滨海地区潮汐对地下水位变化影响的统计学分析

本文采用互相关分析、谱分析、Mallat分解重构算法等理论与方法,利用实测的潮汐资料和观测井水位资料,并结合实测的电导数据,从统计学上分析计算了广东省珠海市唐家镇附近,滨海含水层地下水水位波动的原因以及波动的位相、周期、振幅对海潮潮汐的响应。结果表明,微承压水和基岩裂隙水水位波动的原因均是含水层承受的质量负荷随潮汐的变化而变化;微承压水水位波动相对海潮潮汐的位相延迟时间约为7.0h,基岩裂隙水约为1.5h;微承压水水位波动的周期组成成份比海潮潮汐略少,基岩裂隙水水位波动的周期组成成份与海潮潮汐基本相同;微承压水水位波动的振幅约为海潮潮汐的1/100左右,基岩裂隙水为1/3左右;本研究区域海潮潮汐对浅层基岩裂隙水水位波动的水平影响范围在1 000m之内。

珠三角滨海小流域土壤水分吸力及特征曲线研究

珠三角地区的中山、珠海等地下覆基岩多是花岗岩,花岗岩风化形成的土壤砾、砂含量高,其土壤水分特征曲线特点鲜明,但相关研究较少。本文以中山大学珠海校区滨海小流域为研究对象,利用马尔文粒径分析仪分析了小流域内的土壤质地,得出小流域内土壤基本属于砂壤土或砂土;在此基础上,根据小流域内实测的土壤含水量、土壤吸力数据,分析了土壤含水量、土壤吸力的变化及其对降雨、蒸发的响应特点。通过对野外实测数据的分析,发现小流域内径流试验场中各个深度土壤水分特征曲线(包括吸水过程和脱水过程)总体上呈"L"型,且含较多细小颗粒土壤的水分特征曲线(脱水过程)在"低含水量、高吸力"区呈现出"反S"型,根据此特点提出用Gauss、Dose res ponse(Bi-dose response)等函数对土壤水分特征曲线进行拟合的方法,并取得了良好的拟合效果。

基于原型观测与DEM的强风化花岗岩小流域水文过程模拟

为了解华南花岗岩小流域特殊的产流机制,以土壤为砂壤土、基岩为强风化花岗岩的中山大学珠海校区滨海小流域作为研究对象,观测了2个分别代表森林、灌丛覆盖的5m×10m的径流试验场的产流过程和土壤含水率变化过程。观测结果表明超渗产流、优先流是试验场的重要产流方式,壤中流(尤其是在土壤-基岩界面上产生的壤中流)对试验场的总产流量也有较大贡献。在径流试验场原型观测基础上,建立了一个基于数字高程模型(DEM)的、包括地表径流、壤中流和基岩裂隙出流的三水源小流域水文模型。利用9次降雨径流过程对模型参数进行率定,利用4次降雨径流过程进行验证,模型的率定、验证均取得了良好的拟合效果。根据模型的模拟结果,在径流的起涨阶段地表产流贡献最大,而基岩裂隙出流对退水过程贡献明显。综合试验场原型观测结果与模型模拟结果得出结论:明显的壤中流和基岩裂隙出流是华南花岗岩小流域显著的产流特点。

基于DEM的华南森林小流域月径流模拟研究

森林小流域土壤的降雨入渗率大,地表产流量小,壤中流对径流的贡献相对较大,且对径流贡献较大的产流面积主要分布在河道毗邻的区域,目前针对森林小流域的月径流模拟尚不多见。根据上述森林小流域降雨入渗及产流的特点,以东莞市水濂山小流域为研究对象,利用DEM数据推导出小流域月径流的计算公式,建立了森林小流域的月径流模拟模型,取得了良好的效果。

珠三角滨海小流域降雨入渗试验与模拟研究

调查了中山大学珠海校区滨海小流域内的土壤质地情况,着重分析了其中一个径流试验场A中的土壤颗粒组成;根据实测土壤含水量、土壤吸力数据,用Gauss曲线拟合了吸水过程的土壤水分特征曲线,并编制了计算一维非饱和土壤水运动的计算机程序,模拟分析了径流试验场A在一次降雨入渗过程中、土壤含水量、土壤基质势的变化,获得了不同深度处的土壤吸水过程的水分特征曲线。

