黄河流域水循环地理信息系统平台构建初探

本文探讨了地理信息系统在水文学研究中的一般模式,应用GIS与水文模型松散结合的方式,采用MS-VisualBasic可视化开发语言,以ESRI-MapObject地理信息系统组件为基础,构建了黄河流域水循环地理信息系统平台。将所涉及到的黄河流域水循环各类数据统一坐标、统一格式储存到平台中,为黄河流域水循环要素和水文过程研究提供数据支持。     

ERA5-Land降水产品在黄河流域干旱监测中的适用性研究

ERA5-Land再分析产品作为全球重要的地表要素数据,其在干旱监测中的误差评估对进一步提升干旱预警能力和降低灾害风险具有重要意义。利用1981—2020年国家气象信息中心逐日降水格网数据,结合标准化降水指数（Standardized Precipitation Index, SPI）,定量评价欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF）的第五代再分析陆地产品（Land component of the Fifth Generation of European Reanalysis, ERA5-Land）降水资料在黄河流域及其子流域干旱监测中的误差特征,探讨ERA5-Land降水产品在不同地区和不同时间尺度下对降水的高（低）估以及对干旱特征的描述能力。结果表明：ERA5-Land降水产品在黄河流域对降水量存在明显高估现象,上游地区降水量高估误差最大,中游次之,而下游相对较低。在不同时间尺度下,ERA5-Land降水产品对干湿状况的反映能力存在明显差异,并随时间尺度的增加,差异也增加。针对黄河流...     

黄河流域城镇化对地下水的影响分析

黄河流域是我国重要的生态屏障,也是我国粮食作物的主要产区。近年来,随着城镇化的发展,当地水资源分配出现了显著变化。因此,厘清黄河流域城镇化作用下水循环的改变对制定黄河流域城镇化政策具有重要意义。本文利用资源环境科学与数据中心的黄河流域下垫面数据、世界人口数据集的人口密度和Gravity Recovery and Climate Experiment (Grace)的Center for Space Research (CSR)陆地总水储量格点数据,开展了黄河流域城镇化过程中地下水的变化特征分析工作。结果表明：黄河流域城镇化程度具有显著的空间差异,下游存在明显的城镇化加剧现象;全域人口密度整体呈上升趋势,其中下游的人口增长趋势最大;黄河流域的地下水呈下降趋势,以下游的地下水下降最为显著。通过对比黄河流域新增城镇、不变城镇和消失城镇的地下水变化差异,发现地下水下降幅度最小出现在消失城镇,新增城镇的地下水下降幅度小于不变城镇的区域。因此,黄河流域城镇化对地下水的减少具有显著的作用,新增城镇地下水并没有出现显著下降的结果也说明近年来城镇化后的地下水保护政策取得的效果良好。     

气候变化、植被改变及人类用水与黄河流域水循环的研究进展

受气候增暖和人类活动的双重影响,黄河流域的水循环正在发生显著变化,水资源供需矛盾突出。陆地水循环是一个复杂的非线性系统,为清晰认识水循环变化的全貌,并合理高效利用有限的水资源量,需要综合考虑水循环各个要素之间的协同变化机制。同时,在“人类世”背景下,黄河流域水循环研究必须考虑人类活动的影响,主要包括植被变化和人类用水,其中人类用水主体为农业灌溉。自从实施生态恢复工程以来,黄土高原植被覆盖明显改善的同时也引发了对径流、蒸散发、降水、土壤湿度以及地下水的一系列影响,且研究结论还存在一些争议,但黄土高原植被覆盖改善使得该地区蒸散发量增加基本达成共识,大多数研究支持植被改善减少径流的结论。黄河流域的农业灌溉方式主要为大水漫灌,其对地表蒸散发、地表水及地下水多个过程具有重要影响。本文主要针对黄河流域的水循环研究,讨论相关研究进展以及发展方向。     

浅埋煤层过双沟地形开采地表裂缝发育规律

为保护黄河流域矿区生态环境,以府谷县庙哈孤矿区安山煤矿125203工作面为背景,采用数值模拟实验、相似材料模拟实验和理论分析相结合的手段,基于工作面过双沟地形开采时地表裂缝发育位置、发育形态等参数,总结出开采诱发地表裂缝发育规律。通过理论分析,建立了浅埋煤层过双沟地形开采地表裂缝发育相对位置函数T及其判别条件,讨论了双沟地形沟谷参数与地表裂缝发育相对位置之间的关系。研究表明,工作面过支沟G1时,共发育地表裂缝4条,最大裂缝宽度23 cm,最大错台11 cm,裂缝发育超前于工作面推进;过主沟G2时共发育地表裂缝7条,最大裂缝宽度79 cm,最大错台45 cm,裂缝发育滞后于工作面推进。裂缝发育相对位置受地质条件、沟深、坡度和沟谷跨度等因素共同影响。地表裂缝发育相对位置函数与裂缝超前(滞后)距离、裂缝宽度和错台以及单沟裂缝总条数密切相关。双沟相互影响程度与工作面推进方向有关。研究结果可为浅埋煤层沟谷下开采地表裂缝发育研究提供一定的理论依据。      

