玛河流域景观生态风险评价与时空分异

以玛纳斯河流域作为研究区,结合特殊的干旱区山地-绿洲-荒漠系统(Mountain-Oasis-Desert System简称MODS),综合考虑遥感影像数据光谱信息和纹理特征,将研究区分为耕地、林地、草地、水体、裸地、居民地、工业用地和冰川/永久积雪等8个景观类型,利用FRAGSTATS软件计算景观指数,引入生态风险的指数,将研究区划为低、较低、中、较高、高生态风险区五级,评估其景观格局的生态风险时空变化特征。结果表明:1)1990—2015年间,玛纳斯河流域景观变化主要表现为耕地、建设用地的增加以及水体、冰川/永久积雪面积的缩减;2)玛纳斯河流域的景观生态风险等级空间分布具有明显的差异,较低风险区的面积变化较为明显,低、较低生态的风险区比重有所上升,除此以外,林、草地类型各生态风险的等级所占比重的起伏波动具有明显的差异。建议应当合理地利用土地资源,尽量保护林地、草地等景观脆弱行较低的原生景观类型,禁止为开垦耕地而破坏林地、草地;增加土地的利用效率,更要对高等、较高生态风险区加强监管。     

现代河流沉积物碎屑及矿物组分研究新进展

现代河流沉积物忠实地记录了流域盆地内的母岩、风化、搬运和沉积过程中的化学、物理过程以及人类活动的改造作用,是探索和验证源- 汇系统等理论的重要媒介。本文以全球现代河流砂组分数据库为基础,总结了碎屑组分、重矿物组分在不同大陆的分布特征,探讨了其在物源识别、源区贡献率计算、沉积物产生及搬运过程中气候- 构造等影响因素的评估、对源- 汇系统的研究启示等方面的应用。今后建议加强基于大数据的沉积物组分对气候- 构造- 人类活动的响应、沉积物产生及通量、高时间分辨率的沉积物组分变异性、不同物源定量化方法的差异等方面的研究。     

近50a东北冷涡异常特征及其与淮河流域降水的关系

利用美国国家环境预报/大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析月平均数据分析了1960—2009 年夏季东北冷涡的异常特征,研究了夏季东北冷涡与同期淮河流域降水的关系,发现:东北冷涡偏强时,淮河流域的降水很可能偏多,东北冷涡偏弱时,淮河流域的降水很可能偏少。东北冷涡异常强年,淮河流域高低层环流具有斜压性,且低层有显著的正涡度发展,促进了上升对流运动活跃发展。而东北冷涡活动异常频繁,有利于引导潮湿阴冷的北方气流南下,与东亚夏季盛行的西南暖湿气流在淮河流域上空交汇,在上升运动的触发下,导致淮河流域降水明显增多;东北冷涡弱年的情况正好相反。     

长江河口盐水入侵对大通枯季径流量变化的响应时间

应用河口海岸三维数值模式, 计算区域包括大通至长江河口及其邻近海域, 设计高分辨率网格, 数值模拟和分析不同潮型下长江河口盐水入侵对大通径流量变化的响应时间。计算结果表明, 不同潮型期间大通径流量的增加, 河口盐度响应的时间在4.0～6.2 d之间, 但小潮期的响应时间明显长于其他潮型期的响应时间。本文给出了长江河口盐水入侵对大通枯季径流量变化的响应时间, 可为河口水文、泥沙和环境等研究中取何时径流量提供了依据。     

钱塘江河口盐度数值模拟

强潮河口盐水入侵对饮用水源地危害极大。基于平面二维水动力盐度模型, 对典型强潮河口—钱塘江的水动力及盐水入侵过程进行了数值模拟研究。结果表明枯水径流时盐度变化与潮位过程曲线类似, 潮差对盐度大小影响显著, 径流量的增加将逐渐减小其相似程度。当流量增加到一定程度后, 继续增加的一定径流量所产生的抑咸效果减弱, 水资源有效利用率降低, 此时允许水源地盐度超标并改从蓄淡避咸水库取水可有效节约水资源。盐度平面分布显示, 盐水入侵在强潮河口弯道处受涨潮流主流线影响明显, 靠近主流线一岸的盐度大于对岸, 单从盐水入侵角度考虑, 强潮河口弯道段的取水口应设置在远离涨潮流主流线一岸。钱塘江河口盐度数值模拟对于研究减轻盐水入侵对水源地危害的措施具有指导意义。     

三峡蓄水后典型河段分形维数的变化分析

针对三峡工程蓄水后下游河道河床表面形态的变化,采用分形维数对河床表面形态进行量化,并分析河道冲淤调整特点,对河床表面分形维数(BSD)的变化特点及物理意义进行探讨。结果表明,BSD与河床各个剖面形态之间的关系是整体与部分的关系,BSD能全面地反映床面形态的复杂程度。三峡蓄水后,宜昌-虎牙滩和宜都河段BSD明显增大,关洲河段增大幅度较小,而芦家河河段BSD值略有减小,同时,各河段BSD的变化可在一定程度上表征三峡蓄水后下游河道河床综合阻力的调整结果。可通过对各河段演变趋势的分析,来预测其BSD的变化,进而为分析其阻力和水位的变化趋势提供依据。     

