河流与含水层水力耦合模型及其应用

本文在分析河水与地下水相互作用规律的基础上,提出了河流－含水层相互作用水力耦合模型的建模思路、数值解法及应用实例。河流模型采用忽略河槽调蓄作用的圣维南连续方程,含水层模型为潜水二维渗流方程,二者通过动态水量交换机制实现耦合,模型的水量交换机制可以分别模拟含水层顶托排泄、河流压力渗和淋滤渗漏等不同方式的水量转换过程。河水模型和地下不模型分别用欧拉法和三角网格差分法来求解。实际应用表明耦合模型能较准确     

西北干旱区气候变化对水文水资源影响研究进展

西北干旱区是对全球变化响应最敏感地区之一,研究分析全球变暖背景下的西北干旱区水资源问题,对应对和适应未来气候变化带来的影响具有重要意义。本文通过对西北干旱区气候变暖影响下的水资源形成、转化与水循环等关键问题最新研究成果的总结分析,得出如下结论：(1) 西北干旱区温度、降水在过去的50年出现过“突变型”升高,但进入21世纪,温度和降水均处于高位震荡,升高趋势减弱;(2) 西北干旱区冬季温度的大幅升高是拉动年均温度抬升的重要原因,而西伯利亚高压活动和二氧化碳排放是引起冬季升温的重要影响因素;(3) 西北干旱区蒸发潜力在1993年出现了一个明显的转折变化,由显著下降逆转为显著上升的趋势。气候变暖、蒸发水平增大对西北干旱区生态效应的负作用已经凸显;(4) 西北干旱区冰川变化对水资源量及年内分配产生了重要影响,部分河流已经出现冰川消融拐点。在塔里木河流域,冰川融水份额较大 (50%),可能在未来一段时期,河川径流还将处在高位状态波动。全球气候变暖在加大极端气候水文事件发生频率和强度的同时,加剧了西北干旱区内陆河流域的水文波动和水资源的不确定性。     

基于遥感技术的黑龙江上中游河道特征研究

以2000年Landsat-7 ETM+影像、地形图、数字高程数据等为数据源,从河道平面形态及河流纵剖面形态对黑龙江上中游河道特征进行分析。从河流动力特征、流域自然环境条件及人类活动方面探讨其对河道形态特征形成的影响。研究发现:黑龙江上中游河道曲折系数均值为1.20,属于微弯顺直型河道,整体相对稳定,但局部河段河道形态复杂,河流纵剖面形态为下凹型曲线;河流形态的形成遵循一定的河流动力学规律,是水流和河床在自然因素与人类活动影响下相互作用结果。     

塔里木沙漠南缘安迪尔河水文特征分析

安迪尔河位于塔里木沙漠南缘,发源于昆仑山,上游河水沿河床大量入渗,中游为干河床,下游为泉水溢出补给型河流。安迪尔河缺乏水文资料,以临时水文站1998年实测水文资料为依据,对安迪尔河的水文特征进行分析,以便说明泉水型河流水文特征。分析了安迪尔河水位年内变化、冰期水位、畅流期水位、洪水期水位的变化特征;对安迪尔河水位流量关系进行了分析,建立了相应的水位流量关系方程式,并对冰期、畅流期的、洪水期逐日平均流量和流量特征进行了推求和分析,安迪尔河1998年泉水溢出量为0.5528亿m3。     

水资源约束下西北干旱区生态环境与城市化的响应关系研究——以张掖市为例

我国西北干旱区属生态脆弱敏感地区,自然环境的演化有其相对独特的客观运行规律,而城市化对此类区域生态环境的扰动、影响范围、以及生态环境的响应机理、程度等,是当前乃至未来一段时间区域可持续发展中必须关注的焦点问题之一。在对城市化与生态环境的相互作用研究综述的基础上,以西北干旱区黑河流域张掖市绿洲区为案例,重点探讨黑河流域社会经济生态复合系统中水资源对城市化格局和过程的响应关系,揭示干旱区城市化过程与区域水资源配置的内在反馈机制,并对区域城市化发展与水资源利用变化的响应关系进行量化研究。结果表明:在干旱区,水资源压力随城市化的推进呈现出一定的变化规律,城市化的发展往往是以水资源压力为代价的,然而随着城市化的发展,城市化与水资源的关系不断得以磨合,最终将朝着协调共生的方向发展。     

