扎龙湿地地表水与浅层地下水的水文化学联系研究

水化学特征是湿地多界面间相互作用在水体中的综合体现,从一个侧面反映了湿地系统水文化学过程的特殊性和复杂性。扎龙湿地是国际重要湿地,不仅在维持生物多样性方面发挥着重要作用,而且对区域水化学特征的形成也具有特殊的影响。为了揭示湿地内水化学特征的形成机制,研究了扎龙湿地仙鹤湖区域地表水和地下水水化学特征,并应用水化学方法和稳定同位素[氘(D)和氧18(18O)]方法深入分析了地表水、地下水水化学特征的形成机制,并重点对两者间的水文化学联系进行了探讨。结果发现,除引嫩干渠水为低矿化度的HCO3·Cl-Ca型水外,湿地湖泊水和河流水均为中等矿化度的HCO3-Na型水,湿地地表水明显受蒸发浓缩作用和苏打土溶滤作用影响;地下水的δD值和δ18O值,都高于大气降水和河水,而低于湖泊水;混合比例计算表明,地下水受大气降水直接补给较弱,湖滨处湖水补给比例超过50%。综合分析认为,湿地浅层地下水具有显著的二元循环模式,同时受区域地下水流和局部地下水流的控制。区域地下水补给占主导的区域,地下水表现出低矿化度、高氘盈余值(d)的特征,地下水化学类型逐渐由HCO3-Ca·Na·Mg型转变为HCO3-Na·Ca型。湿地湖水补给占主导的区域,地下水特征表现出高矿化度、低d值的特征,水化学类型具有较大的变异性。地表水与地下水的氮、磷以有机态形式为主,平均占总氮和总磷比例的89%和90%,主要来自于地表水体的输入,受垂向淋溶作用影响较小。研究结果不仅为湿地水环境保护提供了科学依据,而且为深化湿地区域水文地球化学效应研究指明了方向。     

巴丹吉林沙漠沙山区径流与地下水补给条件

在全球高差最大的巴丹吉林沙漠沙山斜坡上发现了沙漠区罕见的因大气降水而产生的地表超渗径流,地表径流侵蚀,缓渗径流及因地下径流出露而产生的地表径流--风沙混合物理沉积与化学沉积(次生盐).根据电镜观察,能谱分析,化学分析和粒度分析等资料,研究了径流化学沉积物的矿物和化学组成,风积沙和径流--风沙混合物理沉积物的粒度组成,径流类型及沙山区水分平衡,降水对地下水与湖水的补给机制.超渗径流的出现表明,虽然该区降水量少,但存在能够为地下水提供补给来源的较强有效降雨过程.径流,径流--风沙混合物理沉积和化学沉积等六项科学指标从深层次上充分证明,该区降水通过入渗至少达到了沙山的下部,完全能够对地下水构成有效补给.细粒层相对的隔水性是该区地下径流出露于地表的原因.沙山区确实存在令人惊奇的水分正平衡,即在大气降水在经过蒸发和蒸腾等消耗之后,每年还有约134648.4 t/km²水补给了地下水和湖水,成为湖水的重要补给来源之一.沙山区能够产生有效降水,植被稀少蒸腾量少,沙层入渗率高和沙层受蒸发影响深度很小是该区水分出现正平衡和大气降水能够补给地下水的四个条件,也是导致该沙漠区有众多湖泊发育的主要条件.     

气候变化对中国内陆湿地空间分布和主要生态功能的影响研究

近百年来全球气候呈现以变暖、降水格局改变和极端天气、气候事件频繁发生为主要特征的显著变化。中国气候变化具有区域差异性,对湿地生态系统带来不同影响。气候变化通过影响湿地的水温、土温和水文节律,影响着湿地生态系统的格局和过程,甚至会影响湿地生态系统的演替。归纳、总结了气候变化对中国内陆湿地空间分布和主要生态功能的影响研究结果;通过分析湿地分布及面积、湿地水文过程、湿地生物多样性和湿地生态系统碳循环的影响发现,气候变化通过水源补给方式和水文过程影响湿地的分布和生态功能;随着气候变暖,以冰雪融水为主要补给源的湿地的面积逐年增加;随着气候变化,湿润区的湿地面积发生明显波动,气温升高导致半湿润区的湿地面积减少,但是却在一定程度上减缓了干旱区湿地面积的萎缩;同时,气候变化通过对大气降水和蒸散等环节的影响,间接地影响湿地水位和水文周期;气候变暖严重威胁了湿地系统内的生物多样性,导致湿地生境质量下降和湿生生物种群数量减少,也改变了湿地生态系统碳循环,加速了CO2和CH4等温室气体的排放。     

