黄河流域近40年土地利用/覆被时空变化特征

[目的]研究土地利用/覆被时空变化特征对于黄河流域土地资源保护与合理开发具有重要意义,可为黄河流域生态保护与高质量发展战略实施提供重要参考。[方法]基于黄河流域1980-2021逐年土地利用/覆被数据,采用Mann-Kendall和滑动t检验、地学信息图谱、标准差椭圆和重心迁移模型等方法,探究近40年黄河流域土地利用/覆被变化特征。[结果](1)1980-2021年林地、灌丛、水域、建设用地显著增加,耕地、草地、湿地显著减少。(2)流域土地利用/覆被变化时段可划分为1980-1992年,1993-2001年,2002-2012年,2013-2021年,数量结构逐渐呈现快速变化特点,建设用地、湿地和水域变化敏感。土地利用结构均衡度逐渐增强,呈现的阶段性变化与实施的重大战略措施关联性高,并与划分的阶段较符合。(3)流域中上游以2012-2021年和间歇变化型、耕地和草地的相互转换为主,下游以2001-2012年和2012-2021年变化型、耕地转为建设用地和草地为主。流域内宁夏北部、内蒙古东部及部分沿黄河水系分布的地区变化频繁。(4)湿地、水域和建设用地的重心向西迁移,分别呈现向西南集中分布、向东分散、向西北集中分布态势。[结论]土地利用结构在政策导向下总体趋势变好,未来应重点关注湿地以及土地利用变化频繁的地区。

黄河兰州以上区域草地覆盖变化对水源涵养的定量影响分析

为厘清黄河兰州以上区域草地变化对水源涵养的影响,利用动态全球植被模型,结合逐年土地利用变化数据,通过不同的情景模拟,定量分析了1980—2020年黄河兰州以上区域水源涵养量的变化趋势和响应特征。结果表明:该区域年均水源涵养总量约242.1亿m^(3),其中草地生态系统的贡献量约为202.8亿m^(3),占比83.8%,并且在2002年前、后分别呈下降(-5.1亿m^(3)/a)和上升(3.5亿m^(3)/a)趋势;黄河兰州以上区域1980—2020年草地变化对该区域水源涵养具有不显著的负向效应,2015—2020年间年均减少了6.7亿m^(3),整体上并未显示出明显的区域差异;不同草地退化程度情景下的模拟表明,虽然轻度退化带来的草地蒸散发分量变化使得区域水源涵养量略有提升,但随着退化程度的加剧区域水源涵养量显著减少。

基于ArcGIS9.2与DEM的三花间水文分析研究

介绍了ArcG IS9.2的水文分析原理,利用其水文分析工具对黄河三门峡—花园口区间的DEM数据进行了提取河网、河网分级、确定出水口、生成流域边界等水文分析工作,结果表明:①从三花间DEM数据中提取的河网水系、流域边界是合理的,其数据格式可被调用于各类分布式水文、水质模型中;②基于DEM的水文分析过程得到的河网及流域与真实地形并不完全吻合,原因是获取的DEM地形资料可能存在误差,在进行水文分析过程中也存在方法误差和人为判断误差。

泊松分布在水文频率计算中的应用

超定量洪水频率分析通过设定阈值选取洪水样本系列并进行频率分析。采用对比年极值选取样本方法可从基本观测资料中获取更多的信息,从而可提供更多对工程有影响的洪水频率特性。进行超定量洪水频率分析首先应选择合适的阈值,该值的选取是判别超定量洪水发生次数是否服从泊松分布的重要条件。通过对黄河干流几个主要水文站洪水系列进行超定量洪水频率分析,采用P-Ⅲ线型分布拟合,初步检验了基于泊松分布的超定量洪水频率分析在黄河流域的适应程度。

2000年以来黄河宁蒙河段开河期冰凌洪水特点分析

黄河宁蒙河段开河期冰凌洪水主要集中在3月中下旬,一般由融冰洪水与冰坝洪水组成,其特点主要表现在:凌峰、洪量年际变化大,沿程增加明显,头道拐站易形成多峰,峰型系数较夏汛小,洪水历时较夏汛短,水位表现较夏汛同流量水位高,流速在涨水段慢于落水段。这些特点主要与宁蒙河道形态、水利工程、封河期上游来水及开河期气温、开河形势、封冻期形成的槽蓄水增量大小、沿程分布及其释放程度有关。