基于对Leopold-Wolman关系修正的河床河型判别

在广泛收集中国和世界上冲积河流资料的基础上,以近200条河流的大样本对著名的、国际上沿用40余年的 Leopold-Wolman关系,即用于河型判别的比降-流量关系进行了检验。结果发现,该关系不能用于包括砾石与砂质河床在内的河型判别。这是由于比降-流量关系主要反映砾石河床与砂质河床之间差异,其次才反映分汊与弯曲河型之间的差异。为此,对于Leopold-Wolman关系进行了改进,提出了以比降和河宽来判别河型的新关系。这一关系综合反映了河流在纵向上的能耗、阻力与输沙特性与在横向上的流场与环流分布特性的组合关系,因而具有更好的河型判别效果,可以用于包括砾石与砂质河床在内的河型判别。     

雅安市雨城区壶穴形态特征

以雅安市雨城区的严桥河和周公河流域的河床壶穴为研究对象,对128处壶穴形态规模与几何参数进行详细测量。运用定量统计方法分析壶穴的分布规模和形态特征。结果表明:周公河流域壶穴大多分布在岸边大石块上,严桥河流域壶穴主要分布于河床的岩坎上;两地壶穴平均分布密度为0.43个/m~2,相对其他区域较小,且壶穴的长短轴和平均口径与深度都有相对明显的规律。在平面形态上,壶穴形态多样,周公河以近圆型壶穴最多,占52.5%,严桥河以椭圆型壶穴最多,占63.6%。在垂直剖面形态上,周公河处壶穴90%属于U型,其余为V型;严桥河处壶穴V型和U型分别占52.3%和44.3%,还有3.4%属倒Ω型;两地壶穴都以浅型为主。     

西北内陆张掖盆地地下水温度变化特征及主要影响因素识别

西北内陆干旱区地下水温度变化与其补给水源区气象和水文条件密切相关.以西北内陆张掖盆地为研究区,应用灰色关联分析方法,在张掖盆地潜水和承压水温度动态变化特征研究基础上,通过诊断其与上游山区降水、气温(对冰川雪融水影响)、日照和出山地表径流量,以及当地气温、降水、日照和地下水埋深之间关联状况研究,识别张掖盆地不同埋藏条件下...     

西北干旱区水资源问题研究思考

 气候变化与水资源问题是各国政府部门、学术界和社会公众普遍关注的焦点,也是西北干旱区实现跨越式发展的重要瓶颈之一。在分析前人研究成果基础之上,指出制约西北干旱区社会经济发展和生态安全的关键因素和气候变化对西北干旱区水资源的影响;进而分析西北干旱区气候变化与水资源研究中的热点和难点问题;最后基于西北干旱区水资源研究的重要性和迫切性提出目前亟待解决的研究任务与核心内容,主要包括3个方面：(1)气候变化对西北干旱区水资源形成、转化及未来趋势的影响;(2)气候变化对西北干旱区水循环过程的影响;(3)气候变化对西北干旱区水资源安全的影响。     

新构造运动对冲积河流影响研究的回顾与展望

研究新构造运动本身及其对冲积河流的影响,可以深化地貌学理论、沉积旋回复杂性假设等的认识,也与实际应用密切相关。将活动构造作为新构造运动的一个组成部分,回顾了新构造运动对冲积河流影响,并提及新构造运动本身的研究进展。控制流域水系格局及河流走向的研究,侧重地质学解释;新构造运动应力场的研究,深化了新构造运动机理及驱动力的探讨。三类基本缓慢新构造运动影响水系发育、河床演变、河型变化及河道冲淤,表现出复杂性、层次性、敏感性和先兆性;文章兼及河流侵蚀作用形成"新构造"的研究进展,回顾了物理模型实验研究成就及数学模拟研究端倪。进而指出:应注重该学科的交叉、渗透、综合研究与新构造快速运动方式对冲积河流影响的研究,定期进行新构造运动活跃区的升降速率、河床演变与泥沙输移的观测,进一步推进物理模型实验与数学模拟研究,并加强研究力量的协作与融合。     

