土地利用对地下水位下降的影响--以河北平原为例

本文利用简化的水量平衡模型,模拟了河北平原1985-1995年多年平均降水入渗系数和含水层给水度,在此基础上计算出各用水部门和各种农作物平均每年引起的地下水位下降幅度。结果表明:农业用水是引起河北平原地下水位下降的主要因素,其次是工业用水和生活用水。小麦引起的地下水位下降幅度最大,谷子最小。生产单位产值的小麦消耗地下水量最大,引起的地下水位下降幅度也最大,生产单位产值的蔬菜消耗地下水量最小,引起的地下水位下降幅度也最小。实现河北平原地下水资源可持续利用,调整种植业结构当务之急。     

石羊河中游径流损耗特征及其影响因素

以石羊河中游为研究区域,分析了1956-2009年的径流损耗特征,通过相对损耗率和Fisher最优分割法等确定了人类活动对径流损耗的显著影响拐点为1975年,明确了人类活动影响下的径流突变点,修正了当前研究的不足。根据人类活动对径流影响的方式及强度,将近50多年的径流损耗划分为4个阶段,定量与定性相结合分析了1956-2009年不同代际的自然因素和人文因素对径流损耗的影响量和贡献率。结果表明:人类活动对石羊河中游径流损耗的影响于20世纪70年代中期以后显著增加;2000年之前人文因素贡献率不断增加,自然因素贡献率相应减少,且自然因素影响量与出山径流显著相关。20世纪90年代以来,人类活动与自然过程导致的径流损耗贡献率持平,1995-1999年人类活动影响量达到6.33亿m³/a,上游来水量的 62.31%被人类直接消耗,此时径流损耗的人文因素贡献率达最大值71.52%;之后开始逐渐降低,表明近年来石羊河中游人水系统矛盾有趋于缓和的迹象。     

黄河入海径流变化及影响因素

黄河入海径流是黄河水循环的重要分量,涉及整个流域,它的变化是流域气候与人类活动的综合体现。以黄河入海口利津水文站1963～2009年实测径流量年均值为基础,采用随机水文学方法,对入海径流动态变化进行了分析;结合流域内7个径流来源区的78个气象站同时段月均降水和气温数据及流域内取水量和水利工程等资料,探讨了不同径流来源区的气候因素和人类活动对入海径流量的影响。结果表明:近50年来入海实测径流量呈显着下降趋势,且存在1968年、1985年、1996年与2002年这四个突变点;入海天然径流量同样呈显着下降趋势,只有1985年一个突变点。唐乃亥以上区间的降水量、兰州至龙门区间的气温以及龙门至三门峡区间的降水和气温是引起入海天然径流量变化主要因素;气温因素的季节性变化对入海天然径流量也有影响,其中夏季降水与冬季气温是重要的因素。自20世纪70年代以来,人类活动对入海径流量的影响不断加强,且在耗水量、水土保持及水利工程等方面表现出明显的空间差异。取水量、降水、气温对黄河入海实测径流量变化的贡献率分别为42.2%、39.2%、18.6%.     

塔里木河流域近50年来生态环境变化的驱动力分析

结合塔里木河流域近50年来水文、植被以及社会经济等方面的资料,采用趋势分析方法估算人为因素对流域地表径流的影响,通过相关和主成分分析等数学方法分析人类活动诸因子与流域地表径流和地下水质之间的关系。研究结果表明,塔里木河上游源流区的地表径流在过去的几十年里没有减少,且有一定程度的增加,塔里木河干流地表径流量减少是人类活动所致;人类活动在1970、1980和1990年代对流域上中游地表径流的影响量分别为41.59%、63.77%和75.15%;由人类活动所导致的地表径流量减少是影响河道水质发生变化的主导因子,而地下水位变化则影响灌区和非灌区地下水水质;塔里木河下游生态系统受损与人类活动直接相关。     

