气候变化下乌伦古河流域农业面源污染负荷响应

以新疆乌伦古河流域为研究区,基于SWAT模型构建适用于该流域的面源污染分布式水文模型,采用情景设置法设定9种气候变化情景。分析不同气候变化情景对流域径流及面源污染负荷的影响,识别重点影响区域,为流域面源污染防控提供科学依据。结果表明：（1）径流、总氮和总磷在率定期和验证期的决定系数R²均在0.75以上,纳什系数E_ns均在0.55以上,建立的SWAT模型能够用于乌伦古河流域农业面源污染负荷模拟;（2）增加20%的降水量,径流量增加48.01%、总氮负荷增加23.19%、总磷负荷增加29.65%,气温变化对径流量的影响小于降水量变化对径流量的影响;（3）各子流域年均单位面积总氮负荷为0.01～164.79 kg·hm^-2·a^-1,单位面积总磷负荷为0.01～45.10 kg·hm^-2·a^-1,气候变化对面源污染影响较大区域主要分布在福海县的阿尔达乡、富蕴县的吐尔洪乡、库尔特乡、恰库尔图镇,及青河县的阿热勒乡、阿热勒托别镇、塔克什肯镇等。说明降水增多是乌伦古河流...     

分散型流域农业非点源污染模型研究

本文以探讨农业非点源污染形成的主要机制和预测流域农业非点源污染为目标 ,从研究方法和实践应用两方面进行了深入的研究。以辽西地区典型农业小流域非点源污染形成的特点为基础 ,将机理与建模理论相结合 ,通过建立一个包含流域水文模型、产污模型、汇污模型等子模型的模型系统 ,进行农业非点源污染的预测。建模中针对流域内非点源污染现象的空间差异 ,采用分散参数结构的建模思想 ,运用一种以等级为基础 ,兼顾尺度效应的流域空间单元划分方法 ,同时还探讨了 GIS与模型相结合的途径 ,包括利用 GIS进行空间分析 ,建立和管理模型所需的数据库等。应用结果显示了该模型系统具有良好的适用性和灵活性。     

基于GRID的流域动态水平衡模型研究

水量平衡研究是水资源评价、规划与管理的基础。以往的水平衡模型大多是基于流域、子流域,为了以网格为单元动态模拟水平衡过程,在本文中利用GIS工具建立了基于GRID的泾河流域动态水量平衡模型,该模型空间尺度为1km×1km网格,时间尺度为月。模型的率定是利用泾河流域马莲河把口水文站的1995至1997年逐月实测径流数据,由此获取了模型的主要参数。模型率定结果表明模拟径流曲线与实测径流曲线的变化趋势基本吻合,模拟值和监测值的中值绝对误差为6.72m3/s,相关系数为0.932。最后,将所建模型用于泾河流域逐月逐网格的降水、蒸发、土壤蓄水与地下蓄水,以及形成的径流总量的动态模拟。模拟结果表明泾河流域的径流量主要集中在流域南部与中部,流域北部径流相对较低,这与流域降水分布关系密切。泾河流域的土壤蓄水与地下蓄水量的分布类似,且与径流有一定相关性。该模型模拟精度较高,基本可以满足水资源评价、规划与管理的要求。     

渭河流域生态功能区划

本文以渭河流域为研究对象,根据流域生态环境现状,建立合理的指标体系,结合GIS与RS技术对研究区进行区划,并针对各功能区的主导生态功能或主要生态问题制定相应生态环境保护与建设重点。结果表明：渭河流域可被划分为7个生态功能区：① 防旱抗旱区;② 农业种植区;③ 牧业发展区;④ 水源涵养区;⑤ 防风固沙区;⑥ 植被保护区;⑦ 土壤侵蚀控制区。本研究为区域有效开发利用资源,合理制定生态环境保护措施提供科学依据。     

渭河流域生态功能区划

以渭河流域为研究对象,根据流域生态环境现状,建立合理的指标体系,结合GIS与RS技术对研究区进行区划,并针对各功能区的主导生态功能或主要生态问题制定相应生态环境保护与建设重点。结果表明:渭河流域可被划分为7个生态功能区:①防旱抗旱区;②农业种植区;③牧业发展区;④水源涵养区;⑤防风固沙区;⑥植被保护区;⑦土壤侵蚀控制区。本研究为区域有效开发利用资源,合理制定生态环境保护措施提供科学依据。     