陕西大理河流域土地利用/覆被变化的水文效应

近年来,土地利用/覆被变化的水文效应研究已成为国际的前沿和重点。在大理河流域,LUCC(包括水土保持措施)对水循环和水量平衡产生了深远影响,该流域LUCC水文效应的研究势在必行。根据研究区1990年代三期土地利用数据分析了LUCC的时空变化特征,采用特征变量时间序列法及降水-径流模型对LUCC水文效应进行了研究。结果表明:流域土地利用类型以耕地和草地为主,近10年来,耕地和草地面积有所减少,而林地和建设用地面积持续增加;流域年径流和月径流演化过程均表现出明显的下降趋势;LUCC及水土保持具有减少流域年径流、汛期流量以及增加枯季流量的作用,相对于降水因素,人类活动对流域水文的作用占主导地位;在1990~2000年期间,主要由LUCC引起的年均径流减少量达2616.6×10⁴ m³,占该期间实测减水总量的62.19%。     

为土地利用规划而进行的湿地水文地质评价

湿地一般出现在地质、水文及地形沉降发生变化的地区。它具有多种水文地质特性,更确切地说,湿地是一个有机层——它是整个水文地质系统的一个元素。湿地的三个明显而相关的作用是:(1)改变盆地的径流特征;(2)影响排水或补给水与地下含水层的关系;(3)在湿地控制的盆地中,影响地表水发育潜力。因此,研究湿地的主要目的就是解释它在区域水文中的各种不同作用,阐述地质、水文和地形因素在湿地形成、发展中的差别。地质和水文因素包括地表物质的特征和厚度,基岩类型,水文位置,有机层的渗透系数.湿地的导水系数,质量及与含水层的水文联系。地形因素主要与排水盆地、湿地的相对大小和绝对大小有关。为了给水文地质学家及土地规划者提供帮助,本文建议选择使用涉及水文位置、地形位置和地质类型的因素对湿地进行分类。     

近50 a来乌鲁木齐河源区径流变化及其机理研究

 乌鲁木齐河源区径流是供给中下游地区和乌鲁木齐市的重要水源。通过对河源区3个水文断面（1号冰川、空冰斗和总控）有观测记录以来的径流变化研究,一方面提供径流观测的最新资料,使人们对乌鲁木齐河源区径流近期变化有新的认识;另一方面通过对气候、冰川变化的综合分析,揭示乌鲁木齐河源区径流近50 a变化事实和可能的原因。结果表明：河源区3个水文断面径流自有观测记录以来整体上呈增加趋势,其中总控水文断面径流虽有增加,但不显著。影响3个水文断面径流变化的因素不同,1号冰川水文断面径流变化受控于冰川区热量条件,当消融期气温大于2 ℃时,径流呈加速增长。1号冰川径流不仅包含了冰川对气候变化的瞬时响应,也包含了冰川对气候变化的滞后响应,由冰川物质平衡和面积计算的冰川体积损失量变化较好地验证了径流变化。对于空冰斗融雪径流,降水量多寡是导致径流变化的主导因素,但冰斗区固态降水多,气温亦起着不可忽视的作用。总控水文断面径流大小与气温和降水关系比较复杂,表现为近年来气温和降水增加,径流却有下降趋势,这可能与河源区实际蒸散增强、冰川快速退缩导致径流峰值已经出现、大范围冻土消融导致的地下渗漏量增多等原因有关。     

应用环境同位素方法研究黑河源区水文循环特征

维持黑河流域中、下游绿洲生态和社会经济发展的水资源主要形成于祁连山区。该文在野外采样的基础上,通过测试分析不同地段、不同水体中的环境同位素(δD、δ^18O和^3H)和水化学组成特征,利用同位素混合模型,识别黑河源区地表水和地下水的来源、组成和径流过程,揭示源区的水文循环特征,在此基础上探讨源区水文循环模式。结果表明：1)黑河源区存在两类地下径流系统：局部径流系统接受局地降水和冰雪融水入渗补给,就近向河流排泄,水循环交替积极,据同位素估算结果,降水补给占76％,冰雪融水补给占24％;区域径流系统接受中高山带的降水和冰雪融水补给(补给高程大于3600m),在出山口附近的断裂带以泉的形式排泄,水循环交替缓慢。2)山区地表水由大气降水、冰雪融水和地下水组成,出山河水的构成为：降水占69％～72％,冰雪融水占23％～24％,深部地下水占5％～7％。     

