太湖平原圩区河网演变模式探析

以汾湖镇为研究区,采用GIS和RS方法分析了全镇及典型圩区近15年来河网结构的变化特征。结果表明:等级最低的圩内河道的河网结构变化显著,而村级以上的骨干河网结构基本没有变化,河网结构趋于稳定;不同圩区河网结构变化存在明显的时空差异。快速城镇化过程中,经过及时规划和治理的圩区河网结构得到了一定的改善,反之,河网结构受到了较大破坏;根据河网结构演变特征及原因,快速城镇化圩区河网结构演变的主要原因是对水系的保护、整治和破坏等人类活动的影响,据此识别圩区河网演变的几种主要模式为:主动引导型、被动改造型、修复完善型和保护优先型。     

高度城镇化背景下水系演变及其响应

针对长江三角洲地区高度城镇化对水系剧烈影响的事实,以该区太湖平原苏州市为例,选取河网密度、水面率、分形维数和支流发育系数作为水系变化指标,运用GIS分析近50年来河网的时空变化规律,在此基础上,研究水系变化对于城镇化及降水变化的定量响应,分析高度城镇化下水系的发展趋势。结果表明:①近50年来研究区水系呈衰减趋势,河网密度、水面率、分形维数和支流发育系数分别下降5.6%、19%、1.2%和3%;区内水系禀赋差异大。②近50年来水系衰减的主要影响因素为城镇化,气候变化对其影响相对较弱;在水系变化中,城镇化的贡献率在67%以上。③随着城镇化率增加,研究区河网密度、分形维数、支流发育系数呈现先增长后衰减的"倒U型"曲线特征;苏州的高度城镇化与其水系表现出"先松弛,后紧密"的关系,二者的发展目前处于曲线右侧;未来将过渡到"高水平适应阶段"。本研究的结果丰富了城镇化与水系发展关系研究,可为其他地区水系系统的健康、绿色发展和保护提供参考。     

河网非稳态水环境容量研究

基于“河道-节点-河道”法的河网水量水质数学模型具有很高的效率,但到目前为止还没有与此求解方法相对应的河网水环境容量的求解方法,在对河网水质模型进行深入分析的基础上,引入节点污染物质允许进入量的概念,求出河网各河道河段及节点的允许排放量,建立了相应于上述水质模型的求解大型河网非稳态水环境容量的“节点-河道-节点”计算模式     

地形和径潮条件变化对东江三角洲洪季连通性影响

河流连通性是河流生态系统的基本特征,具有季节差异的同时也受人类活动干预。建立一维水动力模型计算1999—2009年间人为扰动后地形改变和径潮条件变化对东江干流博罗—石龙河段及东江三角洲洪季连通性的影响。结果表明:东江干流及东江三角洲水系成环发育程度较低,河道共享性较高,平均节点连接率大于1;地形下切和径潮条件变化未改变结构连通性;输运连通性既受河道地形变化的影响,也受径潮条件变化的影响,其中河道地形下切使水量传输能力减小,河流输运连通性减弱;径流增大及外海潮动力减小均导致水量传输能力增大,河网输运连通性增强。研究成果可为东江三角洲防洪、水利工程规划及水生态环境等研究提供科学依据。     

闸控河网水文-水动力-水质耦合数学模型——I.理论

针对流域级闸控大型河网水环境日常管理的应用需求与实际特点,将资料适应性强的水文学方法与数据要求相对严苛的水动力-水质数值模型相融合,构建了一维与二维嵌套、分块组合的闸控大型河网水文-水动力-水质耦合数学模型DHQM（Hydrology, Hydrodynamics, and Water Quality Model for Impounded Rivers）。模型由河道径流模拟、闸坝调度过程模拟、河道水质模拟、区间入流及入河污染负荷估算和水质预警实时校正等5个模块组成。模型可服务于水环境实时预警和调度,也可为闸坝水文环境效应的量化提供基础工具。     

新构造运动影响下的雅鲁藏布江水系发育和河流地貌特征

雅鲁藏布江(雅江)水系发育和河流地貌演变受新构造运动的强烈影响。通过野外调查,结合SRTM(航天飞机雷达地形测绘使命)数据分析和Google Earth三维地图功能,对雅江河网形态及河流地貌特征进行了分析,并采用EH4电磁成像系统测量了雅江及其支流宽谷河道淤沙深度。研究发现,雅江河网呈现格状水系特点,同时具有枝状河网的拓扑性质,这主要是由于新构造运动的影响,河网发育过程中受到南北向挤压和东西向拉伸所至。青藏高原阶段性不均匀抬升形成了宽窄相间的藕节状河道形态,宽阔河段河道为辫状河型,而窄深河段为深切的V型河谷、单一顺直河型,纵剖面上构成裂点。裂点河段地块相对上升较快,阻滞了水流和泥沙,上游河段大量卵石和泥沙在河谷里淤积深达800多米,形成了平整而宽阔的U型河谷。整个雅江宽谷段泥沙淤积量约0.9万亿m³。     