河流生态系统结构功能整体性概念模型

在完善与整合现有河流生态系统结构功能概念及模型的基础上,提出河流生态系统结构功能整体性概念模型。水文情势、水力条件和地貌景观格局是对河流生态系统结构与功能具有关键影响的3大生境要素,结构功能模型的核心是建立以3大生境要素为构架的生命支持系统与河流生命系统之间的相互作用和相互制约关系,同时考虑由于人类活动引起生境要素变化对于河流生态系统的影响。河流生态系统结构功能整体性概念模型由以下4种模型组成:河流四维连续体模型、水文情势-河流生态过程耦合模型、水力条件-生物生活史特征适宜模型以及地貌景观空间异质性-生物群落多样性关联模型,这4种模型的一体化整合,基本概括了河流生态系统结构功能的整体特征。     

长江中下游江湖关系演变趋势数值模拟

以长江中下游防洪系统为对象,概述了在大型复杂防洪系统洪水行为数值模拟基础上,成功地将长江中下游洪水演进数学模型转化为面向长江防洪系统防洪规划方案评估需求的长江中下游江湖水沙演变的数学模型.为适应防洪规划方案论证涉及江湖水沙相互制衡相互关联客观情况,建立了面向江湖水沙关系及其演变的数学模型.针对长江中下游江湖水沙运动特点,在水沙数值模拟的范围内侧重对下荆江河道冲刷、荆江三口分流分沙模式、洞庭湖泥沙淤积、江湖耦合等环节进行了讨论,提出了合理可行的数值处理方法.模拟结果较好反映了江湖水沙演变规律,主要成果已应用于长江中下游防洪规划和防汛调度方案中.     

漓江水系汞的分布和污染研究

对漓江水系干流、支流、连体湖泊、较大的孤立湖塘和近岸水井设置40个采样点。水样采样周期为2个水文年,分枯水季和丰水季两次采样,现场测定水温、电导率、pH值等理化参数。系统采集水样112件、底泥样40件、水草样40件、近岸土壤样40件。底泥样用逐步浸提法进行不同形态汞分析。研究结果显示,干流河水、底泥和水草中汞的平均含量分别为0．12μg／L、0．20μg／g和0．032μg／g;主要支流河水、底泥和水草中汞的平均含量高于干流,分别为0．15—0．23μg／L、0．38～1．7μg／g和0．028—0．044μg／g。底泥中汞含量均高于近岸土壤汞含量。无论是干流还是支流,河水汞含量与底泥、水草汞含量有明显的相关关系。由上游至下游,漓江水系干流、主要支流河水样汞含量均不断增高,可高出源头河水汞含量的1．5—5倍。相应地指示重金属离子污染的参考指标——电导率值不断增高,河水的pH值亦逐渐增高。丰水期（5月至6月）河水中的汞含量（0．12—0．28μg／L）明显高于枯水期（9月至11月）河水中的汞含量（0．091—0．28μg／L）。不同断面河水汞含量均高于相应近岸井水汞含量。不同水体底泥中汞的形态分布一般顺序为：残渣态〉难氧化降解有机质结合态〉腐殖酸结合态〉碳酸盐和铁锰氧化物吸附态〉交换态〉易氧化降解有机质结合态〉水溶态。综合各项资料分析,认为漓江干流是桂林城市汞污染最大的汇。根据地表水环境质量标准（GB3838--2002）,仅汞而言,漓江水系均达到Ⅳ类水质标准（河水中汞含量≤1μg／L）。漓江支流汞污染高于干流,对干流存在较大的污染风险。     

降雨径流与洪水淹没模型耦合的应用研究

洪水研究包括径流与淹没两种模式。为了探究流域降雨产汇流与淹没情况、提高洪水预报精度,本研究在传统流域水文模型的基础上耦合二维水动力学模型,建立水文-水动力耦合模型。以我国吉林温德河流域为研究实例,模拟了2017年“7·13”洪水在下游口前镇所处子流域洪水淹没过程。首先对基础数据进行预处理,建立HEC-HMS水文模型并进行参数优化后,最终获得流量过程水文结果作为水动力学模型边界条件,之后建立HEC-RAS二维水动力学模型对重要子流域进行淹没模拟。耦合模型计算结果显示,水文模型经多参数优化流量模拟的NSE系数为0.988,水动力计算最大淹没水深达9.3 m相对误差为-5.2%。从泛洪模拟结果来看,子流域上游部分的农田大量被淹,淹没水深范围在0.5~2.0 m,平均流速基本在1 m/s以下。下游口前镇内最大淹没水深接近1 m,水流速度0.2 m/s至1.5 m/s,与实际的淹没情况相吻合。研究表明,所建水文水动力耦合模型模拟计算的结果准确率较高,对具有复杂水文、水力条件的流域的洪水预报具有重要的指导意义。