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。     

基于ASTER的喀斯特流域地表水系自动提取研究——以贵州省为例

根据喀斯特流域孤峰和峰林在ASTER影像上表现为色调深浅不一的“桔皮状”和“花生壳状”图形,河流和湖泊色调较深,湿地和干谷色调相对较浅等影像特征,对贵州省内32个典型的喀斯特流域进行数字高程和地表水系提取。结果表明,利用ASTER影像提取喀斯特地表水系简便快捷、准确率高。与从1: 25万水文地质图提取的水系进行对比, ASTER所提取的水系其流域面积最大的相对误差为4. 5892% ,主河道长度最大的相对误差为3. 5693% ,河网密度最大的相对误差也只有7. 2564% ; 从地图提取的水系最多只能达到二级支流,提取的河流相对较短,而从DEM 提取的水系可达三级,有些甚至达四级、五级以上,且提取的河流更长,提取的水系更完整。      

土地城镇化驱动因素研究——以江苏省各地级市为例

从供给和需求两方面系统分析土地城镇化的驱动因素,并以此为依据,利用面板数据固定效应模型对江苏省各地级市2004~2012年数据进行回归分析。分析结果显示,江苏省各地级市总人口、固定资产投资、地区生产总值、第三产业与第一产业增加值之比、农地保护相关政策对土地城镇化有显著的正向驱动作用,第二产业产值与第一产业产值之比对土地城镇化则有显著的负向驱动作用。研究结论认为:江苏省各地级市土地城镇化速度较快,人口和农地保护政策分别是需求和供给方面影响最大的驱动因素。     

平原河网地区河流曲度及城市化响应

河流曲度是河流平面形态的重要表征指标,以平原河网地区典型区域——上海为例,分析了20世纪50年代中心城区高密度河网的河流曲度特征,诊断了近60年以来快速城市化对区域河网及河流曲度的影响。研究认为:①近60年来上海中心城区河网密度下降幅度达67.22%,高强度人类活动导致区域河网水系分枝结构与自然规律完全相反;②平原河网地区是顺直型河流的典型发育区域,研究初期上海中心城区顺直型河流占85.40%,进一步分析表明曲度小于1.1的河流比例高达70.57%,河流形态接近于直线型;③上海中心城区消亡河流以顺直型为主,其消亡速率约为较高曲度河流的12倍,采用加权平均曲度指标描述区域河网萎缩对河流曲度的影响具有更好的直观性和科学性;④上海城市河流综合整治实践中,工程水利的倾向性强于生态水利,60.9%的河流整治项目开展了裁弯取直工程措施。     

地理底图要素在地质图件编绘中的注意事项

正地质图编绘过程中,受负载量限制,不能将地理底图要素全部反映到图上。若处理不好各要素间的相互关系和取舍问题,会出现诸如主题不突出、层次不清、视觉"模糊"等现象,因此要根据编图的用途与性质确定表达各要素之间的主次关系,予以适当的简化与取舍。1.水系的编绘:结合河网密度和形状,主流与支流发育程度、分布规律及与地貌特征的对应关系进行编绘。杜绝歪曲特征进行综合取舍,有必要取舍时,必须达到主流与支流层次分明,分布均匀、协调。     

基于空间自回归和地理加权回归模型的佛山市中心城区河网水系演变驱动分析

为定量探究城市河流变化驱动成因,以2005～2010年佛山市中心城区为例,分析了河网水系演变及其驱动因子,根据河网水系变化与其驱动因子间一对多的映射关系,借助空间自回归和地理加权回归模型,分别从整体和局部分析了两者间的统计关系,结果表明:(1)末级河流长度减少量占各级河流总变化量约92.3%,变化最为显著,而城镇用地对水田、工业用地对水域的侵占以及农业活动则是影响末级河流的主要驱动因子;(2)整体来看,末级河流受建设用地扩张,尤其是工业用地扩张的负面影响程度最大;局部来看,各驱动因子的负面影响程度在不同空间位置上存在差异,以水田-城镇用地因子为例,其在罗村、老城区和桂城的交界区域以及南庄、罗村和老城区的交界区域负面影响程度较大;(3)空间自回归模型对区域河网水系变化与其驱动因子间的关系有整体、直观的把握,地理加权回归模型则能够描述驱动因子影响的空间非平稳性,有利于获取局部信息,结合两种模型的特点能够更加全面地刻画河网水系演变的驱动成因。     