基于虚拟地理环境的数字黄河研究进展

虚拟地理环境是人类社会环境和自然环境在计算机三维虚拟空间的映射,是近20年来随着信息技术进步而迅速发展起来的研究领域。“原型黄河”、“模型黄河”、“数字黄河”则是基于地理信息系统、三维可视化技术、现代遥感遥测技术和虚拟地理环境技术的发展而提出来的。通过概述“数字黄河”的研究意义、研究方法,探讨了“数字黄河”研究需要解决的关键技术问题,包括自然环境中“原型黄河”各有机组成部分在虚拟地理环境中的表达及行为描述,自然环境和人类社会环境对黄河具有重要影响的因子之间相互作用的计算机表达。以“数字河道模型”为例详细论述了“数字黄河”的重要组成部分,如“数字河道模型”、“数字流域模型”、“数字水库模型”和“数字河口模型”在虚拟地理环境的表达。     

人为季节性河流的初步研究

由于人类引水量的激增,我国北方的一些天然常流河频繁断流,已经成为季节性河流。文中提出了人为季节河的概念,在分析天然常流河与天然季节河的形成条件的基础上,查明了人为季节河形成的敏感带和在这种敏感带中,常流河向季节河转化的条件。     

A New Approach for the Health Assessment of River Systems Based on Interconnected Water System Networks

Interconnected river system networks is a national water conservancy strategy in China and focus of research. Here we discuss the classification system, material and energy exchange between rivers and lakes, various dynamic flows and ecological functions of river-lake interconnected relationships. We then propose a novel method for the health assessment of river systems based on interconnected water system networks. In a healthy river system there is “material and energy exchange” and it is the first and foremost relationship of material and energy exchange between rivers and lakes. There are unobstructed various “flows” between rivers and lakes including material flows (water, dissolved substances, sediments, organisms and contaminants), energy flows (water levels, flow and flow velocity), information flows (information generated with water flows, organisms and human activities) and value flows (shipping, power generation, drinking and irrigation). Under the influences of nature and human activity, various flows are connected by river-lake interconnection to carry material and energy exchange between rivers and lakes to achieve river-lake interactions. The material and energy exchange between rivers and lakes become one of the approaches and the direct driving forces of changes in river-lake interconnected relationships. The benignant changes in river-lake interconnected relationship tend to be in relatively steady state and in ideal dynamic balance.     

黄淮海平原河道基本环境需水研究

针对我国北方地区水环境中最突出的污染问题,以满足河流最基本的稀释自净功能为目的,提出了一种计算河道基本环境需水量的方法,即月(年)保证率设定法,并以黄淮海平原为例,进行实证分析。结果是黄淮海平原总的河道环境需水最小为2176亿m³,约占多年平均径流量的15%,其中海河流域309亿m³、黄河下游52亿m³、淮河流域片1347亿m³。通过Tennant法验证,说明计算结果可靠。本文的研究不仅丰富了生态(环境)需水的理论内涵,为河道生态(环境)需水的进一步研究打下了良好的基础,同时为研究区水资源规划、水环境保护提供了有力的依据     

