基于SPEI的渭河流域干旱时空变化特征分析

以标准化降水蒸散指数(SPEI)作为评估指标,基于渭河流域28个气象站点1961—2017年实测降水量和气温数据,采用Mann-Kendall(M-K)趋势检验、经验正交函数以及小波变换等方法分析渭河流域干旱时空变化特征,并研究渭河流域干旱与6种大尺度气候因子之间的相关关系,进一步探讨主要气候因子对流域干旱时空分布特征的潜在影响。研究表明:渭河流域在1961—2017年间整体呈现出变旱的趋势。通过经验正交函数分解,渭河流域干旱分布场主要有3种典型模态类型,分别为全局型、西北—东南反向分布型以及东—西反向分布型;同时,大尺度气候因子南方涛动指数SOI与流域干旱分布场具有更好的相关关系,对该区域内干旱变化有较强的影响。     

基于SWAT模型的梅江流域非点源污染时空分布特征

利用SWAT模型对亚热带季风湿润区红壤背景下江西省梅江流域非点源污染进行了模拟,并根据实测数据对模型的参数进行了率定和验证。在确定模型适用性的基础上,进行氮、磷营养盐负荷计算,分析了流域非点源污染负荷时空分布特征。结果表明：研究区非点源污染负荷具有显著的时空分布特征,在时间变化上,氮、磷污染负荷与降雨有明显相关性,R2分别是0.909和0.921;硝态氮年平均污染物负荷排放方式主要以下渗为主,下渗硝态氮排放量占总量的63%,与流域内高植被覆盖率有关;在空间分布上,有机氮与有机磷空间分布基本一致,流域内污染物主要分布在梅江中下游的黄陂河与会同河流域,不同土地利用下非点源污染负荷以耕地排放量为主。     

基于SPEI的辽西地区气象干旱时空分布特征

干旱是辽西地区最为频繁的自然灾害之一,已严重制约人们的生活和经济发展。以辽宁省西部作为研究区域,借助该区8个气象站点1960-2015年逐月气温、降水数据,计算年、季、月时间尺度的标准化降水蒸散指数（SPEI）,并进行Mann-Kendall 趋势变化和ArcGIS空间可视化分析,揭示了辽西地区近56a气象干旱的时间变化趋势,以及干旱频率和干旱强度的空间分布特征。结果表明：近56a辽西地区干旱发生频率呈现上升趋势,尤其是21世纪以来;季节干旱变化趋势不甚明显,各季节均有干旱发生,其中秋季干旱最严重;辽西各地区均有干旱发生,在年尺度、季尺度和月尺度下发生频率分布不均,总体呈西部频率高东部频率低的趋势;21世纪以来发生连续干旱次数较多,干旱发生强度呈现西南强,东北弱的分布特征,高值中心在建平。     

近50年河北省干旱时空分布特征

干旱是影响我国的主要气象灾害之一,本文采用标准化降水指数SPI作为干旱评价因子对近50年来河北省干旱的时空变化特征进行了研究,得出以下主要结论:(1)春季干旱最为严重,干旱率呈逐渐降低的趋势,夏季干旱率呈逐渐增加、秋季和冬季干旱率略有降低的趋势;(2)春季干旱在20世纪70年代最为严重,夏季、秋季和冬季的年代际干旱分别以2000年以来、20世纪60年代和90年代最为严重;(3)春季干旱发生概率均大于20%,发生概率大于30%的旱情多发地区在各市均有分布;全省大部分地区夏季、秋季和冬季干旱发生概率为20%~30%,夏季干旱多发地区主要集中在河北省北部和西南部,秋季干旱多发地区主要集中在河北省西部和南部,冬季干旱多发地区主要集中在河北省北部。     

