“黄河流域水资源演化规律与可再生性维持机理”研究进展

黄河是中国第二条大河,流域面积80万km2,它曾是中华民族文化的摇篮。当前在中国西部大开发中具有举足轻重的重要战略地位。但是黄河流域地处中国的半干旱与半湿润地带,流域的水资源量先天不足,流域内的人均水资源占有量很少,相当全国人均水资源占有量的1/3。由于气候的暖干变化与人类活动的影响,过去30年来,黄河下游与其主要支流频繁地发生了断流,这种发展的征兆不仅加剧了脆弱的水资源供应与需求的平衡,而且给流域上、中、下游原有生态系统与环境带来更大的冲击。黄河的治理终归是涉及国家稳定和国家安全的大事。因此,1999年科技部在“国家重点基础研究发展规划”中立项,启动了5年研究项目“黄河流域水资源演化规律与可再生性维持机理”。作者作为项目的首席科学家根据项目各课题已发表的近900篇论文与几十部专著等大量成果,简要概括了黄河水资源的基础性、技术性和应用性研究等三大方面的进展。     

Assessing selected natural and anthropogenic impacts on freshwater lens morphology on small barrier Islands: Dog Island and St. George Island, Florida, USA

Abstract The freshwater lens morphologies of the barrier islands Dog Island and St. George Island on the panhandle coast of Florida (FL), USA, are controlled to varying degrees by both natural and anthropogenic factors. Variable-density groundwater flow models confirm that spatial variability of recharge values can account for the observed lens asymmetry on these islands. The depth to the base of the lens does not vary significantly seasonally. Human development has altered recharge patterns in some areas, locally thinning the freshwater lens. Aqueduct water supply to St. George Island represents 7–25% of natural recharge; higher recharge rates are required to simulate the lens on St. George Island than on Dog Island. On both islands, coastal erosion rates are sufficiently rapid that the freshwater lens may not be in equilibrium with current boundary conditions.

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Resumen Las morfologías de los lentes de agua dulce en las islas de barrera: Islas Dog y St. George, en la costa alargada y estrecha de Florida, EUA, están controladas en diferentes grados por factores antropogénicos y naturales. Los modelos de flujo con densidad variable del agua subterránea, confirman que la variabilidad espacial de los valores de recarga, pueden ser la causa de la asimetría observada en los lentes de estas islas. La profundidad hasta la base de los lentes no varía significativamente con las estaciones climáticas. El desarrollo humano ha alterado las tendencias de recarga en algunas áreas, causando adelgazamiento local de los lentes de agua dulce. El abastecimiento de agua del acueducto en la Isla St. George, representa entre 7% y 25% de la recarga natural; por otro lado se necesitan cantidades mayores de recarga para simular los lentes en la Isla St. George que en la Isla Dog. En ambas islas, las tasas de erosión costera son tan rápidas, que las lentes de agua dulce podrían no estar en equilibrio con las condiciones actuales de frontera.

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Résumé La morphologie des lentilles deau douce des îles de Dog et de St. George, situés dans le district côtier de Florida-Etats Unis est contrôlé dans une mesure variable par des facteurs naturelles et humaines. Les modèles découlement à densité variable des eaux souterraines confirment que la variation spatiale de la recharge peut expliquer les asymétries observées des lentilles des cettes îles. La profondeur des lentilles ne présente pas des variations saisonnières importantes. Les activités humaines ont modifié la recharge dans certaines zones en amincissant localement les lentilles deau douce. Lalimentation en eaux de lîle de St. George représente 7–25% de la recharge naturelle; pour simuler les lentilles de lîle de Dog il a été nécessaire dintroduire des valeurs plus élevées de la recharge par rapport aux ceux utilisés pour lîle de St. George. Pour les deux îles lérosion côtière est assez rapide ainsi que les lentilles de eau douce ne sont pas en équilibre avec les conditions à la frontière.

     

Henry Darcy in his own words

A recently published English translation of the Les Fontaines publiques de la ville de Dijon 1 provides access to Henry Darcy's own words on the importance of water for public sanitation and on questions engineers face in building water supply systems. Written near the end of Darcy's life, the book is a compendium of the water knowledge he had gained over decades and his opinions on these topics reveal his personality. In the 1840s, Darcy built a water supply system to provide water to 120 street fountains for domestic purposes, street washing and firefighting. Surrounded by poverty, Darcy insisted on free water for the poor and on sharing the spring water with towns located along the aqueduct that brought it to Dijon. In the preface to the book, Darcy introduces his experiment on water flow through sand with the modest words “to my knowledge, no one has experimentally demonstrated the laws of water flow through sand.” This article provides a sampling of the book's insights into the personality of this remarkable man.