三工河流域平原区蒸发量变化特征及影响因素

采用线性倾向估计、滑动平均和Mann-Kendall非参数统计检验等方法,分析了三工河流域平原区1981-2012年蒸发量变化特征及主要影响因子,并通过多元相关模型定量给出了各气象因子对蒸发量变化的贡献程度。结果表明：三工河流域平原区近32 a蒸发量呈显著下降趋势,春夏秋冬四季的蒸发量也呈显著减少的趋势。春季和夏季蒸发量的大幅减少对年蒸发量减少的贡献率较大,冬季蒸发量在1985年和1989年发生突变。影响蒸发量的因子中,降水、日照时数、相对湿度、风速和气压均呈下降趋势,其中日照时数、相对湿度和风速下降趋势显著,而气温上升趋势明显。以1981-1990年为基准期,1991-2000年风速和日照时数减少对蒸发量减少的贡献率分别为85.27%、20.70%,其它影响因素对蒸发量减少的贡献率为-5.97%;而2001-2012年风速和日照时数的减少对蒸发量减少的贡献率分别为52.32%和39.91%,其它影响因素的贡献率为7.77%。     

沂河流域水文特征变化及其驱动因素

以沂河流域为研究区,运用水文特征参数时间序列法,分析1951—2002年流域降水、径流、洪峰流量等水文要素的演化趋势,通过临沂站50年来天然径流过程的回归模拟及其与实测径流的比较,定量分析气候变化和人类活动对径流的影响。结果表明：近50年来沂河流域年径流量和各月径流量显著减少,并且对降水波动的响应迟缓,而单次暴雨径流对降水反应敏感;10年尺度的降水波动中,径流随着降水的多少而发生相对一致的变化趋势,降水变化在一定程度上控制着径流的演化;但是20世纪60年代中期以来,临沂站实测径流的平均值减少了149mm,占天然径流量年平均值的51．6％,气候变化和人类活动对径流减少的贡献率分别为39．3％和60．7％。水利工程建设、土地利用变化、水资源开发利用等人类活动对径流产生更为深刻的影响。流域可持续发展要求在遵循水循环自然规律的基础上合理约束人类活动。     

河西内陆河流域绿洲面积对地表径流的响应

利用NASA AVHRR NDVI 3g遥感资料计算得出河西内陆河流域植被归一化指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）,将NDVI>0.20区域视为绿洲,通过计算绿洲区NDVI的变差系数和线性斜率分析1982—2013年绿洲面积变化,并进一步分析其对地表径流的响应特征。结果表明：河西内陆河流域绿洲整体呈扩张趋势,扩张区域主要在绿洲边缘区、河流两侧和尾闾;小规模斑块绿洲的破碎度呈增加趋势,连片的绿洲核心区相对稳定;绿洲面积随着出山径流变化呈现出阶段性特征,山区降水量对绿洲变化的贡献率约为地表径流贡献率的一半,冰川融水对绿洲面积变化的贡献率自东向西依次增加,绿洲区降水的贡献率则依次减少。     

气候变化背景下冰川积雪融水对博斯腾湖水位变化的影响

依据近50年来博斯腾湖流域开都河大山口水文站径流数据和8个气象台站的气温、降水、积雪融水资料,并借助相邻流域天山1号冰川物质平衡资料,对气候变化背景下冰川和积雪融水对开都河径流量及博湖水位的贡献率进行了诊断分析。通过多元线性拟合法和偏相关分析法研究表明,1号冰川物质平衡与大山口水文站年径流量具有显著反相关关系,相关系数-0.28,但开都河年径流量变化并不能完全由冰川融水解释,降水和积雪融水的影响也非常重要,它们与大山口年径流的偏相关系数分别为0.57和0.40,超过99.9%和99%置信度水平。气温、降水、积雪融水拟合年径流与观测年径流的相关系数达0.63,超过99.9%置信度水平。各季节分析表明,春、秋季的降水和气温对径流具有显著影响,偏相关系数分别为0.52和0.37;夏季主要是冰川和积雪融水对径流的影响,其中积雪融水与径流的偏相关系数达0.51。夏季是一年中径流最大的季节,其变化主导着年径流量的变化,因此冰雪融水作为博斯腾湖的入湖水源,对博斯腾湖水位变化的影响不容忽视。     