黄河上游主要支流径流时空分布规律及演变趋势分析

基于有关水文站径流观测资料,对黄河上游兰州以上干流与主要支流流域径流的补给来源、时空分布规律及演变趋势进行了分析。结果表明,研究区域内径流的补给来源主要是大气降水汛期(5～10月)水量占年总量的52.4%～68.0%,非汛期地下水补给量占年总量的35.1%～43.1%,冰雪融水量占年总量的2.5﹪～5.0﹪;从空间分布看,由于流域下垫面条件不同,其产流模数在空间的分布差异性很大,产水量较大的区域模数为7.874～8.500L/s.km2;产水量中等区域模数为5.047～6.536L/s.km2;产流量较小区模数为3.416～3.812L/s.km2;从时间上看,自有观测资料至2008年,以1986年为分界点,径流的多年变化过程总体上先表现出具有长持续性的波动上涨、后表现出跌宕中下落的趋势过程;各月径流量的长期变化趋势主要表现为汛期径流量减少的幅度较大,非汛期减少的幅度相对较小。鉴于源区各区间径流持续减少的原因,导致兰州站自1986年以来径流变化过程有显著减少的趋势,且这种变化趋势还在持续。黄河上游径流的持续减少给流域各省的经济与社会、生态与环境的和谐发展带来不利影响,应当引起高度重视。     

吉林省水系构成的分形研究

根据对分形水系的新近认识探讨了吉林省水系结构的自相似规律。Horton-Strahler的水系标度定律隐含着水系的位序-规模法则和河流长度-流域面积的异速生长关系,这暗示着α＝ lnR_b／lnR_l是一种等级结构的维数,不能将之与空间结构维数混同;Hack模型的标度因子b＝lnR_l／lnR_a是一种广义的空间维数之比,不能据之确定主河道的分维。基于上述思想,对吉林省10个主要水系的等级结构进行考察,发现气候相对湿润的山区水系的α值高于气候相对干燥的平原地区水系的α值,而平原-干燥区水系的b值高于山地-湿润区水系的b值。从河流发育的地质、地貌背景和气候-水文关系等角度对上述现象进行了的初步解释,并根据洮儿河的异常α值修正了LaBabera-Rosso的水系分维定义。     

16世纪末以来北运河水系演变及驱动因素

在对河流水系演变与人类社会发展关系进行归纳总结的基础上,基于历史文献和数字高程模型数据,提取16世纪末至今北运河流域水系4个年份断面(1582年、1820年、1933年和2011年).同时确定河网分级、进行水文分析,计算水系结构参数.结果 表明,16世纪末至今,北运河流域范围逐步缩小,水系格局由亚树枝状向混合状形态演变.1582-1820年是河流长度发育、河流数量、支流发育系数与河网复杂度增加最为显著的阶段,反映了河流主干化的趋势,人类对河流连续性干扰较深.而洪涝引起的水系变动以及人类增加水源、开挖引河、筑堤坝等活动,是水系结构改变的主要原因.     

香溪河岩溶流域水系结构与洪峰特征关系

为研究香溪河岩溶流域地表水系结构特征与洪峰流量衰减过程规律,采用统计方法分析典型子流域的水系结构特征,采用流量衰减方程分析其典型退水过程。地表水流量衰减过程存在若干个亚动态,将各个亚动态的水量分配比例作为描述洪峰特征的特征值,将水系数目比例、水系长度比例作为描述水系结构的特征值,把两者作相关分析。结果表明:岩溶区水系长度比例与水量比例在第一和第三亚动态具有较高的相关性,相关性判定系数高达0.84,使用水系长度比例更能反映水系结构的特征。      

Impact of land uses on heavy metal distribution in the Selenga River system in Mongolia