GIS在分布式水文模型中的应用——以北京雁栖河流域为例

在GIS支持下,由北京雁栖河流域数字高程模型DEM自动生成子流域单元,每个子流域单元的降雨径流过程利用一个水箱模型来模拟,该水箱模型用一个两参数的非线性分布函数来模拟上土壤层的蓄水容量空间分布特征,计算每个子流域单元TOPMODEL模型地形指数ln(a/tanβ)的空间累积分布曲线,并对其作无量纲化处理,通过地形指数ln(a/tanβ)的空间累积分布曲线的无量纲化曲线的最佳曲线拟合确定每个子流域单元土壤蓄水容量空间变异性参数,这使得模型中的土壤蓄水容量空间变异性参数成为一个有确定物理意义的参数,也使得所建立的模型更加具有物理基础。结果表明:无论从模型的率定期还是从模型的验证期来看,模型计算的径流与实测的日径流过程线都呈现出很好的一致性和吻合性,这说明本文建立的模型对雁栖河流域的日径流量的分布式模拟是有效的。     

气候变化对渭河流域自然植被净初级生产力的影响研究(Ⅰ)——地表干湿状况时空演变特征分析

采用1959～2010年23个气象站的逐日气象资料,利用FAO Penman-Monteith公式计算出渭河流域各气象站的潜在蒸散量,由此计算出各站的湿润指数。采用样条曲线插值法(Spline)、气候倾向率、标准化指数、相关分析等方法对流域湿润指数的时空变化特征以及影响其变化的气象要素进行了分析。结果表明:近52a渭河流域地表湿润指数整体下降,由南向北干旱程度逐渐增加。北部黄土高原丘陵沟壑区最干,南部秦岭山地和关中地区最湿。湿润指数年际间波动较大,与潜在蒸散量的变化趋势呈反相位关系,泾河和北洛河流域干湿分布规律与渭河流域整体类似。干旱化速率较大的为华山和宝鸡,关中部分地区微弱变湿。流域整体在春季和秋季变干,夏季除关中和陇东部分地区外也逐渐变干,冬季呈变湿趋势。影响湿润指数的因素主要为降水(正相关)和温度(负相关),风速的增加也会加剧干旱化的趋势。     

基于SWMM模型的西安市清河流域暴雨洪峰流量模拟

为探讨暴雨洪水管理模型（storm water management model,SWMM）在暴雨条件下对山区流域洪峰流量模拟的适用性,以西安市清河流域为例,在SWMM模型中分别构建了传统的集总模式和以DEM、流域水系为子流域划分依据的半分布模式。通过2016年几次典型降雨洪峰流量验证两种模式的可靠性,结果表明：集总模式与实测拟合程度较好,相对误差为6%,确定性系数为0.871。为了进一步检验集总模式的适用性,从径流过程角度去模拟,结果也令人满意,两场降雨的相对误差均为11%,两场降雨的确定性系数和纳什系数均高于0.8,表明有较好的模拟效果。由此说明,基于SWMM模型构建的集总水文模式适合于清河流域的径流模拟。最后,模拟了不同重现期下流域的径流过程。流量峰值出现在降雨开始后约1.5 h,10年一遇以下重现期径流变化相对稳定。该模型对当地水利部门评估极端降雨事件等方面具有一定的应用价值。     

流域拓扑结构分析与计算机实现

运用图论中节点连接表法描述各水源之间的逻辑联系关系,探索了分析流域拓扑结构的基本思想;以深度优先遍历的递归理论为基础,采用可视化编程技术,用计算机模拟了与研究对象(某水库或某流域)有水力联系的水源工程逻辑结构图,并以渭河流域西部水源工程为研究对象进行了实现。结果表明,建立流域概化图是研究问题的基础,邻接表逻辑结构定义影响计算机搜索的速度,采用合理的程序组件有利于计算机实现。该方法为流域水资源优化调度系统的智能化研究奠定了基础,为实现渭河流域水资源的优化调度解决了关键技术问题。     

基于GIS和Markov模型的土地利用时空变化研究

研究模拟土地利用的时空动态变化,可提高土地集约化程度,对实施土地持续利用具有一定的借鉴意义。选取黄土高原罗屿沟流域2002年、2006年和2010年三期遥感数据,在RS/GIS技术支持下,结合软件ERDAS8.6进行图像预处理,通过监督分类获取罗屿沟土地利用现状图。在分析土地利用现状的基础上,采用Arcview3.2空间分析模块求得土地利用转移矩阵,应用Markov模型对罗屿沟流域未来土地时空变化过程进行模拟分析和定量预测。结果表明:近10年来,罗屿沟流域土地利用变化速度较快,总的变化率达到2.016%,变化总面积2847.29hm2。其中林地和坡耕地都有不同幅度的增加,林地总面积增加了7.24%,年平均增长高达0.8%,而坡耕地面积增加了4.78%,年平均增长0.53%,河床地、草地和未利用地面积逐年减少,其中河床地和未利用地分别减少了46.23%和38.22%;未来土地利用类型仍然是以林地和坡耕地为主,二者总面积达到89.48%时会处于稳定状态。     