基于PLUS和InVEST模型的渭河流域土地利用与生境质量时空变化及预测

生境质量是关系人类福祉和实现可持续发展的重要基础,对区域生态保护和土地资源可持续利用具有重大意义。以渭河流域为研究对象,基于2000、2010年和2020年的土地利用数据,应用斑块生成土地利用变化模拟（Patch-generating land use simulation,PLUS）模型、生态系统服务和权衡的综合评估（Integrated valuation of ecosystem services and trade-offs,InVEST）模型预测并评价了土地利用与生境质量时空变化特征。结果表明：（1） 2000—2020年渭河流域建设用地和草地面积逐年增加,林地面积略微增长,耕地面积持续减少;2020—2050年土地利用变化趋势同2000—2020年基本一致但剧烈程度显著下降,建设用地扩张趋势减缓,耕地减少幅度下降,草地面积占比超过耕地跃居流域第一。（2） 2000—2020年流域内生境质量两极分化趋势明显,低生境质量和高生境质量区域面积有所增加,中等生境质量的面积减少,整体生境质量水平呈上升趋势;2020—2050年生境质量水平继续保持逐年上升趋势但增幅放缓,生境质量变化强度下降,低生境质量区域面积逐渐减少,中等生境质量面积保持稳定,高生境质量面积有所增长。研究结果可为渭河流域土地资源可持续利用和高质量发展提供相应科学依据和决策参考。     

基于数字滤波法和SWAT模型的灞河流域基流时空变化特征研究

将国内外应用较广的数字滤波法和分布式水文模型SWAT相结合,在进行基流时间特征分析的基础上,通过修正基流退水系数α、模型效率评价、重新运行模型、GIS空间插值和趋势分析等方法,创新性地实现了基流空间特征的可视化表达。研究结果表明：① 2001~2012年灞河流域年均基流指数（BFI）为0.43,总体呈增加的趋势。年降水量与年径流、年基流均呈明显的正相关关系,与年基流指数呈明显的负相关关系;② 基流年内变化较为稳定,在时间上存在秋季>春季>夏季>冬季、汛期>非汛期的关系。枯水期的基流指数高达0.78,表明基流是枯水期河流的主要补给来源;③ 灞河流域基流在空间上表现为自东南向西北、自上游向下游逐渐增加的趋势,这种空间分异规律是由流域的地势和河流流向决定的。     

基于MOD16数据的河南省和山东省干旱的时空分布特征

河南省、山东省位于华北平原,是中国的粮食大省,但因为受自然地理位置等诸多因素的影响,河南省、山东省旱灾频发。采用MOD16A2数据进行作物缺水指数CWSI (Crop Water Stress Index)的计算,对河南省、山东省2012年6月—2013年6月干旱时空分布特征进行分析,主要结论如下:(1)河南省、山东省月际间干旱分布特征差异显著(P0. 05)。CWSI月际最大值出现在2012年6月,为0. 977 4,且山地干旱程度严重于平原。(2)河南省、山东省季节间干旱分布特征差异显著(P0. 05)。春季干旱情况较为严重,CWSI为0. 918 9。(3)从CWSI峰值月际、季节变化来看,河南省干旱情况略比山东省严重。河南省、山东省CWSI月际最大值分别为0. 977 4、0. 966 2,季节最大值分别为0. 918 9,0. 886 9。     

基于CI指数的江苏省近50 年干旱的时空分布规律

根据江苏省54 个气象台站1960-2009 年实测气象资料,利用气象干旱复合指数(compositeindex, CI) 对江苏省近50 年的干旱特征进行了时空分析。通过计算各站历年逐日的CI 指数值,统计近50 年各站点出现的干旱过程,分析江苏省各地区干旱发生的频率、范围和强度,揭示了江苏省干旱发生的时空分布规律。研究结果表明：(1) 江苏省全年和各季干旱发生频率都是北高南低,四季中,冬旱发生频率最高,夏旱发生频率最低,秋旱南北差异不显著。(2) 冬季江苏省干旱大范围发生的年份最多,夏季最少;近50 年来,全年和四季干旱覆盖范围的线性变化趋势不明显。(3) 这50 年中,江苏省逐年干旱持续日数和干旱强度虽然存在着明显的年际波动,但线性变化趋势不明显。(4) 江苏省各等级干旱日数总体上呈现冬季多夏季少、北部多南部少的规律。     