基于Budyko假设的党河径流变化归因

流域水资源变化特征及其归因识别一直是水文研究的重要科学问题。本文以党河流域为研究区,采用线性倾向估计等方法分析了流域气象、下垫面和水文要素变化特征,基于Budyko水热耦合平衡方程量化了气候变化和人类活动对径流变化的贡献。结果表明：(1)流域内气温呈升高趋势,降水呈增加趋势,气候向暖湿化方向发展;(2)林地、草地、耕地、水域和建设用地面积增加,未利用地面积缩减;冰川退缩速率为3.86 km²·a^-1;多年平均最大冻结深度平均递减速率为1.14 cm·a^-1;(3)党河径流年际递增速率为0.21亿m³/10a,年内分配为“双峰型”,降水和气温对径流年内变化贡献分别为57.2%和42.8%,气候变化和人类活动对径流变化贡献分别为59.46%和40.54%。     

洞庭湖与长江水体交换能力演变及对三峡水库运行的响应

运用洞庭湖区与长江干流相关控制站1951-2010 年实测水文数据, 在分析江湖水力关系的基础上, 从不同时间尺度分析江湖水体交换能力的演变特征及其对三峡水库运行的响应。结果表明:① 7-9 月长江荆南三口对洞庭湖的补给能力较强, 1-3 月洞庭湖对长江的补给能力较强;② 江湖水体交换系数具有明显的年代际波动, 其中1951-1958 年、1959-1968 年荆南三口对湖泊的补给能力较强, 而2003-2010 年湖泊对长江的补给能力增强;③ 三峡水库运行后无论是典型年还是在水库不同调度方式运行期, 三口分泄能力减弱, 入湖水量减少, 而因四水入湖水量占绝对优势, 湖泊对长江的补给能力明显增强;④ 尽管影响江湖水体交换能力的因素极为复杂, 但从总体上讲, 除受流域降水波动影响外, 江湖水体交换能力在不同时间尺度上的演变特征及其过程均随着江湖水体交换量的变化而变化, 说明江湖水体交换能力强度与江湖水体交换量之间存在着彼此消长的关系。     

贡嘎山东坡海螺沟的河川径流特征

对贡嘎山高山水文观测试验系统进行了简要介绍，并对海螺沟冰川河以及黄崩溜沟的径流特征进行了初步探讨。由于大气降水同是冰川河及黄崩溜沟径流的重要补给来源，故其径流量的季节变化明显带有大气降水过程的烙印，显得丰、枯分明。在冰川河，冰雪融水和地下水在枯水季节的稳定补给改变了大气降水对冰川河径流的年内分配过程；在黄崩溜沟，由于冰雪融水和地下水对其径流的补给非常有限，大气降水过程对其径流过程的影响便明显大过冰川河。     

构造沉降和泥沙淤积对洞庭湖区防洪的影响

作者利用洞庭盆地多年水准测量资料和洞庭湖近年的泥沙资料,对洞庭盆地的构造沉降速率和泥沙淤积速率进行了分析,从地貌学和水利学角度,对“洞庭湖盆”和“洞庭盆地”这两个不同的空间概念进行了区分,在此基础上,探讨了构造沉降和泥沙淤积对洞庭湖蓄洪空间和防洪大堤的影响。在目前洞庭湖盆被大堤围限的情况下,洞庭盆地的构造沉降运动使洞庭湖的蓄洪空间不断减小;洞庭盆地的构造沉降量虽然在一定程度上缓解了洞庭湖不断萎缩的趋势,但构造沉降对洞庭湖区的防洪形势却是不利的。构造沉降和泥沙淤积均对防洪大堤的质量提出了更高的要求,增大了洞庭湖区防洪的难度。     

构造沉降和泥沙淤积对洞庭湖区防洪的影响

With the long-term data of the geodetic sea level measurements undertaken in the Dongting Basin and the recent sediment data of Dongting Lake, we analyze the tectonic subsidence rate of the Dongting Basin and the sedimentary rate of Dongting Lake. From the point of view of geomorphology and hydrogeology, we distinguish the two different spatial concepts between “the basin of Dongting Lake“ and “the Dongting Basin“. Then, we discuss the influences of the tectonic subsidence and the siltation on the levees and the space of storing flood. The better quality of levees is required due to the tectonic subsidence and the siltation, and the difficulties of preventing flood disasters are increasing.The space of storing flood is not affected by the tectonic subsidence, but by the siltation. At present,the sedimentary rate of Dongting Lake is higher than the tectonic subsidence rate of the Dongting Basin. The tectonic subsidence capacity of the Dongting Basin counteracts a part of sedimentary capacity, and the shrinking tendency of Dongting Lake is restrained to a certain extent, but the tectonic subsidence is harmful to the situation of preventing flood disasters in the Dongting Lake area.     

