滇池流域水污染特征(1988-2014年)及防治对策

为明确滇池流域水污染特征并提出有针对性的污染控制对策,对流域污染变化规律及其组成和空间分布特征进行分析.研究表明,近二三十年,滇池流域点源污染负荷的产生量和削减量显著增加,入湖量有所削减;城市面源入湖量随建成区面积的扩张而持续上升;农业面源入湖量在1990s出现峰值,随后下降.目前,滇池流域化学需氧量主要来源于城市面源;总氮主要来自污水处理厂尾水;总磷主要来自农业面源和未收集的点源;各控制单元入湖污染负荷已基本演变为以未收集的点源和城市面源为主.针对流域目前存在的问题,应继续坚持点源污染治理,高度重视城市面源污染治理,加强农业面源治理,进一步完善流域截污治污体系,为滇池水质改善创造条件.     

西藏羊卓雍错流域水体水质评价及主要污染因子

水质是流域生态系统的重要指标,水质评价则是开展流域水体污染防治等工作的基础.基于2010-2014年羊卓雍错流域湖泊、河流水质及2012-2014年流域居民饮用井水、自来水水质监测资料,结合单因子污染评价法和内梅罗污染指数法,对流域水质现状进行分析和评价.结果表明,12处地表水体中,羊卓雍错和巴纠错受中度污染,其他水体清洁或尚清洁,硒及氟化物为主要污染因子;9处居民饮用水体中,自来水水质明显好于井水,但也仅有3处自来水达清洁标准,硒、铝及硝酸盐为主要超标项.污染因子通过水-土-植被-动物系统破坏流域生态环境、阻碍农业生产发展,并直接或间接影响人类身体健康.因此,必须做好流域环境的综合整治、控制农业面源污染、完善饮用水基础设施建设,同时继续加强水质监测.     

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).     

基于模拟优化与正交试验的库塘联合灌溉系统水资源调控

依托灌溉试验站田间降水-作物耗水-土壤水相互转化的长序列试验成果,构建灌区田间尺度水量蓄-耗-灌-排全过程的水资源模拟模块,结合系统仿真方法,建立库塘联合灌溉系统水量分配仿真模拟模型,以保障灌区基本需水(包括农村生活需水与生态环境需水)供水安全前提下的经济效益最大化为目标,运用正交试验选优原理,构建了库塘联合灌溉系统水资源优化调控模型,形成了基于仿真模拟与正交试验优化的库塘联合灌溉系统水资源优化调控技术体系,并应用于巢湖流域大官塘水库灌区,明确了灌区合理的工程布局规格与规模,确定了适宜的节水灌溉技术模式与灌溉制度,制定了塘坝和水库科学的调度规则,提出了具有可操作性的作物种植结构调整规则,提高了灌区径流拦蓄利用率,提升了塘坝和水库年际调蓄供水能力,增强了抗旱减灾能力,为巢湖流域水库灌区综合治理、库塘联合灌区水量分配方案、水库和塘坝调度规则及作物灌溉制度等地制定提供理论依据.     

基于面平均雨量误差修正的实时洪水预报修正方法

空间集总式水文模型的洪水预报精度会受到面平均雨量估计误差的严重影响.点雨量监测值的误差类型、误差大小以及流域的雨量站点密度和站点的空间分布都会影响到面平均雨量的计算.为提高实时洪水预报精度,本文提出了一种基于降雨系统响应曲线洪水预报误差修正方法.通过此方法估计降雨输入项的误差,从而提高洪水预报精度.此方法将水文模型做为输入和输出之间的响应系统,用实测流量和计算流量之间的差值做为信息,通过降雨系统响应曲线,使用最小二乘估计原理,对面平均雨量进行修正,再用修正后的面平均雨量重新计算出流过程.将此修正方法结合新安江模型使用理想案例进行检验,并应用于王家坝流域的16场历史洪水以及此流域不同雨量站密度的情况下,结果证明均有明显修正效果,且在雨量站密度较低时修正效果更加明显.该方法是一种结构简单且不增加模型参数和复杂度的实时洪水修正的新方法.     

