西伯利亚北极河流有机碳输出特征及影响要素

河流有机碳输出是北极碳循环的重要组分,对气候变化十分敏感。本文利用ArcticGRO的径流及有机碳数据,通过数理统计分析等方法,对2004—2017年间俄罗斯西伯利亚地区的鄂毕河、叶尼塞河和勒拿河有机碳输出进行研究。结果显示：西伯利亚3大河流的年均有机碳输出总量约23 Tg,其中溶解有机碳（DOC）输出约18.55 Tg,占北极地区50%以上,接近颗粒有机碳（POC）输出的4倍。2009—2017年间的年均DOC输出量较1999—2008年存在较大差异,鄂毕河增加18%,叶尼塞河下降13%,而勒拿河增加了近70%。春、夏两季有机碳输出总量占全年85%以上,春季为有机碳输出高峰期,而在鄂毕河流域春、夏季贡献率相当。各流域河流有机碳输出特征不同且具有季节性变化,主要受径流、冻土及人类活动等的影响。其中,DOC输出总量在年际与季节性变化特征上均与径流变化呈显著正相关,随径流增加DOC浓度也相应增大;而多年冻土也因类型及分布差异对河流DOC与POC具有不同程度的影响。研究气候变化下的北极河流有机碳输出特征及影响要素,有助于深入理解北极河流有机碳输出对气候及环境变化的综合响应,为揭示气候变化下的北极碳循环过程奠定基础。     

典型黄土坡面土壤侵蚀特征及径流流速空间变化试验研究

为了明确土壤性质对坡面侵蚀方式作用机制的影响,本研究采用室内模拟降雨试验,选取黄土高原典型暴雨强度,在不同坡度条件下,对两种黄土的坡面侵蚀方式、形态特征、产流产沙过程及其相应径流流速的变化规律进行了研究。结果表明,绥德土径流量明显高于安塞土,10º、15º和20º时前者的平均径流量分别比后者高出51.1%、55.5%和63.0%,且前者更易形成细沟,使得其平均含沙量和平均产沙率分别是后者的1.14~3.59倍和2.50~8.48倍。在片蚀阶段,与绥德土相比,安塞土的含沙量较高,后者的平均含沙量是前者的1.24~1.73倍,但两种土壤的含沙量和产沙规律相同,均表现为先快速增加到最大值,然后逐渐降低到相对稳定状态,该现象证明片蚀的初期阶段主要受控于径流输沙能力,后期受径流的剥蚀能力控制。在细沟侵蚀阶段,绥德土细沟发育以沟头溯源侵蚀为主,崩塌作用频繁,该侵蚀形式不仅控制着细沟形态的总体特征,也导致含沙量和产沙率均急剧增加,该阶段平均含沙量是相应片蚀阶段的3.25~4.34倍。细沟沟口下方坡面存在明显的泥沙沉积带,表明细沟集中水流的搬运能力远高于坡面漫流,细沟侵蚀主要受径流输沙能力控制。两种土壤的径流流速均表现为坡面下部高于坡面上部,径流稳定后高于径流稳定前,总体来看,绥德土和安塞土上坡和径流稳定后的平均流速分别是下坡和径流稳定前的1.4倍、1.25倍和1.75倍、1.29倍,此外细沟侵蚀或侵蚀强度与微地貌形态之间的互馈作用对径流流速也有较大影响。     

青海北川河流域径流变化的机理研究——基于模型和统计两种方法

气候变化和下垫面变化是影响河道径流的两大驱动力,研究两者对径流的影响有利于深入理解流域水文过程,为水资源管理提供科学依据。鉴于利用不同方法获得的结果存在一定程度的差异,有必要使用多种方法进行交叉验证。论文基于Budyko水量平衡法和新增水库模块的分布式水文模型(DHSVM)法量化了气候变化和下垫面变化对青海省北川河流域径流变化的贡献。结果表明：① 自1960年以来流域出口流量以每年0.037 m³/s的趋势下降,突变年份发生在1969年。② 2种方法的分析结果均表明,年代际尺度上,气候变化对径流影响的贡献率由高到低依次为：1990—1999年>2000—2009年>1970—1979年>1980—1989年=2010—2019年,且下垫面变化是1970—2019年流域出口径流变化的主导因素,对应的贡献率分别为94.58% (Budyko法)和65.68% (DHSVM法)。③ Budyko方法只能揭示流域整体的变化,而DHSVM方法能够体现水文过程变化的时空差异,模型结果表明上中游、下游地区的年平均径流变化分别受气候变化、下垫面变化主导;流域出口处月径流变化则对下垫面条件中的水库调节更敏感。此外,文中就2种方法量化结果差异的原因也展开了讨论。     

