可为我国北方风蚀水蚀综合治理提供一定参考。     

汉江小流域土壤氮素空间分布特征及影响因素

氮素是土壤中不可或缺的营养元素之一,对植物生长具有至关重要的作用。利用网格采样法(30m×30m)和典型样地取样法在汉江余姐河小流域进行土样采集,每个样点分为3层A1(0—20cm),A2(20—40cm),A3(40—60cm),分别测定其土壤全氮、土壤铵态氮和土壤硝态氮含量。研究了土壤氮素的空间异质性、氮素的组成比例以及不同土地利用类型下土壤全氮、铵态氮和硝态氮与环境因子间的相关关系,并且分析了不同形态氮素间的相互关系。结果表明:土壤氮素的空间变异性为土壤硝态氮土壤铵态氮土壤全氮;土壤全氮与硝态氮在A1土层为强空间相关性,在A2,A3层为中等程度的空间相关性,土壤铵态氮在各土层均表现为中等空间相关性;农地、林地、草地对全氮储量的贡献依次增大;相较于林地草地,农地对铵态氮储量的贡献最大;而草地对硝态氮储量的贡献在三种土地利用中最大;不同土地利用类型中,农地的氮素空间分布主要与土壤粒径具有相关性,而与地形因子(坡度、坡向等)相关性较小;林地的氮素空间分布主要与地形因子相关性较高,草地介于两者之间;在流域内增加草地林地面积,在流域出口处布设林草地等措施可以减少流域土壤氮素的流失。     

模拟降雨条件下草被覆盖对坡地水土养分流失的调控机制研究

[目的]研究黄土坡面草被覆盖对拦蓄水沙及调控养分的作用,为黄土坡面治理提供科学依据。[方法]通过模拟降雨试验,收集降雨过程中坡面的径流泥沙样品,采用数据对比与统计分析相结合的方法,分析在不同草被覆盖条件下坡面径流泥沙以及养分磷流失过程,探讨草被覆盖率和草被格局对坡面泥沙及养分流失的调控作用。[结果]随着降雨历时的增加,径流呈平稳增长过程,泥沙、径流总磷、泥沙速效磷均呈波动变化过程;25%,50%,75%覆盖率坡面径流总磷和泥沙速效磷分别为裸坡流失量的66%,85%,80%和62%,47%,21%;草被格局对水沙养分调控作用的差异性表现为:泥沙径流泥沙速效磷径流总磷。[结论]草被对径流总磷的调控作用不强,对泥沙速效磷的调控作用显著;草被格局对径流和径流总磷的调控作用有限,对泥沙与泥沙速效磷的调控作用显著。     

纳米碳对不同植被覆盖下黄土坡地降雨侵蚀的抑制效果

纳米碳对黄土高原地区土壤水分运动具有显著影响。该文基于野外人工模拟降雨试验,研究了不同植被覆盖(空地、柠条、苜蓿、黄豆和玉米)条件下,在黄土坡面上中下位置条施不同质量分数纳米碳(0、0.1%、0.5%、0.7%和1.0%)对坡地产流产沙过程的影响。该文试验设计1.0 m×1.0 m降雨小区,前期在小区坡面种植植被以及埋入不同质量分数纳米碳,其中未做植被覆盖处理和未施加纳米碳的小区作为对照,共25个试验小区。采用针孔式人工模拟降雨器进行模拟降雨,雨强为60 mm/h,降雨历时40 min。降雨过程中定时收集径流及泥沙,用以研究在不同植被覆盖条件下纳米碳对黄土区坡地径流与泥沙的调控机理影响。研究结果显示,在土壤中施入纳米碳,对坡面初始产流时间的影响显著。随着施入纳米碳质量分数的增加,不同植被覆盖的初始产流时间总体随之增加,在4种植被覆盖中,苜蓿延缓产流时间效果最明显,较之空白对照最大增加了287.1%。纳米碳的施入,使各植被覆盖中坡面径流量明显降低,施入不同质量分数纳米碳,各植被覆盖中减流效果最显著的仍为苜蓿,径流量较之对照减少了66.47%,而空地、柠条、黄豆、玉米这4种处理减流幅度均在31.5%~33.6%之间。同时,纳米碳对于坡面径流减沙效果亦非常显著。施入纳米碳后,各植被减沙效果排序依次是:苜蓿柠条玉米黄豆。通过纳米碳对产流产沙量的影响进行相关性分析,得出纳米碳对试验结果具有显著的影响;在水土流失调控效果评价值影响分析中,纳米碳对水土流失调控效果较合适的质量分数为0.5%。综上,在黄土区土壤中施加纳米碳并提高施入纳米碳的比例,对于该地区水土流失的治理具有积极作用。     

