三江平原基于地下水补排平衡的适宜水稻种植规模研究

三江平原水稻面积变化及其引发的地下水开发利用活动对当地地下水动态变化产生了严重影响。为明确三江平原地下水补排特征及其存在的问题,基于2000-2014年变化情景下的土地利用构建动态水循环模型,在其他参数和假设不变的情况下,建立逐年的静态水循环模型及预测水文模型,模拟在各土地利用情景和规划水稻种植规模下的水文过程,对比各情景下的地下水通量,探求地下水补排平衡下的水稻种植规模。结果显示:基于动态水循环现状模型分析,三江平原地下水超采严重,年均地下水蓄变量为-3.13亿m^(3);对现状水资源配置格局下各静态土地利用模型对比,在2005年的水稻种植规模下,年均地下水蓄变量为-0.25亿m^(3),实现了地下水补排平衡;建立在水资源配置新格局下的预测模型,对各子流域中的水稻面积同比放大,确定在水稻种植规模为304.1万hm^(2)时,地下水年均蓄变量为-0.84亿m^(3),三江平原实现了地下水补排平衡。

半干旱地区草地生态系统的潜水依赖性模拟

针对半干旱地区复杂的水分条件,从水循环整体的角度出发,通过水循环模拟与植物生长模拟,探索地表植被与潜水的关系。以通辽市平原区的主要植被类型草地为研究对象,选取草地干物质产量作为反映草地植被生长状况的指标,通过分析该指标对降水和地下水变化的响应,阐明地表生态系统对地下水的依赖性。结果表明,枯水年草地生态系统稳定的适宜地下水埋深应在2.0-2.2 m之间;平水年草地干物质产量比枯水年增加13.0%-47.8%,说明降水是影响半干旱地区生态系统稳定的重要因素;无潜水支持条件下,枯水年的草地干物质产量比多年平均值减产11.0%-14.7%,而平水年仅减产3.8%-5.9%,可见降水的丰枯变化影响着草地的潜水依赖程度。

三江平原土地利用变化对水量平衡的影响

三江平原土地利用(LU)变化及其引发的大规模水资源开发利用活动对当地水文循环产生了明显扰动。为明确三江平原水量平衡特征及其存在的问题,基于2000—2014年土地利用连续变化情景的水文循环仿真模型,在其他数据和参数不变的前提下,建立假设模型和预测模型,分别模拟2000年起已控制LU变化和2014年后控制LU变化2种假设LU管控情景的水文过程,对比3种情景下的水量平衡。结果显示:如果2000年开始就采取积极的LU管控措施,此后的15a将有效减少三江平原对外调水的依赖,改善地下水超采的现状,甚至使平原区地下水储量年均增加3.08亿m^(3);如果2014年才实施土地利用管控措施,巨大的水资源开发利用惯性将使平原区地下水年均亏空量达到14.26亿m^(3),甚至使全区域的蓄水量由盈转亏,年均亏损4.25亿m^(3)。三江平原要实现各层次的水量收支平衡,除了尽快控制高耗水LU类型的过快增长,更加积极的水资源调配及相关工程的建设势在必行。

水资源开发利用总量控制研究方法评述

水资源开发利用总量控制研究的核心是选择合适的总量控制指标体系,科学计算指标体系中各指标的控制阈值,并制定出切实可行的实施方案。水资源开发利用总量控制的研究方法即指标体系及其指标值的确定方法。本研究在大量文献调研基础上,对当前水资源开发利用总量控制的代表性方法进行了归纳和比较分析,主要包括分析计算法、模拟优化法和总量分解法。最后对总量控制研究亟须解决的问题进行了探讨。

地下水动态演变研究现状与发展趋势

地下水补径排作为水文过程的重要组成部分,受各种人为和自然因素的影响,发生着不同程度的演变。由于地下水在维持经济社会发展和生态系统健康方面的特殊重要性,其相关理论和实践研究始终保持很高的热度,而当前出现的诸多新问题,进一步加剧了地下水演变的复杂性,更将地下水研究推向地球科学探索的前沿。本文综述了当前全球地下水动态演变研究面临的新问题,归纳了地下水研究采用的技术方法,总结了地下水动态演变机制研究的最新进展,并简要介绍了全球热点地区地下水研究的最新动态,供地下水研究领域的学者参考。

采煤沉陷区水系与集水区变化预测分析

煤炭开采导致地表沉陷,形成局部洼地,进而改变流经水系的结构及其汇水范围,对此进行预测非常必要,为此将现状年(2010年)的地形与规划年(2030年)的预测沉陷值进行叠加,形成规划年的预测地形,基于此地形利用ArcSWAT提取规划年的水系和集水区,并通过与现状年的水系和集水区进行对比,分析地表沉陷动态发展条件下沉陷区洼地对天然湖泊、水系和洼地集水区变化的影响。结果表明,地表大幅沉陷会造成河道逆流和断流、不同水系连通、集水区兼并等重大水文、地理格局变动。

