基于POT与P-IOSM的洪水风险信息挖掘

为了从有限的实测资料中挖掘更多洪水信息,以武江流域为研究对象,在考证历史洪水进行特大值处理基础上,基于犁市(二)水文站1956-2009年实测日流量数据提取了POT样本,构建基于P-Ⅲ模型确定控制点而改进的非等步长内集-外集模型(P-IOSM)进行洪水风险信息挖掘.结果表明:结合POT和P-IOSM模型的洪水风险评估能够从有限的实测资料中获取更多的洪水风险信息,得到更贴近事实的风险评估结果,能为决策者提供更多的依据,从而使决策结果更加可靠实用.     

南四湖流域1980-2015年土地利用变化及其对流域生境质量的影响

生境质量在一定程度上决定了区域生物多样性维持能力的高低,评估区域生境质量对土地利用/覆被变化的响应,可以间接衡量区域生物多样性维持功能的时空变化,为生物多样性保护提供定量参考.本文以南四湖流域为例,运用InVEST-Habitat Quality模型模拟评价1980-2015年流域生境质量的时空变化,定量评估湖区退耕还湿还林和丘陵地区退耕还林2种政策情景对区域生境质量改善的效果.结果表明：35 a间流域耕地、林地和草地大量转化为建设用地,城市建设用地增长40.23%,湖泊面积减少35.56%,主要转化为渔业坑塘;南四湖流域整体生境质量处于较低水平,近35 a来快速发展的工农业生产和不断扩张的城市用地使得流域生境质量呈现降低趋势,当前平均生境质量为历年最低（0.20）.环境保护力度和人类活动剧烈程度的差异导致生境质量在空间上呈现出西部平原区（0.19） < 东部丘陵山区（0.44） < 南四湖湖区（0.81）的分布特征.近35 a来生境稀有度（即生境保存完整性指数）较高的区域主要是湖区主体和流域东部丘陵山区,但部分边缘湖区生境稀有度指数却极低,受人类活动干扰剧烈,主要原因在于沿湖渔业养殖和农业活动.定量评估湖区退耕还林还湿和流域丘陵旱地退耕还林2种政策情景对生境质量的改善效果,结果表明湖区退耕还湿还林能使湖区生境质量上升9.21%,而丘陵旱地退耕还林可使流域平均生境质量提高16.75%.     

鄱阳湖流域赣江水系溶解态金属元素空间分布特征及污染来源

于2015年1月和7月在赣江干流和主要支流37个采样点共采集74个水样,分析赣江水系15种溶解态金属元素(Be、Al、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、As、Mo、Cd、Sb、Tl、Pb、U)的空间分布特征和污染来源的贡献率.结果表明:多数水样的溶解态金属元素浓度符合水质标准,主要的超标元素是Fe,样品超标率为21.60%,其次为As(8.10%)、Mn(4.05%)、Tl(4.05%)和Al(1.35%).Be、Al、V、Fe、Co、Ni、Cu、U浓度在枯水期显著高于丰水期,其他元素差异不显著.依据溶解态金属元素的空间分布特征,赣江流域可分为3个区域:湘水、章水和赣江赣州市段(C1),桃江、袁水和锦江(C2),其他区域(C3);溶解态金属元素水平大小排序为C1C2C3,其中Be、Al、Cu、Mo、Sb、As浓度在C1最高,V、Mn、Fe、Ni、Cd浓度在C2最高.采矿废水、矿渣和农田土壤降雨淋滤、钢铁冶炼废水是赣江溶解金属元素的主要来源;Be、Al、Cu、Pb、U的污染源超过40%来自采矿废水,Cu、As、Mo、Cd的污染源超过35%来自矿渣和农田土壤降雨淋滤,V、Mn、Co、Ni的污染源超过41%来自钢铁冶炼废水.     

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.