基于地图计算的流域水文过程模拟--以太湖流域上游西苕溪流域为例

利用 PcRaster 的环境动态模拟语言，基于地图运算和网格之间水流运动的模拟，开发了水文过程模拟模型，选择 太湖流域上游的西苕溪流域进行试验，用实测资料对模拟结果进行了验证，结果表明模型模拟结果与实际是符合的．本 模型可以用于流域的物质迁移、污染物迁移、人类活动的环境影响变化等的模拟．在此水文过程模拟的基础上，只要叠加 网格上的物质产出率，就可以很容易得到子流域出口的物质通量的变化和其在流域上的空间分布，集成各个子流域过程， 就可以得到流域出口断面的物质通量的变化．     

基于组件式GIS的太湖流域洪涝灾害评估系统

太源流域洪涝灾害评估系统是太湖流域防汛决策支持系统的一个重要组成部分,对准、及时地预测预报和评估太湖流域洪涝灾情,为防汛抗洪、抢险救灾提供科学依据具有重要的意义,本文从GIS应用开发的角度,系统介绍了GIS软件的技术体系,系统的技术框架,空间数据库的特点和作用以及系统的主要功能。     

太湖流域土地利用变化的水文响应模拟

以城市化快速发展的太湖流域为研究对象,采用1985、1995和2000年TM/ETM土地利用解译资料,应用区域尺度单元格网分布式水文模型,进行长序列水文模拟,定量评估太湖流域土地利用变化及其水文响应特征,为流域用地规划、水资源管理以及灾害防治提供决策参数.研究显示,自1985年到2000年,太湖流域城镇面积扩展了40.38%,增加量占太湖流域总面积的3.88%.在1980-2000年的雨情下,全流域土地利用变化导致产流量平均增加4.11%,约为7.56×108 m3,最高值为11.76%,约为10.0×108 m3.受土地利用变化空间差异影响,产流量增加具有较大区域差异,城镇快速扩展的苏锡常地区和浦东浦西地区,土地利用变化导致产流量平均增加为10.07%和7.03%,最高增量达20%-30%.     

流域土地利用分区空间管制研究与初步实践——以太湖流域为例

流域空间开发和土地利用在推动经济社会发展的同时,对流域生态系统的健康和安全造成了剧烈影响,迫切需要在流域综合管理中充实完善土地利用分区与管制等研究内容,因而成为推动湖泊-流域相互作用研究的重要科学问题之一.本文在回顾相关土地利用分区与管制研究基础上,从流域自然地理单元特殊性和管理目标复杂性出发,探讨了流域水陆系统相互作用机制,分析了流域土地利用分区与空间管制的研究重点与基本思路,提出了流域土地利用分区的技术路线及关键方法,并以太湖流域为例进行了初步的实践探索,提出严格保护区、适度发展区、开发利用区和保留发展区四种类型区及其空间管制要求,符合流域资源环境与经济社会发展实际,为流域可持续开发和保护提供指导.最后,讨论了未来流域土地利用分区空间管制需要进一步研究的重点方向与关键问题.     

基于SWAT模型的南四湖流域非点源氮磷污染模拟

本文利用SWAT模型结合实测数据,对南四湖流域2001-2010年年均非点源氮磷污染进行模拟,分析了南四湖流域非点源氮磷负荷空间分布特征,计算各河流流域对南四湖湖区污染的贡献率,并对非点源氮磷污染严重的关键区进行识别.研究表明:(1)先模拟湖东和湖西的两个典型小流域的非点源氮磷污染,并将模型推及整个南四湖流域,该方法不仅提高了计算效率,且得到了较好的模拟结果.通过对比发现,湖东的模拟效果要好于湖西,一定程度上说明SWAT模型在起伏较大的地区能取得更高的精度.(2)南四湖流域非点源氮磷污染严重,几乎所有区域的氮负荷超标,40%以上的区域磷负荷超标严重.湖东非点源氮磷污染较湖西严重,其中洸府河流域是南四湖湖区非点源氮磷污染的主要贡献者.(3)通过对径流量、泥沙负荷、氮负荷、磷负荷的相关分析可以得出,南四湖流域非点源氮负荷以溶解态为主,随径流进入水体;非点源磷负荷以吸附态为主,随泥沙进入水体.     