基于SPI的黑龙江省干旱时空特征分析

利用黑龙江省10个气象站点1953—2015年逐日降水数据,计算不同尺度下的标准化降水指数(SPI),并结合游程理论分析黑龙江省干旱的时空演变特征。结果表明:降水仍是黑龙江省干旱的主要影响因素;黑龙江省干旱夏季和秋季呈增强趋势,SPI变化速率分别为每10 a下降0.029、0.135,春旱和冬旱呈缓解趋势,速率为每10 a上升0.061、0.074,年SPI变化速率为每10 a下降0.044;黑龙江省20世纪60年代中后期~70年代末,干旱较为频繁,且干旱的持续时间长、干旱程度大、干旱强度大,出现了1974—1980年的连续干旱期,80年代~90年代中期较为正常,90年代末及之后,干旱频率及其持续时间、程度、强度呈增加趋势;干旱事件的持续时间从西北向东南呈增加—减少趋势,黑龙江省中部的干旱事件持续时间最长。     

基于SWAT模型的森林分布不连续流域水源涵养量多时间尺度分析

为解决森林分布不连续流域森林水源涵养功能及其多时间尺度特征的定量评价问题,根据分布式水文模型（SWAT）的特点,提出了反映森林斑块空间分布的水文响应单元划分方法,以及基于水量平衡法的森林不连续分布流域森林水源涵养量计算公式。以东南沿海的晋江流域为例,构建了2006年土地利用条件下的日时间步长SWAT模型,统计分析了2002—2010年降水条件下森林水源涵养量的时空变化规律。结果表明：① 构建的晋江流域SWAT模型精度较高,面积阈值为零生成的水文响应单元比较准确地反映流域森林斑块分布,提出的森林水源涵养量计算公式适用于森林空间分布不连续流域森林水源涵养量的多时间尺度分析,为流域森林水源涵养功能评价提供了一个新的方法。② 晋江流域森林水源年涵养量271.41~565.25 mm;月涵养量-29.15~154.59 mm;日尺度的极端降水期皆为正值,极端枯水期都为负值。表明年际之间不存在森林水源涵养的蓄丰补枯调节作用,但在年内的部分月份得到体现,而日尺度的森林蓄丰补枯功能充分发挥。从而揭示了不同时间尺度森林水源涵养量及其蓄丰补枯功能的差异。     

SWAT模型在漳卫河流域应用研究

漳卫河流域是海河流域重要组成水系, 也是我国北方地区水资源短缺和水环境恶化的典 型区域之一。本文基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)构建漳卫河流域分布式水文模型, 对模型的几个重要参数进行敏感性分析, 总结出其取值变化对模拟结果的影响规律。并应用 2000~2004 年的水文气象数据, 进行分布式水文过程模拟, 将模拟结果与8 个行政区划的水资源 公报数据进行对比分析。结果显示模拟相对误差在10%以内, 能够为水资源管理提供重要参考。 研究成果对于SWAT 模型在国内的应用和推广, 具有很好的示范性。也为海河全流域分布式水文 模型的研制奠定了基础。     

SWAT模型在伊犁河上游缺资料区的应用

 在分布式水文模型中,探索产生分布式降水数据的方法是该领域研究的热点之一,发展基于水文物理过程的模型校准方法是实践PUB的热点与难点。基于SWAT分布式水文模型,以资料稀缺的伊犁河上游为研究区域,针对流域的水资源评价关键问题,首先准确描述区域的降水空间分布特征,并基于流域水文过程采用综合流域特征、多时间尺度、多变量和多站点的适宜性模型校准新方法,取得了满意的模拟结果,表明模型较好地再现了流域的水文过程。另外,完善水文机理研究,提高降水及下垫面相关参数的观测水平是改善模型模拟的有效途径。     

