地震灾区重建中有关水文与水环境问题的若干思考

利用国际上有关大型地震灾区水文过程和水环境变化的研究成果和龙门山区断裂带水循环系统特点,从地表水循环变化及其对流域水资源形成和分布的可能影响、河道形态与径流过程变化、坡面水动力场的可能变化及其对坡面岩土稳定性与土壤侵蚀的作用、水环境可能变化以及流域水安全与水库生态调度等方面,讨论了"5.12"汶川特大地震对区域水循环和水资源以及水环境等方面存在的可能影响,认为在灾后恢复重建过程中,应重视对流域尺度水循环与水资源和水环境科学的系统研究.     

2003-2017年植被变化对全球陆面蒸散发的影响

蒸散发是陆面水循环的关键环节和过程,是研究水循环对人类活动和气候变化响应的关键要素.过去十几年,全球下垫面的植被变化剧烈,但如何影响全球陆面蒸散发仍未得到清晰的揭示.本文采用500 m分辨率MODIS数据驱动PML-V2模型,定量解析了 2003-2017年植被变化对全球陆面蒸散发的影响.结果显示:在全球尺度上,植被变...     

西北内陆河流域“自然—社会—贸易”三元水循环模式解析

持续的强人类活动大大改变了流域水循环演变的结构、路径和驱动力,后者又反过来影响着人类生存发展的水安全。日益深入的市场经济使人类活动对水循环的影响从一个流域扩展到流域之外更宽广的区域范围,以产品贸易为纽带的水“流动”已成为驱动区域水循环演变与影响区域水安全的重要内在因素。以流域为单元的传统水循环研究,难以揭示不同区域之间的水循环联系、双向回馈机制与协同进化机理。本文从西北内陆河流域长期大量输出高耗水农产品这一现象分析入手,采用理论解析与案例相结合方法,阐述分析内陆河流域自然水循环、“自然—社会”二元水循环、区域间贸易水循环的基本过程、显著特征及其驱动机制,继而首次明确提出内陆河流域“自然—社会—贸易”三元水循环模式,并就其通量计量模型、影响因素与生态环境效应、科学前沿进行了探索分析,以便未来西北内陆河水循环、水文水资源等研究能更多重视对驱动内陆河流域水循环的外部力量及其双向互馈、协同进化的分析,更新内陆河流域水安全、生态安全的思考范式。     

区域水资源承载力理论与方法探讨

在总结区域水资源承载力的研究基础上, 以城市化地区为重点从水循环过程出发, 探讨 高强度人类活动影响下水资源的形成和转化规律, 分析水资源承载力的内涵, 探讨城市化地区水 资源承载力的理论研究基础, 即: 变化环境下的水循环理论、城市化与“社会经济—水资源—生态 与环境”系统交互胁迫理论和可持续发展理论。并在可持续发展原则指导下, 提出城市化地区水 资源承载力量化研究的理论框架和方法, 将城市化地区水资源承载力的研究纳入到区域“社会经 济—水资源—生态与环境”复合系统中, 从水循环动力过程出发, 揭示水资源承载力的本质。研究 成果可为城市化地区节水战略的实施、水资源合理配置和社会经济的可持续发展提供理论支撑。     

近50 a来黑河流域水资源问题与流域集成管理

 基于黑河流域器测水文等资料,分析了近50 a来黑河流域水资源形成区——上游山区水资源变化的历史背景和趋势、平原绿洲-荒漠耗水区3个循环带水资源时空变化及区域耗水特征,以及水资源管理政策变化下的流域中下游水环境问题和社会经济系统水循环过程中的水问题,探讨了解决内陆河流域水问题的水资源集成管理和区域可持续发展对策。     

从地球系统圈层互馈与地理综合角度探讨水循环研究

地球是一个由岩石圈、土壤圈、水圈、生物圈、大气圈等层圈组成的系统,水循环过程是这些圈层间联系的纽带,维持良性水循环是实现可持续发展的关键所在。水循环不是一个独立的自然过程,水问题的解决方案往往涉及到地球系统的各个圈层和经济社会的方方面面。本文以森林与水的关系、水循环变化预估、水循环综合研究这3个话题为例,尝试从地球系统的角度探讨水循环研究。     

