四川省1960—2019年干湿事件时空演变特征分析

四川省人口众多,各地气候异质性强,干湿特征对气象变化比较敏感,研究干湿的时空演变特征可以为当地采取应对气候变化的对策提供依据。基于游程理论识别并刻画四川1960—2019年干湿事件及其代际和季节性特征,利用Mann-Kendall检验、小波分析描述干湿的趋势性、显著性和周期性,结果表明:四川地区1990s干湿事件最多,2000s干湿事件最少,其中川西地区最干,川东最湿,且均在1980s分别达到干湿事件次数峰值;四川地区干旱事件主要在春、冬两季发生,湿润事件主要在夏、秋两季发生,其中春季主要在川西发生干旱事件,秋季主要在川西、川北地区发生湿润事件;川西、川北地区有湿润倾向,川南、川东地区有干旱倾向,除川南地区外,其他分区夏季SPEI序列均呈下降趋势,川西、川东地区冬季SPEI序列下降趋势放缓。

基于“新工科”背景的工程教育专业课程教学改革路径

新工科教育理念的兴起,使工程教育领域面临着日益紧迫的改革需求,传统的工程课程教学方式已不再适应当今快速发展的社会和技术环境。在这一背景下,跨学科思维和实践能力的培养成为新工科教育的关键目标之一,给水处理工程,作为环境科学与工程专业的核心课程、,也需要进行创新性的教学改革,基于此,文章旨在以环境科学与工程专业的给水处理工程课程为案例,探究如何通过融合新工科背景,将跨学科教育融入工程教育中。

渭河流域径流对土地利用变化的时空响应

为定量分析渭河流域土地利用变化对径流的时空影响,该文基于渭河流域1985年,1995年和2005年3期土地利用数据,分析了流域近20 a的土地利用变化特征,结合SWAT(soil and water assessment tool)水文模型,设置5种土地利用变化情景,研究了流域土地利用变化与年、季径流的响应关系。结果表明,SWAT模型在渭河流域有较好的适用性;耕地、林地和草地为流域主要土地利用类型,面积变化小于10%,但它们在空间上的位置发生了较大转移;流域近20 a土地利用变化对径流影响小于15%;极端土地利用情景下,产流量总体趋势为耕地>草地>林地。退耕还林对年、季径流的影响程度均为干流大于支流,退耕还草对年径流(干流中游、下游、泾河)和季径流(冬季)的影响程度较大。该研究成果对于流域土地利用格局的合理规划及极端水文事件的控制具有重要意义。

近50年泾河流域降雨-径流关系变化及驱动因素定量分析

为明确变化环境下流域降雨—径流关系变化特征,定量分析影响因素,该文提出利用滑动偏相关系数法诊断泾河流域降雨—径流关系变异情况,与双累积曲线法相互验证,引入Copula函数分析降雨-径流关系变化特征,在此基础上定量计算气候变化和人类活动对径流变化的影响。研究结果表明:泾河流域降雨—径流关系于1996年发生变异,主要由流域内持续增加的用水量以及大规模的水利水保工程致使的径流衰减性变化造成,降雨年际、年内变幅不明显;降雨-径流关系变异后(1997-2010年),相较1960-1996年,相同降雨条件下流域产流能力减弱,年降雨量≥400 mm时,产流量相对减幅达40%以上;降雨、径流联合分布发生明显变化,不同时段相同量级降雨、径流遭遇概率变化显著;1997-2010年与1960-1996年相比,人类活动对径流减少的贡献率达到80.96%,气候变化影响程度仅为19.04%。该研究可为合理进行流域水资源开发利用与水土保持工作等提供科学依据。