1951-2012年渭河流域降水频次变化特征分析

利用渭河流域26个气象站点1951-2012年的逐日及逐年降水数据,分析流域降水频次的变化特征及其相关影响。结果表明：（1）年降水频次在空间上表现出由北向南逐渐递增的趋势,最高年降水频次为111.39 d·a^-1,最低年降水频次为67.77 d·a^-1。强降水频次在空间上表现出由西北向东南逐渐递增的趋势,高值区最高年强降水频次为8.10 d·a^-1,低值区最低年强降水频次为1.99 d·a^-1。（2）年降水量与强降水频次Pearson相关系数>0的区域占到总流域面积的96.59%,>0.6～<1的区域占到了总面积的74.14%,呈现为强相关或者极强相关,Pearson相关系数为负数,且呈现强相关或极强相关的区域只占到了总面积的0.8%。（3）强降水频次在一定阶段符合幂律分布。在拟合趋势线中间会发生转折点,强降水频次的规模较大时,拟合方程为y=198.9x-1.199（R²=0.901 8,P<0.01）,强降水频次较小时拟合方程为y=113 466x-5.402（R²=0.983,P<0.01）。幂律分布规律可以深层次的解释强降水是引发渭河流域洪灾的重要影响因素。     

基于随机森林模型的黄河流域城市建设用地结构时空演化及其驱动机制研究

城市是区域人口、产业等要素集聚的主要空间载体,系统揭示黄河流域城市建设用地结构演化及其驱动机制对于深入推进黄河流域生态保护和高质量发展战略落实具有重要意义。基于黄河流域2007—2019年城市建设用地数据,论文运用信息熵模型分析了黄河流域城市建设用地结构的时空演化特征,并用随机森林模型探讨其驱动机制。结果表明：(1) 2007—2019年,黄河流域城市建设用地面积快速增长,年均增速达5.34%,但城市建设用地结构信息熵不断降低,经历了“高位无序—相对稳定—低位有序”的变化过程;(2)黄河上、中、下游城市建设用地规模增速依次加大,年均增速分别达到3.91%、5.06%、6.22%;中游地区城市建设用地结构信息熵下降最多,上游地区和下游地区降幅相近;(3)黄河流域各类建设用地主要配置在省会及经济发达城市;黄河流域城市用地结构信息熵存在空间异质性,省会城市及经济发达城市建设用地结构信息熵存在降低趋势,而欠发达城市的信息熵逐步增大;(4)城市用地规模和城市人口规模对城市建设用地结构演化的作用最强,产业结构升级和财政支出规模的作用强度次之,经济发展水平和政策支持力度的作用较小,上中下游影响因子的...     

基于SPEI和SDI指数的云南红河流域气象水文干旱演变分析

本文基于红河流域43个气象站1961-2012年逐月降水、气温数据以及干支流2个水文站1956-2013年逐月流量数据,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)和径流干旱指数(SDI)分析流域气象水文干旱的演变特征,并探讨水文干旱对气象干旱的响应。结果表明：①1961-2012年期间,流域总体上表现出干旱化的趋势,季节变化上春季有变湿的趋势,而夏、秋、冬三季有变干的趋势,但趋势并不显著。干旱频率季节空间分布差异较大,春旱和冬旱发生频率较高。从干旱范围来看,春旱范围呈缩小的趋势,夏旱、秋旱和冬旱范围表现出不同程度的增大趋势;②1956-2013年期间,流域水文干旱表现出加剧的趋势,其中1958-1963、1975-1982、1987-1993、2003-2006和2009-2013年为水文干旱多发期,近10年来频率明显增加;③流域水文干旱滞后于气象干旱1~8个月,气象和水文干旱事件的干旱历时、严重程度和强度之间具有紧密的相关性,流域气象干旱是水文干旱的主要驱动力。     

