生态需水理论与方法研究进展

生态需水研究是近年来国内外广泛关注的热点,涉及生态学、水文学、环境科学等多个学科.本文系统回顾了国内外生态需水的研究进展,较为全面的介绍了生态需水的概念、特征和分类,并在将区域生态需水的定量计算分为河道内和河道外两部分的基础上,总结并介绍了河道内(包括河流、河口、湖泊)和河道外(包括植被、动物、湿地、城市和回补超采地下水)生态需水的各种计算方法.特别是对国内外河流生态需水计算方法的基本思想、优缺点及其适用范围做了重点介绍,并分析了国内外计算方法存在差异的原因.通过对过去生态需水研究的总结与分析认为,我国研究目标多集中在水资源供需矛盾突出以及生态环境相对脆弱和问题严重的干旱、半干旱和季节性干旱的湿润区,且以河流生态系统的需水作为主要研究对象.但由于起步晚,在这方面的研究还不是很成熟,生态需水的概念、内涵和外延均未有统一的定义;同时,在借鉴国外生态需水各种计算方法来进行我国的生态需水研究时,应考虑是否符合我国国情以及气候水文特征,不能机械照搬.再者,笔者认为:①在考虑各种方法联系机制的前提下,对其进行合理耦合,取长补短,并进一步加强3S等新技术的应用;②加强对水资源虽相对丰沛,但由于水污染严重而存在水质性缺水的湿润地区,如华南珠江流域的生态需水研究等,将成为今后的发展方向.     

广东省水库富营养化评价

广东省水库水环境质量调查评价结果表明：广东省水库水质总体较好,但不同程度地发生了富营养化;在汛期,被 评价的132座水库中中营养型水库111座,中富营养型水库12座,富营养化水库2座;非汛期,中营养型水库111座,中富 营养型水库11座,富营养化水库1座．造成水库富营养化的主要原因是面污染的日益加剧、城市污水排放量的激增、水土 流失造成水库泥沙淤积严重、水库蓄水量减少等．水库的富营养化影响了其使用功能．为恢复富营养水库的使用功能,其 对策主要是减少面污染物排放量、提高污水处理率、加强水土流失的治理、清除淤泥等．     

流域水文系统产水机制稳定性研究

流域水文系统受下垫面和气候条件的共同作用,研究其产水机制的变异规律,是合理制定变化环境下水资源管理措施、实现水安全保障的基础.本文基于Budyko框架和气候模式的历史及未来数据(CMIP6),利用Budyko全微分分解法探究了下垫面和气候变化对流域产水变异的补偿机制;基于泰勒展开式求解将Budyko各阶敏感系数(一阶到高阶项)表征流域产水率对下垫面与气候的敏感程度;根据流域外部基本特征(产水率、下垫面特征参数及干燥指数)和内部敏感系数,进一步结合联合概率函数和主成分分析方法探究了流域产水机制稳定性及其演变规律.结果表明:(1)在全球各气候分区中,下垫面和气候变化对流域产水率变异互相补偿,即气候与下垫面改变引起的产水率变化可以基本相抵,使未来流域产水率维持稳定.(2)各阶流域敏感系数表明,未来流域对下垫面敏感性增加,对气候的敏感性降低,其中干旱区流域对气候和下垫面敏感性均增加.(3)未来流域水文系统产水机制稳定性逐步下降,即从基准期(1901～1950年)到变化期(2051～2100年),稳定性系数从0.054下降到0.021;其在干旱区改变量最大,可达(-0.347±0.18),而在半...     

基于地表水-地下水耦合模型的海底地下淡水排放量估算

陆源地下淡水排泄（SFGD）作为海底地下水排泄（SGD）中的重要组成部分,带来大量陆源营养物质,是陆地向海洋输送化学物质重要且隐蔽的通道。本文将完全耦合的分布式水文物理模型PIHM开发应用到广东省东南部沿海地区,旨在通过构建海岸地表水-地下水耦合模型,对SFGD通量进行时空变异分析,进一步理解沿海流域与河口之间的水文过程。结果表明,（1）对SFGD与相关影响因子进行多元回归分析,结果表明当地形坡度i ≤2%时,地形坡度是SFGD的主控因子,地形坡度越大,SFGD速率越大,当i >2%时,SFGD与各影响因子均无显著相关。（2）研究区域子流域之间SFGD排放速率差异主要是流域形状以及地形差异造成的,螺河流域片区海岸线短且沿海地区主要为平原地区,因此年均单位长度SFGD通量小。（3）在主要降雨事件中,SFGD比地表径流对降雨的响应更快,峰值出现时间比地表径流平均早1-3天。利用地表水-地下水耦合模型研究SFGD通量的时空变异规律为海底地下水排泄估算提供了新途径,为未来沿海生态管理规划提供了科学参考。     

基于POT与P-IOSM的洪水风险信息挖掘

为了从有限的实测资料中挖掘更多洪水信息,以武江流域为研究对象,在考证历史洪水进行特大值处理基础上,基于犁市(二)水文站1956-2009年实测日流量数据提取了POT样本,构建基于P-Ⅲ模型确定控制点而改进的非等步长内集-外集模型(P-IOSM)进行洪水风险信息挖掘.结果表明:结合POT和P-IOSM模型的洪水风险评估能够从有限的实测资料中获取更多的洪水风险信息,得到更贴近事实的风险评估结果,能为决策者提供更多的依据,从而使决策结果更加可靠实用.     