基于环境DNA技术的黄河流域下游山区河流大型底栖动物群落多样性特征及其影响要素分析

河流生物群落组成由多种环境因子共同作用形成,但其影响机制尚不清楚。本研究基于环境DNA技术,选择黄河流域下游4条山区河流(锦绣川、锦阳川、锦云川和三川汇合后河流)的10个样点开展大型底栖动物监测。结果发现:不同溪段水质状况有所差异,锦云川盐化程度(以电导率EC表征)和营养盐浓度较高,锦阳川抗生素浓度较高,锦绣川水质较好。山区河流大型底栖动物群落组成差异明显,锦绣川以水生昆虫为主,软体动物占比较低。其中,昆虫纲的大蚊(Tipula abdominalis)、天角蜉(Uracanthella punctisetae)和寡毛纲的顠体虫(Aeolosoma sp.)是造成锦绣川与其他河流大型底栖动物群落结构差异的关键物种。冗余分析和变差分解分析结果表明,盐化、营养盐和抗生素均会对大型底栖动物群落组成产生影响。其中,EC的解释率为22.86%,营养盐中的TP、NH₃-N和TN的解释率分别为20.12%、13.25%和7.81%;此外,盐化可与营养盐和抗生素通过耦合效应对大型底栖动物群落组成产生影响,贡献率分别为21.60%和16.20%;抗生素与营养盐的贡献率为19.60%。逐步判别回归模型结果显示,Margalef指数(d)受盐化(EC)和营养盐(NH₃-N和NO₃^--N)的共同影响;随着河流中EC浓度升高,d 与NH₃-N之间的正响应关系及其与NO₃^--N之间的负响应关系显著增强。因此,多环境因子对水生生物的影响不容忽视,在大型底栖动物生物多样性保护中应关注各类环境因子的影响贡献。     

黄河流域水蚀区土壤侵蚀空间尺度效应分析

以黄河、延河、杏子河、纸坊沟四级流域尺度为例,应用信息熵原理分析了各级流域尺度上土壤水力侵蚀与 其影响因子之间的空间相关性,通过比较各因子在不同空间尺度上与土壤侵蚀的相关性,定量分析了土壤侵蚀过 程的空间尺度效应。分析结果给出了降雨、地形、土质、植被等因子在不同流域尺度上对土壤侵蚀的影响大小,以及 每个尺度上各影响因子重要性的主次顺序。总体而言,随着流域空间尺度的增大,各因子对土壤侵蚀的影响具有放 大或缩小效应,影响因素的主次顺序随之易位,其中微观因子的控制作用有所减小,而宏观因子的控制作用则逐渐 突显。本文建立的流域土壤侵蚀空间尺度效应的定量分析方法和分析结果有助于解决当前土壤侵蚀评估模型普遍 存在的尺度转化和区域通用性问题。     

基于水文地球化学特征的黄河流域(济阳段)地热水成因机制研究

黄河流域(济阳段)地热资源丰富,阐明地热田的成因机制对区域地热水资源的开发利用和黄河流域高质量发展具有重要意义。以黄河流域(济阳段)齐广断裂以南灰岩热储为研究对象,进行水化学分析和同位素分析,结果表明研究区地热水水化学类型主要为SO₄·Cl-Ca·Na型、SO₄-Ca·Na型、HCO₃·SO₄-Ca·Mg型、SO₄-Ca型,地热水总体上受大气降水的入渗补给,地热水补给区高程范围为497.81～2117.97m,地热水属于亚现代与近期补给的混合水和现代水。     

1960—2017年黄河流域寒潮时空变化规律

利用黄河流域76个气象站点1960—2017年日最低气温数据,采用线性回归和曼-肯德尔(Mann-Kendall, M-K)突变分析等方法,定量研究该流域寒潮的时空演变规律。结果显示：过去58年,寒潮发生频次总体呈下降趋势,寒潮、强寒潮和特强寒潮每10 a减少速率分别为-0.32、-0.42、-2.16次。同时寒潮频次时空差异特征显著,寒潮高频区集中在黄河流域东北部和西南地区,呈“双峰”结构特征。     

黄河流域有效辐射拟合研究

在深入分析有效辐射理论公式的基础上,利用日射站和常规气象站观测资料,确定有效辐射拟合的经验函数式;利用数据集群技术,建立一系列不同时空尺度的有效辐射估算模式;通过误差分析,最终确定适用于全国范围有效辐射计算的拟合模型;采用确定的有效辐射拟合模型,结合黄河流域及其周边常规气象站观测资料,对黄河流域1960~2000年有效辐射进行计算,利用ArcG IS将站点有效辐射拟合结果进行空间内差,获得黄河流域有效辐射的空间分布。