黄土丘陵沟壑区坡面水沙尺度传递效应及其影响因素分析

[目的]探究坡面水沙运动过程中的尺度效应,阐明黄土高原丘陵沟壑区水沙运动尺度效应影响机制,进而为水沙传递机理研究及黄河流域水沙综合治理提供科学支撑。[方法]基于黄河子洲径流试验站4个径流场径流泥沙资料,通过对比分析次降雨事件下不同坡长产流产沙过程,揭示了坡面产流产沙的尺度传递效应。提出尺度传递效率概念,用来表征上下层级间水沙传递关系,进而探究了径流泥沙传递效率的影响因素。[结果](1)不同降雨类型特征因素对坡面产流产沙的影响不同,降雨历时主要影响坡面产流产沙能力,平均雨强主要影响坡面产流产沙起始时间;(2)次降雨事件下,不同坡长的径流传递是较为理想的平衡传递机制,且随坡长增加,径流的传递能力呈减小趋势。而在40~60 m坡长条件下,泥沙的传递表现为非平衡传递过程,随坡长增加,泥沙的传递能力呈先增大后减小的变化趋势;(3)不同尺度坡面水沙传递效率的影响因素不同,径流深、平均雨强及雨后表层土壤含水率是影响水沙尺度效率传递的主要因素。[结论]黄土丘陵沟壑区坡面产流产沙能力受降雨特性及坡长的影响,水沙沿程传递存在明显的折损或增益的尺度效应,水沙传递效率受雨强、径流及土壤湿度等多重因素的调控。

基于UMAP与HDBSCAN的北京市极端暴雨时空动态分布规律研究

极端暴雨具有历时短、雨强大、破坏性强等特点,是引发城市内涝的主要原因之一,探究其时空动态分布规律,有助于提高城市内涝风险精细化管理水平.本文以北京市2004−2016年308个气象站点的降雨资料为研究样本,利用UMAP降维算法和HDBSCAN聚类算法,构建了各类极端暴雨事件的时空动态分布模型.首次提取了北京市全域4类极端暴雨模式:模式1,暴雨集中在主城区,并围绕主城区缓慢移动;模式2,暴雨从西南山区途经主城区,向东北方向移动;模式3,暴雨自西部山区向主城区西北部扩散,最后向主城区北部方向移动;模式4,暴雨从西部山区途经主城区向东移动.研究结果表明,北京市极端暴雨的主要类型为短历时降雨过程,暴雨中心在空间上均存在从西向东移动的趋势.其中,主城区、东南山区以及南部平原地区面临相对更高的极端暴雨风险.各类极端暴雨的模式特征物理机制明确,其重构特征可以充分表征实际暴雨事件特性.研究成果可为北京市降雨设计、城市内涝风险管理等工作提供一定的参考.

梅溪流域城镇化进程对山前平原区洪涝过程的影响

为探究城镇化进程引起土地利用类型变化对山前平原区洪涝过程的影响,以梅溪流域下游平原区的洪濑镇为例,分析了2002—2018年梅溪流域上游山区和下游平原区的土地利用类型变化,并基于多情景数值模拟,研究了流域尺度内土地利用类型变化对山前平原区洪涝过程和地表淹没状况的影响。结果表明:随着梅溪流域耕地和林地面积减少、城镇建设用地增加,上游山区的径流系数和峰值流量均增大,下游山前平原区的淹没状况更加严重;上游山区的城镇建设用地增加使山区骤发洪水峰值流量增大、峰现时间提前,主要影响地表平均最大淹没水深和平均峰现时间;下游平原区的城镇建设用地增加使内涝发生的时间提前,主要影响地表平均淹没历时。

北京动物园水体水华发生的生态学机理

20 0 1年 7～ 10月间通过对北京动物园水体的水质监测 ,从生态学角度探讨各环境因子对水华过程的影响。同时 ,通过建立浮游植物生态模型 ,模拟了浮游植物的生物量变化。水质监测结果揭示 ,水体中叶绿素浓度与总磷浓度之间有明显的正相关关系。浮游植物生态模型的模拟结果和实测数据基本符合。浮游藻类的生物量的变化趋势主要受水温、光照和总磷浓度的影响 ,而总磷浓度和光照的影响大于温度的影响。夏季藻类增长对光照的影响比其它季节更为敏感。浮游动物的捕食作用在藻类的衰减率中占有的比例明显小于其它因子 ,浮游动物对藻类的影响不大。

基于GIS系统和最大熵谱原理的降水周期分析方法

降水预测分析中经常遇到确定降水周期的问题。文章介绍了将具有分辨率高等特点的最大熵谱原理 (MEM)应用在降水周期分析中的方法 ,并将其做成程序模型镶嵌于GIS二次开发系统中。通过两者的结合从而实现模型的连接和分析的结果与地理空间数据的综合。周期分析过程只需在系统界面中选取某一降水测站 ,GIS系统便可以应用MEM模型计算出该测站所辖地区的降水周期规律。