西江流域径流与气象要素多时间尺度关联性研究

使用水文统计和交叉小波方法对西江流域1961-2005年径流变化特征及其与气象要素的多时间尺度的关联性进行分析。结果表明,径流量总体呈现减少的变化趋势,可能是人类活动引起流域内蒸发和入渗增加,使径流对降水的响应减弱造成的,径流丰枯变化基本与降水的波动相一致。气温对径流的显著作用主要集中在1990-2000年3-5 a周期上,径流对气温变化的响应时间为6-12个月;降水与径流在大部分时频域中呈同相相位变化,其相互作用主要集中在1992-2003年3-4 a和1980-2000年11-12 a周期上;大气环流变化对径流的影响主要集中在1965-1975年2-3 a及1993-2000年3-5 a周期上,对径流的影响可能是通过对区域降水影响实现的,径流对前一次环流变异响应时间为6-12个月,对后一次响应时间较快,时间的差异可能是下垫面的改变引起流域产汇流机制变化造成的。

华南滨海小流域降雨入渗对地下水的补给分析

以华南滨海小流域——中山大学滨海水循环试验基地(试验基地)作为研究区,在对该流域地下水和雨水分别进行采样、实验分析的基础上,利用氯量平衡法(CMB)与地下水动态法计算了该流域的降雨入渗补给系数与给水度。研究发现,试验基地地下水主要受降雨补给,地下水埋深在雨季(4—9月)、旱季(10—3月)的变动范围大致为0～1.5 m与0～0.5 m。根据CMB计算结果,补给区、中间区雨季降雨入渗补给系数分别为旱季的1.3～1.6倍和1.3～2.0倍,且补给区大于中间区(M5井除外)。利用地下水动态法计算次降雨入渗补给系数,所得雨季、旱季的均值(7.6%和4.6%)与CMB计算结果(7.7%和5.3%)较为接近。给水度、雨强与入渗补给系数均存在一定的线性关系。将地下水埋深分别与降雨入渗补给量及潜水蒸发量进行多项式拟合对比,发现降雨入渗对地下水的最大入渗补给埋深约为2.3 m,当埋深为3.1 m时,地下水可获得最大净补给量。

基于SCS模型的跨界小流域物质通量估算——以东莞石马河流域为例

为研究无观察资料跨界小流域的降雨-径流过程,物质通量及生态补偿问题,采用SCS（Soil Conservation Service）模型计算东莞石马河流域的月径流量,通过分析不同断面水样化学指标并结合径流量,估算了2012年石马河主要物质通量以及不同行政区污染物贡献百分比.结果表明,石马河流域最大月径流量出现在2008年6月,为9.12×108m3,最小值为8.61×106m3;不同时期的流域水质污染类型差异显著,2012年2月的水样重金属Mn、Zn、Cu和Fe的浓度范围分别为0.38∽0.75、0.09∽0.49、n.d.∽0.09和0.55∽9.86mg/L,6和11月则受N和P的污染,TN和TP浓度范围分别为6.66∽30.05mg/L和0.05∽2.49mg/L;2012年石马河重金属、N和P通量为318.16、12029和203.35t;在3次调查中,行政区对石马河N和P贡献率为惠州（59.78%和45.22%）〉东莞（35.50%和38.92%）〉深圳（4.71%和15.86%）,重金属平均贡献率的排序为东莞（43.90%）〉惠州（42.57%）〉深圳（13.52%）.

珠海小规模溪流水温与气温关系研究

使用最小二乘曲线拟合法、相关分析和互相关分析法，对中山大学珠海校区滨海水循环综合试验基地监测的2006年8月-2009年6月溪流水温、水位及气温数据进行分析。发现小规模溪流水温-气温可以用线性模型和logistic模型较好拟合，水温波动相对气温存在2．0h位相延迟，水温一气温相关程度与水位值呈负相关关系；使用Moflet小波滤波、功率谱分析及小波方差计算等方法对水温与气温的日周期、半日周期及季节性周期成分进行研究，探讨其周期大小以及周期成分能量等问题。