基于CA-Markov模型的黄河流域土地利用模拟预测研究

【目的】分析黄河流域现有的土地利用数据,揭示黄河流域未来30年土地利用时空格局的演变趋势。【方法】基于黄河流域1980,1990,2000,2010和2015年5期土地利用数据,采用元胞自动机-马尔可夫模型(CA-Markov)对2000和2010年的土地利用格局进行模拟,在满足精度要求的基础上,对2020,2030,2040和2050年的土地利用变化情景进行预测,并借助GIS空间分析功能,剖析黄河流域2020-2050年的土地利用时空格局演变趋势。【结果】基于CA-Markov模型的黄河流域2000和2010年土地利用模拟误差均小于10%,Kappa指数高达0.8728和0.8970,证实了CA-Markov模型在黄河流域土地利用模拟上的可行性及精度的可靠性;未来30年间,黄河流域主要土地利用类型为耕地、林地和草地;耕地和草地将减少约10%,林地将增加约5%,建设用地将增加约150%,且主要集中于宁蒙河段以及中下游地区。【结论】CA-Markov模型可较好地模拟预测黄河流域土地利用的时空演变格局,模拟结果可为黄河流域未来土地利用规划和管理及生态修复提供科学依据。

基于SWAT模型的渭河流域分区径流模拟研究

【目的】研究SWAT模型在渭河流域水文循环过程模拟上的适用性,为渭河流域时空径流响应研究奠定基础。【方法】依据林家村、咸阳、华县、张家山和状头5个水文站,将渭河流域划分成5个子区间,基于SWAT分布式水文模型,对各子区间1978-1982年和1983-1986年的月径流过程分别进行校准和验证,并对各分区径流模拟结果的合理性进行分析。【结果】渭河流域各水文站月模拟流量过程与实测流量过程均拟合较好,校准期林家村、咸阳、华县、张家山和状头5个水文站的相关系数分别为0.73,0.81,0.86,0.79,0.79;纳什系数分别为0.58,0.75,0.77,0.65,0.51;相对误差分别为10.73,-2.73,-11.20,-19.95,-10.80。验证期5个水文站的相关系数分别为0.87,0.81,0.86,0.75,0.79;纳什系数分别为0.80,0.77,0.82,0.68,0.69;相对误差分别为16.81,17.95,19.91,19.72,19.87,均满足要求。SWAT模型模拟效果较好,但并未达到最佳,主要是研究区利用数据的限制以及模型自身不确定因素的综合影响所致。【结论】SWAT模型在渭河流域各个分区均有较好的适用性,为研究渭河流域气候和土地利用变化的时空径流响应提供了模型基础。

气候和土地利用变化下黄河流域农业干旱时空演变及驱动机制

为全面剖析气候和土地利用变化下黄河流域农业干旱时空演变特征及驱动机制,该研究首先构建黄河流域SWAT分布式水文模型,模拟黄河流域水循环过程,基于标准化土壤湿度指数(Standard Soil Moisture Index,SSMI),识别不同干旱等级下的农业干旱历时、强度及干旱事件,分析黄河流域不同分区农业干旱特征值以及干旱事件频率在年季尺度上的演变特征;在此基础上,通过SWAT模型驱动农业干旱模拟方案集,厘定和量化气候和土地利用变化对黄河流域农业干旱的影响贡献率。结果表明:累积时间尺度越大,农业干旱发生的次数越少,但历时越长,农业干旱开始和结束时间多集中于春季和夏季;黄河流域90年代农业干旱最为严峻,尤其上游C区最容易遭受重旱和特旱,农业干旱频率高达70%~90%;气候变化是驱动黄河流域农业干旱发生的主要诱因,贡献率约为50%~90%,而土地利用变化对农业干旱的影响相对较弱,贡献率约为10%~50%。研究结果可为黄河流域制定合理的农业抗灾措施提供参考。

黄河流域1982—2015年不同气候区植被时空变化特征及其影响因素

研究不同气候区植被覆盖的时空变化及气候因子与植被生长的关系,对生态环境建设与治理具有重要意义。基于1982—2015年GIMMS NDVI 3g数据集,运用均值法、Sen+Mann-Kendall趋势分析、偏相关系数、多元线性回归模型+残差法等方法,分析了黄河流域不同气候区生长季植被时空变化特征及气候因子与人类活动对植被变化的影响。结果表明:①1982—2015年黄河流域及不同气候区归一化植被指数(NDVI)年际变化呈缓慢上升趋势,干旱区变化波动平稳,半湿润区变化较明显。②34 a来各气候区大部分地区植被呈显著增加,半干旱区所占面积比例最大,不显著减少主要分布在半湿润区西南部及南部。③各气候区降水、气温、日照时数对NDVI表现出正影响,且日照影响最大;在半干旱区降水对NDVI影响最大,在半湿润区影响最小,在半湿润区气温对NDVI影响最大,在干旱区影响最小。④34 a来,人类活动对各气候区植被的积极影响明显大于消极影响。