侧扫声纳系统及其在海洋环境监测和保护中的应用

总结了侧扫声纳系统在海洋环境监测和保护中的应用,介绍了侧扫声纳基本工作原理及其发展情况,并且对其以后的发展进行了简单探讨。

BNU-SWAT模型应用工具开发

北京师范大学数字流域实验室在美国SWAT模型的基础上开发了BNU-SWAT模型应用工具.与原有SWAT模型相比,该工具具有以下特点:1)根据模拟计算结果,快速生成GIS专题图,易于分析水文要素的空间分布规律;2)提供地下水相关参数设置接口,实现了对地下水水位的模拟功能;3)提供子流域水量平衡分析功能;4)提供气候和土地利用变化情景设置功能,丰富了模型的应用能力.该工具在北京市、福建省泉州市、贵州省贵阳市和山西省潞城市等地区得到应用,取得了良好的效果.

广州市生态系统服务功能价值评估

以广州市为例 ,运用环境经济学的方法对城市生态系统服务功能进行价值评估 ,并在GIS平台上制定出其服务功能空间分级分布图 .其结果表明广州市城市生态系统服务功能总价值为 2 0 2亿元 .如果考虑生态系统的直接经济价值 ,广州市不同类型生态系统的价值排序为 :湿地 >经济林 >农田 >针叶林 >草地 >针阔混交林 >灌木林、疏林 >阔叶林 .如果仅考虑其生态服务功能价值 (即不考虑直接物质产品价值 ) ,则排序为 :湿地 >林地 >草地 >农田 .

城市生态敏感性分析

在总结国内外对生态敏感性研究的基础上,应用生态因子评分方法和GIS技术对广州市城市生态系统进行敏感性区划,将广州市划分为最敏感区、敏感区、弱敏感区和非敏感区4个等级,其中北部林区多属于最敏感区,大部分园地属于敏感区,和水源相邻的耕地属于弱敏感区,其他分散的林地和未利用土地则属于非敏感区.并提出了相应的保护对策,为该市今后产业合理布局,区域生态环境保护提供科学依据.

广州市公益林生态效益价值分析及管理对策

在对广州市公益林分布和现状特点分析的基础上 ,从林种的生态功能角度对效益进行了分析。结果表明 :广州市水源涵养林生态效益比较高 ,生态效益从大到小排序为 :水源涵养林 >水土保持林 >风景林、自然保护区和小片林 >护岸林 ,从单个效益分析 ,维持大气平衡效益最大。

基于生态服务功能价值的水库工程生态补偿研究

生态补偿是环境管理的一种经济手段,它通过调节人类生产生活行为来达到生态环境保护的目的。生态补偿标准的确定在实践中常是产生争议的关键,本文以厦门市莲花水库工程生态补偿为例,选择生态服务功能价值计算方法确定生态补偿标准。结果表明厦门市莲花水库运行期生态服务功能价值为12 858.27万元,由此确定生态补偿费额度,并通过政府补贴和征收附加水费两种方式获得。

黄河流域生态水文分区及优先保护级别

在分析相关分区研究的基础上,探讨流域生态水文分区的内涵;并结合黄河流域的实际情况,从生态重要性、水文特征、生态背景和人类活动影响等方面建立分区的指标体系;为便于管理,分区以县为基本单位,由指标层定量计算县的准则层指标值,根据准则层对应的级别确定各县的分区类型,将黄河划分成20个一级分区和51个二级分区;最后采用RIAM模型选取生态重要性指标,确定二级分区的优先保护级别,其中2个重点优先保护区、11个中等优先保护区需要重点保护。优先保护区集中分布在以下四个地区,分别是流域的源区、贺兰山以东和鄂尔多斯以西、三省(山西、陕西和河南)交界山区、河口三角洲。

十年来云贵两省水资源利用与经济发展脱钩关系研究

为了全面分析云贵两省水资源利用与经济发展之间关系的动态变化,利用脱钩弹性模型评价了云贵两省2001年-2010年间用水总量与生产总值、农业用水量与农业增加值、工业用水量与工业增加值之间的脱钩关系。结果表明:云贵两省水资源利用与经济发展脱钩关系整体较差;其中农业用水脱钩关系最差,两省均有50%的年份为强、弱耦合;两省工业用水脱钩关系分别有30%和20%的年份为强耦合;用水总量脱钩关系相对较好,两省均有70%的年份为强、弱脱钩。经济增长缓慢、用水效率偏低、用水结构不合理是造成脱钩关系不佳的主要原因。对比发现,西部大开发战略的深入对于改善水资源利用与经济发展间关系具有积极意义,使两省在"十一五"期间的脱钩关系较"十五"期间有所好转。

