济南市1997―2014年农业水足迹及结构变化特征分析

为了研究地区农业用水总量与用水结构动态变化响应关系,深化调控农业产业结构与农业用水结构,基于水足迹理论,采用VAR(2)模型建立了脉冲响应函数以及方差分解,研究了济南市1997―2014年农业水足迹变化情况以及农业水足迹构成之间的响应关系。结果表明,济南市农业绿水、蓝水、灰水足迹呈现逐年递增趋势,其中1997―2009年为快速上升阶段,2009―2014年为平稳上升阶段;种植业水足迹与农业水足迹之间不存在黏滞性,渔业水足迹与农业水足迹之间存在负响应关系;影响济南市农业水足迹的重要因素依次为种植业水足迹、畜牧业水足迹、林业水足迹、渔业水足迹。总之,通过适当减少高耗水种植业和畜牧业生产、增加渔业产品产量、制定长期的农业用水规划,并进一步优化农业用水结构,方可实现农业水资源的可持续利用与发展。

基于水生态足迹的山东省水资源利用与经济发展分析

为了研究水资源利用情况与经济增长的协调性,提出了一种考虑不同受纳水体的水生态足迹计算方法,并以此计算了山东省2003—2015年水量与水质生态足迹,构建了宏观方面的协调发展脱钩评价模型与微观方面的协调度理论,对水资源消耗与经济增长之间的协调关系进行评价.结果表明山东省水生态足迹总体呈现波动上升趋势,水量生态足迹显示出明显的农业主导型;水质生态足迹计算中,地表与地下水质生态足迹比例约为3∶4;地表水质生态足迹中,2003—2009年硝态氮为决定性污染物,2010—2015年总磷为决定性污染物;地下水质生态足迹则表现为硝态氮主导.人均GDP增长与水生态足迹由弱脱钩的初级协调向强脱钩的中级协调转变,初步说明山东省水资源与经济的协调发展呈现改善趋势.

基于水质水量的河流水资源资产负债研究

建立了流域水资源数量与质量联合评价方法,提出了河流水资源静态资产负债与不考虑年间降水影响的动态资产负债概念。根据沂河流域2008年、2010年、2012年、2014年水功能区资料以及逐月降水径流资料,对该流域水资源进行了资产负债计算。结果表明:2008年、2010年、2012年、2014年沂河水资源静态净资产分别为-3.96亿、-0.84亿、4.01亿、4.52亿m^3;利用降水距平扣除42.29%的降水影响后,水资源动态净资产分别为-4.53亿、-0.37亿、3.91亿、5.48亿m^3,呈持续增加趋势,表明沂河水质逐步改善。

基于改进Tennant法的小清河生态基流计算

为拓宽Tennant法的适应性,针对北方地区部分河流丰枯期径流差异大的特点,提出了在一般用水期(11-次年3月)生态基流的确定方法;同时,为满足鱼类生存繁衍要求,确定了鱼类产育期(4-10月)所需的逐月最低流速,选取最低流速所对应的流量与传统Tennant法生态基流量较大者为最终生态基流量,更好地保障了鱼类的生存繁衍要求。以小清河为例,选取人类干扰较小的历史数据对生态基流量进行计算,并与其他计算方法的结果进行对比验证。结果表明:改进的Tennant法计算结果更为合理,同时兼顾了多方面需水要求,有利于生态保护和维持河道持续健康发展。

基于改进Tennant法的河流生态基流量计算

为拓宽Tennant法的适用性,针对北方地区补水城市河流与未补水河流定位存在较大差异,提出了使用流量还原或还现的方法对不同类型河流流量进行修正,同时利用典型年流量代替多年平均流量并考虑了鱼类产预期最低流速,对Tennant法进行改进。将改进后的Tennant法应用到小清河、沂河等河流,应用结果表明:改进后的Tennant法应用于未补水河流能够更好地反映天然水文情势,有助于保障河流流速及水面宽度、河水深度等生物指标的良性发展;应用于补水城市河流能够更好地体现了补水区河段的用水特点,易于满足流域经济、社会、自然发展的需求。综合结果表明:改进的Tennant法计算结果更为合理,同时兼顾了不同类型河流的需水要求,拓宽了Tennant法的适用范围,为河流生态基流量的计算提供了一个新思路。