基于多源指标信息的黄河流域干旱特征对比分析

为充分考虑水库调蓄和地下水对干旱的影响,本文基于降水量、径流量和水库蓄水量等数据,采用修正的地表水分供应指数(WSI)对黄河流域2000~2013的干旱特征进行了评估,对比了多源指标信息对黄河流域干旱的表征能力。结果表明:2000~2013年,黄河上游源区段WSI由干旱逐渐转为正常偏湿润,黄河中下游均由正常转为轻中干旱,其中三门峡以下段变干旱趋势最为明显。对比发现,WSI对于近年来黄河流域实际干旱情况表征效果较好。

基于SWAT模型的大通河流域径流模拟

【目的】采用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型模拟大通河流域径流,为大通河流域水资源规划与管理提供科学依据。【方法】根据大通河气象水文、地形、土地利用、土壤类型等基础数据,以相对误差(Re)、线性拟合系数(R2)以及纳什效率系数(Ens)作为模型评价标准,研究SWAT模型对大通河流域径流的模拟效果。【结果】大通河流域月径流SWAT模拟值与实测值吻合较好,模型校准期(1978-1982年)和验证期(1983-1986年)的线性拟合系数、月径流相对误差以及纳什效率系数分别为:0.70,0.95%,0.69和0.69,-13.96%,0.68,表明SWAT模型能够较好地模拟大通河流域的月流量过程。【结论】SWAT模型可用于大通河流域径流模拟。

改进RVA法在河流水文情势评价中的应用

【目的】研究改进变化范围法(Range of Variability Approach,RVA)中各水文指标对生态环境的响应程度,以有效避免RVA在评价河流整体水文情势时容易忽略低度、中度改变指标的不足,为河流生态系统的管理决策提供参考。【方法】基于改进的RVA算法充分考虑了5类33个水文指标与生态系统之间的响应程度,并将层次分析法(主观赋权法)与熵权法(客观赋权法)相结合赋予各指标生态权重,集结并累加各指标综合生态权重与单个水文指标改变度,综合评价河流水文情势的整体改变度。以渭河关中段为例,依据林家村、咸阳、华县水文站1960-2010年的日径流资料,借助Mann-Kendall非参数检验方法诊断径流序列突变点,采用RVA法计算单个水文指标的改变度,利用改进的RVA法对渭河关中段水文情势的整体改变度进行评价。【结果】利用未改进的RVA方法计算得到渭河关中段林家村、咸阳、华县控制断面的整体改变度分别为75%,69%,67%,均属于高度改变;而用改进RVA算法计算得到的林家村、咸阳控制断面的整体改变度分别为51%,40%,属于中度改变,华县控制断面的整体改变度为29%,属于低度改变。对比两种不同评价结果并进行合理性分析可知,基于改进RVA方法的评价结果更加贴近河道所提供的整体信息和指标改变度的分布特征,符合客观实际。【结论】通过赋予各水文指标生态权重,综合考虑各水文指标与生态系统之间的响应程度,能有效融合33个水文指标在评价河流整体改变度时的内涵,研究成果更加客观且符合实际。

