平原河网地区河流结构特征及其对调蓄能力的影响

平原河网地区是河流高度发育并受到城市化深刻影响的区域。本文以上海为例,基于上海及周边城市普遍采用的河流分类和水利片管理系统,分析不同城市化水平地区河流结构的共同特征及其差异性,探讨河流结构对河网调蓄能力的可能影响,提出估算河网调蓄能力的方法。研究表明,平原河网地区河流结构指标反映了该地区河流数量、长度以及低等级河流高度发育的自然地理特征,城市化在达到一定程度后即会干扰河流结构的自身发育规律,并表现为河流发育能力的下降;河流结构在城市化影响下表现出由复杂到简单、由多元到单一的变化趋势;河网调蓄能力受低等级河流数量及结构的影响更大,并随着城市化水平的提高而下降;就整体而言,城市化对河网调蓄能力的影响大于对河流结构的影响;以水面数量和河流结构两项指标作为参数能够更准确地估算河网调蓄能力。     

城市化进程中平原河网地区河流结构特征及其分类方法探讨

平原河网地区河流结构发育受到自然条件和城市化的双重影响。依据遥感解译数据,围绕城市化水平、河流形态、河流结构和河流调蓄功能四个维度,就建成区面积比例、河流长宽分布、河系分维、河流调蓄能力等具体指标,分析了城市化水平和土地利用特征不同区域的河流空间形态、结构特征和功能状态,探讨了城市化进程中平原河网地区河流结构的可能演化轨迹,尝试建立了城市化影响下平原河网地区河流结构分类方法,提出了城市河流综合整治过程中应充分重视保护自然河流结构,注重发挥河流综合功能等观点。     

水利工程对长江荆南三口水系连通功能变化的影响

为了揭示荆南三口地区水利工程与水系连通功能的定量关系,基于1954、1975、1990、2008和2016年5期的水利工程与水系连通功能的相关数据,运用集对分析和相关分析等方法,定量评价了水利工程对长江荆南三口水系连通功能的影响,结果表明：1）区内外水利工程与多年日均径流保证率、河道断流率、输沙效率的相关系数（R²）均＞0.5,皆达到显著性水平。2）自然功能3个模块的联系主值数基本呈下降趋势,但物质能量传递功能与生态维系功能下降尤为明显。1990年之前物质能量传递与生态维系功能处于一个较好的状态,1990年后这2项功能的等级已下降至“差”;社会功能3个模块的联系主值数的变化各不相同。洪涝防御功能一直处于上升状态,而水资源调配功能和水能与水运资源利用功能都在1954-1990年呈下降趋势,1990年后,水资源调配功能逐渐回升,水能与水运资源利用功能持续下降。3）1954-2008年自然功能等级和综合功能等级都有所下降,直到2016年才稍有回升,但升幅较小,等级较低;社会功能等级在1954-1990年较低,2008年以后回升,且明显高于自然功能等级。     

中国东北平原及毗邻地区古水文网变迁研究综述

本文论述东北平原及毗邻地区黑龙江中游的第四纪水文网变迁与时代。首次完整、系统提出下松花江溯源侵蚀切穿佳~依分水岭,袭夺了上松花江、牡丹江形成松花江的袭夺水系。黑龙江中游由于三江平原平均每年以1~6 mm速度下沉,下黑龙江溯源侵蚀,切穿了中俄境内的小兴安岭,形成萝北—嘉荫峡谷,袭夺了上黑龙江、结雅河和布列亚河,形成黑龙江袭夺水系。根据依兰达连河煤矿钻孔岩芯岩相分析,发现在古近纪和新近纪时在达连河—祥顺地区有一古大湖,上松花江和牡丹江流向该大湖,沉积了厚700~1000多米的湖河相碎屑岩含煤地层。后因伊通—依兰裂谷上升,下松花江溯源侵蚀,袭夺了流向该大湖的上松花江和牡丹江。所以松花江和牡丹江从来没有向西流向松嫩平原。松花江和黑龙江袭夺水系的形成时期是在上新世末—早更新世初。此后,松辽平原偏西区域从早更新世至中更新世末形成古大湖,周围河流流向该大湖,呈向心状水系,从松辽平原湖相黏土层分布和古地磁测年确定,至中更新世末该古大湖衰亡。晚更新世以来松辽平原进入河流发展时期,松辽分水岭缓慢上升,并不断北移。黄、渤海在20年内下沉了60 mm,辽河溯源侵蚀,袭夺了东、西辽河。从此形成了辽河与松花江水系的基本格局。     