杭州苕溪滩涂湿地水质净化技术

苕溪位于杭州市余杭区,是区域内的一、二类饮用水源重要保护地,余杭区及杭州部分城区数百万居民的饮用水以及西溪湿地的水源都来自苕溪。阐明了苕溪水质污染原因,分析了利用湿地滩涂净化苕溪水质的可行性及方法。     

水源林区人工湿地污水处理技术的应用示范

针对水源林区的污水处理和循环利用等问题,设计了水平潜流人工湿地+垂直流人工湿地污水处理工艺,该工艺依靠重力作为动力,无需能耗,管理简单,污水处理效果较好,抗冲力负荷能力较强。运行结果表明,工艺出水主要指标达到了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)规定的I类水质标准。     

黄河流域冬、夏季水汽输送及收支特征

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国实测雨量资料,对黄河流域1月和7月多年平均及旱、涝年整层积分的水汽通量、辐合(辐散)及各分区水汽收支进行了研究。结果表明,1月黄河流域无明显的水汽输送,而7月水汽沿西南、东南及西北3条路径输送,前两支气流在多年平均时主要影响黄河下游区。涝年时影响到黄河中、下游区,而上游区水汽流入较小;旱年,黄河中、上游区均无明显的水汽输送,只有下游的小范围地区受西南气流影响。各区净水汽通量分别与其地面降水的时空演变相对应,而经向净水汽通量是影响水汽收支变化及供给流域降水的主要水汽来源;涝年的水汽净收支与各边界水汽流入明显大于旱年。1月,西边界和北边界微弱的水汽输入远小于东边界和南边界的输出,各区均为水汽净辐散,不利于降水;7月,大量的水汽主要来自西边界和南边界,涝年各区均为水汽盈余,多年平均也以净辐合为主,而旱年则以水汽亏损为主。     

江苏盛夏两次局地特大暴雨过程对比分析

本文利用Micaps资料、江苏自动气象站数据、常州多普勒雷达观测和NCEP全球分析场,从降水实况、环流背景、雷达回波特征、动力和热力条件等方面,对2009年8月2日和2011年7月13日两次江苏盛夏局地特大暴雨过程进行了分析和比较。结果表明:大尺度鞍型场背景下副热带高压和大陆高压的同时增强使得降水系统更集中、对流发展更旺盛,降水中心在低空切变的南侧、地面辐合的北侧、水汽在大陆东部输送的顶点。而副热带高压相对较弱的情形下,有利于热带低值系统外围偏东风场的持续水汽输送,对流发展较弱,但持续时间更长;配合低层深厚的中尺度触发系统,使得局地降水强度更有爆发力,降水中心靠近水汽在大陆东部的输送起点。     

Tropical Cyclones and Polar Lows: Velocity, Size, and Energy Scales, and Relation to the 26℃ Cyclone Origin Criteria

The goal of this paper is to quantitatively formulate some necessary conditions for the development of intense atmospheric vortices. Specifically, these criteria are discussed for tropical cyclones (TC) and polar lows (PL) by using bulk formulas for fluxes of momentum, sensible heating, and latent heating between the ocean and the atmosphere. The velocity scale is used in two forms: (1) as expressed through the buoyancy flux b and the Coriolis parameter lc for rotating fluids convection, and (2) as expresse...     

中国黄土高原塬区表层土壤水分盈缺状况的研究

陆地表层水分的盈缺直接关系到局地气候变化.本文利用黄土高原塬区初夏至盛夏期两次陆面过程野外试验(LOess Plateau land surface process field EXperiment 2005,LOPEX05和LOPEX06)的野外试验观测资料,分析了试验期间黄土高原白庙塬区不同下垫面的水分蒸散和表层土壤水分盈缺状况.结果表明:在土壤水分比较充足的条件下,植被蒸腾增加量在正午时的峰值为0.05 mm·h-1,而较大降水发生后的首个晴日.冬小麦地和裸地的蒸散分别可达4.60 mm·d-和3.70 mm·d-1.局地降水是影响陆面蒸散量变化的主要因素,而植被冠层的存在增加了陆面蒸散发量中的植物蒸腾量值.2006年4月下旬到7月中旬,裸地的水分缺失为16.3 mm·m2,冬小麦地的水分缺失为39.9mm·m2.其中缺失最严重的时间段为5月下旬到6月上旬,最大旬缺失量达16.5 mm·m2,7月上旬和中旬,由于降水季节来临,土壤水分有少量盈余.在2005年7月中旬至8月下旬,玉米地和裸地的水分盈余分别为17.9 mm·m2和25.3 mm·m2.不同时间尺度的统计均表明,降水不仅是影响陆面蒸散量的主要因素,而且也是表层土壤水分盈缺的决定性因子.     

Dealing with drought: The challenge of using water system technologies to break dryland poverty traps

We explore strategies among farmers in semi-arid Tanzania to cope with drought, and investigate if access to a local supplemental irrigation system (the Ndiva system) can improve coping capacity. Results show high dependency on local ecosystem services when harvests fail, and indicate that farmers commonly exhaust asset holdings during droughts. Ndiva access did not have any direct effects on coping capacity, but seemed to have some indirect effects. Drawing on our findings we discuss the complexity of escaping persistent dryland poverty, and outline the circumstances under which small-scale water system technologies, such as Ndiva irrigation, may help.