基于修正SWAT模型的岩溶地区非点源污染模拟初探——以横港河流域为例

岩溶流域含水系统的主要特征之一是连通地表的落水洞等垂直管道将近水平的地下暗河联系起来,降水及其形成的地表径流可以通过这些管道迅速地灌入地下河系,从而改变了水及其所携带的非点源污染物质在垂直与水平方向的传输速度与数量,使岩溶流域内地表-地下之间的物质交换与传输过程变得比较复杂;应用广泛的SWAT模型在模拟岩溶地区的水文、水质时会存在一些不足与局限.为此,本文针对岩溶水系统特征,引入落水洞、伏流、暗河的水文过程以及主要营养盐的输移过程,修正SWAT模型原有的水文循环过程及相关算法,改变其只适用于松散均匀介质流域非点源污染模拟的单一特征,并研究建立适合于岩溶流域的非点源污染模型和相应的模拟方法.选取横港河流域岩溶地区作为非点源污染的对象,应用修正后的模型通过控制性的模拟方法和敏感性性分析,定量评估落水洞、伏流、暗河等岩溶特征对氮、磷等主要非点源污染物质输移的影响及其带来的时空效应,并进一步探讨落水洞、伏流、暗河等对地表-地下水文与营养盐的交互作用及转换机理.结果表明,岩溶特征对流域的氮、磷负荷有增加作用,其中总磷的增加明显大于总氮的增加,总磷和总氮的增量分别为0.86%和2.12%;植被岩溶指数的增加会导致流域可溶性磷、有机磷的产出量增加,有机氮、地表产流中硝酸氮和沉积磷的产出量则居其次,落水洞改变了降雨的产流方式,增加了落水洞所在流域的有机磷和有机氮的产出,其增量变化在0~0.7和0~0.3 kg/hm²之间.     

确定太湖流域湖库总磷参照浓度的改进MEI模型

太湖流域湖泊污染严重,非常有必要建立相应的水质基准以便于湖泊水体的保护与修复.根据太湖流域12个受人类影响较小的湖库及太湖早期的总磷、总碱度、平均水深等数据建立了MEI(morphoedaphic index)模型,通过对模型中总磷与总碱度、平均水深因子的相关关系进行分析,并结合太湖流域湖库水深较浅的特征,提出了确定太湖流域湖库水体中总磷参照浓度的改进MEI模型.将该模型应用于太湖,得到太湖总磷参照浓度为0.025 mg/L.研究结果旨在丰富我国水体营养物基准的确定方法,并为太湖流域水体富营养化的控制提供理论依据,同时为长江中下游类似湖库水质基准的建立提供技术支撑.     

太湖西苕溪流域径流过程的模拟

西苕溪是太湖集水域的一个主要流域,研究西苕溪流域径流过程及污染物产出对了解太湖水文水质变化以及开展周围其它流域研究工作具有重要意义．作为研究的第一步,采用集总式模型LASCAM建立了西苕溪流域径流模型．以流域内2个水文观测站1968-1988年日径流观测数据对模型作了率定．率定效果满意,模拟日、年径流量与观测值吻合良好．在流域资料不够充分的情况下,模型能获得较为理想的模拟效果,说明所采用的模型适用于数据不足区域．模拟还揭示,西苕溪流域径流产生可能以饱和地面径流机制为主．近河道浅层饱和土体的水位与降雨量相关性好,呈现出明显的日波动周期;而深层地下水位呈年波动周期,在旱季和雨季,水位呈明显的降落和上升趋势．这些发现为进一步细化径流模型以及建立污染物输移模型奠定了基础．     

工程地震动模拟研究综述

地震动时程输入是结构抗震设计发展的必然要求,工程地震动模拟则是确定输入时程的主要方法.以研究满足工程需要的地震动模拟技术为宗旨,阐述了工程界合成地震动的历史与现状,以及地震学方法的工程应用,并总结出相关方法的特点和适用性.最后结合工程应用的特点,对工程地震动合成的发展方向进行了展望.     

基于SWAT模型的淮河上游流域设计洪水修订

变化环境下洪水序列的一致性遭到破坏,引发基于统计原理计算的设计洪水可靠性下降,亟需开展非一致性条件下的设计洪水修订研究.以淮河上游流域为研究区域,运用Pettitt检验法和滑动t检验法综合检测年最大洪峰流量序列突变点,在此基础上,采用SWAT分布式水文模型对变异前的洪峰与洪量序列进行还现,利用径流深的模拟结果修订设计洪...     