基于农作物水足迹的济南市农业用水评价

水足迹是评价一个地区水资源利用模式以及消费模式的新方法。基于水足迹理论,计算了1997-2013年济南市农作物用水量、进出口虚拟水量、水足迹值,分析了济南市农业水资源状况与农业水资源安全状况。结果表明:济南市水足迹组成中绿水、蓝水、灰水足迹均呈现逐年增加趋势;农产品水足迹中小麦、玉米、蔬菜3类作物对济南市农业具有支撑作用;农业水安全方面,济南市多年平均水资源匮乏度为536%,水资源压力指数高达789%,农业人均水足迹为717.9 m^3。总而言之,济南市农业水资源压力巨大,水资源匮乏严重,需要提高当地水资源的可调蓄性,优化种植结构与虚拟水进口种类,强化节水工作。

沂沭泗流域降解系数及纳污能力测算研究

为了控制污染物排放、明确水功能区限制纳污红线,以沂沭泗流域境内的4个水功能区为例,分析了水体COD、氨氮的降解系数及其变化规律,拟合出了与流速相关的水体污染物降解系数的经验公式;采用一维水质模型,计算了2015年4个水功能区的COD、氨氮纳污能力,并核定75%和90%水文保证率下的COD和氨氮纳污能力分别为2020年和2025年限制纳污红线值,对其进行了预测。结果表明:2015年、2020年、2025年研究区的COD、氨氮纳污能力红线值分别为2 264.03、34.48,1 566.4、21.95 t与887.71、15.16 t,2020年和2025年的COD和氨氮应削减率为30.81%、36.34%与60.79%、56.03%。

水功能区纳污能力动态研究与应用

在考虑河道流量与水温对污染物降解作用的基础上,提出一种针对河道水功能区纳污能力计算的方法。利用淮河流域山东省水功能区河段资料,以COD与NH3-N两种污染物为例,研究其降解系数与流量、水温的关系。利用最小二乘法拟合得到各污染物的降解系数与流量的函数关系,通过对大量实测资料的分析,得到水温对各污染物降解系数的线性修正系数。在此基础上,选取75%和90%两种保证率作为水功能区纳污能力计算的水文设计条件,分别计算出逐月纳污能力。结果表明:在90%保证率设计流量下,山东省水功能区大多数月份纳污能力计算结果为0,而在75%保证率设计流量下各月纳污能力不为0,说明北方流域更适合取75%保证率设计流量来计算纳污能力。通过计算水功能区逐月的纳污能力,计算出入河污染物削减量,并提出相应的限制排污措施。

不同生态目标玉符河湿地生态需水量

为保护北方地区湿地生态环境健康、恢复物种多样性,首要任务是确定湿地的生态需水量,以确定所需补水量。针对北方地区的河道型湿地,以济南市玉符河湿地为例,考虑丰、平、枯水年不同降水频率下的水面净蒸发,结合植被、土壤、野生生物栖息地、地下水补给需水量,利用水量平衡法汇总得到针对不同生态目标的理想、适宜和最小生态需水量。计算结果表明:消耗型最低生态目标的理想、适宜、最小生态需水量分别为5.976×10~6~7.018×10~6m^3、3.954~4.857×10~6m^3、1.937×10~6~2.837×10~6m^3;保护型合理生态目标的理想、适宜、最小生态需水量分别为9.839×10~6~11.181×10~6m^3、5.817×10~6~6.922×10~6m^3、2.762×10~6~3.770×10~6m^3。计算成果为下一步玉符河湿地生态环境健康的保护和物种多样性的恢复提供了理论支撑。

基于底栖动物完整性指数的小清河健康评价

为了建立河流生态系统健康的评价标准以保证河流的可持续性发展,以小清河为例,选用底栖动物完整性指数评价其健康状况。2014年5月—2015年10月,对小清河7个典型采样点的底栖动物共进行6次调查。通过分布范围、判别能力和Pearson相关性分析,从32个候选生物指标中筛选出适合于构建小清河B-IBI评价体系的5个参数,采用比值法将小清河健康状况按评分分为5个等级:>3.70为健康,(2.77,3.70]为亚健康,(1.85,2.77]为一般,(0.92,1.85]为差,≤0.92为极差。结果表明:小清河吴家堡采样点处于"健康"状态,五柳闸和石村采样点处于"亚健康"状态,黄台桥和五龙堂采样点处于"一般"状态,梁府庄、岔河水文站采样点处于"较差"状态,且底栖动物完整性指数值与总氮、总磷成负相关,与香浓威纳多样性指数成显著正相关。说明构建的B-IBI评价指标与标准对小清河的健康评估具有较好的适用性。