城镇化下流域不透水面扩张对洪峰的影响——以南京秦淮河为例

长江下游秦淮河流域近年来由于城市化崛起导致不透水面迅速扩张,改变了流域水文过程,导致暴雨洪水灾害风险增大.本文以南京秦淮河流域为例,基于1988—2015年间下垫面和水文气象资料建立了流域水文模型,通过不透水面扩张情景分析,探讨了 1988—2015年间不透水面空间扩张及对流域洪水过程的影响.研究结果表明:(1)秦淮河全流域1988—2015年不透水率从3.92%增长到19.11%,且不同区域扩张速度有所差异;(2)2006—2015年不透水面情景下的洪峰流量平均涨幅大于城市化初期;受流域上下游位置和下垫面地形条件的影响,流域溧水河和句容河两河源处的不透水面变化对洪峰的影响较流域下游出口处更显著;(3)秦淮河流域及不同位置的不透水面扩张情景下,小洪水的洪峰响应均大于大洪水,且不透水面扩张发生在下游主干河流域时的大、小洪水洪峰涨幅差距略大于河源流域.     

澜沧江流域糯扎渡水库消落带植被的物种组成、空间分布特征及地形解释

澜沧江最大梯级水库——糯扎渡水库运行之后,消落带许多原有植被物种被淹消亡,造成大面积次生裸地以及严重水土流失现象.消落带植被亟待生态修复,但缺乏基本数据支撑和参考.2020年7月,基于轻型无人机支持下的3S技术,结合现场调研,采用神经网络模型、空间叠加分析、景观格局指数以及典型相关性分析等方法,提取了糯扎渡水库典型消落带植被分类图及地形数据,定量分析了研究区本土物种组成、面积、覆盖率、分布特征、景观空间格局及地形解释.结果显示,研究区消落带植被覆盖率达74.13%,涵盖18种植物,物种数量仅占蓄水前的18.9%,原生植物仅剩飞机草（Chromolaena odorata）存活,物种组成趋于简单,以一年生草本和多年生草本为主,分别占比55.56%、33.33%,菊科占据优势,苍耳（Xanthium sibiricum）、狗牙根（Cynodon dactylon）、牛筋草（Eleusine indica）和藿香蓟（Ageratum conyzoides）为主要优势物种,分别占比47.41%、29.39%、9.37%和4.56%,可作为生态修复备选物种.地形因子对消落带植被影响大小：高程>地表起伏度>水体距离>坡度>地形湿度指数>坡向.研究区优势植物均呈聚集分布,消落带中下部、上部分别以苍耳和狗牙根斑块为主导,苍耳和狗牙根在斑块优势度、连通性以及形状复杂性方面均远大于牛筋草和藿香蓟,表现出了较强的生存潜力.苍耳在地表起伏度0~1.26 m区段覆盖良好,狗牙根、牛筋草在地表起伏度0.78~2.07 m区段覆盖良好,当地表起伏度>2.07 m,植被生长困难.植被景观格局的破碎化程度、斑块形状复杂性分别与地表起伏度呈正相关、负相关,即地表起伏度越大导致植被景观格局越破碎和斑块形状越简单,进而导致种群生存力减弱.     

近30年来南四湖流域城市化进程中的水系变化分析

城市化对水系演化影响的研究国内目前多集中在快速、高速城市化地区,而对大流域、城市化发展较缓地区的研究比较薄弱.以南四湖流域为研究区,基于1987、2000和2014年3期遥感影像,分析了流域城市化进程中的下垫面变化特征;选取流域1980s、2003和2014年的地形图进行水系提取,从数量参数、结构参数和连通性参数3个角度分析近30年城市化进程中水系结构的时空变化特征.结果表明:(1)近30年来流域建设用地增加了1568.06 km~2,2000年以后城市建设用地扩张显著,2012年流域人口城市化率为32%;(2)1980s—2010s流域总河流长度、面积和河网密度均呈现出持续减少趋势,分别减少了135.46 km、2.75 km~2和0.49 km/km~2,各级河流表现出不同的变化特点,较低等级河流受到的影响较大;而流域水面率持续增加,近30年共增加了59.79%;(3)流域水系总体上还保持着自然状态下的空间格局,但结构特征发生了较大改变,河网结构稳定度减少了4.30%,连接率和实际结合度分别减少了21.82%和21.62%;子流域内部距湖区越远的空间城市扩展强度指数值越大,城市化对水系的影响越显著.该研究将补充对不同空间尺度、不同城市化水平地区河网水系演化影响的案例,并为研究区河网水系的保护提供支持与参考.     

