未来变化环境下大汶河流域济南段生态流量评价

生态流量是河流生态系统健康稳定的基础,在全球气候变化和人类活动增强的背景下,生态流量受到的影响日益显著。为探究大汶河流域生态流量对未来变化环境的响应,以大汶河流域济南段为研究对象,采用SWAT模型分析未来土地利用和气候情景下径流时空变化规律,评价大汶河水资源调度控制断面陈北、马小庄生态流量保证率,探究其对未来变化环境的响应规律。结果表明:未来变化环境下,大汶河流域济南段土地利用呈现耕地面积减小,城镇面积增大的特点;气候变化呈现降水量增多,温度上升的特点。未来土地利用变化引起径流减少2%,未来气候影响径流减少1%~4%,而两者共同作用,径流减少3%~5%,未来气候变化减弱了降水与径流的相关性。空间上,未来土地利用变化增强径流量空间正相关性,而未来气候变化减弱了径流量的空间正相关性及其显著性水平,且影响径流量空间分布特征。未来土地利用变化对陈北、马小庄流量及生态流量保证率影响较小,而未来气候变化改变了陈北、马小庄流量过程线的形态,将陈北、马小庄生态流量保证率由73%、74%提高到97%、98%,基本生态流量保证率90%以上占比由14%提高至93%。未来土地利用与气候因素中,降水量是陈北、马小庄生态流量保证率的主控因子。研究结果可为大汶河流域生态调度与管理,应对变化环境提供技术支持。

华北平原地下水补给量计算分析

采用溴示踪法研究华北平原山前冲积平原和中部平原有灌溉和无灌溉区域的地下水补给,得到研究区平均地下水补给量为126.10 mm,平均补给系数为0.185 2,有灌溉实验点的补给量和补给系数大于无灌溉实验点。同时对示踪剂运移深度和含水量分布、降雨灌溉量和地下水埋深等影响因素进行分析。将各实验点计算结果与国内有关学者采用示踪剂法所得到的补给系数进行对比分析,论证了研究结果的可靠性,此研究成果可为华北平原地下水资源分析提供重要参考。

基于SWAT模型的济南市地下水资源评价

济南市地下水资源紧缺,合理开发利用地下水资源,对生态环境保护至关重要。本文采用分布式水文模型SWAT对济南市典型流域地下水分布规律进行分析,对地下水资源量进行评价。研究结果显示:2014~2018年,典型流域地下水补给量68.13 mm,地下水补给资源量2.74×10^(8)m^(3)。降水是地下水补给的主要水源,不同时间尺度下,降水与地下水补给量均具有相关性,年尺度下,R2达到0.95。2014~2018年,地下水补给资源量呈增加趋势,其中,特枯年0.40×10^(8)m^(3),枯水年1.44×10^(8)m^(3),平水年4.01×10^(8)m^(3)。受地形与水文地质条件影响,地下水补给量与地下水补给资源量在空间上呈聚合分布。研究结果对于济南市地下水资源可持续开发利用具有指导意义。

地下水补给量计算及包气带岩性影响分析

为准确计算地下水补给量并分析包气带岩性变化对补给的影响,以栾城为例,采用HYDRUS模型进行计算分析。结果表明,在包气带中,腾发作用极限深度位置的通量为地下水潜在补给量,其可以反映地下水的实际补给情况;2005—2008年,栾城地下水平均补给量为109mm,补给系数为0.13,该结果得到示踪试验结果的验证,表明HYDRUS模型计算地下水补给量比较可靠;由栾城包气带土壤岩性资料构建了6个土柱模型,由补给系数结果表明,包气带的土壤岩性变化对地下水补给未产生显著影响,而且未呈现明显的规律性。

土壤含盐量对TDR含水率测试结果的影响及校正方法

利用多种TDR仪器测试不同盐分质量浓度条件下的含水率,与烘干法测得的结果进行比较,探讨了土壤盐分对各种TDR仪器的测量精度的影响。针对TDR100仪器,采用多种探头,分析不同长度、不同间距的探针对测试结果的影响。结果表明,所选5种仪器测试结果均受盐分影响,随盐分质量浓度的增加,测得的含水率值增大或是无法得出合理数值。TDR100所用探头,其探针越长、间距越宽受盐分影响越大。在含盐率较低的土体中,各仪器测试结果与烘干法测量结果变化趋势基本一致,可采用线性函数进行标定,R2均在0.94以上。试验结果可为野外试验的选点、测试和含水率校正提供参考。