河流网络的分形与自组织及其物理机制

扼要地评述近年来国内外在流域、水系等方面的分形及自组织研究的有关成果,指出其中存在的问题和可能的改进途径.从地球内外营力及河网系统的开放性、非线性、随机性、耗散性等角度探讨河网系统自组织及分形结构产生的物理机制.在流域侵蚀与生态环境恢复、流域产流与汇流、泥沙产生与输移、河床形态演变等方面提出了进一步的研究方向及有关课题.     

结构-功能耦合下的城市水系连通方案两阶段优化

传统水系连通方案编制主要以水系结构为主导,忽略了连通后对水系功能的影响,本文在进行城市水系布局时,将水系连通形状和连通功能两部分纳为一体来制定水系连通方案。基于中心性评价方法,提出河段重要性计算方法来定量刻画河段重要性;借助隶属度函数建立连通功能及其表征参数的函数关系,据此量化水系连通功能效果;以河网连通功能达标率和水系连通性满足度为优选目标,建立结构-功能耦合下的水系连通方案两阶段优化模型,优选最佳闸门联合调度方案。以清潩河许昌段为实例,优化原河网及不同水系连通情景的连通性。研究表明：经过优化后,原河网清潩河水系连通性总体较好,但护城河附近和饮马河的连通性较差;连通护城河和清泥河、连通饮马河和小洪河能极大地提升护城河附近和饮马河的水系连通性。     

分支河流体系河网形态演变规律——以格尔木河流扇为例

为了探索分支河流体系河网分布规律,为创建储层建模训练图像提供知识库信息。利用Google Earth、Global Mapper、91卫图助手等现代地理信息软件,系统测量了现代格尔木河流扇表面河道分叉特征,应用Horton定律和分形方法建立了河流扇的河网形态模型。结果表明：①格尔木河流扇从顶点到入湖段共识别出26级河道,882个节点和2162个河道段,泉线上、下的河道表现出不同的河网形态;②泉线上部共发育64个节点,每级河道数目增长是上一级河道的RB=1.8900倍,每级河道平均长度是下一级河道的RL=1.0095倍,即河网形态特征参数RB=1.8900和RL=1.0095;泉线下部共发育818个节点,每级河道数目增长是上一级河道的RB=1.0279倍,每级河道平均长度是下一级河道的RL=0.9899倍,即河网形态特征参数是RB=1.0279和RL=0.9899;③河网形态特征参数受坡度影响变化较大,坡度较大则河网形态特征参数较大,坡度较小则河网形态特征参数较小。河网形态特征参数定量表征促进了分支河流体系沉积学发展,为开展陆相盆地储层建模和砂体预测提供了新的知识库信息     

分支河流体系河网形态演变规律——以格尔木河流扇为例

为了探索分支河流体系河网分布规律,为创建储层建模训练图像提供知识库信息。利用Google Earth、Global Mapper、91卫图助手等现代地理信息软件,系统测量了现代格尔木河流扇表面河道分叉特征,应用Horton定律和分形方法建立了河流扇的河网形态模型。结果表明：①格尔木河流扇从顶点到入湖段共识别出26级河道,882个节点和2162个河道段,泉线上、下的河道表现出不同的河网形态;②泉线上部共发育64个节点,每级河道数目增长是上一级河道的RB=1.8900倍,每级河道平均长度是下一级河道的RL=1.0095倍,即河网形态特征参数RB=1.8900和RL=1.0095;泉线下部共发育818个节点,每级河道数目增长是上一级河道的RB=1.0279倍,每级河道平均长度是下一级河道的RL=0.9899倍,即河网形态特征参数是RB=1.0279和RL=0.9899;③河网形态特征参数受坡度影响变化较大,坡度较大则河网形态特征参数较大,坡度较小则河网形态特征参数较小。河网形态特征参数定量表征促进了分支河流体系沉积学发展,为开展陆相盆地储层建模和砂体预测提供了新的知识库信息     

A satellite based assessment of the impact of urban expansion around a lagoon

This paper examines the coastal regional trends in urbanization processes using remotely sensed images around the Kucukcekmece Lagoon as a case study, located in the western part of Istanbul, Turkey. Throughout the examination process, the coastline changes are determined for a long-term period. To achieve this goal, post-classification comparison method is applied to the CORONA and LANDSAT TM satellite images of 1963, 1987 and 2005. In order to identify the land use changes, common landscape structures in the region were distinguished as water, green and open land, urban and industrial areas. Due to the mix up of land-cover types between urban and industrial areas, the classified images are integrated with geographic information system data obtained from visual interpretation of the enhanced images and auxiliary data sets. The results of the change analyses in coastal region showed that important alterations are taking place in the area due to the unplanned urban and industrial expansions that has irreversibly changed the physical features of the Kucukcekmece Lagoon. According to image classification results, the urban land use area increased from 2 % oftotal area in 1963 to 38 % in 1987 and 46 % in 2005, most of which converted from agricultural and greenlands. At the same time, the ecological impact of the loss of specific land covers is highlighted based on the results of the land use changes and the previous scientific applications. Furthermore, some recommendations are given to planners, decision makers and politicians to maintain the sustainable coastal ecosystem management.     