The Selenga River contributes to 50% of the total inflow to Lake Baikal. Large tracts of the Selenga River Basin have been developed for industry, urbanization, mining, and agriculture, resulting in the release of suspended solids (SS) that affect downstream water quality and primary productivity. This study addressed SS as the main factor controlling pollutant transport and the primary indicator of land degradation in the Selenga River system. Tributaries with larger areas dedicated to agricultural use had higher SS concentrations, reaching 862 mg L^?1, especially during the high runoff and intensive cultivation season. Although the large SS flux was detected in the main river, the small tributaries were distinguished by high SS concentrations. The high SS concentration corresponded to widespread development in the watershed. Watersheds with high potential of SS release are sensitive to intensive land uses. SS in the river system had a constant elemental composition consisting mainly of Fe and Al oxides, indicating that surface soils were major constituents of the tributary SS. Three minor heavy metals (Zn, Cu, and Cr) appeared in high concentrations downstream of urban and mining areas (two- to sixfold increases), indicating that these contaminants are carried by SS. At two tributary junctions, the concentration of contaminants on the SS decreased due to a large influx of SS with low heavy metal contents. Changes in electric conductivity and pH at downstream of tributary junctions enhanced the sedimentation of SS and the removal of contaminants from the water phase after aggregation of the SS. Land use changes in the tributary watersheds are major controlling factors for the fate of contaminants in the river system.     

How a river submerges into the sea: a geological record of changing a fluvial to a marine paleoenvironment during early Holocene sea level rise

Coastal seas, and in particular estuarine systems, were significantly affected by Quaternary sea level changes. Furthermore, the dynamics of shelf and coastal evolution have had a strong impact on coastal landscapes inhabited by humans. The postglacial evolution of the vast North Sea shelf with its huge drainage systems, e.g. the Elbe Paleovalley and its tributary system, is an excellent research target to understand how coastal shelf environments change in response to sea level rise. In this study, we investigate infill sediments of the Paleo‐Ems valley – a drowned extension of the modern Ems River and part of the Elbe Paleovalley drainage system. Radiocarbon‐dated transgression sequences provide several new observations regarding the mode and rate of the river system submerging due to the Holocene transgression. Thus, the Paleo‐Ems valley submerged within a short time span of~200 years since the river was not able to adjust its gradient to the rapid rising sea level. The fate of the Paleo‐Ems is exemplary for the rapid change of a former fluvial landscape into a coastal landscape and finally into a submarine seascape. © 2019 The Authors. Journal of Quaternary Science Published by John Wiley & Sons Ltd.     

影响嘉陵江流域水土流失的驱动力因素分析——以岷县境内燕子河流域为例

以长江流域支流燕子河流域为例,选取了坡耕地面积比、垦殖指数、植被覆盖率、农业人口密度、农业总产值、农业人均产粮、农业人均年收入和沟壑密度等8个指标来表征影响区域水土流失状况的驱动力因素。运用灰色系统分析法确定了各个指标因子的关联程度,并根据综合干扰度进行了水土流失生态分区。     

全球变化中的浅海沉积作用与物理环境演化——以渤、黄、东海区域为例

以渤、黄、东海陆架区为例 ,综合评述入海沉积物通量、浅海沉积作用和人类活动影响下的物理环境变化。黄河、长江沉积物入海后主要堆积于河口附近 ,沉积速率为 10～ 10 0mm/a ,部分物质输运至陆架区 ,形成泥质沉积体 ,其沉积速率为 1mm/a量级。但目前河流入海沉积物通量呈减小趋势 ,今后河口附近的堆积将会减缓 ,并在总体上转化为侵蚀状态。在过去的 7ka里 ,来自黄河、长江等河流的沉积物形成了河口三角洲、滨海平原、潮流脊和潮汐汊道沉积体系 ,其演化方式是双重的 ,既有常态边界条件和外力作用下的演化 ,又有边界条件和外力作用发生变异时的演化。边界条件和外力作用变异的原因包括入海通量变化、全球气候变化、海面上升和人类活动等。建议从中国海岸带城市化发展的现状和需求出发 ,对此进行深入研究。     

Morphotectonic evaluation of the Delhi region in northern India,and its significance in environmental management

This paper deals with the morphotectonic evaluation of the Delhi region in northern India to understand its impact on land use and urban development. To accommodate heavy urbanization and population rise (being the capital of India), the area has undergone tremendous environmental degradation resulting from a mismatch between adopted land use and morphotectonic considerations. The geomorphic and drainage signatures of the region have evolved out of interaction of varied geological parameters including neotectonic activities. We have evaluated the changes in the drainage pattern of the Yamuna River in the Delhi region to underline its significance in geomorphic evolution and subsequent land use and/or land suitability. The Yamuna River has shown variations both in channel position and geometry over the last two centuries. The observed migration pattern of the river (shifting of confluences, position and disposition of palaeochannels, etc.,) cannot be attributed to normal river phenomenon and appears to have been effected by neotectonic changes. In addition, some case studies are discussed to underline the significance of geomorphic factors in urban development.     