鄱阳湖湖泊流域系统水文水动力联合模拟

本文以鄱阳湖湖泊流域系统为研究对象,鉴于该湖泊流域系统尺度较大,下垫面自然属性呈现高度空间异质性且具有流域-平原区-湖泊不同机制的水文水动力过程,为了真实描述湖泊流域间的水文水动力联系及反映不同过程间的作用机制,构建了鄱阳湖湖泊流域联合模拟模型.该模型基于自主研发的流域分布式水文模型WATLAC和湖滨平原区产流模型以及水动力模型MIKE 21 3个不同功能子模型的连接来实现该复杂系统的模拟.模型的联合采用输入-输出驱动及子模型的顺序执行进程,即将五大子流域与平原区入湖径流量作为输入条件来驱动湖泊水动力模型,模拟湖泊水位对流域入湖径流量的响应.以2000-2005年鄱阳湖流域6个水文站点的河道径流量、流域基流指数以及湖泊4个站点的水位资料来率定模型,其中各站点日径流量拟合的纳希效率系数E_ns为0.71~0.84,确定性系数R²介于0.70~0.88之间,而湖泊各站点水位拟合的纳希效率系数E_ns变化为0.88~0.98,确定性系数R²为0.96~0.98,均取得令人满意的率定结果.本文提出的鄱阳湖湖泊流域系统水文水动力联合模拟模型能较为理想再现湖泊水位对流域降雨-径流过程的响应.水位模拟结果进一步表明,该联合模型能用来获取重要的水动力空间变化特征.该模型可作为有效工具定量揭示湖泊流域系统水文水动力过程对气候变化和流域人类活动的响应.     

太湖流域水污染控制与生态修复的研究与战略思考

为了探明太湖水体中胶体磷含量,更深入认识营养盐在大型浅水湖泊中的循环过程和机理,分别从太湖的梅梁湾和贡湖湾两个不同类型的湖区采集水样,利用切向流超滤方法分离出胶体物质,对太湖水体中胶体磷含量进行了初步研究．结果表明:太湖水体春季胶体磷含量在0．017-0．029 mg／L间,其中梅梁湾藻型湖区胶体磷含量范围是0 023- 0．029 mg／L,贡湖湾草型湖区胶体磷含量在0．017-0．022 mg／L间．梅梁湾水体胶体磷占总磷比例平均为28．6%;而贡湖湾胶体磷占总磷比例平均达到39．3%．梅梁湾水体真溶解态磷含量显著高于贡湖湾水体,达贡湖湾的4倍．与澳大利亚的17个湖泊相比,太湖属胶体磷含量偏低的湖泊,但相对于海洋的研究结果,太湖胶体磷含量明显偏高．     

太湖1889洪水年的流域水文模拟

由于受到水文观测资料时间短的限制,目前难以认识百年遇机率的极端洪水.为此,本文根据19世纪末历史文献的洪水灾害记录,利用流域水文模型,对太湖1889洪水年的流域产流、入湖汇流等水文特征和过程进行模拟.本研究设计了三套模拟实验:首先在现代气候控制实验基础上对1988-2002年时间系列和特大洪水年进行水文模拟和模型率定校验;其次,采用长江下游19世纪末的气候观测资料驱动,对极端年份1889年逐日洪水过程模拟;最后,为减少1 a洪水年模拟的不确定性,还采用蒙特卡罗Bootstrap法模拟了15 a的流域气候场,在5475 d样本下进行特征年份的水文模拟.模拟结果表明,1889年洪水期间产流在当年6月底达到最大,1%频率的径流深达8.6 mm/d,95%CI的误差在-2.94～3.26 mm/d之间.汇入太湖径流同期达到最大,1%频率的洪水流量达到1286.9 m3/s,95%CI的误差在-128.3～165.7 m3/s之间.根据洪水Log-Normal概率分布,计算1889洪水年的重现期为149 a.经Bootstrap法对误差置信区的模拟,95%CI检验在70～175 a间的重现期可信.该研究为延长20世纪洪水序列、拓展对百年时间尺度的特大洪水的认识提供了动力学模拟方面的科学依据.     

1990s以来气候变化和人类活动对洪湖流域径流影响的定量辨识

为针对性地提出洪湖流域水资源适应与应对气候变化和人类活动影响的措施,保护洪湖流域生态资源,促进其可持续发展,采取分布式水文模型SWAT定量辨识了1990s流域城镇快速发展以来气候变化和人类活动对洪湖流域地表径流的影响程度.结果表明:近20年来,人类活动是洪湖流域地表径流减少的主要原因,其影响量占径流减少量的63.72%,气候变化的影响占36.28%.但不同阶段人类活动与气候变化对流域径流影响的程度不同,1990s气候变化对流域径流的影响量高于人类活动,2000s气候变化对流域径流的影响量低于人类活动,近20年来的水土保持措施已经发挥了较好的径流调节和保水效益.     

基于多植物生长模式的SWAT模型的修正与有效性初探

以农林系统的非点源污染模拟为目标,通过研究建立变化密度及多种类混杂的森林生长模型,修正了SWAT模型采用平均森林植被密度和单一植物生长模式估算生物累积量的问题,并建立了与之相适应的森林优势组份丰度遥感反演模型、叶面积指数和消光系数遥感反演模型以获取森林生长模型的相关参数.同时,根据间作套种下的辐射能利用Keating方程,引入间作套种指数变量,修正SWAT原有的单一生物量日积累模型,探讨了作物复种指数、间作套种指数遥感反演方法和以此为基础的作物间作套种生长模型.以亚热带季风湿润区红壤背景下的鄱阳湖流域子流域梅江流域为试验区,以野外实测数据为基础,探讨修正SWAT模型的有效性.结果表明:修正后的SWAT模型与原始SWAT模型相比,在模拟流量和营养盐负荷方面,得到了较好的改善.在模拟流量方面,有效性提高了7.8%,流量峰值的模拟也得到了改善,能更好地反映地表蓄流方面的实际情况;在模拟营养盐负荷方面,有效性提高了6.4%(总磷)和6.1%(总氮).     