地表物质能量交换过程中的水循环综合模拟系统(HIMS)研究进展

基于地学的理念,特别是陆地表层系统研究理论,探讨了水循环研究发展趋势,从单一要素过程、到流域多过程综合、再到水系统多要素、多过程、多尺度的集成,阐述了发展水循环综合模拟技术的重要性。系统介绍了自主研发的水循环综合模拟系统HIMS(Hydro-Informatic Modeling System)的发展历程、主体结构与特色功能,包括水循环多源信息集成平台、水循环多元要素定量遥感反演系统、水循环过程模块库集成系统、多尺度分布式水循环定制模拟系统等。指出多学科交叉,与信息技术的融合是水循环模拟发展的重要方向之一。HIMS系统及其定制模型在国内外的大量验证和应用,显示出其水循环综合模拟技术的实用性和先进性。可望为变化环境下的复杂陆地表层过程中涉水问题研究提供技术支撑工具,适应水系统研究的需要。     

"三江并流区"水储量的时空变化特征及其对ENSO的响应

青藏高原东南部的"三江并流区"气候环境复杂且敏感,陆地水循环过程空间分异明显,在全球气候变化背景下,区域旱涝灾害频发,水循环过程发生变化,刻画区域水储量时空变化特征有助于揭示灾害事件产生的原因。本文使用GRACE RL06数据、水文模型数据、实测数据等,反演获得了2002年4月—2016年8月"三江并流区"水储量变化时间序列及其多年变化空间分布,分析了水储量异常与旱涝事件的联系,进一步探讨了ENSO对水储量影响的强度及滞后程度,并就水储量反演的不确定性做了讨论。获得如下结论:(1)区域水储量处于下降状态,除个别年份,水储量的亏损超过35 mm/a,区域整体较干旱,土壤水是水储量变化的主要组分,区域干旱事件的发生大多与土壤水的持续下降有关;(2)水储量变化空间分异明显,西南下降、西北上升,怒江流域为水储量严重亏损的区域,水储量持续下降的区域常伴随着干旱事件的发生;(3)ENSO对水储量变化的影响存在2.72个月的时滞,每个月的影响强度为0.95 mm,水储量存在重大亏损的区域,ENSO影响强度相对偏大;(4)使用双重尺度因子能在一定程度上恢复滤波造成的误差,但受数据空间分辨率的影响,反演结果仍只能反映变化趋势,难以刻画水储量变化的细部特征。     

关于地理学科"十五"重点项目的思考

国家自然科学基金地理学科在"十五"期间拟确立6个优先资助领域:全球变化的区域响应;地球表层系统的地理过程和环境效应;水、土资源形成的理论及其合理利用;环境演变、灾害形成与污染防治;区域可持续发展;对地观测技术、遥感理论和探测机理及空间数据分析建模.并侧重在多空间尺度生物地球化学循环;土壤(土地)质量变化;多尺度陆地水循环;冰冻圈动态变化研究;城市化、区域理论与方法研究;对地观测技术、遥感理论与探测机理研究等方面集中设立重点项目.     

大尺度水循环模拟系统不确定性研究进展

水循环过程受众多自然因素和人为因素影响,决定了水循环系统的变化性和复杂性。水循环系统模型作为研究流域水文循环过程及演变规律的重要工具,必然也存在较大的不确定性,特别是对于大尺度陆-气耦合下的水循环模拟系统,其不确定性来源包括输入和参数不确定性、结构不确定性、方法不确定性以及初始和边界条件不确定性。本文在分析不确定性量化方法和传统水文模型不确定性研究基础上,重点评述当前大尺度水循环系统模拟的不确定性研究进展和存在的瓶颈问题,并介绍一种针对大型复杂动力系统的不确定性量化解决方案和工具系统-PSUADE,基于此讨论PSUADE在大尺度水循环模拟系统不确定性量化过程中的优势。     

疏勒河流域双塔灌区种植结构变化及其原因

基于1996-2010年双塔灌区各乡（镇）农作物类型、种植面积、供水定额、用水定额、作物单产及价格等资料,探讨了气候变化背景下农业种植结构调整原因及其影响。结果表明：研究区2010年作物种植面积较1996年增长2.3倍,其中粮食作物种植面积减少,经济作物和其他作物种植面积增加,农作物总产值和单位产值均明显提高,说明当地种植结构调整优化在产生经济效益方面效果明显。当地种植结构调整主要受自然条件、政策指导、历史根源、农民意愿、市场调节、灌溉供水条件等多方面因素的影响,其中自然条件中的水资源供应状况主要影响作物种植面积,其他因素影响作物种植类型。通过种植结构调整,当地农业产值在增长同时,用水紧张现象较以前有所缓解,地表水基本可以满足农田灌溉需求,减少了对地下水的使用,从而对保护当地生态具有重要意义。     