沙棘柔性坝对砒砂岩沟道泥沙粒径分布及有机质影响

为了进一步研究沙棘"柔性坝"对砒砂岩沟道泥沙的影响,基于内蒙古砒砂岩地区沙棘"柔性坝"野外试验,根据单座沙棘"柔性坝"一次降雨淤积后的试验数据,运用对比分析的方法,研究了沙棘"柔性坝"对砒砂岩沟道泥沙粒径分布及有机质的影响及其拦沙效果。结果表明:单座沙棘"柔性坝"能够提高砒砂岩沟道泥沙有机质含量,具有淤粗排细的分选功能和良好的拦沙效果。泥沙有机质从沙棘"柔性坝"上游到下游逐渐增加,沿泥沙剖面表现出先增后减的趋势;泥沙粒径从沟道上游到下游先增大后减小,沿一次降雨淤积的泥沙剖面也表现出先增后减的趋势;暴雨后沙棘"柔性坝"单位面积淤积泥沙的平均厚度为0.369m,与对比沟相比,淤积的泥沙厚度明显较高。     

地下滴灌影响要素及其敏感性分析

地下滴灌是一项具有广阔应用前景的高效节水灌溉技术之一。为分析不同影响因素对地下滴灌滴头流量的影响机制,以PLASSIM滴头、和平滴头2种滴头为研究对象,利用有机玻璃桶(直径40cm,高40cm)内埋设滴头(表层20cm下)系统分析了滴头工作压力(60,100,150,200,250,300,370kPa)、土壤初始含水量(12%,18%)及土壤容重(1.25,1.40g/cm~3)对地下滴灌滴头流量的影响及其敏感性。结果表明:工作压力是地下滴灌滴头流量的主要影响因素,且随工作压力增大,滴头流量增大;土壤初始含水率和容重对供试的滴头流量均起制约作用,其中对轻砂土的制约作用更为明显;土壤质地对各影响因素的敏感性存在差异,其中轻砂土最敏感,粉壤土居中,轻粘土最弱。PLASSIM滴头、和平滴头的敏感性指标均随工作压力、土壤初始含水率、容重的增加而降低。通过系统分析多种土壤物理特性对地下滴灌滴头流量的影响及其敏感性分析,将为设计经济、高效而又节水的地下滴灌系统,制定合理的地下滴灌制度提供理论依据。     

坡面地表填洼量估算方法研究

地表填洼量是水文过程分析的重要内容之一,与地表糙度密切相关。为了获得地表填洼量的估算方法,通过概化不同形式的微地形形状,推求出了相应的地表填洼量的理论计算公式,并且通过试验资料对理论公式进行检验,获得了理论填洼量与实际填洼量相应的修正系数。结果表明:理论填洼量和实测填洼量均随着坡度的增加而减小;单位坡长的填洼量随着坡长变化并没有明显变化;填洼量随着上方来水流量的增加而呈现出逐渐增加的趋势,满足相应的线性增长关系。同时分析了填洼量与糙度间关系,结果显示填洼量随着地表糙度增大而增大,二者表现为乘幂关系。