REDD+集成评估模型构建与情景模拟

减少发展中国家因毁林与森林退化导致的碳排放、保护与增强森林碳储量以及加强森林可持续管理,即REDD+,将成为未来承诺期国际社会关于林业减缓气候变化最重要的手段之一.通过REDD+的实行,在降低森林碳源和增加碳汇的同时,还能增强森林的社会和生态等多种功能和效益.本研究主要从REDD+的碳汇-生态-社会效应出发,考察REDD+机制能否在应对气候变化方面发挥作用.研究区域设定为REDD+的热点地区——印度尼西亚研究中首先基于CA-MCE土地利用动态模型、簿记法碳循环模型和供求平衡情况下利润最大化的碳市场最优价格模型等模型簇构建REDD+集成评估模型;通过设定三种情景:当前基准情景、经济发展情景和REDD+情景,来模拟REDD+的政策效应.结果显示,和当前基准情景相比,REDD+情景可以减少6%的森林砍伐,带来约0.14 Mt CO2e的碳减排,并有效遏制研究区的水土侵蚀.与此同时,通过国际碳汇补偿机制,REDD+将带来当地农民收入的增加,帮助他们摆脱单纯依赖木材采伐和经济作物种植获取收入的方式.本研究实例可以为REDD+的实行提供科学依据和政策参考.     

傅利叶重建法的数值模拟研究

运用ＣＴ技术中的傅利叶重建法，根据任意所给的两个初始速度模型，用几组平行射线束进行扫描，采集走时数据，并利用走时数据反演速度图象．反演结果与初始模型比较两者基本相符合。由此证明，傅利叶重建法在一定条件下可以用来反演地壳速度结构，并可得到较好的结果．这种方法是ＣＴ技术应用于地学研究的一种新的尝试．     

大跨桥梁结构损伤诊断与安全评估的多尺度有限元模拟研究

探讨了以结构损伤诊断与安全评估为目标的大跨桥梁结构多尺度有限元模拟的策略与方案。在有限元模型误差来源分析的基础上,提出了大跨桥梁结构模型误差的分层次修正方法。通过对润扬长江大桥斜拉桥的有限元建模和模型修正过程,提出了大跨斜拉桥结构以损伤诊断与安全评估为目标的多尺度有限元模拟方法。研究表明,大跨桥梁结构的多尺度有限元模拟必须建立在模型误差分析的基础上,并采用模型误差的分层次修正方法才能较好的满足多尺度有限元模拟的技术要求。     

基于WASP模型的太湖流域上游茅山地区典型乡村流域水质模拟

池塘、河渠、水库是乡村流域水环境的重要组成.基于WASP模型,综合运用现场调查、GIS空间分析、污染负荷估算等方法,构建茅山地区李塔陈庄乡村流域的水质模拟模型.结果表明,主要水质指标的污染程度从高至低依次为总氮(TN)、总磷(TP)和高锰酸盐指数、氨氮.TN全年在不同水体中达到劣Ⅴ类的比例在52%~100%,而池塘、河渠的污染程度较为接近.夏、冬季,超过TP劣Ⅴ类限值的河渠占2%~6%,池塘占8%~14%,而流域中部乡村周边的池塘明显更为严重.负荷输入是模型主要不确定性因素,细化种植模式能够提高总体模拟效果,而禽畜散养与农村生活造成的污染则分别对池塘、河渠的水质影响更为明显.本研究建立了乡村流域多种水体在面源污染影响下的水质联系,能够为乡村水环境治理提供决策参考.     

模拟湿地中磷的去除规律初步研究

通过在人工构建湿地"小宇宙"系统开展受控模拟实验,研究湿地湿生植物对水环境中磷的吸收和去除规律.本次研究,选择对比四种不同类型挺水植物和浮叶植物,在不同体系环境条件下(如溶解氧、pH)对水环境中磷吸收和去除.模拟实验通过对比四种不同类型的水生植物系统,结果显示,不同类型湿生植物对环境中磷的吸收强度和作用方式有较大的差别.总体来看,实验体系水体中正磷酸盐浓度下降趋势大致呈现的"三阶段"变化模式,即:坡降期、陡降期、平台期,不同期内磷去除率分别为:35.53%、29.98%和7.20%.