上游不同开发情景对阿克苏河径流变化影响分析

萨雷扎兹河发源于吉尔吉斯斯坦(以下称吉国),入境水量约占阿克苏河水量的44.3%,对确保阿克苏地区经济社会的可持续发展具有重要的现实意义。近年来,吉国计划在萨雷扎兹河(阿克苏河上游)进行水资源开发,将会影响处于下游的我国境内阿克苏河流域的水资源量。基于阿克苏河流域的径流数据,定量分析了萨雷扎兹河的径流变化特征和不同开发情景对阿克苏河下游径流的影响。结果表明:在1958—2015年,萨雷扎兹河年径流整体呈显著上升趋势;径流的年内分配差异较大,主要集中在7、8月;春、冬两季径流呈显著增长趋势,夏、秋两季呈微弱增长趋势;从年代际变化看,除1958—1959年为偏枯水时段,1990—1999年为偏丰水时段外,剩下的时间段均为平水时段。吉国跨流域调水工程建设将对阿克苏河径流产生重大影响。从季节尺度分析,跨流域调水工程建设将导致阿克苏河下游径流呈减少状态,其中夏季敏感性最高;从年尺度分析,跨流域调水工程建设将导致阿克苏河下游径流呈减少状态,而且随着调水量的增多,阿克苏河下游径流不断减少。研究结果可以为我国政府在处理吉国跨流域调水工程建设对阿克苏河径流产生影响的问题上提供一定的参考。     

曲周地区早、中全新世古年径流深状况的推估

利用中国北方 30个小汇水流域的现代资料数据建立了年平均温度和年降水-年平均径流深关系式 ;利用先前测得的河北平原南部曲周地区的河间洼地沉积物的磁化率和碳酸盐氧同位素组分以及其他研究者建立的磁化率与气候变量之间的关系式和氧同位素组分与气候变量之间的关系式 ,推估了曲周地区早、中全新世的古年温度状况和古年降水状况 ;以推估的古年温度和古年降水以及建立的年平均温度和年降水-年平均径流深关系式 ,推估了曲周地区早、中全新世的古年径流深状况。     

基于GIS的深圳梧桐山林地增长预测与削减径流生态效益评估

基于2005年深圳市0.3 m分辨率的航片与梧桐山8个林地样方数据,通过ArcView软件平台,利用CITYgreen生态价值评估模型,计算2005年梧桐山林地削减径流的生态效益。并以2005年为初始年,以10年为周期,预测2015—2055年林地生长趋势与生态效益。结果表明:2015年、2025年、2035年、2045年与2055年梧桐山林地增长率分别为14.23%、12.27%、12.09%、11.68%、12.85%;2005年削减径流的生态效益为3.74亿元,2015年、2025年、2035年、2045年与2055年预测值分别为3.89亿元、4.03亿元、4.19亿元、4.35亿元与4.52亿元。林地生长与生态效益增长态势不均衡与不同树木的生命周期及其特性相关。     