河口镇—龙门未控区间报汛雨量站网调整分析

根据黄河河口镇—龙门未控区间报汛雨量站网的实际情况,综合考虑洪水预报、防洪调度等工作对报汛雨量站网的需求,采用未控区间加水分析、雨量等值线分析、相关分析、经验公式法等方法,对现有报汛雨量站网的密度和满足程度进行了客观评价,对当前报汛雨量站网布设的合理性进行了分析论证。结果表明:在原有报汛雨量站点不变的基础上,府谷—吴堡未控区间增设19个报汛雨量站点、吴堡—龙门未控区间增设12个报汛雨量站点,增设的站点均布设在交通和生活条件相对较好的村庄,这样调整后的报汛雨量站网可进一步控制暴雨时空分布,提高洪水预报精度。

封河流量对黄河宁蒙河段凌汛影响分析

介绍了黄河宁蒙河道断面情况,统计了历年封河流量,从河道冰下过流能力、头道拐小流量过程、封冻期最高水位及水位壅高、封开河形势等方面分析了封河流量对黄河宁蒙河段凌汛的影响。影响黄河凌汛的因素众多且复杂,各影响因素之间互相助长或消弭,如何助长,怎么消弭,还有待于进一步分析。

新丰江水库月径流长期预报的EOF迭代方案

经相关普查发现,500hPa、100hPa高度场和北太平洋海温场与新丰江水库的月径流量有着一定的相关性,当环流异常发展,海温明显偏低时,降水较多,水库来水量偏丰。在统计分析的基础上,建立了该水库月径流预报EOF(Empirical Orthogonal Function)迭代方案。预报结果表明,EOF迭代方法在月径流长期预报中具有明显的应用价值。

2011年伊洛河秋汛洪水特性分析

对2011年伊洛河秋汛的洪水特性进行了分析,结果表明:①此次秋汛降水强度大,降水时段多,持续时间长;②此次洪水径流系数较大;③洪水峰高量大,历时较长,下游洪水坦化变形严重,削峰率大,洪水水位比2003年、2010年的洪水水位低。

TOPKAPI模型在伊河流域的应用研究

TOPKAPI模型是一个以物理概念为基础的分布式水文模型,它将壤中流、坡面流及河道水流概化为运动波模型,通过对非线性运动波模型进行空间积分,可导出3个结构相似的非线性水库微分方程,分别描述壤中流、饱和或不透水层的陆面径流以及河道水流过程。在伊河流域的应用表明,以空间分辨率为1 km的网格为基础,采用1 h与1 d时间步长进行洪水模拟都可以取得很好的效果,即TOPKAPI模型与时间尺度无关。

黄河内蒙古河段大流量封河的利与弊

分析了内蒙古河段封河流量与凌汛期水位、头道拐站小流量过程、冰下过流能力及槽蓄水增量的关系,总结了内蒙古河段大流量封河年份凌灾成因。结果表明:封河流量越大,凌汛期水位壅高越小,头道拐站小流量过程持续时间越短,冰下过流能力越好,槽蓄水增量越小;在缺乏凌汛期水库调度的情况下,封河流量越大,发生凌灾的风险越高;在对整个凌汛期来水进行科学调度,加强封开河期河道流量控制的情况下,大流量封河不仅可以提高上游梯级电站发电效益,还可以提高冰下过流能力,减小冰塞风险,为后期水库防凌调度争取主动。因而提出,在河道过流能力以及水库蓄水条件允许的情况下,内蒙古河段应采取较大的封河流量封河。

基于ArcGIS的黄河府谷至吴堡未控区洪水模拟

选取黄河中游清凉寺沟和佳芦河为典型支流,采用1980—2013年的历史洪水资料,基于霍顿下渗能力曲线建立产汇流模型,率定出产汇流参数,供府谷—吴堡未控区借鉴使用;基于ArcGIS将府谷—吴堡未控区划分为20个单元,分析各单元马斯京根法参数,对该未控区历史典型洪水进行模拟。结果表明:模拟效果较好,平均峰现误差为-0.4 h,洪峰误差均在预报允许范围之内,确定性系数为0.66。