山东省农业水足迹周期及趋势变化分析

农业用水状况及其周期趋势分析对合理制定农业用水分配、提高水资源利用效率有着重要的现实意义。依据水足迹理论,分别计算了山东省1978-2014年农业总水足迹及其分项,利用经验模态分解(EMD)分别分析了各水足迹值的波动周期,从多时间尺度分析了农业总水足迹值波动影响因素,并结合对数平均迪氏分解(LMDI)方法,分析了引起总水足迹增长的主要贡献因素。结果表明:林牧渔业水足迹以3.5a为周期波动,种植业水足迹以5a为周期波动,总水足迹以8a为周期波动;农业总水足迹值3a短波动周期主要受种植业影响,8a长波动周期在2002年前主要受畜牧业影响,2002年后则主要受种植业影响;农业总水足迹及各分项多年来均呈增长趋势;蓝水、绿水、灰水足迹值的变化均对总水足迹值的增长起正向促进作用,多年来农业总水足迹值的增长由绿水足迹主导逐渐转变为蓝水足迹主导。

基于溶解氧平衡法的南四湖生态需水量研究

提出一种基于水体溶解氧平衡法的湖泊生态需水量计算方法。首先计算大气复氧量和水生植物光合作用产氧量,然后计算水生生物呼吸耗氧量和底泥中有机污染物降解耗氧量,根据湖泊产氧量与耗氧量的平衡方程,确定不同水质条件下逐月水生生物需水量。以南四湖为例,计算了大气复氧量和水生植物光合作用的产氧量以及水生生物呼吸耗氧量和底泥中有机污染物降解耗氧量,在综合考虑逐月蒸发、渗漏需水量的基础上,依据溶解氧平衡方程,确定了湖泊逐月基本生态需水量。

土质路堑边坡稳定性验算的解析法

对土质路堑边坡进行了整体稳定分析,用几何求导的方法求出各种土质类型路堑边坡的最危险破裂面的倾角和对应的圆心角,从而得到验算土质路堑边坡最小稳定系数的简便方法。

那曲流域草地覆盖变化对降雨产流过程的影响

为了研究那曲流域草地覆盖变化对产汇流过程的影响,采用室内人工降雨模拟试验结合数据分析的方法,通过设置坡度和雨强等不同情景,研究草地覆盖度变化下地表径流和壤中流的变化规律。结果表明:随着草地覆盖度的增大,地表径流和壤中流开始产流的时间渐渐延长,草地覆盖度每增20%,地表径流和壤中流开始产流时间分别延长19.86%和13.36%;随着草地覆盖度增大,对应地表径流累积产流量减少,壤中流累积产流量增加,草地覆盖度每增加20%,地表径流累积产流量减少4.69%,壤中流累积量增加6.66%;雨强、坡度以及草地覆盖度都是影响径流开始时间和径流量的主要因素,但雨强对产流影响的贡献值最大,坡度次之、草地覆盖度最小。

青藏高原冻融过程期划分及发展趋势研究

鉴于冻融循环是高寒地区土壤的基本特征,对地表能量平衡、植被生长、工程建设等有重要影响。基于青藏高原分布在高寒干旱区、半干旱区、湿润区3个气候区、海拔跨度在3 400~4 900m间的58个监测站点2011~2015年逐日表层土壤温度、湿度数据,分析了青藏高原不同气候区不同海拔冻结过程期、完全冻结期、融化过程期、完全消融期的分布特点及演变特征。结果表明,高寒干旱区土壤含水率长期低于4%,土壤中水分稀少,难以冻结,水分的变化主要由于降水和蒸发,表层土壤一直处于融化状态,基本不发生冻融循环;高寒半干旱区、湿润区,降水等补给充足,土壤内的水分随温度的升高或降低,发生显著地融化或冻结在海拔3 400~3 500m处,融化过程期始于3月上旬,完全消融期始于4月上旬,冻结过程期始于11月中旬;完全冻结期始于12月中旬;当海拔上升至4 800~4 900m,融化过程期始于4月上旬,完全消融期始于5月中旬,冻结过程期始于10月下旬,完全冻结期始于11月中旬,随着海拔升高,融化过程期和完全消融期开始的时间延后,冻结过程期和完全冻结期开始的时间提前;气候变暖对青藏高原短期环境特征变化的影响尚未确定,但气温升高可能导致融化过程期和完全消融期开始时间提前,缩短冻结过程期和完全冻结期。研究结果有利于明晰青藏高原表层土壤水热变化规律,为应对气候变化提供坚实的理论基础。