干旱对陆地生态系统水碳过程的影响研究进展

在全球气候变化与生态系统研究领域中, 干旱对生态系统水碳过程的影响越来越受到重 视。在植物个体水平上, 干旱会引起植物叶片气孔导度降低, 溶质含量增加, 叶片变厚、地下生物 量比例增加等以减少水分损失。与此同时, 植物叶片的光合速率也因气孔导度的降低而下降。适 度的干旱通常会使植物利用效率得到提高。不同植物具有不同的水分利用策略, 它们的生理和形 态特征对干旱的响应表现出显著的差异性; 在群落或生态系统水平上, 干旱会影响群落冠层的生 理特性以及群落的结构组成, 从而引起生态系统的水碳循环过程的改变。主要体现为植被的光合 速率、呼吸速率、蒸腾速率降低, 而生态系统的水分利用效率在极端干旱条件下也可能降低。受干 旱影响, 植物群落耐旱植物所占比例增加, 群落的物种多样性和生产力也会降低。尽管目前有关 干旱对生态系统水碳过程影响在各个层面都已涉及, 但这些研究内容多是彼此孤立的, 为了深入 认识生态系统对干旱的响应机理, 还需要结合多种技术手段, 综合考虑生态系统水循环、碳循环、 氮循环等多过程间的耦合关系, 并建立生态系统不同层次间和时间尺度间机理联系的理论体系。     

基于时间序列法的北京市需水量预报(英文)

It is essential to establish the water resources exploitation and utilization planning,which is mainly based on recognizing and forecasting the water consumed structure rationally and scientifically.During the past 30 years(1980-2009),mean annual precipitation and total water resource of Beijing have decreased by 6.89% and 31.37% compared with those perennial values,respectively,while total water consumption during the same period reached pinnacle historically.Accordingly,it is of great significance for the harmony between socio-economic development and environmental development.Based on analyzing total water consumption,agricultural,industrial,domestic and environmental water consumption,and evolution of water consumed structure,further driving forces of evolution of total water consumption and water consumed structure are revealed systematically.Prediction and discussion are achieved for evolution of total water consumption,water consumed structure,and supply-demand situation of water resource in the near future of Beijing using Time Series Forecasting Method.The purpose of the endeavor of this paper is to provide scientific basis for the harmonious development between socio-economy and water resources,for the establishment of rational strategic planning of water resources,and for the social sustainable development of Beijing with scientific bases.     

1967—2017年甘肃省小麦需水量和缺水量时空特征

基于甘肃省28个气象站点1967—2017年的逐日气象数据,采用Penman-Monteith公式和作物系数计算了小麦的需水量,结合美国农业部土壤保持局推荐的方法计算了有效降水量,进一步得出小麦缺水量,并分析了小麦需水量与缺水量的变化趋势和空间分布特征,探讨了小麦需水量影响因子重要程度。结果表明:1967—2017年甘肃省春、冬小麦全生育期的年平均需水量分别为517.03 mm和436.70 mm,年平均缺水量分别为468.24 mm和301.54 mm;在时间上,51 a来春小麦种植区内的需水量与缺水量整体上无明显的趋势变化,而冬小麦种植区内的需水量与缺水量整体上呈明显上升趋势;在空间上,春小麦种植区内需水量和缺水量大致由西北向东南递减,冬小麦种植区内的需水量和缺水量大致由西向东递减。甘肃省小麦生育期内日照时数和日平均气温是影响小麦需水量的主要因素。     