欧洲实时洪水作业预报系统本地化改造

欧洲实时洪水作业预报系统(EFFORTS)是一个环境数据监控与实时洪水作业预报的应用软件。它以全自动无需人工干预的方式运行,在这种方式下,数据处理也是一个全自动的过程,用户仅需要监控系统的执行情况。对EFFORTS的主要功能及系统结构进行了介绍。通过对EFFORTS界面的汉化,数据预处理软件开发和黄河小花间G IS图层的建立,将EFFORTS改造成适用于黄河小花间的实时洪水作业预报系统,提升洪水预报的技术手段。

湛江市水库移民可持续发展的思考

水库移民问题涉及政治、经济、社会、人口、资源、环境、工程技术等众多学科领域,是一项庞大、复杂的社会系统工程,从加速城乡资源的组合与对接、优化区域发展环境、农业产业结构体系建设、资源产业化开发体系建设和加快城镇化进程等方面对湛江市水库移民可持续发展进行了探讨,希望该研究有助于制定和完善新的水库移民政策和法规,为解决水库移民遗留问题和未来水库移民工作提供一些科学依据。

2004年汛期黄河水情简析

2004年汛期(7～10月,下同),黄河流域降雨量除伊洛河偏多10.3%、汶河偏多54.6%外,其余地区较常年偏少或接近常年。黄河干支流主要控制站来水来沙量均比多年均值偏少,龙门、潼关水文站最大流量分别为2100m3/s、2140m3/s,为历年同期倒数第一位。为维持黄河健康生命,黄河进行了基于人工扰动方式和更大空间尺度上的第3次调水调沙试验和第1次调水调沙生产运行,受8月22日～30日小浪底水库第1次调水调沙生产运行的影响,下游花园口以下干流各站分别出现了2004年汛期以来最大流量,其中花园口站最大流量为4100m3/s,利津站最大流量为3190m3/s,花园口、夹河滩为自1998以来的最大流量,高村以下五站为自"96.8"洪水以来的最大流量。

常绿林“导度—光合”模型斜率参数优化与蒸腾估算改进

“导度—光合”模型广泛应用于植被蒸腾估算,其中气孔导度斜率是模型的核心参数,通常用一个特定于生物群系的固定值进行参数化。然而,有研究指出气孔导度斜率存在季节性变化,故常数化气孔导度斜率的方案将导致植被蒸腾估算产生较大的不确定性。因此,如何优化气孔导度斜率的参数方案是提升植被蒸腾估算精度的关键。已有研究表明,使用叶面积指数对气孔导度斜率进行动态参数化可以有效改进对落叶林植被蒸腾的估算,但目前尚不清楚该方法是否同样适用于林冠季节变化不明显的常绿林。此外,最优性原理进一步解释气孔导度斜率为温度的函数。因此,利用温度模拟气孔导度斜率的效果是否优于叶面积指数也有待研究。针对以上问题,选取6个FLUXNET常绿林站点研究气孔导度斜率与叶面积指数和气温的关系,并对比2种参数化方案的模拟结果。结果显示,气孔导度斜率在各站点都随叶面积指数和温度的变化而变化,二者均呈现显著的负相关关系,动态参数化方案结果均优于常量气孔导度斜率静态参数化方案。这表明在常绿林中利用叶面积指数对气孔导度斜率模拟仍然有效,但温度对气孔导度斜率的解释能力(R^(2)=0.45±0.12)比叶面积指数的(R^(2)=0.28±0.23)更强。进一步对比基于叶面积指数和温度参数方案所得的气孔导度和植被蒸腾,发现在日尺度上基于温度的方案比基于叶面积指数的结果改进更明显,显著降低了植被蒸腾估算的均方根误差(26.0%±24.4%)。以上结果说明基于温度的气孔导度斜率参数化方案具有可行性,并有助于从机理层面改进常绿林生态系统的气孔导度和植被蒸腾动态的模拟。