水系连通变异下荆南三口河系水文干旱识别与特征分析

为揭示水系连通变异下荆南三口河系水文干旱演变特征,运用荆南三口河系五站1956-2016年的月径流量数据,采用游程理论识别该河系水文干旱特征变量,并运用Kolmogorow-Smirnov优度检验法选出干旱历时、干旱强度和峰值的概率分布函数,构建出水文干旱特征联合分布Copula函数,对水系连通变异下该河系水文干旱特征进行深入研究。结果表明：① 1989年为荆南三口河系（1956-2016年）水系连通变异分割点;② 该河系连通性变异前后水文干旱特征均发生显著变化,水文干旱事件发生的次数增多,干旱历时增长,干旱强度增大,峰值增高;③ 各站点的相同单变量重现期下二维联合重现期在水系连通变异前基本上均比水系连通变异后长,二维同现重现期在水系连通变异前均比水系连通变异后短;④ 水系连通变异后,该河系水文干旱历时、干旱强度和峰值呈现增加趋势,且在相同单变量重现期的情况下,干旱历时更长,干旱强度更大,峰值更高;⑤ 水系连通变异后水文干旱特征的变化幅度与变异前存在差异,不同河系其水文干旱特征的变化幅度不同。     

不同比例尺水系修正DEM的流域河网提取对比

选取三门峡至小浪底区间小流域为研究对象,以1∶5万和1∶25万两种尺度的数字化水系分别修正DEM,在此基础上运用ArcGIS水文分析模块(ArcHydro Tools)进行流域河网提取。研究表明,基于水系修正的DEM和ArcGIS水文分析模块提取的流域河网精度较高,1∶5万水系修正DEM得到的河网更接近自然水系;通过对两种水系修正DEM生成的河网套合差计算发现,二者河网吻合程度较好,在DEM数据精度较高或者地形起伏较大的地区,如果没有更高精度的水系数据,1∶25万水系可取代1∶5万水系用于修正DEM。     

太湖平原区河网结构变化对调蓄能力的影响

城镇化快速发展导致河网水系萎缩,连通性受阻,河网调蓄能力降低,加大了区域洪灾风险和洪涝损失.基于1960s,1980s,2010s的1:5万地形图水系及三个控制站的水位数据,选取河网密度(R_d),水面率(W_P),盒维数(D),水位Hurst指数(H),分析了近50年来太湖流域武澄锡虞地区的水系演变与河网调蓄能力变化;并借助代表性单元流域概念,以水位Hurst指数来表征河网调蓄能力,从河网调蓄的物理机理出发,探讨了河网调蓄与河网结构参数的关系.结果表明:① 受快速城镇化影响,1960s-2010s武澄锡虞地区河网密度,水面率及盒维数分别下降了18.87%,24.59%,7.60%,且1980s至2010s各水系指标的衰减率均高于1960s-1980s;② 1960-2010年,研究区年均及汛期的水位Hurst指数呈下降趋势,其所反映的河网调蓄能力与该地区河网水系各指标变化同步,这表明城镇化引起的河流水系衰减导致河网调蓄能力发生明显下降,非汛期水位Hurst指数先增加后降低,表现出一定的不确定性;③ 基于REW概念与水位Hurst指数值,初步构建了河网结构参数与调蓄能力的关系式,并对关系式进行了验证,基本可行,可在一定程度上揭示城镇化下水系变化对河网调蓄能力的影响,从而为评价平原水网区河网调蓄能力提供了一种相对简便的方法.     