基于SWAT模型的乌鲁木齐河流域径流模拟

为了更好地研究西北干旱区高山河流对气候变化的响应,在新疆乌鲁木齐河上游汇水区构建SWAT分布式水文模型,结合Sufi-2算法对模型进行参数率定、敏感性分析以及不确定性分析,对乌鲁木齐河英雄桥水文站以上2000-2011年日径流进行模拟。结果表明:(1)河岸调蓄的基流α因子、土壤饱和导水率、地下水的时间延迟、气温降水垂直变率以及相关融雪参数比较敏感。(2)模型模拟结果与观测流量过程线拟合程度较好,日值模拟结果Ens>0.75,PBIAS介于±25%,R²达到0.8以上。(3)较高的P-factor及较低的R-factor显示模型不确定性较小。总体来说,SWAT模型在乌鲁木齐河上游区的适用性比较理想。     

基于遥感和 GIS 的洮河流域面源污染流域尺度模拟及防治对策研究

基于遥感与GIS技术的研究进展,采集洮河流域高程数据、土地利用类型、土壤类型特性、气象数据等,在SWAT模型中模拟与面源污染有关的降水、地表径流、壤中流、下渗和蒸散发等水文过程,计算侵蚀量、总氮和总磷等面源污染负荷,研究洮河流域面源污染特征。结果表明：洮河流域多年平均侵蚀量为0.70×10⁸ t,多年平均总氮面源污染负荷为244.11 t,洮河流域多年平均总磷面源污染负荷为27.91 t,洮河流域1967—2017年多年平均侵蚀量、总氮面源污染、总磷面源污染负荷总体呈不明显的波动减少趋势,同时提出了改变土地利用方式、设置植被过滤带、坡改梯等面源污染防治对策及建议。     

基于DEM的清水河分布式水文模型

对于以冰雪融水和雨水混合补给为主的西北山区流域,需要结合山区特点建立分布式水文模型。通过取塔里木河流域中的清水河水系为研究区域,采用300 m×300 m DEM数据进行流域河网水系提取,同时用DEM数据对参数进行分布式异化,建立冰雪融水与降雨相结合的分布式水文模型。分析模拟结果表明:夏季模拟径流主峰值与实测径流值较为接近,而冬春季节两者之间的差别较大,反映了西北山区流域冰雪融水和雨水混合补给为主的特点;进而开拓塔里木河区域应用该类模型的可行性。     

1961-2016年渭河流域极端降水事件研究

基于1961-2016年渭河流域26个气象站点的逐日降水数据,选取与极端降水事件密切相关的9个指数,利用线性趋势法、Mann-Kendall突变点检验和方差分析等方法,揭示渭河流域极端降水事件的变化趋势、突变情况以及渭河流域上、中、下游降水情况的差异特征,对研究区未来极端降水事件提供科学预测和理论参考。结果表明:①渭河流域上、中、下游地区及整个流域的年总降水量分别以16.588 mm/10a、8.319 mm/10a、6.703 mm/10a和9.544 mm/10a的速率下降,表明渭河流域56 a来降水总量存在逐年减少的趋势,整个渭河流域地区呈现变干的趋势。②降水强度(SDII)、强降水总量(R95PTOT)和极端降水总量(R99PTOT)在整体上均呈现上升趋势,极端降水总量的上升趋势高于强降水总量,上游地区的上升趋势高于中下游地区,表明渭河流域极端降水强度有所增强,极端降水事件发生频率有所增大。③渭河流域出现极端降水事件的年份集中在20世纪90年代和21世纪初期,且降水情况的年际差异较大,中游地区的变化更为明显。④相关分析显示中下游地区对整个流域极端降水事件的发生情况起到较大的贡献...