生态活度生态位——理论、方法及其应用

“生态活度生态位(Eco-vigor Niche)”是对生态位概念和理论的发展,它描述区域生态系统中一个占据特定空间位置的复合生态系统单元(或景观斑块),在与其它单元相互作用过程中所形成的相对地位与作用。在由自然生态活度坐标和社会经济生态活度坐标构成的二维空间中,生态活度生态位可以用二维空间中的矢量表达。该矢量的“长度”意味着,生态系统单元的资源优势程度与提供生态服务的能力;矢量的“方向”则意味着该生态系统单元所具有的,由其社会经济生态活度和自然生态活度相比较而体现出来的属性,反映出该单元在区域复合生态系统中的性质和角色。“生态活度生态位”可以表达区域生态系统内的空间分异特征,反映各生态单元在区域内扮演的角色,判断各单元在区域生态系统中的功能定位,为生态区划、生态规划、土地利用规划等提供依据。

全国水资源分区社会经济及用水量数据汇总系统设计与实践

用水效率评价是水资源利用"3条红线"管理重要组成部分.作为水资源管理基本单元,如何合理估算各水资源分区社会经济及用水量是开展用水效率评价的基础.本研究构建全国水资源分区社会经济及用水量数据汇总系统,将县级行政区数据向水资源三级区数据进行转化.其核心是利用人工神经网络模型建立土地利用及高程等信息与社会经济及用水量的相关关系,对全国县级行政区与水资源三级区套图形成斑块的社会经济及用水量进行估算,之后按照水资源分区进行汇总.计算结果显示分区汇总后的数据基本合理同时极大力高了工作效率,能够作为开展水资源分区用水效率评价的有力工具.

基于BP神经网络的泉州市山美水库降雨径流模拟研究

考虑到降雨-径流的非线性关系的复杂性,同时保证较高的计算时间效率,本研究采用率定-验证同步进行的BP神经网络模型,以降水量、时间、气温、风速、辐射量等5个因子作为输入层变量,以实测流量为训练数据,对泉州市山美水库来水量进行月时间尺度的模拟.并与SWAT分布式水文模型的模拟结果进行比较,以此评价BP神经网络模型模拟降雨径流过程的精确度与可行性.研究结果表明,BP模型模拟结果的误差均在允许范围内且精确度较高,适用于山美水库来水量预测研究.

基于GOCI遥感数据的湖泊富营养化监测研究

采用高时间分辨率的地球同步海色成像仪(geostationary ocean color Imager,GOCI)遥感数据,以日本霞浦湖的西湖为研究对象,利用波段比值法建立了基于GOCI遥感影像的叶绿素a质量浓度反演模型.以此探讨利用GOCI数据估算湖泊水体富营养化程度的可能性.研究结果显示,遥感数据波段比值能够反映湖泊叶绿素a质量浓度随时间演变趋势,两者的相关系数达62%,利用反演模型得到的叶绿素a质量浓度的平均相对误差小于50%,表明GOCI遥感数据具有对湖泊富营养化程度进行监测的潜力.

CCI遥感土壤水在东北粮食主产区表征干旱的准确性评估

针对长时间序列土壤湿度数据集在国内缺乏验证和应用的问题,利用东北粮食主产区1992—2013年土壤10cm表层实测站点数据,采用2种评估方法,即皮尔逊相关绝对法和干旱判断吻合度相对法,对欧洲空间局气候变化倡议(climate change initiative,CCI)的土壤湿度数据集,融合遥感土壤水数据产品在东北粮食主产区表征干旱的准确性进行评估.2种分析结果表明,CCI遥感土壤水在判断东北粮食主产区干旱事件上具有较高的准确性,可以作为东北粮食主产区内表征干旱的有效指标开展农业干旱评价研究.

全球变暖背景下极端降水变化率与气温的响应关系

以中国整体为研究区,基于1960—2013年520个气象站逐日降水和气温数据,选取极端降水变化率(α)和饱和水汽压变化率(β)2个指标,定量分析了极端降水与全球变暖之间的内在联系.结果表明:全球变暖背景下我国整体上极端降水呈现增加的趋势,α和β分别为6.4%·℃-1和9.3%·℃-1,且α更接近理论值(约7%·℃-1),β与平均气温存在指数定量化关系.在此基础上,根据平均气温的不同将我国划分为9个对照组,进一步分析其空间差异,结果表明:α和β在空间上存在显著的正相关关系(r=0.63),具体表现为平均气温较高的地区,α和β值也较大.证明了饱和水汽压随温度的变化率可以从大尺度上解释极端降水增加的空间变化特征.

黄河流域降水要素的周期特征分析

依据黄河流域32个气象站点1951—2003年的月降水数据,应用最大熵谱分析法(maximum entropy method,MEM),分析了该流域降水变化的周期特征,探讨了影响降水周期特征的可能成因.结果表明,黄河流域降水序列明显存在着60a的代际尺度,14、25a的年代际尺度和3、9a左右的年际尺度变化周期.不同时间尺度、不同地区的降水周期也具有一定的差异性,说明了不同地区降水周期分布的复杂性.降水变化周期特性的存在既可能受到海-气相互作用的制约和影响,又可能与太阳活动密切相关,其具体影响机制有待进一步分析.