近50年人类活动引起的杭嘉湖平原区水位变化

针对杭嘉湖地区洪涝灾害日益加剧的现状,基于1960~2007年日降水和日水位资料,采用Spearman检验、有序聚类分析和线性模拟方法,研究了近50 a来降水和水位变化,在此基础上探讨了降水和人类活动对特征水位变化的贡献率。结果表明,区域近50 a降水变化未见明显趋势,水位呈增加趋势,年最高水位、年平均水位和年最低水位增率分别为0.03 m/10a、0.05 m/10a和0.09 m/10a,且平均水位和最低水位增加达到显著性水平。8个代表站点特征水位均呈增加趋势。空间上沿水流方向,线性坡度值增大。水位降水响应率和平水年水位序列分析显示人类活动是水位变化的重要原因。人类活动对最高水位、平均水位和最低水位变化的贡献值分别为39.0%、56.2%和82.9%。     

长江黄河源区水文和气象序列周期变化分析

应用Meyer小波,对江河源地区近50a来年径流量、年降水量和年平均气温做周期分析,发现江河源地区水文气象序列的变化周期基本在22a、16~17a、11a、7~8a、5~6a和2~3a左右的时间尺度上浮动。而这些基本周期正是太阳黑子活动周期和海-气相互作用的周期,说明江河源地区水文、气象序列的周期变化受天体运动变化的影响。天体运动直接影响降水和气温的周期变化,进而在一定的下垫面条件下,影响径流的周期变化。     

水文连通对湿地生态系统关键过程及功能影响研究进展北大核心CSCD

水文连通是湿地生态过程的主要非生物驱动因子,湿地生态系统中水文连通对于湿地稳定性自维持极为重要。湿地生态系统关键生态过程及功能对水文连通受损的响应机制是目前国内外湿地研究的热点与难点问题,综述了目前国内外该科学问题的相关进展。湿地生态系统水文连通具有尺度特征,从群落—生态系统、从局地到区域,其主导影响因素不同。水文连通被阻断,会导致沉积过程改变,进而改变湿地微地貌特征;水文连通可以通过改变生物生境进而影响生物定殖、扩繁及湿地的生物多样性功能,生物觅食与繁殖更趋向选择连通较好的湿地斑块,水文连通的丧失将导致全球生物多样性的降低;完整的水文连通能够促进能量和营养物质的循环,水文连通与生物地球化学连通的耦合,是驱动湿地生态系统能量与物质流转和功能发挥的主要营力。未来关于湿地水文连通与生态系统稳定性研究应着重关注构建湿地水文连通评估方法、水文连通与湿地关键生物地球化学过程的耦合机制、多重胁迫下水文连通与湿地生态系统稳定性作用机制和基于水文连通调控的湿地恢复与保育技术等方面的研究。     

平原水网地区快速城市化对河流水系的影响

为了揭示平原水网地区快速城市化对河流水系的影响,基于1:50000地形图和30 m空间分辨率遥感影像数据,采用格网化河网密度、支流发育系数和分形维数等水系指标,分析了20世纪80年代至21世纪10年代苏州市河流水系的时空变化特征,探讨了土地城市化水平与河网密度变化之间的定量关系。结果表明：① 苏州市河流长度衰减了10.55%,其中干流长度增加了3.24%,一级支流与二级支流的长度分别减少了18.87%和11.76%;河网密度在空间上以减小为主,其中干流河网密度在空间上以增加为主,支流河网密度在空间上以减少为主。② 支流发育系数由3.36下降至2.78,水系结构趋于主干化;水系分形维数由1.70下降至1.63,水系形态趋于简单化。③ 土地城市化率高于40%时,河流水系衰减趋于明显,且土地城市化水平越高,河流减少的越多。为满足不同的经济社会发展需要,不同等级河流对土地城市化的响应不尽相同：为提高城市防洪排涝能力,一级河流总体上有所增加;土地城市化率小于40%时,部分二级河流被侵占以增加耕地面积,并新开挖了许多三级河流以提高农田排涝与灌溉能力;土地城市化率大于40%时,大量支流被填埋并转换为建设用地,而且等级越低的河流衰减的越严重。     

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     

洮儿河流域中上游水循环要素变化及其原因

选取洮儿河流域中上游地区为研究区,分析1961～2000年期间径流、降水、气温等水文气象要素的演化趋势.采用特征参数时间序列法,初步探讨了气候变化与土地利用/覆被变化的径流效应,并通过洮南站40年天然径流与实测径流的比较,定量分析水资源开发利用对径流的影响.结果表明:降水、气温均呈一定的上升趋势,径流表现出先减少、后增加、再减少的趋势;年降水、年气温分别与天然年径流呈正相关和负相关的关系,然而这种影响随着时间序列的延长均有所减弱;近30年间,植被覆盖度降低可能是天然年径流增加的主要原因;水资源的开发利用导致1986～2000年期间的年径流减少5.8亿m3,占天然年径流量多年均值的37.1%.     