城镇化流域氮、磷污染特征及影响因素——以宁波北仑区小浃江为例

我国快速的城镇化过程造成了河流氮、磷等营养盐的污染和潜在的水体富营养化问题.对城镇流域水体氮、磷污染特征及其演变趋势的识别具有重要意义.本研究选取长三角典型城镇地区宁波市北仑区小浃江流域为研究对象,在流域内根据空间分布、土地利用类型、人类活动强度等情况布设样点,于2017年夏季和冬季采集水样,研究流域水体氮、磷污染的时空分布特征并分析其污染来源和评估其富营养化水平.结果表明：流域内铵态氮（NH₄⁺-N）、;硝态氮（NO₃^--N）、亚硝态氮（NO₂^--N）、总氮（TN）、总磷（TP）和叶绿素a（Chl.a）浓度范围分别为0.63~3.25 mg/L、0.52~3.75 mg/L、0.02~0.22 mg/L、1.61~12.86 mg/L、0.02~0.74 mg/L和0.6~60.57 μg/L.各个采样点氮、磷分布具有较大的空间异质性和季节变化规律.富营养化综合指数EI评估结果显示,整个流域富营养化程度属于贫至中营养级.氮、磷浓度与土地类型面积占比的Spearman相关性统计表明,100 m缓冲区建设用地面积占比与NH₄⁺-N、NO₂^--N、TN、溶解氧（DO）浓度具有显著相关性,湿地面积占比与DO浓度呈显著正相关.汇水区域内林地面积占比与NH₄⁺-N、NO₂^--N、TP、PO₄^3--P、COD、Chl.a浓度呈显著负相关,与DO浓度呈显著正相关.相关性分析和冗余分析表明城镇化的面源污染及可能存在的点源污染是小浃江流域氮、磷污染的主要来源.因此,在小浃江流域100 m范围内,控制建设用地的规模和污染排放是减轻流域氮、磷污染的主要途径.在汇水区域内,增加林地植被的面积对减少氮、磷污染具有重要影响.     

1990—2019年咸海水量平衡及其影响因素分析

咸海地处中亚,气候和人类的双重影响下湖面急剧萎缩引发区域生态危机,定量解析其水量平衡互动关系及影响因素对咸海地区水资源管理和生态保护有重要意义.基于1990—2019年密集时序Landsat影像、T/P卫星、Jason1/2测高卫星及咸海数字测深模型（DBM）,提取近30年咸海面积、水位变化信息,重建咸海水位-面积-库容曲线,探明咸海水量变化特征;建立水量平衡模型,定量分析研究区水量平衡要素变化及时空差异,探讨其互动关系与影响机制.结果表明：（1）1990—2019年间,咸海水量减少了2271.6×10⁸ m³（约75.15%）,年平均变化率达-78.3×10⁸ m³/a;南咸海水量变化趋势与咸海整体基本一致,北咸海除1999年出现了极小值外,其余年份水量变化趋势均呈波动上升状态,至2019年水位已恢复至1984年水平.（2）1990s以来,南、北咸海水量平衡结构变化时空差异显著,阿姆河入湖径流量呈波动减少趋势,随着咸海持续退缩水体蒸发不断减小,区域水量支出收入比由1990年的2.46降低到2015年的0.87;近年来丰水年份南咸海地下水可由亏损转化为盈余状态,水域变化进入相对平缓的状态.北咸海入湖径流量波动增加,蒸散发随水域面积增加而增加,1990s初以来水量收入超过水量支出,区域地下水盈余,湖泊水位不断抬升.（3）湖区尺度上,入湖径流量和水域蒸发量是咸海水量变化的主导因素.流域尺度上,气候变化与人类活动共同影响咸海入湖水量,南咸海入湖水量与阿姆河上游来水、流域耕地面积显著相关,而北咸海入湖水量主要与锡尔河上游来水相关.