同位素在小流域基流计算中的应用研究

小流域基流计算结果可反映流域地下水与地表水之间的相互影响。对2007年中山大学珠海滨海水循环综合实验基地上游流域做退水分析,并采用不同方法分割上游河道流量过程线,得到的基流BFI值,即基流量除以河川径流量,变化范围在0.43～0.86,旱季BFI最大值为0.96,雨季最小值为0.41。收集研究区域河道水、地下水以及雨水水样分析D、18O同位素值,根据同位素平衡原理采用二水源过程线分割法计算2～5月流域基流比重,得到上游BFI值0.737、下游BFI值0.68,计算结果与改进的数字滤波法3的计算结果相一致。

基于温度和电导的地下水-海水交互作用研究

以中山大学珠海校区滨海水循环综合试验基地2006年12月到2007年3月地下水排泄区井群井水和海水温度、电导数据为基础,计算井水和海水温度平均值及变差系数,发现研究区域地下20m处存在含水层与海洋联通现象。使用混合比（End member mixing analysis,EMMA）、Mallet小波分解重构、互相关计算以及频谱分析等方法,对D5井水中混合海水含量以及海水对D5井作用机制进行研究,结果表明：D5井水中海水所占比例为9%~16%,海水对D5井能量贡献比为31%（其中12%通过海水-井水混合实现,19%通过介质传导实现）;D5中海水混合比的变动相对潮汐站水位变化存在5.5h相位延迟,其变化趋势及显著周期大致与潮汐站水位变化情况一致。

不同尺度流域月径流模拟对比与敏感性分析——以西江流域为例

通过新安江月径流模型耦合加速遗传算法对西江流域3个不同尺度子流域——新兴江流域(1 790 km2)、罗定江流域(3 164 km2)和贺江流域(8 326 km2)进行了模拟,同时对模型参数进行了敏感性分析.结果表明:1)在模型参数较多的情况下,用加速遗传算法能很快找到最优化参数,通过参数的初始区间的合理设定可以使参数值达到全局最优,并且使其符合参数的实际取值情况;2)在1 000～9 000 km2流域面积内只有1个气象站的情况下,利用新安江月径流模型模拟的Nash-Sutcliffe效率系数为65%以上;3)降雨径流的相关性越强,则模拟精度越高;4)20世纪80年代后,罗定江流域径流的变化主要受降雨的影响,人类活动影响相对其他2个子流域弱;5)新安江月径流模型的敏感参数为蒸发系数K、地下水出流系数KG、地下水消退系数CG和自由水蓄水容量SM(0～10),参数的取值范围会影响到模型参数的敏感性;"异参同效"仍然是流域水文模型的不确定性的一个重要方面,GLUE方法能够反映这一点.

SWAT模型在平原河网区的子流域划分方法研究

由于平原河网区地势平坦,地形起伏较小,SWAT模型在对平原河网区进行河流生成和子流域划分时往往不能反映河流的真实情况,经常会出现所生成河流不连续的现象。针对此技术问题,提出了"分片区、分层次"的河流生成和子流域划分方法,可以解决SWAT模型在平原区河流生成和子流域划分困难的问题,生成的子流域和河流与实际情况比较接近并可以对河流生成和子流域划分进行"局部加密"。将"分片区、分层次"方法应用于温瑞塘河流域,取得了不错的效果。

生态系统呼吸温度敏感性的分布及影响因素

生态系统呼吸的温度敏感性(Q10)是表征气候变暖-陆地碳循环反馈作用的一个关键参数,然而其全球分布格局及其对关键环境因子变化的响应仍存在很大的不确定性。该研究基于全球199个站点的碳通量和气象数据,形成了一套全球生态系统呼吸温度敏感性的数据集。分析结果表明:全球生态系统呼吸Q10的平均值为(2.69±1.26),不同生态系统间存在显著差异,其中湿地的Q10值最高(3.37±1.62),灌丛最低(2.49±1.60)。除多树热带草原外,各生态系统的Q10值均随纬度的增加而增大,随年均气温、年降水量及饱和水气压差的增大而减小,这种差异与环境因子对Q10产生影响的阈值范围有关。研究结果突出了生态系统呼吸Q10的空间变异及对环境因子的响应在生态系统碳循环研究中的重要性,并建议在陆地碳收支研究中除了考虑Q10的总体变化还应兼顾不同生态系统类型间的差异。