基于水循环模拟的区域耗水规律研究

实行最严格水资源管理制度的关键在于耗水管理,明确区域/流域的耗水规律是水资源管理的基础和前提,为此,借助分布式水文模型研究了淮河中游北岸半湿润典型区的耗水规律。研究区主要的耗水方式为土表蒸发和植被蒸腾,约占总耗水的70%;人类活动所引起的水分消耗约占总耗水的12%;除了人类活动耗水外,其他耗水方式均与降水存在一定的相关性;耗水强度(耗水深)居民区最小(不考虑工业耗水),水域最大,且在空间分布上呈现向水域逐渐增大的趋势。基于水量平衡的水循环模拟为区域/流域耗水研究提供了一种新的途径,研究成果也为当地的水资源管理提供部分依据。

淮南采煤沉陷区积水过程地下水作用机制

高潜水位采煤沉陷区容易积水,地下水在其中所起的作用相关研究不足。该文借助相关水文推理和数值模拟分析,对淮南典型孤立采煤沉陷区的地下水作用机制进行了辨析,取得的主要研究结论为:当地降水、蒸发水文条件是孤立沉陷区积水的控制性因素,一般年份下没有地下水的补给作用其积水面积比也能达到71%左右;由于淮北平原地势平缓,地下水径流微弱,水平衡定量分析表明典型沉陷区的地下水补给量仅占其积水来源百分之几的数量级;在一个水文年内,地下水与采煤沉陷区积水间的作用过程具有明显的阶段性特征,在汛期基本上表现为沉陷区积水向地下水的净渗漏,在非汛期基本上表现为地下水净补给。该文可为淮南矿区及中国华东类似采煤沉陷区的水资源利用研究提供一定的参考。

淮南煤矿采煤沉陷区蓄洪除涝初探

目前我国对于煤矿采煤沉陷区的治理途径仅限于土地的复垦、深挖浅垫、开发湿地等手段,而利用沉陷区做蓄水区,发挥其蓄洪除涝作用的研究案例目前国内比较少见。本文针对淮南矿区的3个主要沉陷区进行了初步分析,摸清了沉陷区的动态变化规律,并预测出未来这些沉陷区的可蓄容积能够极大地缓解当地乃至淮河流域洪涝灾害的压力,同时可以充分利用雨洪资源提高供水保证率,对该地区的防洪除涝及水资源配置具有重大意义。

分布式“河道-沉陷区-地下水”水循环耦合模型——Ⅰ.模型原理与开发

基于水平衡原理提出了采煤沉陷区的水量平衡控制方程,详细描述了采煤沉陷区积水与多个水文要素之间的作用关系,并在分布式水文模拟的基础上开发了物理机制较强的"河道-沉陷区-地下水"耦合模拟模型。该模型可为采煤沉陷区积水机理、水循环转化机制、沉陷区进一步发展后的积水情势变化预测、沉陷对当地水循环的影响等研究提供定量分析工具。

淮南采煤沉陷区蓄洪除涝潜力分析

以淮南采煤沉陷区为研究对象,借助ArcGIS软件平台及ArcSWAT模块预测了研究区2020年、2030年的沉陷、集水范围与面积。在划分沉陷区集水范围的基础上,分别计算区域内3个主要沉陷区不同频率的暴雨产流量,分析了沉陷区的蓄涝能力。研究结果表明:合理利用沉陷区蓄水能力,对当地未来蓄洪除涝作用显著,能有效缓解当地的洪涝压力。

淮河中游北岸地区内涝与外洪遭遇分析

淮河中游地区洪涝灾害频繁。选取淮河中游北岸典型区作为研究区,以统计分析为研究手段,在半定量半定性分析的基础上,利用1951-2010年的研究区降水、淮河干流流量和水位数据进行了内涝与外洪的遭遇分析,以确定研究区由于淮河干流水位高于支流水位造成的"关门淹"现象的严重程度。分析认为,历年来较为严重的6个洪水"关门淹"的年份按危害程度由小到大排列依次为:1956,1968,2007,1991,2003和1954年。上述排序将为蓄滞洪区防洪除涝潜力分析在选择典型洪水年份时提供一定的依据。

寒区水文循环模型研究进展

寒区水文是冰冻圈科学的重要组成部分,也是水文学的一个特殊分支,兼有冰冻圈科学和水文学的双重特性.由于寒区的特殊性,寒区水文便存在与生俱来的复杂性,寒区水文要素与非寒区相比虽具有同一性,但更多的是差异性,这便给寒区水文研究带来了极大的不便.从水文学视角,针对寒区水文循环研究回顾了近年来应用于寒区水文过程的模式模型,将其分类为非寒区水文模型的直接应用及其改进、基于模块化建模方法的寒区水文过程模拟、寒区陆面过程模型发展等三类,并以SWAT模型、新安江模型及其改进、CRHM模型和Coup Model模型为例展开论述,指出了以上三类现存模式的优缺点及其适用性;最后给出了寒区水文过程研究的趋势和发展方向的展望.