新疆昌吉绿洲耕地适宜规模研究

干旱区内耕地急剧扩张导致水资源严重超载,进而引发一系列生态问题,因此对干旱区绿洲耕地适宜规模进行科学评估,将为干旱区农业可持续发展与生态保护提供重要参考。本文以水资源为约束条件,选择2000年、2005年、2010年、2015年和2018年5个研究时段,分别测算了适宜当地社会经济发展和生态环境需求的"三生"用水量;并基于绿洲水热平衡原理,耦合作物种植结构、不同生长期内的作物系数以及灌溉保障率、耕地覆膜等因素,构建了干旱区耕地水热平衡估算模型,探讨了不同情景下新疆昌吉州耕地适宜规模及其超载程度。结果表明,5个时段中,临界耕地适宜规模情景下的种植业可用水量由2000年的31.75亿m³波动下降至2018年的24.83亿m³,而最佳耕地适宜规模情景下则由27.63亿m³波动下降至21.10亿m³。棉花和小麦在当地种植业结构中占比之和由43.58%提高到2018年的59.08%,两种作物的低耗水特性使其种植占比的提高有利于当地种植业向耕地规模扩张的方向演进。各时段中,保障充分生态用水的最佳耕地适宜规模在28...     

冬小麦水分耗散特性与农业节水

本文根据中国科学院禹城综合试验站１９８６年－１９９６年蒸渗仪农田水分模拟试验资料统计；冬小麦全生育期耗水量可达４８２．５ｍｍ，缺水率可达６９．３％；冬小麦全生育不分耗散过程有两个明显的需水峰区和３个关键需水期，为实施节水灌溉提供了实验依据；冬小麦耗水量与环境因子有明显的相关关系，其统计规律可供地下水浅埋区区域灌溉预测参照应用。     

京津冀水资源利用多效率指标的变化特征比较

提高水资源利用效率,缓解用水压力,是解决京津冀缺水问题的有效措施,对各行业用水效率历史状况的全局把握有助于未来政策的调整.论文比较了京津冀三地的万元GDP用水量、万元工业增加值用水量、管网漏损率、人均日生活用水量、污水处理率、作物水分利用效率共6项指标组成的综合用水效率,分析了 2002-2017年京津冀用水效率的Ma...     

新疆1999-2009年水足迹计算与分析

利用统计资料,结合水足迹模型和区域水足迹评价方法,对新疆1999-2009年的水足迹及相关指标进行了计算和分析。研究表明：（1）新疆1999-2004年总水足迹呈上升趋势,2004- 2009年略有下降趋势。水资源集约利用度呈增长趋势,说明新疆水资源利用效率有所提高;（2）新疆居民对粮食、肉类等虚拟水含量较大的农产品需求较大,适当减少虚拟水含量较高的产品消费,提倡虚拟水含量较低的产品消费,可减少虚拟水量的消耗;（3）新疆在虚拟水贸易中是水资源输出地,且输出量在不断增大,给新疆本地的水资源利用带来巨大的压力;（4）新疆水资源压力逐年增加,解决水资源短缺问题不能局限于本地实体水资源的高效利用,还可通过虚拟水贸易从水源丰富地区购买高耗水的本地发展所需的相关消费品,实现水资源总体可持续利用。改变消费模式,调整虚拟水战略结构成为缓解新疆水资源短缺的一种可能途径,由于数据限制,水足迹研究有待进一步细化,但是一种可用于探讨干旱区水资源可持续利用的方法。     

基于FAO-GAEZ模型的中国马铃薯县域种植空间布局优化

马铃薯“主粮化”战略要求在不挤占三大主粮的前提下提升国家马铃薯种植面积和产量。已有关于马铃薯种植空间布局的研究缺少定量支撑的相关优化证据。本文结合统计数据分析中国马铃薯的消费结构及其消费量的变化趋势,应用ARMA模型预测中国2022—2040年马铃薯年均需求量。结合耕地空间分布数据和马铃薯县域种植面积数据,应用GAEZ模型以适宜性等级作为优先级对未来中国马铃薯种植布局进行县域尺度空间推演,提出未来中国马铃薯县域尺度的种植空间布局优化方案。结果表明：① 1961—2019年,中国马铃薯的总消费量由1290万t增加到了9152.5万t,其中食用消费结构变化最为显著。② 2022—2040年,中国马铃薯年均需求量为1.10亿t,基本适宜及以上程度马铃薯种植区域共计5423万hm²,种植其中532万hm²可满足相应消费需求。③ 基于适宜度指数的未来中国马铃薯最优生产布局为东北一季作区、华北一季作区、西北一季作区和西南一二季混作区（包含55个县级区域）。建议坚持整体推进与重点突破相统一的原则,推动马铃薯种植布局优化升级。研究结果能够为中国粮食安全政策制定和马铃薯种植空间布局提供理论参考。