Does hydrological connectivity improve modelling of coarse sediment delivery in upland environments?

Modelling the delivery of landslide-generated sediment to channel networks is challenging due to uncertainty in the magnitude–frequency distribution of failures connected to the channel network. Here, we investigate a simplified treatment of hydrological connectivity as a means for improving identification of coarse sediment delivery to upland rivers. Sediment generation from hillslopes and channel banks and its delivery to the channel network are modelled based on a modified form of SHALSTAB coupled to a network index version of TOPMODEL. The network index treatment has two important hydrological effects: (a) it only allows saturated areas to connect to the hydrological network when there is full saturation along the associated flow path; and (2) overland flow associated with unconnected but saturated zones is assumed to remain within the catchment and to contribute to a reduction in the catchment-averaged saturation deficit. We use this hydrological treatment to restrict sediment delivery to situations where there is surface hydrological connection (i.e. saturation) along the complete flow path that connects failure areas to the drainage network. This represents an extreme restriction on the possibility of connected failure as it does not allow for failed material to connect if failures are associated with partial saturation or where delivery involves runout across areas where hydrological connection is not maintained. The impact of this restriction is assessed by comparing model predictions with field mapping of connected failures and data from continuously recording coarse sediment sensors, for two storm events. The hydrological connection requirement restricted connected failures to zones closer to the drainage network and resulted in a better level of agreement with the field mapped failures. Simulations suggested that in the study catchment the majority of sediment inputs occur from hydrologically-connected areas close to the channel network during moderate sized rainstorms that occur relatively frequently.     

景观连通性理论在城市土地适宜性评价与优化方法中的应用

针对传统的土地适宜性分析方法忽略景观水平生态过程的问题,本文将景观连通性理论应用于土地适宜性评价方法的不同阶段,以达到优化城市生态系统的目标。首先选择影响生物水平流动的主要要素作为评价因子,应用于长沙市望城区滨江片区,确定案例区的土地适宜性评价结果,建构城市土地景观过程阻力评价体系。通过水文连通性分析方法及分布式水文模型确定案例区的潜在雨水生态廊道,将之与土地适宜性评价结果进行加权叠加,根据评估结果,提出案例城市土地适宜性评价的优化方案。结果表明:景观连通性方法适用于传统城市土地适宜性评价方法的改进以及评价结果的优化。     

Evaluating the suitability of TRMM satellite rainfall data for hydrological simulation using a distributed hydrological model in the Weihe River catchment in China

The objective of this study is to quantitatively evaluate Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) data with rain gauge data and further to use this TRMM data to drive a Distributed Time-Variant Gain Model (DTVGM) to perform hydrological simulations in the semi-humid Weihe River catchment in China. Before the simulations, a comparison with a 10-year (2001-2010) daily rain gauge data set reveals that, at daily time step, TRMM rainfall data are better at capturing rain occurrence and mean values than rainfall extremes. On a monthly time scale, good linear relationships between TRMM and rain gauge rainfall data are found, with determination coefficients R² varying between 0.78 and 0.89 for the individual stations. Subsequent simulation results of seven years (2001-2007) of data on daily hydrological processes confirm that the DTVGM when calibrated by rain gauge data performs better than when calibrated by TRMM data, but the performance of the simulation driven by TRMM data is better than that driven by gauge data on a monthly time scale. The results thus suggest that TRMM rainfall data are more suitable for monthly streamflow simulation in the study area, and that, when the effects of recalibration and the results for water balance components are also taken into account, the TRMM 3B42-V7 product has the potential to perform well in similar basins.