山东省参照作物腾发量时空变异分布特征

【目的】分析山东省参照作物腾发量(ET0)的时空分布规律及影响因素。【方法】采用FAO-56 Penman-Monteith方程计算山东省24个气象站点的逐日ET0,通过统计分析和Arc GIS中反距离权重插值法,定量和定性分析了ET0的时空分布特征。【结果】1961—2011年山东省平均ET0为1 161 mm,呈减小趋势,分布差异主要受空气动力因素影响;年内分布集中,5、6月ET0最大,占全年的27%,5—9月受温度、湿度影响显著,10—次年4月受日照时间、风速影响显著。空间上,ET0从西北到东南呈减小的趋势,内陆主要受温度、日照时间影响,东南沿海主要受湿度、风速影响,ET0空间分布与湿度显著负相关,采用湿度估算ET0,平均相对误差为2%。【结论】山东省ET0空间分布的主控因子是湿度。

基于SWAT模型的沂蒙山水土流失治理区地表水与地下水转化规律研究

为研究沂蒙山水土流失治理区,气候及植被覆盖变化影响下,水资源转化规律,以蒙阴县岸堤水库控制流域为研究对象,采用归一化植被指数(NDVI)为指标,分析植被覆盖的时空变化规律,采用分布式水文模型SWAT研究流域水文要素的时空演变规律,定量分析地表水与地下水转化量。计算结果表明:2000-2016年,流域NDVI呈增大趋势,其中2007-2009年,NDVI显著增大;空间上,84%的流域面积NDVI都呈现增加趋势。SWAT模型模拟效果较好,1990-2016年,流域平均降水量611.96 mm,径流量225.96 mm,地表径流量126.07 mm,基流量72.07 mm,潜水补给量119.52 mm。径流量中,地表径流占55%,基流量占27%,壤中流占18%。潜水的补给中,地表水量仅占5%左右,主要补给水源为降水。在气候条件与地表植被覆盖条件的综合影响下,2006年前后地表径流减少22%,地表水向地下水转化量减少,地下水向地表水转化量增多。研究成果可为沂蒙山区水资源的合理开发利用、水土流失治理提供理论依据和技术支撑。

鲁西北平原地下水补给空间演化规律

采用改进后的INFIL3.0模型计算鲁西北平原的地下水补给,分析灌溉和城市化因素影响下,地下水补给量的空间演化规律。计算结果表明:2001-2009年,鲁西北平原地下水补给量为105 mm,补给系数为0.13,计算结果得到了验证。鲁西北平原地下水补给时空变异性较大。在时间上,地下水补给年际变化较大,呈增加趋势,年内有2个峰值,分别在4月和10月。在空间上,地下水补给由西北向东南增大,空间分布差异受灌溉影响显著。地下水补给量的空间演化结果显示,鲁西北平原存在一定的节水空间,城市化扩张会导致补给量减少,弱透水面面积增加10%,补给量减少10mm。模型计算结果可为区域地下水资源评价提供技术支持。

基于高密度电阻率成像法的低渗透裂隙岩体水流入渗特征原位试验研究

为分析发生在野外低渗透裂隙岩体中的水流入渗特征,采用了三维高密度电阻率成像(ERT)技术,进行了原位同步观测试验研究。研究结果表明:在利用ERT所获取的电阻率图像中,相对于岩岩体分布区,岩体中的水流入渗区呈现出明显的低阻异常特征。在低阻特征区域,在电阻率图像中的空间分布是不均匀的,其不均匀性反映了岩体渗透性的相对大小。不同时刻的电阻率图像反映了水流的入渗动态过程及特征,水流的入渗并不是均匀入渗,而是存在着优势入渗现象,尤其是在入渗的早期。

半干旱区甜菜水分生产函数试验研究

为了研究甜菜的耗水规律和节水方法以达到在半干旱区大面积推广的目的,在具有典型半干旱区气候特征的甘南县,以不同生育期的土壤水分水平作为控制的纸筒甜菜盆栽试验,对甜菜蒸腾量和产量之间的函数关系和生育期耗水规律进行了研究,得出了不同生育期甜菜蒸腾量和产量之间的函数关系。采用Jensen模型进行了水分生产函数的求解,建立了甜菜的水分生产函数模型。试验结果表明,甜菜各个生育期耗水量从小到大依次是苗期、糖分积累期、叶丛生长期和块根增长期,需水高峰期在7月和8月;水分敏感指数的变化规律与甜菜的耗水规律相一致,叶丛生长期的λ值最大,说明这个时期甜菜对水分的需求特别敏感,应该重点进行补水灌溉。