三江平原植被覆盖度对气候和土地利用变化的响应

为探讨三江平原植被覆盖度对气候变化和土地利用变化的响应特征,利用像元二分模型将2000~2014年逐月MODIS卫星遥感影像(NDVI)数据转换为相应的植被覆盖度数据,结合同期气象数据及2000、2005、2014年三期土地利用数据,借助ARCGIS工具,在土地利用未发生变化区域,采用偏相关分析和逐步回归分析方法,分析了气候变化对植被覆盖度的影响,并通过统计分析和矩阵运算,对不同土地利用类型转化方式下植被覆盖度的响应变化进行了量化。结果表明,三江平原植被长势整体较好,多年平均最大植被覆盖度为0.89;植被覆盖度与气温存在极显著的相关关系(P<0.01),较降水而言,气温是影响植被覆盖度的主导因子,其中7月份的温度对植被覆盖度的影响最大;不同土地利用类型间存在明显的相互转化,导致相应区域植被覆盖度发生变化。

分布式“河道-沉陷区-地下水”水循环耦合模型——Ⅱ:模型应用

以淮南潘谢矿区2010年沉陷状况为背景,采用2001—2010年水文气象数据,应用构建的分布式"河道-沉陷区-地下水"耦合模拟模型对沉陷区水循环状况进行了模拟,并对模拟结果进行了检验。结果表明,河道汇流、水面降水、地下水和产流在沉陷区积水补给中所占比例分别为84.6%、8.8%、3.6%和3.0%,河道下泄、水面蒸发、渗漏和引水在沉陷区积水排泄中所占比例分别为80.6%、8.2%、1.3%和9.9%,沉陷区的自然水循环主要依赖于相连河道,其次为水面降水与蒸发,与地下水关联甚微。

寒区土壤水冻融机制及入渗模型研究综述

本文从影响土壤水冻融的影响因素评述入手,分析了寒区土壤冻融循环规律;从微观层面分析了土壤冻融作用对土壤水力学性质的影响;介绍了若干经典土壤水入渗模型和寒区经验、半经验土壤入渗模型,指出寒区由于冻土的冻融作用使得入渗具有不同于非冻土入渗的特点,需要建立适合寒区的入渗模型或者在原有模型的基础上进行改进。研究具有寒区特色的土壤水分入渗理论和模型是深入探索寒区水文循环机制、完善寒区水文水资源理论、改进相关应用实践的基础,具有重要科学意义。

典型区域降雨复杂性分布的变化分析

本文以海河清漳河流域河北境内部分地区为研究区域,分析指标采用小波分维,阐述了不同时期区域降雨复杂特性的不同分布。根据序列分维和其统计自相似性特征的映射关系,进一步揭示不同降雨序列的精细结构并剖析其变化原因,解析出研究区域降雨在不同时期年内频次特征变化和趋势,为区域水资源长期规划和旱涝预警管理提供了决策依据。

利用Taylor展开结合Pade逼近求解Volterra人口模型

Volterra人口模型是在Logistic模型的基础上加入积分表达式,以表示毒素积累对种群的影响.利用Taylor级数结合Pade逼近的方法求解Volterra模型,得到模型的解析近似解,并分析模型参数的影响.

地面沉降对含水层参数及给水能力的影响研究

地面沉降主要由深层地下水开采造成,含水层的压缩释水是深层地下水开采量主要构成来源,同时随其压缩变形孔隙比减小造成储水系数、渗透系数的减小,对弱透水层非弹性释水量、越流补给量造成影响。地面沉降过程中的水文地质参数非线性变化及对承压含水层系统的反馈作用也成为水文地质领域的前沿问题。为对地下水开采量、沉降量、地质参数变化以及给水能力变化之间的关系做一个较为定量定性的探究,以含水层压缩过程中的物理机制为依据,并基于沧州地区深层承压含水层的地下水位变化过程和水文地质参数,采用数学手段构建储水系数和渗透系数变化的一维非线性沉降模型。模拟结果显示随承压水头下降,储水系数最高可减小77%,含水层系统的给水能力和储水能力会随压缩变形减小50%甚至更多。研究成果为深入认识水文地质参数与应力变化相关关系、科学评价承压含水层地下水储水调节能力有重要借鉴意义。

有效降雨最优统计时段尺度研究——以河北省河间市为例

准确评价有效降雨量对农业生产规划具有重要意义。时段内腾发量与降雨量比较法确定有效降雨量在实践中是一种计算简便、通用性强的评价方法,其中统计时段尺度参数的合理选取是应用该方法的关键。以河北省黑龙港地区河间市为例,基于有效降雨量和农业灌溉量之间存在互逆相关关系的原理,开展了2011~2015年不同统计时段尺度有效降雨量与农灌开采量之间的非线性回归分析,并通过拟合优度变化规律的分析,得出了统计时段尺度的优选值域范围和最优推荐值。研究结果表明,有效降雨量与农灌开采量的相关关系可采用幂函数来拟合,7~12 d为统计时段尺度的较优取值区间,可决系数达到0.7以上,10 d(旬)尺度为最优推荐值,可决系数约为0.9。研究过程中利用高分遥感影像解译数据对河间市主要作物的统计种植面积数据进行了校核,并采用"以电折水"的方式对该市农灌开采量进行评估,有效提高了研究成果的可靠性。