稀土掺杂钙钛矿荧光粉YAlO_3:Gd^(3+),Sb^(3+)的制备与发光性能表征

采用高温固相法合成了钙钛矿(YAlO_3:Gd^(3+)/Sb^(3+))荧光粉体,并使用荧光光谱仪对荧光粉体(YAlO_3:Gd^(3+)/Sb^(3+))发光性能进行表征。结果表明:使用高温固相法能够得到分散均匀的,颗粒大小一致的荧光粉。在254 nm波长激发下,掺杂Gd^(3+)/Sb^(3+)的YAlO_3荧光粉体系得到425 nm左右(紫光)宽带发射光谱,且蓝光强度随Gd^(3+)与Sb^(3+)的掺杂浓度增加先升高后降低,最后,通过在254 nm与274 nm激发下比较荧光粉体(YAlO_3:Gd^(3+)/Sb^(3+))发光性能的差异,对其能量传递机制进行了可能性分析。

气候变化和人类活动对黄河源区径流影响的评估

为了深入了解黄河源区径流变异规律,需定量评估气候变化和人类活动对径流变化的影响。本文采用Penman-Monteith公式计算出流域各气象站的潜在蒸发量,综合Mann-Kendall方法和累积距平方法诊断出降水和径流突变点位置,并采用5种具有代表性的Budyko公式,量化气候变化和人类活动对径流变化的影响。结果表明:(1)降水和径流的突变年份分别为1985年和1989年;(2)人类活动是导致径流量改变的主要因子,占比为67.62%;气候变化因子次之,占比为32.38%。该成果可为水资源管理部门在制定流域水资源规划方案时提供参考。

大通河流域土地利用/覆被变化的水文响应

以大通河流域为研究区域,利用1985年和2005年土地利用数据,结合SWAT分布式水文模型定量评估了流域土地利用/覆被变化的水文效应.结果表明:1985-2005年大通河流域的土地利用变化主要表现为草地向耕地、居工地转变,草地所占比例由46.7%骤降至20.9%,而耕地面积由1985年的1 065.8 km^2增加到2005年的3 243 km^2;相较于1985年的土地利用情景,2005年土地利用情景下的模拟的多年平均径流增加了1.92×108m3,由于上中下游主要的土地利用/覆被变化不同,导致流域径流变化增加程度由西北至东南逐渐增大;大通河流域年径流的增加主要表现为汛期径流增加,讯期月平均径流增幅达到了0.40×108m3·mon-1;非汛期径流则呈不明显减小趋势,平均降幅为0.024×108m3·mon^(-1).合理规划大通河流域土地利用方式,提高水源区涵养能力,对流域水资源可持续发展具有重要意义.

不同基流分割方法在秦岭山区-黄土高原过渡带的对比应用及其演化规律研究

以秦岭山区-黄土高原过渡带的渭河流域为研究对象,基于流域控制站——华县水文站1960—2010年的日径流数据,采用数字滤波法、基流指数法、局部最小值法和平滑最小值法等9种方法开展了基流分割对比研究,并探讨了渭河流域径流量、基流量与基流指数年内和年际尺度的演变规律。结果表明:9种方法在渭河流域均能够得出基流过程,但不同方法的分割结果存在一定差异;以极值比、变化幅度和基流过程变化考量,发现数字滤波法中Chapman-Maxwell滤波法(F2)和Chapman-Maxwell滤波法(F3)的分割结果最为稳定,分割得到的过程线最为合理。从年内变化来看,渭河流域的径流主要集中在汛期,同期基流指数较小,仅为41.60%,而在枯水期,基流指数有所增大,达到50.19%,这表明秦岭山区-黄土高原过渡带的地下水补给(基流)是枯水期河川径流的主要来源;从年际变化来看,径流量和基流量均呈现出显著的下降趋势,这与近年来气候变化和流域内的人类取用水的快速增加有关,但基流指数相对稳定,这说明区域地下水与地表水的转化机制并未有大的改变。