2000—2017年中国区域地表反照率变化及其影响因子

在全球气候变暖的背景下,地表反照率已成为地表辐射平衡和气候研究的重要参数之一。利用中国陆地生态系统研究网络（Chinese Ecosystem Research Network,CERN）提供的34个站点辐射数据、GLASS地表反照率产品、ERA-Interim再分析资料、MODIS EVI（MOD13A3）和中国气象数据共享网提供的气象数据,基于Sen's Slope趋势分析方法,分析不同生态系统地表反照率的变化特征;利用全子集回归和分层分解方法计算地表反照率与各要素之间的相关性和相对重要性;探讨各气候因子对地表反照率的影响。结果表明,2000—2017年裸土地和裸岩砾石地变化率最大,冬季斜率达-0.083% yr^-1。生长季地表反照率与降水、增强型植被指数（Enhanced Vegetation Index,EVI）、土壤水分和气温显著相关的像元分别占总像元的73%、79%、56%和86%。EVI是干旱和半干旱地区地表反照率变化的主导因素,其对地表反照率变化的独立贡献率分别为41%和56.18%。7月东北地区降水量和气温对地表反照率的影响大约滞后2个月;内蒙古沙漠地区和长江中下游平原土壤水分对地表反照率的影响大约滞后1~2个月。     

50年来秦岭金钱河流域水文特征及其对降水变化的响应

运用集中度和集中期、Kendall秩相关系数、R/S分析法、降水—径流双累积曲线模型及其他数理统计方法,分析了金钱河流域径流的变化特征,探讨了年际、季节及月尺度上径流变化的趋势并预测了未来趋势,用集中期指标反映了径流对降水响应的滞后效应,并定量分析了降水变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明:50 a来径流量呈现出显著的递减趋势(p<0.05),递减率为34.33 m3(/s 10a),Hurst指数H=0.669>0.5,表明未来的一段时间内变化趋势与现在相同;1~12月各月径流均表现为下降趋势。流域内径流对降水的响应存在滞后效应,50 a径流对降水平均每年滞后23.6 d,且滞后天数具有明显上升趋势。50 a来径流系数呈极显著减小趋势,降水量转化为径流的部分在逐年减少,被植物截留、填洼、入渗和蒸发的部分增加;径流发生突变后比突变前径流系数降低了35.2%。50 a来降水变化对径流变化的影响率为53.4%,高于人类活动影响率46.6%,是导致径流变化的主要原因,人类活动为次要原因。     

地表水地下水耦合模型在大型山丘平原交错区的研发与应用

大型山丘平原交错区复杂的自然地理和人类活动特征增加了水文循环研究和水资源评价、管理的难度,地表水地下水耦合模型作为流域/区域水文循环模拟的重要工具,为解决这类大型区域诸多水文水资源问题提供了便利。针对目前地表水地下水耦合模型难以兼顾精度和效率的问题,论文提出了一种新型半松散耦合机制,将三维有限差分地下水流数值模型嵌入半分布式水文模型MODCYCLE,摒弃了目前流行的水文响应单元(HRU)与地下水网格单元空间和信息转换方式,通过建立子流域—网格单元的空间关联和地表水文—地下水流之间的实时信息交互,实现大型山丘平原交错区的地表水地下水耦合模拟。在三江平原构建了模型并开展应用研究。校验评估显示,模型达到了良好的模拟效果,具备了水文循环现状模拟和预测未来的能力。最后,利用该模型输出分析了三江平原2002—2014年的地表水地下水转化关系。结果表明,降水量和农业灌溉量的增加导致全区域土壤水蓄量年均增加6.51亿m³,但却使地表水和地下水储量分别减少0.99亿m³/a和3.03亿m³/a,降水量的增加并没有通过产流和入渗补给改善因用水急剧增加引起的地表水、地下水衰减的趋势;不同分区的降水入渗补给系数和基流指数差异显著,是多种自然和人为因素综合作用的结果。相关成果可为类似地区水文循环研究和水资源评价工作提供参考。     

