新安江模型和人工神经网络的耦合应用

提出了一种集成人工神经网络的概念性水文模型,该模型是一种半分布式概念性水文模型,考虑了降雨的空间变异性,流域特征的不均匀性等因素对径流过程的影响。采用遗传算法进行概念性模型参数优选,同时考虑雨量站的空间分布,利用GIS和DEM数据进行流域单元划分;对于每个子流域,考虑模型输入参数和降雨资料的空间分布特性,进行产流计算;在径流演算过程中,利用人工神经网络的非线性映射方法代替传统概念模型中线性叠加方法计算整个流域的出口流量过程。以半湿润的淮河上游支流的大坡岭流域为例,对模型的可行性进行验证,并与单一的新安江模型的结果进行了比较。验证结果表明,集成人工神经网络技术和新安江模型的耦合模型有较好的模拟和预报结果。     

水文网络模型在分布式流域水文模拟中的应用

科学准确地利用水文对象之间的拓扑关系是描述水流空间分布的主要因素。选取合适的计算方法建立各要素之间的拓扑关系是进行水文网络模拟的关键。通过对流域内空间地理特征要素和流域水文网络拓扑关系进行分析,并对水文网络模型在分布式流域水文模拟中的应用进行了概述,然后以大凌河流域为例,利用水文网络模型对研究流域内的河网水系空间分布进行研究探讨。结果表明:研究流域内水流空间和时间分布可利用水文网络模型进行模拟分析,其结果与实际情况大致相符,可靠度和精确性良好。     

分布式水文模型在陕西省冬小麦产量模拟中的应用

利用分布式水文模型和作物模型模拟了不同深度的土壤含水量,以及在连接分布式水文模型和不连接分布式水文模型两种方式下,利用作物模型分别对冬小麦叶面积指数、干物重增量和产量进行了模拟,最后采用连接分布式水文模型的作物模型模拟了全流域内冬小麦产量的空间分布。模拟结果经对比检验表明,分布式水文模型在土壤水分模拟方面准确性高于作物模型;连接分布式水文模型的作物模型对冬小麦生长过程和产量的模拟结果准确性均高于作物模型独立模拟的结果;连接分布式水文模型的作物模型在流域内对冬小麦产量的空间分布模拟结果也与农业试验站观测产量和社会统计产量基本一致,高产区、低产区分布与实际基本相吻合。这为分布式水文模型和作物模型耦合应用,以及通过引进分布式水文模型来推动作物模型和产量预报研究进一步发展提供了基本的试验支持。     

分布式水文模型亚流域合理划分水平刍议

不同的亚流域划分对流域径流和泥沙负荷模拟的影响源于地形、土壤、土地利用以及气候特征输入的空间分布不均匀性。假设当亚流域划分充分考虑流域输入数据空间分布不均匀性时,流域模拟的输出结果趋于稳定,并应用分布式水文模型——SWAT作为研究工具,在GIS技术支持下,选择两个面积不同的流域采用不同的亚流域划分数量进行流域径流和泥沙负荷模拟。模拟结果表明,当亚流域划分数量达到一定水平时,增加亚流域划分对模型输出结果的影响较小,这在一定程度上证实了上述假设。在此基础上,以简化模型输入数据和输出结果分析处理工作且保证模拟精度为原则,对分布式水文模型亚流域划分的合理划分水平进行了探讨。     

基于SWAT模型的罗玉沟流域森林植被变化的水文生态响应研究

以甘肃天水罗玉沟流域为研究区,应用分布式水文模型（SWAT）对该流域的径流、泥沙和水质状况进行模拟研究,并重点探讨了降雨和森林植被变化对水文生态响应的影响。结果表明:降雨因子对径流的影响略大于对泥沙的影响;森林植被具有明显的减水减沙生态水文功能,尤其对泥沙的影响更大于对径流的影响。     