Application of the InVEST model for assessing water yield and its response to precipitation and land use in the Weihe River Basin,China

With realizing the importance of ecosystem services to society, the efforts to evaluate the ecosystem services have increased. As the largest tributary of the Yellow River, the Weihe River has been endowed with many ecological service functions. Among which, water yield can be a measure of local availability of water and an index for evaluating the conservation function of the region. This study aimed to explore the temporal and spatial variation of water yield and its influencing factors in the Weihe River Basin (WRB), and provide basis for formulating reasonable water resources utilization schemes. Based on the InVEST (integrated valuation of ecosystem services and tradeoffs) model, this study simulated the water yield in the WRB from 1985 to 2019, and discussed the impacts of climatic factors and land use change on water yield by spatial autocorrelation analysis and scenario analysis methods. The results showed that there was a slight increasing trend in water yield in the WRB over the study period with the increasing rate of 4.84 mm/10a and an average depth of 83.14 mm. The main water-producing areas were concentrated along the mainstream of the Weihe River and in the southern basin. Changes in water yield were comprehensively affected by climate and underlying surface factors. Precipitation was the main factor affecting water yield, which was consistent with water yield in time. And there existed significant spatial agglomeration between water yield and precipitation. Land use had little impact on the amount of water yield, but had an impact on its spatial distribution. Water yield was higher in areas with wide distribution of construction land and grassland. Water yield of different land use types were different. Unused land showed the largest water yield capacity, whereas grassland and farmland contributed most to the total water yield. The increasing water yield in the basin indicates an enhanced water supply service function of the ecosystem. These results are of great significance to the water resources management of the WRB.     

1400-1899年渭河上游地区洪涝灾害与城市变迁初探

通过对历史文献资料的搜集、考证、整理和分析,对1400-1899年间渭河上游地区洪涝灾害的频率和时空分布特征进行了分析研究,发现在这500年内渭河上游地区洪涝灾害的发生频率总体上呈升高趋势,且沿着渭河流向由西向东各地洪涝灾害的发生次数逐渐增加。为了探求渭河上游地区城市的兴衰变迁与洪涝灾害的关系,文中将该地区的城市修筑和洪涝灾害在时间上的频次变化趋势进行了比较,并就每个城市的修筑次数与洪涝灾害的发生次数进行了分别比较。结果表明:在这500年内城市修筑的频次变化与洪涝灾害发生的频次变化大体一致,洪涝灾害发生频次高的时段对应的城市修筑频次相应较高,只是在时间上略微后移,这正好说明了洪涝灾害的发生与城市的修筑之间存在一个时间差;渭河上游地区各城市的洪涝灾害次数与修筑次数成正相关关系,即洪涝灾害次数多的城市,其修筑次数相对较多。由此可见,洪涝灾害是渭河上游地区城市兴衰变迁的最主要原因之一。因此,试图分析了历史时期渭河上游地区城市的防洪对策,主要有加固城池、筑堤植柳,甚至迁建城垣。     

渭河流域干旱指标空间分布研究

基于月降水数据,运用干旱指标研究渭河流域的干旱特征。以西安站为例,详细对比了Z指数与SPI计算结果的一致性和差异;分别采用1、3、6、9、12个月和24个月时间尺度SPI分析了该站历史旱涝状况及持续时间,并探讨了其季节旱涝特征。计算了渭河流域1995年11月不同时间尺度的SPI值,并绘制了相应的空间分布图。结果表明：多时间尺度SPI[WTBZ]能够反映出降水的分散情况,并给出降水量区间与干旱指标的对应关系,是进行旱涝监测和预报的一种有效手段;发生于1995年的渭河全流域干旱具有季节性和多年特征,干旱程度总体上由东南部向西北部递减。     

基于作物缺水指数法的渭河流域干旱特征

选取作物缺水指数（CSWI）对渭河流域进行干旱监测,并利用监测数据对模拟结果进行验证,在此基础上分析渭河流域干旱状况。结果表明:① 模拟值和实测值的相关系数达到0.80,在一定程度上验证了模型的有效性。② 渭河流域2006、2007年和2009年均属于轻度干旱,2008年属于中度干旱;3-7月作物缺水指数逐渐减小;8-12月逐渐增大,1-3月又逐渐减小。③ 对于不同植被类型,林地的作物缺水指数最高,草地和农田的作物缺水指数相当,属于轻度干旱。      