卧龙湖水量平衡分析

强人类活动影响下缺资料平原区内陆湖泊的水量平衡研究一直是个难题。以平原区内陆湖泊卧龙湖为研究区,构建了分布式水文模型并分析水量平衡关系。模型模拟结果纳什系数大于0.75,径流相对误差均小于3%,模拟效果良好。通过对丰、平、枯、特枯等典型年的水量平衡进行分析,结果表明:在天然情况下,卧龙湖丰水年、平水年、枯水年以及特枯水年湖泊蓄变量分别为20 441.97万m3、7 911.09万m3、1 654.98万m3、687.05万m3。考虑上游截留后,丰水年湖泊蓄变量为15 424.78万m3,平水年湖泊蓄变量为1 943.47万m3,枯水年和特枯年东西马莲河出现断流情况,导致湖泊在枯水年、特枯年极度缺水。

高等级公路路堑边坡防护探讨

通过对某二级公路沿线路堑边坡的实地地质情况调查,结合稳定性分析计算,本着安全可靠、绿化环境、经济实用的目的,采用相应的优化措施,有效地节约了建设资金。

高寒草甸根系分布特征及与土壤温湿度关系的研究

植被根系的分布特征是其适应和改变环境能力的体现,研究植被根系对草地生态系统的可持续发展有重要意义。本研究以怒江源区那曲流域不同海拔梯度的高寒草甸作为研究对象,采用微根管技术探讨根系的分布特征,并分析其与环境因子的关系。结果表明:高寒草甸根系对季节变化响应敏感,约有80%的根系分布在0~25 cm的土层,且分布较均匀,细根在土壤中所占比例随土壤深度增加而增大;进一步分析发现,海拔越高,根系越往土壤较浅层分布,特征参数呈现降低趋势。冗余分析表明,土壤温湿度呈正相关关系时,两者主要通过影响根径大于0.5 mm的根来影响根系参数;呈负相关关系时,根系在土壤表层对土壤温度的变化更为敏感。

那曲流域季节冻土区土壤水热动态变化分析

鉴于青藏高原冻土区土壤水热动态变化过程对高寒区气候变化、植被演替及退化等方面的研究意义重大。基于2019年9月10日~2020年8月10日那曲流域4个监测站点分层土壤温度和湿度数据,探讨了冻融过程中土壤水热的变化规律及土壤水分和温度间的互作效应。结果表明,那曲流域季节冻土区在冻结过程期、完全冻结期、融化过程期、完全融化期土壤含水率呈现降低—稳定—升高—波动的变化趋势。冻结过程中,土壤水在温度梯度的作用下开始向冻结锋面运移并补充冻结锋面以下的土壤水分,各层土壤含水率均有所下降;融化过程中季节冻土呈现双向消融特征,各层土壤含水率上升,小唐古拉山、措玛乡、那曲大桥、香茂乡分别在20、35、10、50cm土壤水分高值区。土壤在冻结过程中处于放热状态,表层土壤温度较深层小,而融化过程处于吸热状态,表层土壤温度较深层大。随着土层深度增加,气温对土壤温度的影响越来越小,表层土壤温度变化速率均较深层大。5、10、20、35、50cm土层土壤温度与土壤含水率呈正相关关系,确定性系数R2分别为0.596、0.500、0.499、0.304、0.414。研究结果为及时明晰青藏高原土壤水热动态变化状况提供了一定的理论依据。

济南市小清河水文情势变化及生态影响分析

为系统分析城市化发展对城市河流水文情势的干扰程度及对河流生态的影响程度,以济南市小清河干流为例,依据城市化发展规律,将黄台桥断面1960～2014年共54年日径流数据划分为3个时期,在生态径流指标基础上提出FDC均匀度指标,从整体水文情势的角度分析了济南市小清河的水文情势变化;采用EFCs分类方法,从基于流量分类的水文情势角度进一步揭示了城市化及跨流域补水对河流水文情势的改变程度及生态影响.结果表明:(1)城市化及跨流域补水对济南市小清河整体水文情势改变明显,年内流量分布越来越集中,不同等级流量的多样性变差;(2)高流量和小洪水是对水文情势扰动最剧烈的流量组分,对生态的影响也最为显著.研究成果可为下一步济南市小清河的生态调度及精细化管理提供技术支持.