The influences of the tectonic subsidence and the siltation on the situation of preventing flood disasters in the Dongting Lake area

With the long-term data of the geodetic sea level measurements undertaken in the Dongting Basin and the recent sediment data of Dongting Lake, we analyze the tectonic subsidence rate of the Dongting Basin and the sedimentary rate of Dongting Lake. From the point of view of geomorphology and hydrogeology, we distinguish the two different spatial concepts between "the basin of Dongting Lake" and "the Dongting Basin". Then, we discuss the influences of the tectonic subsidence and the siltation on the levees and the space of storing flood. The better quality of levees is required due to the tectonic subsidence and the siltation, and the difficulties of preventing flood disasters are increasing. The space of storing flood is not affected by the tectonic subsidence, but by the siltation. At present, the sedimentary rate of Dongting Lake is higher than the tectonic subsidence rate of the Dongting Basin. The tectonic subsidence capacity of the Dongting Basin counteracts a part of sedimentary capacity, and the shrinking tendency of Dongting Lake is restrained to a certain extent, but the tectonic subsidence is harmful to the situation of preventing flood disasters in the Dongting Lake area.     

典型年洞庭湖系统健康综合评价

以洞庭湖各典型年的遥感影像、相关图件、社会经济数据及水沙、水质监测等实测资料为依据,基于湖泊健康 “PSR”响应模型,构建了综合评价指标体系,确定了具体的评价指标、评价标准、指标权重和评价等级,采用主成分分析法评价洞庭湖系统健康状况的空间差异,以模糊综合评判法评价其典型年动态变化特征。结果表明：① 从各典型年来看,1986年和1998年洞庭湖处于不健康状态,1991年为临界健康;而三峡工程蓄水运行之后洞庭湖均处于临界健康状态。② 从空间分布上看,南洞庭湖系统健康状况相对较好,其次是东洞庭湖,最差的是西洞庭湖。③ 从压力-状态-响应健康指数来看,各典型年压力隶属度均为不健康,尤其是三峡工程蓄水运行后;其状态、响应隶属度一直保持在临界健康水平。这说明洞庭湖虽保持了较为完整的自然形态、结构基本合理、生态服务价值稳定,但已出现“病症”。作为国家级自然保护区,洞庭湖健康整体水平仍需进一步提升。     

应用Terra/MODIS卫星数据估算洞庭湖蓄水量的变化

以洞庭湖为例,利用2002年的美国Terra/MODIS卫星数据,以16天为周期将全年划分为23个时段,分别对湖区水位和蓄水量分布特征和变化规律进行动态监测和综合分析。具体测算方法包括以下4个步骤: (1) 根据湖区特性,将整个洞庭湖分为3个部分：自西向东依此是西洞庭湖 (WDL), 南洞庭湖 (SDL) 和东洞庭湖 (EDL)。这3个部分的蓄水量之和就是整个洞庭湖的总蓄水量。(2) 以水体和陆地的光谱差异为基础,使用Terra/MODIS卫星的NDVI 数据识别并量测湖区水面积。(3) 将湖区水面影像同湖区数字高程模型DEM相叠加,以被监测的湖区水面的平均高度值作为水面高度。水面高度与湖底高度的差即为相应点的水深。(4) 按50 m×50 m网格大小和相应位置的水深的乘积来计算每个水柱体积。最后,将整个湖内的所有水柱的体积值累加便得到洞庭湖的总蓄水量。用上述方法测算的水位和蓄水量与实测资料进行了比较表明,两者具有很好的一致性。     