Variation of uncertainty of drainage density in flood hazard mapping assessment with coupled 1D–2D hydrodynamics model

Coupled 1D–2D hydrodynamic models are widely utilized in flood hazard mapping. Previous studies adopted conceptual hydrological models or 1D hydrodynamic models to evaluate the impact of drainage density on river flow. However, the drainage density affects not only river flow, but also the flooded area and location. Therefore, this work adopts the 1D–2D model SOBEK to investigate the impact of drainage density on river flow. The uncertainty of drainage density in flood hazard mapping is assessed by a designed case and a real case, Yanshuixi Drainage in Tainan, Taiwan. Analytical results indicate that under the same return period rainfall, reduction in tributary drainages in a model (indicating a lower drainage density) results in an underestimate of the flooded area in tributary drainages. This underestimate causes higher peak discharges and total volume of discharges in the drainages, leading to flooding in certain downstream reaches, thereby overestimating the flooded area. The uncertainty of drainage density decreases with increased rainfall. We suggest that modeling flood hazard mapping with low return period rainfalls requires tributary drainages. For extreme rainfall events, a lower drainage density could be selected, but the drainage density of local key areas should be raised.

     

水沙变异条件下的河流系统调整及其研究进展

保持河流各方面整体协调是流域开发研究的重点和必然趋势,研究水沙变异条件下河流系统的调整机理,对于河流健康的保障具有重要意义.总结分析了水沙变异与河流系统的作用特性,明确了河流系统中水文、水力、地貌、生态等方面的各种调整实际上是与系统输入特性的特定变化相联系的;回顾了对河流系统及其功能的认识过程与研究现状,展望了将来的研究趋势.     

2008年塔里木河流域“四源一干”径流运行与河道断流成因分析

2008年塔里木河四条源流出山口天然径流量241.8×108m3,比多年平均值216.4×108m3多24.9×108m3,偏多11.5%,属偏丰水年;塔里木河阿拉尔站以上3条源流出山口天然径流量202.5×108m3,比多年平均值多19.6×108m3,偏多10.7%,属偏丰水年;开都河-孔雀河为38.83×108m3,比正常年份多5.33×108m3,属偏丰水年.四条源流入塔里木河总水量为29.52×108m3,占四条源流出山口天然径流总量的12.2%.其中,阿拉尔站以上3条源流入塔里木河水量为24.74×108m3,占三条源流出山口天然径流总量的12.2%.2008年塔里木河干流上游段耗水量21.11×108m3,占阿拉尔站年径流量的72.3%,是塔里木河干流最大的耗水区段;中游段耗水量7.63×108m3,占阿拉尔站年径流量的26.1%;下游段耗水量0.46×108m3,占阿拉尔站年径流量的1.6%.四条源流出山口来水量为偏丰水年,但由于源流耗水严重,入塔里木河水量减少成为特枯水年,2008年暂不向干流下游应急生态输水.     

黑河下游额济纳地区的环境演变

通过对水系变迁的分析,勾画了黑河下游额济纳地区环境变化的大体框架。黑河下游额济纳地区的环境变迁,演绎了西北干旱地区普遍存在的水系溯源退缩过程。在地质历史时期,这种溯源退缩主要原因是地质运动和气候变化,而近代、现代人类不合理的水土资源开发活动加速了河流水系的溯源退缩,并在一定程度上超过了自然因素的作用。巴丹吉林沙漠曾经是黑河下游的冲积湖积平原。那么如果绿洲消失,额济纳三角洲就有可能再现巴丹吉林沙漠的形成过程,形成新的"额济纳沙漠"。在第四纪早期,额济纳盆地存在两个水流系统,且气候环境较为温暖潮湿;随后两个水流系统逐渐合并,区域气候亦有变干变暖的趋势;至第四纪晚期,气候更加干旱,现代水文网定型。东西居延海不是黑河流域的终端湖,在地质历史上属于黑河流域下游的河道湖。随着黑河水系不断地溯源萎缩,东西居延海及居延泽也存在着一个逐步缩小的过程,并在近现代演变为尾闾湖。显然,东西居延海作为尾闾湖只是一个很短暂的时期。