不同地形复杂度下的水文尺度效应研究

分布式水文模型都建立在基于DEM的地形分析基础上,因而DEM分辨率对径流模拟的影响十分显著。以资水流域的新宁站集水区为研究对象,计算了该区域地形复杂度指数空间分布,分析了降雨和地形空间变化的相互作用对不同DEM分辨率下水文模拟的影响。结果表明,DEM分辨率对流量过程的影响取决于暴雨中心所在地区的地形复杂程度。当暴雨中心所在的区域地形变化剧烈,复杂程度较高时,此时DEM空间分辨率对径流模拟的影响十分明显,不同DEM分辨率下的洪水过程模拟精度差异显著;若暴雨中心所在的区域地形变化一致或比较平坦时,此时径流模拟精度对DEM分辨率的变化不敏感。以上结论对于进一步解决水文过程中的尺度问题提供了理论分析基础。     

水土保持林空间配置对场降雨径流影响的模拟

为实现北方石质山林被功能的恢复以及水土保持综合效益的提高,进行科学合理的水土保持林空间配置是其关键性技术措施和方法。首先对HEC-HMS分布式水文模型进行了率定,探讨了模型对北方石质山区的适用性和可靠度,然后对水土保持林空间配置和林草覆盖率对场降雨径流影响进行模拟分析。结果表明:HEC-HMS水文模型在北方石质山区小流域的模拟分析中具有良好的精确度和可适用性,水土保持林空间配置和林草覆盖率是影响场降雨径流系数和洪峰流量变化的主要因素,该流域对高强暴雨的调控能力随林被覆盖率的提高而增强;场降雨径流量和洪峰流量随水土保持林空间配置的地理位置的不同而不同,当水土保持林空间配置位于研究流域的中游和上游时所表现出的水文调节作用更加明显,且降雨径流量和洪峰流量相对较低。     

基于栅格的分布式SCS产流模型研究

利用基于栅格分布的土地利用类型和土壤类型,构建了一个基于栅格的分布式SCS产流模型,该改进模型能够较好地考虑流域下垫面的空间分布及降雨空间分布的不均匀性,并将其应用到实际的流域中.模拟结果表明,改进后的基于栅格的SCS模型比原始的SCS模型的模拟精度明显提高.在共44场降雨中,产流模拟精度达到85%以上的场次由原来的12场提高到26场.并且通过该改进模型可以得出次降雨的空间分布式的产流分布图,可为流域的水管理提供更为准确的产流信息.     

空间数据对分布式水文模型SWAT流域水文模拟精度的影响

分布式水文模型的模拟精度受空间参数精度的影响.提升空间参数精度能较为精准描述流域空间特征,也会使空间数据量冗增,甚至影响模型运行效率.以分布式水文模型SWAT为例,分析DEM、子流域划分、土地利用、土壤、降水站点等空间数据精度对模型模拟精度的影响.结果表明:1)对不同对象(流量、泥沙、营养元素等)进行模拟时,大多数空间数据分辨率阈值不同,分辨率超出阈值可能降低模型模拟的精度;2)DEM分辨率降低,泥沙和总磷(TP)模拟结果的相对误差明显增加,而流量和硝态氮(NO3-N)模拟结果变化极小;3)DEM分辨率达到一定精度后,进一步提高并不会使地表径流模拟精度得到改善,低分辨率DEM获得的坡度较小,这会降低模型对流量的模拟,模拟的洪峰径流产生滞后现象;4)子流域划分对流域产流模拟影响较小,而对产沙模拟影响较大.子流域和水文响应单元的划分数量对流域上游产沙量影响较大,而对流域出口处泥沙荷载影响较小;5)土地利用和土壤图精度主要通过影响模型中HRU生成的数量而影响模拟结果;6)地表径流模拟上,能够体现对地表径流贡献较大的局地降水事件的分布式的降水数据要比利用气象站点获得的降水数据模拟结果的精度要高.研究结果可以为今后模型开发、利用、改进提供参考,提高模型模拟的精度.     