渭河流域多尺度干旱时空特征分析

基于渭河流域23个气象站1959—2014年的实测资料,对比分析了标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸散指数(SPEI)在渭河流域的适用性,得出SPEI的稳定性更佳。继而采用标准化降水蒸散指数(SPEI)研究该流域干旱发生频率与干旱强度,分析了近55年渭河流域不同时间尺度干旱的时空变化特征。结果表明:尺度越大,SPEI波动的幅度越小。渭河流域SPEI在1991年发生突变,1991年后干旱加剧,干旱的发生存在14 a和7 a左右周期变化。年尺度干旱的发生频率呈东高西低的分布,中度以上干旱频率最高的地区为西吉、武功和天水周边,频率分别为14.28%、14.28%、12.5%;季尺度上整体的秋旱相比其它季节的干旱发生频率高,中度以上春、秋、冬三季干旱发生的频率天水盆地均最高,频率分别为21.4%、19.6%和8.9%,中度以上夏季干旱发生频率最高的是平凉,其频率为16.1%;月尺度上干旱强度的分布总体上是由东向西减小,其中干旱强度最大的是南部佛坪地区,干旱强度为30%,天水和海源地区近55年发生连续干旱过程的次数最多,可达22 a,该过程中连续干旱的月数大多为3~4个月,而吴旗站存在一次长达9个月的持续干旱过程。     

渭河下游水量变化的防洪响应

在对渭河下游的来水来沙量进行分析的基础上,结合水槽试验结果和实测资料,从机理上探讨渭河下游呈现出洪水历时延长、滩地高程不降、水位处于逐渐升高的态势、边界条件劣势发展的不利防洪响应,认为其主要原因是产生贴边淤积的环境良好.据此,针对该环境所引起的防洪形势严峻问题,提出了治理对策.     

Drought monitoring and reliability evaluation of the latest TMPA precipitation data in the Weihe River Basin,Northwest China

The high resolution satellite precipitation products bear great potential for large-scale drought monitoring, especially for those regions with sparsely or even without gauge coverage. This study focuses on utilizing the latest Version-7 TRMM Multi-satellite Precipitation Analysis(TMPA 3B42V7) data for drought condition monitoring in the Weihe River Basin(0.135×106 km2). The accuracy of the monthly TMPA 3B42V7 satellite precipitation data was firstly evaluated against the ground rain gauge observations. The statistical characteristics between a short period data series(1998–2013) and a long period data series(1961–2013) were then compared. The TMPA 3B42V7-based SPI(Standardized Precipitation Index) sequences were finally validated and analyzed at various temporal scales for assessing the drought conditions. The results indicate that the monthly TMPA 3B42V7 precipitation is in a high agreement with the rain gauge observations and can accurately capture the temporal and spatial characteristics of rainfall within the Weihe River Basin. The short period data can present the characteristics of long period record, and it is thus acceptable to use the short period data series to estimate the cumulative probability function in the SPI calculation. The TMPA 3B42V7-based SPI matches well with that based on the rain gauge observations at multiple time scales(i.e., 1-, 3-, 6-, 9-, and 12-month) and can give an acceptable temporal distribution of drought conditions. It suggests that the TMPA 3B42V7 precipitation data can be used for monitoring the occurrence of drought in the Weihe River Basin.     

渭河陕西"二华"段浅层地下水水化学特征

渭河流经陕西华阴、华县(二华)段,通过对"二华"地区浅层地下水取样分析,系统研究其地下水化学成分的空间变化及演变规律.结果表明:"二华"地区浅层地下水主要接受秦岭山前地下水的补给,靠近渭河沿岸地区,接受渭河的侧向补给.地下水的补给、径流、排泄区水化学类型主要从HCO3·S04-Ca·Mg经S04·HC03-Na·Ca过...     

清代关中渭河流域洪涝灾害研究

通过对历史文献资料的搜集、整理、分析,对清代关中渭河流域洪涝灾害的时间、空间特征、灾害的等级序列和灾害成因进行了研究.结果表明:清代渭河流域关中段洪涝灾害共发生130次,平均每2.06年发生1次.清代中后期,洪涝灾害发生频率显著增加.该流域洪涝灾害的发生主要集中在渭河中下游的大荔、华县、华阴、渭南、潼关5县市.根据涝灾的等级序列可以得出,清代该流域2级涝灾发生次数最多,其次为1级偏涝灾,3级大涝和4级特大洪涝灾害发生次数较少.清代该流域洪涝灾害多发的主要原因是由气候波动和流域自身的地形、降水特征等因素决定的,人为因素加剧了灾害的发生频率和强度.     

渭河流域近50年降水特征变化及其对水资源的影响

以黄河第一大支流渭河流域为研究对象,基于长期水文观测资料,就不同时间尺度(包括月、年、10年)降水特征及其变化规律进行了分析,结合水资源变化的分析结果,对流域水资源变化的动因进行探讨,指出降水减少是渭河流域水资源减少的最直接、最主要的原因,此外,人类活动影响也起到一定的作用。