中国降水情势变化及归因分析

气候变化造成我国降水发生显著改变,其变化规律及归因亟需阐明。基于1961—2018年中国699个气象站点和2090—2100年CMIP6未来气候情景的降水数据,结合各气候带的分布,运用小波分析,对我国降水情势的变化及其影响因素进行探究。结果表明:自1961—2018年,除南温带外,各气候带的降水均呈增长趋势;降水在南温带、南亚热带和高原气候区与ENSO呈正相关,在北亚热带、中亚热带和北热带与ENSO呈负相关;雨强在亚热带和中热带地区呈增大趋势,在北热带呈减小趋势,在其他气候区基本不变。到2090s,雨强在北温带基本不变,在南亚热带和热带呈减小趋势,在高原气候区(56.06 mm)、中亚热带(28.94 mm)、北亚热带(16.94 mm)、中温带(12.96 mm)、南温带(8.94 mm)呈增加趋势。

国内外实验小流域水科学研究综述

在回顾和分析小流域/实验小流域相关概念和内涵的基础上,对国内外实验小流域的发展历程、研究现状进行了综述。对中国现存及历史时期存在过的实验小流域做了统计,依流域概念、研究内容进行分类,并对国内外的实验小流域研究做了比较。在此基础上,针对目前实验小流域研究中存在的不足之处,对未来相关研究提出了建议,以期对中国未来的实验小流域研究有所启示。

利用承压井水位估算土壤植被蒸散发量

论文回顾了有关"大气压强、井水位、气压系数、负荷系数、地表和地下储水量"的理论、井水位的气压响应模式、气压系数、负荷系数的计算方法;在利用Mallat分解重构算法去除了井水位趋势项的基础上,计算了3口观测井不同时期的气压系数以及气压系数随时间延迟的变化,计算结果表明:观测井M5、R3、R6在2006-11-05至2007-03-19具有明显的承压性;2008-03-01至04-19,M5井仍具有明显的承压性,R3井、R6井则具有明显的非承压性。此外,论文还利用观测井M5、R3井的水位变化、含水层的负荷系数、实测气压系列,计算了观测井所反映区域、含水层以上地表和地下储水量的变化,并结合实测的降雨资料、水面蒸发资料,估算了区域土壤植被的蒸散发量,经估算:R3井附近区域枯季的每日蒸散发量约为1.9～2.1 mm,蒸散发系数约为0.70～0.78。

珠海市海-陆交错带水环境原核生物多样性

采用16S rRNA基因PCR-RFLP分析技术,对珠海市海-陆交错带的海水和地下水进行原核生物多样性分析,并将所得数据与国际基因数据库Genbank进行相似性比较及聚类分析.结果表明:海水细菌以变形菌居多,其次是古菌和芽单胞菌,以及Candidate division OP3、OP8和浮霉菌等;海-陆交错带地下水细菌则以古菌居多,其次是变形菌和鞘脂杆菌,以及Candidate division OP3、放线菌和假单胞菌等.海-陆交错带地下水中大部分优势类群与源于海洋的不可培养细菌具有很高的相似性.地下水样中存在大量能降解有机质和具有净化水体潜力的细菌,说明在长期演化下,海-陆交错带兼备了海洋生态系统和陆地生态系统的特征.

小流域地下水流微生物空间差异分析

针对目前水文过程中微生物研究基本空白的现状,选择了珠海市近海小流域地下水作采样分析,运用不依赖培养(cultured-independent)的分子生物学分析技术,构建16S rRNA基因文库,研究小流域尺度下微生物的空间分布.实验数据表明,近海小流域地下水上、中、下3组井的微生物优势类群及其丰度既有相似的地方又有差别.相似的是3组井均以变形菌、Candidate divisionOPx、古菌(含泉古菌和广生古菌)、放线菌为优势类群,而且变形菌均占了很大比例,在R、M、D组井中分别为23.21%、36.21%、28.84%;不同的是R组井微生物优势类群还有拟杆菌和硝化螺旋菌;M组井另有真杆菌和酸杆菌,D组井中则以拟杆菌为优势类群.从原核微生物16SrRNA基因系统发育树可以看出,3组井的微生物主要类群大同而小异,各自的微生物多样性比较丰富,3组井的微生物优势类群变化佐证了微生物对地下水环境的生态系统功能有一定的指示作用.