清末以来洞庭湖区通江湖泊的时空演变

本文利用清光绪22年以来17个时段的多种历史地图和航天航空遥感数据,采用遥感解译、数据统计分析与历史对比方法,分析清末以来洞庭湖区通江湖泊面积的时序变化,探究空间演变特征。结合水利部门发布的典型年份监测数据,检验了遥感获取的湖泊面积精度,误差仅为0.62%。结果显示：洞庭湖通江湖泊面积从1896年的5216.37 km²减少到2019年的2702.74 km²,萎缩率为48.19%。1949年前的53年为明显萎缩期,年均萎缩15.66 km²;20世纪50年代为陡崖式萎缩期,年均萎缩139.05 km²;20世纪60—70年代为快速萎缩期,年均萎缩21.66 km²;1980年以来为基本稳定期,年均萎缩0.13 km²,面积仅减少了5.10 km²。就具体湖泊而言,东洞庭湖是各通江湖泊中面积萎缩最大的湖泊,减幅为922.60 km²;其次是目平湖,减幅为588.05 km²;再次是南洞庭湖,减幅为448.37 km²;七里湖的面积变化很小,但经历了先扩张后萎缩的过程。1998—2002年实施“退田还湖”工程,洞庭湖面积增加了10.50 km²。总体而言,清末以来洞庭湖区通江湖泊的演变主要表现为大通湖的封闭析出、整修南洞庭湖的湖垸置换与南迁、围垦西洞庭湖的局部残存、东洞庭湖的三面合围以及1998年特大洪灾后有限的“退田还湖”。本文为长江流域生态修复和环境保护战略提供了客观资料和技术支撑。     

洞庭湖演变趋势探讨

洞庭湖的演变主要受构造沉降、泥沙淤积和人类活动影响三大因素的控制。目前 ,洞庭湖盆的构造沉降速率虽然较低 (3～ 10mm/a) ,但构造沉降量仍抵消了部分泥沙淤积量 ,在一定程度上抑制了洞庭湖日益萎缩的趋势。由于湖盆中泥沙淤积速率大于构造沉降速率 ,洲滩会继续发育和扩展 ,洞庭湖仍保持淤高的趋势。在“4 35 0工程”完成和三峡建坝后 80年内 ,湖盆泥沙淤积速率将降低到 1 79mm/a ,洞庭湖不断淤高的趋势将得到减缓。     

Evolution characters of water exchange abilities between Dongting Lake and Yangtze River

By using field-survey hydrological data of the related control stations in Dongting Lake and the Yangtze River mainstream in 1951–2010, the evolution characters of water exchange abilities between the two water bodies and their response to the operation of the Three Gorges Reservoir (TGR) from different time scales are analyzed based on their hydraulic relations. The results are shown as follows. Firstly, during July-September, the replenishment ability of Three Outlets to Dongting Lake is stronger, and in January-March, the replenishment ability of Dongting Lake to Yangtze River is stronger. Secondly, there has been an obvious inter-decadal wave on the water exchange coefficient between Dongting Lake and Yangtze River. In 1951–1958 and 1959–1968, the replenishment ability of Three Outlets to Dongting Lake was stronger, but in 2003–2010, the replenishment ability of Dongting Lake to Yangtze River has been strengthened. Thirdly, the spill-division ability of Three Outlets weakens, and the water of Dongting Lake coming from Three Outlets decreases either in typical years or under different dispatching modes of the TGR after the operation of the Three Gorges Reservoir. Furthermore, the water of Dongting Lake coming from Four Rivers takes the dominant position, which obviously enhances the replenishment ability of Dongting Lake to Yangtze River. Fourthly, if the effect of the runoff fluctuation in the basin is not considered, the evolution characters of the exchange capacities and the exchange process between Dongting Lake and Yangtze River in different time scales are generally changed with the variation of the water exchange amount between them, although the factors influencing the water exchange capacities between them is very complex. These show that there is an in-line growth or decline relation between the river-lake water exchange ability and the river-lake water exchange amount.     

环洞庭湖区人口城镇化的空间格局及影响因子

中部积水的湖盆地形使环洞庭湖区社会经济的空间结构不同于一般的平原地区。利用第六次人口普查的县域统计资料,对环洞庭湖各县市区人口城镇化水平进行空间分析发现,湖区人口城镇化水平呈现出明显的同心带状结构。对环洞庭湖各县市区的人口城镇化水平与其社会经济发展、交通区位和资源环境等3大类12个指标进行全因子相关分析和回归分析,结果显示:经济结构差异是人口城镇化空间结构特征形成的直接原因;农业现代化水平对湖区人口城镇化的空间分异产生了较大的影响;交通区位条件主要通过影响经济结构来影响人口城镇化水平;地形结构的差异则是湖区人口城镇化空间结构形成的自然基础。