我国城市化发展的新特点及其区域空间建设策略

经济全球化成为21世纪最具有广泛影响的事件,将促进全球城市化的高速发展。我国正处在城市化高度发展时期,城市化出现“集群式”发展、城乡二元结构扩大、“驱赶型城镇化”和城市化的区域空间差异性等新特点、新问题。我国快速城市化过程中出现的新矛盾、水土资源流失与大量占用,对沿海地区一些城市的区域环境产生了很多负面影响,诸如酸雨、城市污染、汽车烟雾和交通阻塞等。面对全球城市化的巨大影响与冲击,从区域空间角度出发,提出必须在科学发展观和构建和谐社会的指导下,使我国城市化走向健康之路,实施区域空间建设新策略,注重大城市群区内的保护与建设,因地制宜、合理利用、适度发展、构建区域性的生态安全格局,促进我国信息化的区域合作。     

城市化对呼和浩特市潜水补给影响研究

城市化对地下水补给的影响已严重干扰了区域地下水均衡,引发了各种生态环境问题。在呼和浩特市自然地理及水文地质调查的基础上,运用GIS并结合地下水均衡计算的方法,探究城区扩张下以呼和浩特市为中心的研究区潜水补给量的变化。结果表明：从1986—2014年,研究区城镇面积扩大了约358倍。在城市化引起的地下水开采量增大、土地利用方式改变、景观河改造等因素影响下,研究区潜水疏干面积从119 1 km2扩大到10476 km2,年侧向补给量减少9 06115×104 m3;降水入渗补给量减少84385×104 m3;农灌水回渗补给量减少27944×104m3;河道渗漏补给量减少8638×104m3;城市供水管网漏失入渗量增加1 752×104m3。对比1986年和2014年,研究区潜水补给量从13 22501×104 m3减少至4 70703×104 m3,减少了644%,其中减少比例最大的是侧向补给量和降水入渗补给量。城市化使呼和浩特市潜水补给量大大缩减,迫切需要合理规划城市发展和地下水资源开采。     

城市化对岩溶水系统化学组分演化的影响——以重庆市南山老龙洞地下河为例

为研究城市化作用下的岩溶区地下水水质演变状况,基于2008-2012年对老龙洞地下河的pH值、电导率、水温、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-、NO3-、SO42-、PO43-等水物理化学指标的连续监测,分析了老龙洞地下河流域水质的演变趋势,并对2011年8月的单场降雨条件下地下河水质的动态变化进行主成分分析(PCA)。结果表明,在城市化过程中,地下河水Na+、Cl-、PO43-、Ca2+、Mg2+、HCO3-等离子浓度受人类活动影响而明显上升,NO3-、SO42-浓度则因为城市化效应增强和农业活动强度的降低而下降。老龙洞地下河水补给来源复杂,其中碳酸盐岩地质背景、人类活动及水土流失对地下河水质变化起着决定作用。城市化水平的提高、区域环境的变化,使得老龙洞地下河的水质也处于不断变化中,从硝酸盐、硫酸盐的年际变化看,地下河水质已有较大改善。      

中国土地利用/覆盖变化的生态环境安全响应与调控

中国从20世纪70年代末实施了前所未有的改革开放政策,巨大的境外投资、有偿转让使用与土地联产承包政策在广大城乡的推行,引致了快速的城市化与经济增长过程,城市化水平增长15%,GDP平均每年增长超过9%,城市化土地面积增长2%。与此相应,严重的生态环境灾害相继发生,1994年淮河特大污染事件;1997年黄河断流227天;1998年发生长江、嫩江流域特大水灾;2000年发生严重影响中国首都北京及韩国、日本的12次沙尘暴;2004年,淮河流域再次发生严重污染事件。综合分析表明,土地利用/覆盖格局的巨大变化、城市化过程的加速、乡镇企业的迅猛发展成为其主因。一些案例研究表明,重建生态环境安全条件下的中国土地利用/覆盖格局,制定与生态环境安全水平友好的国家土地利用政策,不仅有利于改善中国生态环境安全水平,还将促进其可持续发展,并有益于亚洲及世界生态环境的改良。     