流域洪水模拟的分布式时变汇流方法及应用

在考虑流域降雨时空变化和流域地形对流域产、汇流影响的基础上,提出了一种流域洪水模拟的新方法——分布式时变汇流方法。该方法在分布式产、汇流模拟过程中,增加了时变因子,克服了传统方法中忽略降雨在时间上变化的影响。此外,该方法还充分利用了GIS和遥感技术,使得模型中的大多数参数均可从DEM、土壤类型图或遥感影像中获取,只需要率定少数敏感参数。尽管模型结构简单,却能反映降雨径流过程的物理机制。因此,它可用于无资料地区的水文预报,便于应用与推广。将该方法用于浙江省皎口水库流域的洪水模拟,结果显示该模型效率高,模拟的流量曲线与实测曲线吻合较好,并且模拟结果不受降雨强度大小的限制。对双峰型或多峰型洪水,该方法不仅能很好地模拟出各峰的形状,而且主次洪峰分明。     

Cs对菠菜叶片光合作用影响的研究

为了揭示Cs对植物光合作用的影响机理,本文采用不同浓度的CsCl(0、1、5、10、20 mmol·L-1)和石英砂培处理菠菜幼苗15 d,分析测定了Cs在菠菜中的积累分布以及Cs对菠菜叶片叶绿素含量、光合气体交换参数、叶绿素荧光参数、类囊体膜电子传递速率、类囊体膜吸收光谱和77k低温荧光光谱的影响.结果表明:Cs处理显著降低菠菜叶片的叶绿素含量;随着Cs处理浓度的增加,尤其在处理浓度大于10 mmol·L-1时,叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)以及蒸腾速率(Tr)显著下降;叶片叶绿素荧光参数分析表明,Cs处理浓度大于10 mmol· L-1时,光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心遭到破坏;类囊体膜电子传递活性分析表明高浓度Cs处理抑制PSⅡ放氧侧的电子传递活性;类囊体膜室温吸收光谱和77K低温荧光光谱分析表明高浓度Cs会破坏类囊体膜的结构,导致叶绿素的结合状态受损,从而使类囊体膜光能的吸收、传递和分配受到抑制,并且会导致类囊体膜上PSⅡ和PSⅠ的色素蛋白发生不同程度的降解.本研究可为Cs污染的植物修复提供一定理论依据.     

农膜污染的防治对策

论述了我国残膜污染的原因、现状及残膜给环境和农业带来的危害 ,并针对目前存在的问题提出了治理对策。     

人工纳米材料对植物—微生物影响的研究进展

随着纳米科技的快速发展和纳米产品的广泛使用,人工纳米材料(ENMs)的环境生态效应研究逐渐成为国内外关注的热点。本文整合了ENMs的毒性机制,综述了ENMs对植物和微生物影响方面的研究进展。此外,鉴于植物与微生物之间存在的密切联系,进一步概述了植物和微生物对ENMs生态效应的反馈作用,揭示了植物和微生物的相互作用可影响ENMs对植物-微生物体系的生态效应。因此,将植物-微生物以及土壤作为一个整体是全面评价ENMs生态效应的关键,也是未来研究的发展方向。最后分析了目前研究中方法和技术等方面中存在的不足,提出了以后研究中应关注的重点。     

稀土铽对辣根的生态毒性

研究了稀土铽(Tb)对辣根生理毒性的影响。结果表明,Tb在低浓度范围内,可以诱导叶绿素的合成,高浓度时对其产生破坏作用;对于辣根过氧化物酶,酶活性先升后降;质膜透性、丙二醛含量则呈现先减后增的变化趋势。TbCl3浓度为3mg/kg时各指标达到最值;辣根中毒阈限为10mg/kg左右。通过分析,辣根过氧化物酶对Tb反应敏感,这表明过氧化物酶可能成为研究稀土毒理的生物监测手段。     

沙袋沙障对沙丘植被特征的影响

为了解铺设沙袋沙障沙丘植被生长情况及其与麦草沙障对植被影响的差异,采用样方调查法对乌兰布和沙漠实验地铺设沙袋沙障沙丘植物种数、植株密度、平均高度和平均盖度进行了连续3a的调查,并与铺设麦草沙障沙丘及未做任何处理的裸沙丘作对比,研究了不同规格、不同铺设位置和不同铺设时间的沙袋沙障和麦草沙障对植被生长的影响。结果表明,沙袋沙障和麦草沙障铺设时间越长,所在沙丘植被生长情况越好。随着沙障布设时间增大,2种沙障的植被种数、平均高度无显著变化,植被平均密度能够增加到35%以上,植被盖度也分别能够达到36.8%和33.0%。2种沙障对植被的促进作用排序依次是3m×3m方格沙障最大,2m×2m方格沙障次之,1m×1m方格沙障最小;沙障设置部位不同植被生长情况也存在差异,2种沙障植被最好的位置均是在背风坡底,其次是背风坡中和迎风坡,坡顶植被长势最差。通过方差分析认为,沙袋沙障和麦草沙障对植被生长的影响均无显著差异（p=0.14）,但是2种沙障与对照相比差异显著（p〈0.005）。     