粤东五华河流域的化学风化与CO2吸收

基于对粤东五华河干流和支流水体的物理、化学组成测试数据,应用质量平衡法和相关分析法探讨湿热山地丘陵地区岩石化学风化过程对大气CO₂的吸收.结果表明:五华河水体的总溶解性固体含量(77.11 mg/L)接近于世界河流的平均值(65 mg/L);离子组成以Ca²⁺、Na⁺和HCO₃^-为主,可溶性Si次之.五华河流域化学径流组成主要源自硅酸盐矿物化学风化过程的贡献,碳酸盐矿物的贡献较少;大气和土壤CO₂是流域内岩石化学风化的主要侵蚀介质.与同一气候带其他河流相比较,五华河流域岩石化学风化过程对大气CO₂的吸收通量(2.14×105mol/(km²·a))较低,这主要是由于流域内缺乏碳酸盐岩所导致.     

溶蚀丘陵型岩溶流域概念性水文模型及其应用

为弥补传统概念性水文模型在岩溶水文模拟上的缺陷,基于三水源新安江模型,采用多个线性水库表达岩溶地下系统的异质性,同时引入流域虚拟面积系数修正岩溶流域的非闭合性。将改进的概念性水文模型应用于湘中南典型溶蚀丘陵型岩溶流域,并在此基础上探讨岩溶流域非闭合性的动态变化。研究结果表明:①改进模型的日径流模拟精度提高11.21%,水量平衡误差及低水误差分别降低23.29%、27.64%;②岩溶地下汇流系统的多向性导致流域非闭合状态具有双重性;③地下汇流面积与时段降雨量呈正相关,然而受地下饱和程度的制约,地下汇流面积的变化率随时段降雨量的增大而减小;④由于岩溶地貌的蓄水滞水作用,地下流域受外侧补给的过程存在滞后性。模型的改进与拓展研究可为岩溶水文模拟提供新思路。     

东江流域近50年旱涝时空演变特征

基于东江流域57个站点1957~2010年逐月降雨数据,对比分析SPI和Z指数两种方法在流域旱涝等级划分中的应用,揭示流域近50 a来旱涝时空分布特征及其变化趋势。结果表明:1 SPI和Z指数两种方法计算旱涝指标所得结果差异度较小,均能较好地反映流域历史实际旱涝状况,Z指数对极端旱涝等级具有更好的指示作用;2近50 a来,流域各年代旱涝交替明显,偏涝和重涝多于偏旱和重旱;3流域汛期、非汛期和全年旱涝分布形态在空间上有较好的一致性;4近50 a来,流域总体上呈"北旱南涝"的旱涝变化趋势空间格局。     

水文要素变异的人类活动影响研究进展

重点针对人类活动导致的水文要素变异问题从以下3个方面分析了研究进展:①综述了人类活动水文效应研究的定性和定量2类成果,分析了作为揭示人类活动的水文效应机理的综合驱动因子的研究现状,剖析了人类活动水文效应定量化研究的方法模式;②综述了水文要素时间序列变异特征及变异点位置的识别研究成果,分析了现有的统计识别方法和差异信息熵等新技术、新理论在变异点识别中的应用,简析了目前研究尚不多的水文要素空间变异性研究方法;③描述了分离气候变化和人类活动对流域水文要素影响的2类主要方法:分项调查法和水文模型法,分析了土地利用/覆被变化对水文系统作用的驱动机理模型,综述了农区下垫面变化对水文要素变异的贡献分解方法.通过综述,指出了现有人类活动水文效应、水文要素变异性识别、下垫面变化对水文要素变异的驱动机理等方面的研究不足和问题.提出了未来需要重点加强气候变化与人类活动对水文要素变异驱动机理及贡献分解研究,加强水文要素时空变异特性的诊断,重构水文要素变异环境下洪涝极值等特征量及其重现期的新概念和新定量等.     

Modeling transportation of suspended solids in Zhujiang River estuary, South China

A three-dimensional transportation model for suspended solids （SS） in Zhujiang （Pearl） River estuary, South China, was developed by coupling with a three-dimensional hydrodynamic model. The model was validated using hourly measured data of sediment contents during 25-26, July 1999. The results showed that modeled contents matched well with measured ones and that the modeled top layer distribution agreed with the remotely sensed image of suspended solids in summer. The modeled results showed clearly the layers of suspended solids in depth, with larger sediment contents in lower layers though in the interface between salt water and freshwater the lowest contents appeared in middle layer. In overall, the suspended solids inflow from 8 rivers,transport southwestward, and carried by strong coastal flow in Zhujiang River estuary. Contours of sediment contents in the estuary spread further to the open sea during ebb tide rather than flood tide which reflects that the suspended solids in the estuary are land sourced.