水文频率分析的非参数统计计算方法

为了改进了非参数统计依靠大样本保证精度,避开参数统计中水文频率分析计算的线型假设问题。以非参数统计理论为基础,把变换理论和非参数统计理论结合起来,提出了一种直接对经验分布函数拟合的非参数回归的变换方法,并将其用于水文频率分析计算。蒙特卡罗统计试验结果表明,该方法是合理的,为水文频率分析提供了一种有效方法。

水文频率计算中窗宽和核函数对密度函数估计影响分析

针对密度函数估计模型的2个重要影响因素"核函数和窗宽"的选择进行了理论分析和模拟研究。分别选择了4种核和4种窗宽进行了模拟分析,得出核对密度拟合影响不大,窗宽的选择直接影响拟合的精度。为了计算方便,推证了最优核函数和最优窗宽的近似计算公式。最后以实例对五龙口水文站的流量进行了频率计算,采用2种方法对比分析,可选择合理的流量设计值,为解决水文频率计算提供了有效途径。

基于遥感数据的东平湖面积变化监测

本文以东平湖的1985、1990、1995、2002、2005、2009年的Landsat4-5卫星遥感数据为数据源,提出了波段加和法提取东平湖的水面面积。并与归一化差异水体指数(NDWI)法、改进的归一化差异水体指数(MNDWI)法和修订型水体指数(RNDWI)法计算结果进行比较,相对误差为0.68%~7.27%。波段加和法较上述的三种方法能够更加精确地提取狭窄水面,使小区域水体与其他地物的区分边界更加明显直观。同时,通过对该湖泊1985~2009年年际水面面积变化趋势分析表明,东平湖水面面积总体呈现缓慢的下降的趋势。

大汶河流域泰安段水质变化及其与水量响应关系研究

【目的】研究大汶河流域泰安段水量水质响应关系。【方法】依据大汶河流域泰安段7个水质站、1个水文站的逐月实测资料,采用季节性Kendall检验法对水质指标化学需氧量(COD)与氨氮(NH3-N)进行趋势分析,并用Copula函数构建水量与水质的二维、三维联合分布,系统分析水量水质变化规律。【结果】在时间上,2010—2019年大汶河流域泰安段COD与NH3-N的质量浓度均呈下降趋势,季节性Kendall检验结果显示71%的评价结果为高度显著下降趋势;在空间上,上游到下游的COD与NH3-N质量浓度呈下降趋势。大汶口站流量与水质关系表明,由非汛期到汛期,COD与NH3-N的质量浓度分别下降6%、37%,IV类水达标月份占比提高10%。Frank Copula函数的水量与水质二维联合分布研究表明,当流量与水质指标质量浓度增大时,联合概率值越大;当联合概率一定时,COD、NH3-N质量浓度随着流量的增大而降低,并趋于稳定;由联合概率等值线图可以判定任意流量下COD、NH3-N质量浓度的发生概率。Clayton Copula函数的水量与水质的三维联合分布研究表明,联合概率值小于0.6时,随着降水量、流量、水质指标质量浓度的增大,三者联合概率值增大,主要沿着流量增大的方向变化;当联合概率值大于0.6时,COD与NH3-N的三维联合概率的演变趋势发生变化。【结论】大汶河流域泰安段水量与水质存在密切关系,Copula函数适用于构建大汶河流域泰安段的水量水质的联合分布。

1998-2018年山东省植被覆盖变化及其水文响应规律研究

植被覆盖变化通过影响径流的形成与演变,进而影响区域水文循环过程。以归一化植被指数(NDVI)为植被覆盖表征指标,分析1998-2018年山东省植被覆盖时空变化规律,及其与径流的变化关系,采用Copula函数构建NDVI与径流的二维联合分布。研究结果表明:1998-2018年,在时间与空间上,山东省NDVI均呈增大趋势,径流深与NDVI呈正相关。在NDVI与降水量的共同影响下,2011年前后,山东省径流深减少30%。通过拟合优度检验,采用Gumbel Copula函数构建径流深与NDVI的二维联合分布。随着径流深与NDVI的增大,两者的联合概率值及重现期增大,由等值线图可以确定不同径流深与NDVI组合的联合概率值及重现期。研究结果对水资源的可持续开发利用及发展规划的制定具有一定指导意义。