黄河上游内蒙古河段平滩流量对人类活动和气候变化的响应

冲积河流平滩流量既反映了河道尺度上的水文-地貌耦合关系,又与流域因素密切相关。从这一概念出发,以黄河上游内蒙古河段为例,研究了平滩流量的变化,并在流域层面与河道层面上对其成因进行了研究。结果表明：上游水库调节改变了出库流量过程,使汛期流量大幅度减小,泄流过程均匀化,因而平滩流量减小。在龙羊峡水库修建后洪水流量减小导致漫滩机遇降低的情形下,泥沙淤在主槽内,也是平滩流量减小的重要原因。泥沙冲淤对于平滩流量的影响存在着某种累积或滞后效应,巴彦高勒平滩流量Q_bf,BY不仅与当年的冲淤量有关,还与以前冲淤量有关,前4 a平均淤积量对平滩流量的影响最大。建立了平滩流量与前4 a累计淤积量、年均流量、年最大日流量的多元回归方程,该方程表明平滩流量既与当年的流量特征相联系,也与一定时间尺度上河道冲淤造成的后果相联系,反映了某种水文地貌耦合关系。研究还表明,存在着以下因果关系链：龙羊峡水库修建→汛期来沙系数增大→河道淤积加强→平滩流量减小。因此,通过改变龙羊峡水库的运用方式,增大汛期下泄流量,可以减小河道淤积、增大平滩流量,从而增大下泄洪水的能力,降低凌汛期间的防洪压力。平滩流量的变化是流域因素变化的结果,所建立的多元回归方程表明,在50 a的时间尺度上,暖干化指标的增大、引水率的增大、水库总库容的增大和天然径流系数的减小,是黄河上游平滩流量减小的原因。     

全球主要河流流域碳酸盐岩风化碳汇评估

碳酸盐岩风化吸收的大气CO₂主要以HCO₃ ^-形式连续地经由河流从大陆输送到海洋,成为陆地生态系统的重要碳汇。目前主要河流流域的碳酸盐岩风化碳汇估算存在不确定性,分布格局尚不清晰。基于GEMS-GLORI全球河流数据库提供的全球10万km ²以上主要河流流域多年平均监测数据,利用水化学径流法估算出全球主要河流流域碳酸盐岩对CO₂的吸收速率为0.43±0.15 Pg CO₂ yr ^-1,平均CO₂吸收通量为7.93±2.8 t km ^-2 yr ^-1。CO₂吸收通量在不同气候带下差异显著,热带和暖温带CO₂年吸收速率占全球主要河流流域年吸收速率的62.95%。冷温带CO₂年吸收速率占全球主要河流流域的33.05%,仅次于热带地区。本文划分出全球CO₂吸收通量的9个关键带,关键带的交汇处CO₂吸收通量较高。喀斯特出露流域碳酸盐岩对CO₂吸收通量的均值为8.50 t km ^-2 yr ^-1,约为非喀斯特流域的3倍。全球喀斯特出露流域碳酸盐岩风化碳汇在全球碳循环、水循环及碳收支平衡估算研究方面占据重要地位。     

孔隙可调的编织石墨烯过滤膜的制备及其在盐湖卤水离子分离领域的应用

我国盐湖数量多、分布广、资源丰富。如何有效地从盐湖卤水中提取资源元素,对国民经济具有重要意义。然而目前的过滤膜仍然具有稳定性差、耐腐蚀性差、高离子截留率与高水通量不可兼得等短板,因此亟需寻找一种力学性能优异,过滤性好的新型膜材料;二维材料因其具有低能耗、高效率等特点,在筛选分离领域展现了巨大优势。通过将碳纳米管编织进过滤膜、化学修饰编织石墨烯带边缘、或纳米压痕技术处理编织过滤膜等方法可以调控过滤孔尺寸以实现离子筛分,这种编织过滤膜在保障孔隙率的同时,膜强度相比传统商业渗透膜提升至少两个数量级,因此该研究为利用纳米编织技术设计高通量高强度的过滤膜提供了新思路,并总结分析了基于编织石墨烯过滤膜用于盐湖卤水离子分离性能的研究情况。     

青海湖流域河川径流特征及其对降水的滞后效应

以青海湖流域的布哈河为例,采用变差系数、集中度和集中期等指标,对青海湖流域内径流量、降水量在年代、年际、季节等时间尺度上进行分析,并用集中期来反映河川径流对降水的滞后效应。结果显示,河川径流年内主要集中在6—10月,特别是7月中旬至8月中旬之间;降水主要集中在5—9月,特别是7月;径流量与降水量存在极大的相关性（r=0.746＞0.443=α0.001(47)）,径流对降水具有滞后效应,多年平均滞后时间为20 d左右。