太湖平原河网区城镇化发展与水系变化关系

选取太湖流域下游的武澄锡虞和阳澄淀泖水利片区为研究区,基于1980s和2010s两期水系和土地利用类型数据,利用全局自相关、局部自相关和地理加权回归模型等方法,分析河网密度空间变化特征,并探讨其与土地城镇化的关系。结果表明:近30年研究区河网密度下降幅度达11.3%,其中,一、二级支流密度分别下降18.1%和11.3%。城市及周边地区下降幅度最大;因淤积和填埋造成的区域河道衰退是河网密度下降的主要原因;土地城镇化速度与支流衰减长度呈指数关系,且存在区域差异;当土地城镇化速度达40%以上时,支流长度快速减少。此外,水网密布区域河网密度下降和衰退强度更大。因此,在城市建设过程中需要加大对水系的保护力度。     

中国21世纪若干重大工程地质与环境问题

21世纪中国的大规模的国家建设不可避免地导致大量的工程地质与环境问题。 2 1世纪中国西部高山峡谷地区主要工程地质问题有: 构造活动带岩土体动力稳定性, 高地应力下岩体应变储能与岩体性质, 高陡边坡的变形及尺寸效应和动力稳定性, 深埋长大隧洞的地温与地压, 深埋隧洞岩体结构探测与施工地质超前预报, 大跨度复杂洞群变形与稳定性的群洞效应, 冻土的冻融变形、稳定性及其处理技术, 可溶岩岩溶规律与岩体利用问题, 河床深厚覆盖层的处理与利用等问题; 中国东部及沿海地区工程地质问题包括: 高速交通网建设中软土地基变形与稳定性及处理技术, 深井采矿中软岩巷道大变形与处理技术, 深厚松散堆积层上大型桥梁桥基变形与稳定性, 海底隧道围岩工程地质与水文地质问题, 城市多层地下空间开发中的工程地质问题等; 此外, 水土流失与北方大规模荒漠化问题, 黄河下游地上悬河与长江下游塌岸和堤防稳定性问题, 黄河断流引起的下游地区环境问题, 我国北方干旱地区水资源长期匮乏问题, 城市化中的环境破坏与污染控制等问题, 将是中国 2 1世纪突出的环境问题。中国工程地质工作者应当在结构土力学与岩体结构力学、工程地质学的基本理论与工程地质动力学、人 地相互作用机制与环境工程地质学、地质工程理论与方法。     

Responses of water quality to land use in riparian buffers: a case study of Huangpu River,China

Along with the continuous urbanization process, massive riparian buffers are developed to satisfy the increasing demands for flood protection and economic growth. Such changes of land use types and landscape patterns pose a significant challenge to the protection of the eco-system of urban rivers. This research concentrates on revealing the potential relation between the water quality of the urban river and land characteristics including land use types and landscape patterns of the riparian area and discusses if the relationship varies with spatial scales. The study area of this research are the 800 m riparian buffer of the six river water quality monitoring sections along Huangpu River. Based on the long-term monthly collection data of six monitoring points in Huangpu River, Shanghai, China, and the land use data of 100 m downstream of 1 km upstream of the monitoring point. Using landscape indicators, GIS spatial analysis, and statistical methods, the responses of land use and landscape patterns to water quality in different scales are obtained. Results show that: (1) Urban Land (UL) and Agricultural Land (AL) have an enormous negative contribution to each buffer, which is the primary non-point source pollution and influencing factor. (2) The active contribution of Wetland (WL) and Forestry Land (FL) is the most significant in the small range buffer of 0–200 m. (3) The negative effect of Industrial Land (IL) on water quality is only significant in the small buffer. (4) The effect of landscape pattern on water quality is more significant on the large spatial scale than the small scale. At the same time, this paper extends the conclusion to discuss the land use of the 800 m buffer zone of Huang River by using point to the area, proving that the research result is helpful for the political decision of urban management and provides suggestions for the land optimization of riparian buffers.

     

河流水质时空变化及其受土地利用影响的研究——以深圳市主要河流为例

从深圳市的现实研究需求出发,在对地表水体主要水质指标因子分析的基础上,研究了深圳市境内五个集雨面积大于100 km2的河流近10年的水质时空变化特征。然后结合5个流域的土地利用详查数据,应用统计分析和空间分析方法论证了流域内土地利用类型与河流水质关键指标之间的相关关系。研究结果表明,从1996-2004年深圳市5个主要河流的有机物污染程度有不断增加的趋势,不同时间段内5个流域的耕地、园地和建设用地的数量对相应河流水质的有机物污染有明显的正效影响作用。因此为了制定和实施合理的水环境保护对策,需要对流域内土地利用结构进行优化调整,以期构建流域尺度上水土资源协调发展的可行预案。