中国干旱区地表水与地下水的转化

地表水与地下水的转化是中国干旱区水文的主要特征之一。本文按山区和平原两部分阐明地表水与地下水转化的特点,并对水资源作了估算。     

不同气候带的河道与沙丘分布格局及其类型划分

风水交互作用是干旱区常见的地貌现象和重要的地表过程,干旱区河流通过提供物源和场所控制沙漠分布的格局,沙漠分布与风沙活动制约河道发育和泥沙输移,在不同时空尺度表现不一,但关于二者交互作用的分类处于探索阶段,尚未形成分类体系,尤其在地貌格局分类上多为定性描述。因此,自西向东选择位于3个气候带的中国西部克里雅河、中部毛不拉格孔兑以及东部西拉木伦河,利用遥感影像解译获取河道与沙丘信息,探讨近源沙丘的分布与河型之间的组合关系。结果表明：河型、河流流向与风向之间的关系、水文以及距离河道的远近影响河道与沙丘组合的地貌格局;在河道-沙丘尺度上,划分为弯曲河道-对称式边滩沙丘、顺直河道-边滩沙丘、分汊河道-心滩式沙丘、网状河道-格状镶嵌式沙丘4种类型。     

半干旱区季节性河流在荒漠化发育中的作用——以内蒙古四子王旗塔布河流域为例

荒漠化发育方式和过程的各不相同 ,具有明显的地域性和成因差异性特点。半干旱区季节性河流在荒漠化地貌发育中的作用是引人注目的一个科学问题。内蒙古四子王旗塔布河流域内有丰富的第三系和第四系河湖相冲 (洪 )积沉积物。该流域正发生着内蒙古乌兰察布盟最严重的荒漠化。本文基于LandsatTM图像的处理与分析 ,对该区季节性河流流域的荒漠化程度、分布及其成因作了研究 ,探讨了风 -水复合作用下荒漠化发育的具体模式。在干旱 -半干旱的气候背景下 ,地表植被稀疏、甚至裸露 ,在暴雨作用下 ,形成的洪流搬运大量泥沙碎屑物质沉积在中下游的宽谷地带 ,随着河道的淤积、抬高与加宽 ,干燥的流沙向两岸蔓延 ;再在特殊地段河道的“狭管效应”与局部气流循环共同作用下 ,流沙向四周进一步扩展 ,与山前洪积扇相连 ,造成荒漠化大范围的发生和发展 ,并可能导致整个地区的荒漠化。     

三层级多目标水循环调控理论与工程技术体系

以新疆典型干旱区内陆河流域为研究对象，通过对地理、地貌、水文气象条件、流域水循环特征的系统分析，提出了水资源开发利用存在的三大问题，即：水资源匮乏且时空分布严重失衡，跨界河流水安全问题突出；水资源过度开发利用，人工绿洲与天然绿洲结构严重失调，生态环境恶化；水资源利用效率效益低，供需矛盾和水盐平衡失控。以水问题和水需求为导向，工程措施与生态保护并举，采用系统科学的基础理论与分析方法，构建了三层级多目标水循环调控理论与工程技术体系，分别从宏观、中观、微观三个层级，提出了区域、流域、灌区水循环调控与水资源高效利用的科学模式和关键技术。结合区域地形地貌特点和水资源禀赋条件，建立了北疆“网式”、南疆“环式”、东疆“串式”结构水循环调控框架，增强区域水资源合理配置的调控能力。针对流域水循环特点，提出山区水库替代平原水库和河道内与河道外引水“三七调控”、经济与生态耗水“五五分账”的综合调控模式。围绕现代灌区建设和面临的挑战，研究指出建立节水灌溉—水盐调控—地下水利用—生态保护“四位一体”的水资源高效利用综合调控技术体系，是干旱区绿洲农业可持续发展的方向。     

中国国际河流研究进展及展望

我国因发育了亚洲大陆的主要国际河流而成为全球最重要的上游水道国。近30年来,在全球化趋势下,国际河流的合理利用与保护、生态变化与跨境影响、地缘合作与安全维护等,广受国际关注,成为地理、生态和地缘政治等学科交叉研究的热点。本文按“国际河流”、“跨境水资源”、“跨境生态安全”等关键词,从《地理学报》及其英文版J. Geographical Sciences中检索近30年来发表的相关文献,以此为主要依据,回顾地理学对我国国际河流研究取得的主要进展,判识存在的问题和所面临的挑战;在此基础上,结合科学发展的趋势和我国地缘合作等重大需求,展望研究前景。