无实测资料地区设计洪水计算方法

针对在实际工作中,受河流控制面积较小,或测站建成时间较短等因素影响,部分地区设计洪水计算无径流资料的问题,以山东省东营市六干排流域为例,采用暴雨资料推求法、排涝模数推求法、洪峰流量公式法3种方法计算设计洪水,并对不同方法的优缺点加以分析。最后从计算精度、设计的安全性等角度考虑,建议本流域采用暴雨资料推求法求设计洪水。

泰安市东平县1985-2015年土地利用时空变化规律

土地利用变化的时空特征和变化规律的分析对于一个城市的区域发展规划有着重要的科学指导作用。本文研究泰安市东平县1985-2015年土地利用时空变化规律,在RS/GIS技术支持下,以7个时段Landsat遥感影像为数据源,采用ERDAS软件进行影像融合、裁剪与监督分类,得到各时期的土体利用类型空间分布图,并对土地利用动态度进行了研究。结果表明:1985年到2015年各土地利用类型都有浮动,30年来,东平县土地利用类型以耕地为主,耕地面积1985-2005年变化较大,2005-2015变化较小,水体利用面积较为稳定,变幅较小。林地及裸岩石砾地利用面积呈先减少后增加状态,建设用地呈先增加再减少,再增加趋势。从2005-2015年的数据来看,建设用地,林地,裸岩砂砾地呈增长趋势,水体与耕地呈减少趋势。

沂河流域山东段径流演变特征及影响因素分析

本文在介绍趋势检验法、突变检验法、周期分析法、双累积曲线法以及径流变化因素贡献识别法的基础上,以沂河流域山东段为研究对象,进行了径流量演变特征及影响因素分析。从径流趋势、径流突变和径流周期等方面分析了沂河流域径流量变化的历史特征;从降水趋势、降水突变和降水周期等方面分析了沂河流域降水量变化的历史特征;从不同时段径流量与降水量的变化特征、降水量和人类活动的贡献率等方面分析了引起沂河流域径流量变化的影响因素。通过本文研究可知:1956-2016年沂河流域径流量与降水量总体呈现下降趋势;相比于降水量,在各个5年时段径流量的变化幅度更大,变化效果更为显著;1965-2016年降水量对沂河流域径流量增大的贡献率为61.76%,而人类活动的贡献率为38.24%。本文研究表明人类活动对沂河流域径流量的增大造成了较大影响。

柴油在活性炭改良土中迁移的试验模拟研究

近年由于石油泄漏引起的地下水污染事故频发,为了探寻阻碍柴油下渗,降低地下水遭受污染的概率,通过土柱试验研究柴油在活性炭改良土中的迁移下渗规律。结果表明,同密度、同含水率的改良土中柴油的下渗速率比纯土的更慢,下渗深度更浅;吸附作用更强,多74%;活性炭对减慢柴油下渗速率有明显作用,慢50%;较大的孔隙比有利于截留柴油;对于同一含水率、表面积相同的改良土,密度越大,柴油下渗速率越慢,渗流量越小。本结论对石油管道的铺设,保护地下水有积极的工程意义。

基于瞬变电磁法的东平县饮用水水源地渗透系数研究

水文地质参数的合理确定,对地下水资源评价结果的精度起到至关重要的作用。本文采用物探法中的瞬变电磁法对东平县饮用水水源地进行快速、无扰动的探测,构建水文地质体的视电阻率剖面,进而反演渗透系数。研究结果显示,东平县饮用水水源地视电阻率在0.11-87.26Ω·m,含水层表现为相对低阻反应,视电阻率在1-10Ω·m,根据渗透系数与视电阻率拟合方程,反演得到水源地主要含水层渗透系数为20-30m/d,计算结果得到抽水试验的验证,保证了其可靠性。研究成果可为类似水文地质条件区域水文地质参数的确定提供反演依据,为基础资料缺乏并急于确定水文地质参数的区域提供研究思路。