黄淮海平原典型区域的水问题和水管理

本文简要介绍了黄淮海平原典型区域的水问题及其变化规律。沧州—衡水地区的水问题主要有 :水资源严重匮乏、深层地下水严重超采以及风暴潮影响严重。文中估算了该区的缺水损失 ,并建立了漏斗中心水位埋深与地下水超采的经验关系。黄河三角洲地区的水问题主要有 :水资源尚嫌不足、黄河断流影响大以及地下水超采有所发展。文中提出了黄河断流的开源对策。安阳地区的水问题主要有 :水资源不足与地下水位下降速率加剧。文中亦建立了该区地下水水位与地下水超采量的经验关系。此外 ,本文还预测了各典型区引黄、引江灌溉的发展前景 ,2 0 1 0水平年外流域调水可望占可供水量的 32 %以上。     

1933~2012年无定河径流突变与周期特征诊断

选取黄河中游区实施水土保持最早的一级支流无定河流域,利用滑动-T、曼-肯德尔和山本等3种突变检测方法相互验证,确定了在受人类活动显著影响下,径流的突变年份为1972年,自此径流平均减少3.55×10⁸m³;基于径流突变前降水与径流的显著相关性,并借助地统计克里格空间插值法,重建1933~2012年无定河流域出口控制水位站天然径流变化序列。采用小波分析法诊断天然径流序列的周期变化,结果显示：天然年径流存在6个不同时间尺度的“丰-枯”演变特征,其平均周期分别对应着35.5、22.2、16.8、12.2、9.3和3.3 a。     

华北平原地下水动态及其对不同开采量响应的计算——以河北省栾城县为例

自从20世纪60年代大规模开采地下水以来,栾城县的地下水位以每年大约0.65 m的速度下降.降雨量的减少、农业产量的大幅度提高、种植结构的变化以及上游水利工程的修建,都与地下水位的下降有着密切联系.利用Visual Modflow软件,在分析该县水文地质条件与水资源利用的前提下,运用三维地下水流模型,通过有限差分方法对栾城县的地下水系统进行了模拟,结果表明:5个观测孔的地下水位计算值与实测值拟合程度很好,模拟出的地下水流场与实际情况基本一致.利用掌握的水文地质资料,进行参数分区,通过实测资料的校正、调参,模拟出各分区参数值.利用校正后的数学模型,对栾城县地下水对不同开采量的响应进行了计算,结果如下:在现状农业开采量1.01×108m3基础上分别减少14%(0.14×108m3)、29%(0.29×108m3)和增加29%(0.29×108m3)的情况下,到12月份5个观测孔的平均地下水位分别比现状地下水位上升了0.33 m,0.64 m和下降了0.45 m.     

Spatio-temporal differences and factors influencing intensive cropland use in the Huang-Huai-Hai Plain

This study developed a comprehensive system to evaluate the intensity of cropland use and evolution of cropland use in the Huang-Huai-Hai Plain. Delphi-entropy methods were adopted to determine the weight of the index, and the GeoDetector model was established to explore the influencing factors. The results are summarized as follows: (1) The intensity of inputs, degree of utilization, and production increased continuously, but the intensity of continuous conditions experienced an overall decline followed by a rebound towards the end of the study period. The number of counties with high and moderately high intensity increased by 56.8% and 14.6%, respectively, from 1996 to 2011. The number of counties with moderately low and low intensity declined by 35.9 % and 11.9 %, respectively. Areas with significant increases in intensity were mainly distributed in northeast Hebei Province, northwest Shandong Province, and north Jiangsu Province. The intensity is high in northern Jiangsu and Anhui; the output effect remained above moderate intensity mainly near Beijing, Tianjin, Tangshan, and counties in the suburbs of Shijiazhuang. (2) Natural disasters, elevation, slope, and road networks were the main factors influencing the intensity of cropland use in this region, with influence values of 0.158, 0.143, 0.129, and 0.054, respectively. Areas with moderately high and high levels of intensity were distributed in low-lying areas. Uneven distribution of precipitation, seasonal drought, and flood disasters can directly affect the stability index of croplands and reduce the intensity of cropland use. Developed road networks are associated with moderately high intensity. Our results suggest recommendations such as promoting agricultural intensification and large-scale management, promoting the construction of road networks, improving early warning systems for drought and flood disasters, and promoting moderate and intensive use of arable land, and focusing on restoration and sustainable use of cropland.     