基于基流和降水的水文气象综合干旱指数构建及在渭河的应用

为响应黄河流域生态保护的国家战略,对流域干旱做出更全面的评估。根据渭河1960—2010年20个气象站的气象数据和华县水文站的水文数据,采用数字滤波法获得基流数据,基于Copula函数构建了新的关于基流和降水的综合干旱指数(CPBI,Comprehensive Precipitation and Base Flow Index),探讨了CPBI的适用性,并运用该指数分析了渭河流域的干旱特征。结果表明,CPBI能够同时捕捉到气象和水文的干旱事件,并综合表征其干旱特征;CPBI在各个尺度上都有下降趋势,干旱情况日趋严重;经过游程理论识别后,CPBI更准确地反映了渭河华县站的严重干旱情况,能够更好地提供干旱预警;CPBI存在变异,在四季及年尺度上变异点分别为1994、1993、1985、1999和1975年。CPBI在渭河是一种有效的干旱监测指数,可为渭河的干旱预警和应对工作提供参考。

沸点仪的组装设计实验教学探讨

针对学生在实验过程中使用沸点仪的不便,解决原沸点仪经常破损,不利于维护管理等问题,同时培养学生对仪器的组装设计能力,本文通过开设设计性实验,让学生选用常见的玻璃仪器对沸点仪进行组装设计,并采用组装后的设备与原沸点仪分别进行双液系相图测定实验,通过对实验结果的分析,论证学生组装设计后的沸点仪的合理性,为实验教学过程中涉及的仪器组装设计提供一种新的思路。同时,通过设计组装环节,激发学生对化学实验的兴趣,提高学生的实验技能,培养学生的思考能力、创造力与团队合作能力。

张家口市植被指数变异及动态变化特征分析

为研究21世纪初期张家口市植被的变化情况及其与经济之间的联系,以张家口市为研究对象,基于张家口市2000年—2019年的月尺度栅格数据,采用遥感技术对栅格数据进行处理统计,采用一元线性曲线和空间分布图像对植被变化进行时空分析,采用滑动T法和改进的有序聚类法对归一化植被指数序列进行变异诊断,采用差值法对栅格图像进行计算,得知均值NDVI和生长季NDVI整体时空变化情况和变异前后的时空变化情况,最后统计分析了年均NDVI与生长季NDVI的动态变化趋势。结果发现:张家口市年均NDVI与生长季NDVI在时间上均呈增长趋势,空间上植被覆盖由东南到西北呈现逐渐增加的趋势。经过综合分析确定植被变化序列的变异点为2015年,发现年均NDVI和生长季NDVI在变异点前后从时间和空间上均呈现出变异点前植被覆盖增长,变异后植被覆盖减小的趋势。且发现张家口市冰雪及旅游经济的发展与植被变异有着密切关系;应用差值法发现,年均NDVI和生长季NDVI的植被变化特征均表现为2014年植被覆盖最高,2014年与2009年间的差值变化最明显。

地方高校地理科学师范专业“水文学与水资源”课程思政实践探索

课程思政是高校落实立德树人教育目的重要途径,师范类专业课程思政建设承载着当下育人和未来育人的双重功能.本论文以高等师范院校地理科学专业“水文学与水资源”课程教学为例,从课程思政目标定位、元素挖掘、路径融入三个方面探讨了该课程思政教学模式,将思政元素“如盐入水、有味无痕”地融入在各教学章节中,从而实现“以水育人,以文化人”的全方位育人目的,可为地方高校师范类相关课程与思想政治教育的有效融合提供参考和借鉴.

基于Copula函数的泾河流域水沙关系演变特征分析

为了掌握泾河流域水沙演变规律,基于张家山水文站1956—2010年径流与输沙量数据,采用滑动平均法分析流域水沙变化,提出应用滑动相关系数法诊断水沙关系变异,与双累积曲线法相互验证,选取皮尔逊III型分布拟合变异前后水沙分布,基于Copula函数建立水沙联合分布,对比分析泾河流域水沙变化特征,研究不同时段水沙丰枯遭遇情况。结果表明:1水沙关系于20世纪80年代发生变异;2以1982年为分割点,相比于1956—1982年,1983—2010年水沙均值减小,设计频率P≤90%时水沙值均减小,P>90%时,径流减小,输沙量增加;3两阶段水沙丰枯同步频率大于丰枯异步频率,"水丰沙枯或水枯沙丰"遭遇组合概率最小,变异后时段(1983—2010年)各种遭遇组合频率分布更为均匀,水沙丰枯异步频率变大。