围栏禁牧对退化草原土壤水分的影响研究

在2005年5月19日至2005年9月13日研究了呼伦贝尔典型草原区自由放牧和围栏禁牧对0~110 cm土壤水分的影响情况,结果表明围栏禁牧对草原土壤水分的影响表现为提高20~70 cm土层的水分含量,而放牧提高了0~10 cm表土水分含量。呼伦贝尔典型草原自然降雨和冰雪的融化对土壤水分的影响深度为0~90 cm,在该范围内的土壤水分明显受降雨的影响。90 cm以下土壤在年内变化幅度较小,含水量在3%~5%之间。     

地下水对农田腾发过程作用研究进展

在地下水浅埋区地下水参与和影响了SPAC系统的水分、生物、化学等过程。文中从研究方法、试验和模型3个方面论述了地下水对农田腾发过程作用研究的进展情况和发展趋势。分析认为,应把地下水层和SPAC作为一个整体系统,从野外试验入手,研究地下水浅埋条件下地下水参与SPAC系统水分过程、生物过程和化学过程的机理,为发展节水农业提供理论依据     

基于IHA-RVA法的生态治理对径流演变情势的影响评估

研究流域径流演变情势及其对生态治理的响应,可为流域水资源合理利用和水生态治理提供重要指导。该文依据北洛河上游1964—2014年逐日平均流量和年降水量资料,采用双累积曲线法、双滑动平均法(MASH)和Mann-Kendall趋势检验法对径流过程变化进行了分析研究,采用水文指标变化范围法(IHA-RVA)对5组30个径流指标及其改变度进行了评估,对径流演变成因做了初步分析。结果表明：研究期内年径流呈现减少趋势,且以1979年和2002年为界可划分为基准期、水土保持治理期和生态恢复影响期;汛期流量下降较非汛期明显,减少幅度为35.6%;生态治理影响下径流指标整体水文改变度为74.35%,属于高度改变;5组30个径流指标中发生高度改变的指标占比增加,其中年极端流量组变化度最大,为94.77%。人类活动使得流域河川径流显著减少且波动性减弱,而水土保持、退耕还林(草)措施是核心驱动力。     

水泥混凝土路面集雨产流特征研究

在我国雨水资源缺少地区,把雨水收集起来加以利用成为提高城市道路雨水利用效率的关键.作为雨水收集面的道路,其产流特性对于雨水收集利用起着重要作用.利用人工水泥混凝土处理集雨面进行了道路路面产流特性模拟试验研究.水泥混凝土路面在干燥情况下的临界产流降雨量为1.55 mm,只有降雨量达到或接近1.55 mm,集雨面才会产生径流,次径流系数随着次降雨量增大而增大,产流时间与降雨时间相比存在着明显滞后性,并且径流强度明显小于降雨强度.     

基于DEM的巴山地区地貌区划研究

地貌区划是对地貌形成过程和区域分异特征的综合反映,划分巴山地区的地貌区划,对探究巴山地区地貌格局以及地貌差异具有重要意义。利用ArcGIS 10.2软件,基于分辨率为30 m的ASTER GDEM V3数据,提取了巴山地区的坡度、坡向、平面曲率、剖面曲率、海拔高度、地势起伏度、地表切割深度、地表粗糙度和高程变异系数等地形因子,并通过相关系数矩阵确定最佳地形因子,在此基础上对巴山地区地貌类型和地貌区划进行划分。结果表明:(1)巴山地区地貌区划的最佳地形因子为海拔高度和地势起伏度;(2)巴山地区的地貌类型依据海拔高度划分为低海拔、中海拔,依据地势起伏度划分为平原、台地、丘陵、小起伏山地、中起伏山地;(3)巴山地区的地貌区划划分为2个地貌区、5个地貌亚区和18个地貌小区。区划结果符合巴山的地貌空间分布以及地貌格局差异,能有效地体现巴山地区的地貌特征,对巴山生态环境建设具有指导意义。