黄淮海平原耕地集约利用时空差异及其影响因素研究（英文）

This study developed a comprehensive system to evaluate the intensity of cropland use and evolution of cropland use in the Huang-Huai-Hai Plain.Delphi-entropy methods were adopted to determine the weight of the index,and the Geo Detector model was established to explore the influencing factors.The results are summarized as follows:(1) The intensity of inputs,degree of utilization,and production increased continuously,but the intensity of continuous conditions experienced an overall decline followed by a rebound towards the end of the study period.The number of counties with high and moderately high intensity increased by 56.8% and 14.6%,respectively,from 1996 to 2011.The number of counties with moderately low and low intensity declined by 35.9 % and 11.9 %,respectively.Areas with significant increases in intensity were mainly distributed in northeast Hebei Province,northwest Shandong Province,and north Jiangsu Province.The intensity is high in northern Jiangsu and Anhui;the output effect remained above moderate intensity mainly near Beijing,Tianjin,Tangshan,and counties in the suburbs of Shijiazhuang.(2) Natural disasters,elevation,slope,and road networks were the main factors influencing the intensity of cropland use in this region,with influence values of 0.158,0.143,0.129,and 0.054,respectively.Areas with moderately high and high levels of intensity were distributed in low-lying areas.Uneven distribution of precipitation,seasonal drought,and flood disasters can directly affect the stability index of croplands and reduce the intensity of cropland use.Developed road networks are associated with moderately high intensity.Our results suggest recommendations such as promoting agricultural intensification and large-scale management,promoting the construction of road networks,improving early warning systems for drought and flood disasters,and promoting moderate and intensive use of arable land,and focusing on restoration and sustainable use of cropland.     

江汉平原农田渍害机理研究*

本文提出了江汉平原的渍害标准,并从地表水动态,地下水动态、微地貌及垦殖与耕作等主导因子分析入手,探讨了江汉平原渍害的形成原因和形成过程,为渍害的诊断改造和利用提供了理论依据。     

应用环境同位素技术研究华北典型流域水循环机理的展望

华北水问题日益严重,而水循环机理研究尚显得薄弱。环境同位素水文学是研究流域水循环过程变化的新的技术途径。它利用水中水分子所含的同位素含量的变化,可以判断大气降水的水蒸气的来源;定量分析坡地的产汇流产生机制,进而研究"大气降水—地表水—土壤水—地下水"的相互作用关系;彻底查明流域"四水"转化关系,创新和发展水循环模式。本文主要介绍同位素技术的原理及其在日本、斯里兰卡、河北平原等地应用实例,最后,对应用此技术研究华北典型流域水循环,从"大气—土壤—植被"界面水循环机理、坡地径流的产汇流机制、流域水循环机理等方面进行了展望。     

河北平原冬小麦播种面积收缩及由此节省的水资源量估算

以河北平原1998-2010 年11 地市的农业统计数据和22 个气象站点的逐日气温、降水量、水汽压、风速、日照时数和相对湿度等资料为基础,对该地区冬小麦播种面积的收缩情况及由此引发的耕作制度变化进行了分析;同时,结合作物系数法和逐旬有效降水量法,计算了不同耕作制度下的水分亏缺量,进而估算了该地区因耕作制度变化节省的水资源量。结果表明:① 该时段河北平原11 地市冬小麦的播种面积均呈收缩趋势,总面积下降了16.07%,约49.62×10⁴ hm²。京津唐城市群表现最为明显,下降了47.23%;② 冬小麦的降水满足率仅为20%~30%,而春玉米和夏玉米均为50%以上;冬小麦-夏玉米一年两熟制所需的灌溉水资源量为400~530 mm,而春玉米一年一熟制仅为160~210 mm;③ 该时段河北平原因冬小麦播种面积收缩而节省的灌溉水资源量约为15.96×10⁸ m³/a,相当于南水北调中线一期工程为京津冀三省市供水量的27.85%。