中国水利现代化时空分异特征

为明晰水利现代化时空分异特征,构建了包含资源、环境、生态和安全需求保障四大目标、14项准则的水利现代化评价指标体系,提出了结合目标一致性方法、变异系数法和层次加权法的水利现代化综合评价方法,对中国及各省(自治区、直辖市)水利现代化实现程度进行了评价,分析了中国及各省(自治区、直辖市)水利现代化时空分异特征。评价结果表明:中国水利现代化经历了发动期、加速期和提速期,总体实现程度较好,资源、安全需求保障的实现程度高,但环境、生态需求保障的实现程度较低;各省(自治区、直辖市)加快推进水利现代化,东部和中部地区明显快于西部和东北地区,资源、安全需求保障实现程度较好,环境需求保障实现程度相对滞后,生态需求保障实现程度较差;现阶段,各省(自治区、直辖市)亟需加快水生态环境建设,提高环境、生态需求保障,加速推动水利高质量发展,以推进中国水利现代化进程。

沉积物和流速对环境DNA持久性的影响

环境DNA(Environmental DNA,eDNA)技术作为河流健康评价的关键工具,在水生生态系统生物分析中表现出极大的应用潜力。然而,eDNA与广泛存在于水体中的沉积物的关系非常复杂,同时也受到水流的影响,这严重限制了eDNA技术的推广和应用。研究以中国重要淡水养殖鱼类草鱼为对象,探讨水流和沉积物对草鱼eDNA持久性的影响。结果显示:①在流动水体中,eDNA降解速度随流速增加而加快;②沉积物的存在则加速了eDNA的降解过程,与沉积物铺设厚度相比,沉积物粒径对eDNA持久性的影响更为显著;③在静水中,eDNA降解速度随沉积物粒径增大而减缓,但在流动水中,水流干扰导致了相反的eDNA降解模式,即eDNA的降解速度随着沉积物粒径的增大而加快。研究突显了在eDNA实验设计及解释中考虑沉积物特性的重要性,对于eDNA技术在水生生态系统应用提供了宝贵参考。

茅洲河健康评价分析

结合《河湖健康评价指南》《广东省河湖健康评价技术指引》,在深入开展茅洲河现场调研的基础上,对河岸自然状况、生态水量、水质、底泥状态、水生生物、鸟类以及公众满意度等17项指标进行现场采样、监测或调查,获得评价基础数据,确保了评价成果的客观、科学、合理。

扬州市浅层地下水水化学特征及成因分析

为研究扬州市浅层地下水水化学特征及其成因,综合应用统计分析法、Piper三线图解法、Gibbs图解法及离子比值法等,对扬州市2023年浅层地下水进行水化学特征分析。结果表明:扬州浅层地下水阳离子以Ca^(2+)、Mg^(2+)、Na^(+)为主,阴离子以Cl^(-)和HCO_(3)^(-)为主;水化学类型以HCO_(3)^(-)-Ca型、HCO_(3)^(-)-Ca·Mg型和HCO_(3)^(-)·Cl^(-)-Ca·Na型为主;主要阴、阳离子存在空间差异性,总体呈现由南至北增高的趋势,在局部区域出现极值;水化学特征主要受岩石风化控制和蒸发浓缩作用影响,少数地区还受到阳离子交换影响;地下水化学组分主要来源于硅酸盐岩与碳酸盐岩的溶解作用,部分还来自蒸发岩盐的风化溶解。

广东省河湖健康评价系统设计与实现

河湖健康评价是对河湖健康状况的综合诊断,是全面推行河湖长制的重要抓手。广东省河湖健康评价系统作为“广东智慧河长”三期工程的重要模块,以《广东省2021年河湖健康评价技术指引》为评价原理,以评价准确、操作简单、灵活应用为设计理念,具备河流分段评价、湖库分区评价、指标体系构建、指标数据填报、评价结果展示等功能,系统实现了河湖健康评价的全流程,以信息化技术赋能河湖健康管理业务,是技术驱动业务创新的应用举措,将为今后持续开展的健康评价工作提供重要支撑。

稻田控制排水对高邮灌区河道洪水过程的影响

以高邮灌区为例,采用水文-水动力模型,研究稻田控制排水措施对河道洪峰流量、水位和洪水过程的影响。结果表明,雨前通过控制灌溉适当降低田间水位可减轻稻田出流峰值,随着稻田控制水位的增加,稻田径流峰值逐渐降低。通过稻田控制排水,可降低田间出口峰值流量,改变灌区河道洪水过程,降低河道洪峰流量和水位,减轻灌区内部以及附近河道的防洪压力。

《广东省河湖健康评价技术指引(2023年修订版)》解读

《广东省河湖健康评价技术指引(2023年修订版)》于2023年8月30日正式发布,为使河湖管理专业技术人员全面了解河湖健康评价内容,有侧重、有特点、高效率开展河湖健康评价工作,该文对指引修订背景、修订过程、问题查找、主要修订内容等进行了详细解读,旨在对广东省河湖健康评价工作起到一定的指导和借鉴作用,切实提高广东省河湖健康评价的工作质量和成果可靠性。

基于深度学习的河湖岸线“四乱”智能识别技术研究

为进一步提高河湖岸线“四乱”识别效率和精度,首先,建立了海量样本的空天地河湖岸线“四乱”识别库;其次,基于深度学习目标识别理论,采用以“YOLOv5”为代表的“one-stage”模型架构构建了多源多时相河湖岸线“四乱”行为智能识别模型;最后,采用分布式架构训练模型对该模型超参数进行调整优化。选取长江(武汉段)和汉江作为研究区域,利用该模型与SVM,Faster_RCNN,Mask_RCNN,SSD,Center_Net模型进行对比验证。结果表明:该智能模型识别河湖岸线“四乱”的平均精度(mAP_0.5)达70.4%,准确度较高;相比SVM、Faster_RCNN、Mask_RCNN模型,该模型识别效率提升约25%。研究成果可为数字孪生流域建设、河湖岸线智慧化监管提供参考。

京津冀平原浅层地下水漏斗演变规律与影响因素

为研究华北地区河湖生态补水对地下水漏斗演变的影响,以京津冀平原浅层地下水漏斗2003年至2022年的相对变化作为识别目标,从气象因素、地形因素、人为因素和含水层水力学特性4个方面进行考虑,选取8个具体指标构建特征变量数据集,使用逻辑回归(logistic regression, LR)、支持向量机(support vector machine, SVM)和随机森林(random forest, RF)方法建立漏斗演变识别模型,并利用敏感度、特异度和决定系数R^(2)对拟合效果进行对比评价,结果显示随机森林为最优模型。进而利用模型分析研究区地下水漏斗演变规律,阐明具体因素对漏斗演变的影响作用。研究表明:京津冀平原区浅层地下水漏斗在2010年之前整体呈扩张趋势,之后在部分地区呈现缩减和消失的态势。河湖补水前,地下水漏斗发展主要受开采影响,其重要度约50%;2018年后河湖补水对抑制漏斗扩张发挥了较为明显的作用,重要度达16%。从发展过程来看,地下水开采依然是控制京津冀平原浅层地下水漏斗变化最重要的因素。对比宁柏隆和高蠡清两个典型浅层地下水漏斗的发展变化可知,河道生态补水对宁柏隆漏斗变化的贡献率接近10%,而对高蠡清漏斗变化影响的重要度仅为1%,因此持续的河流生态补水对宁柏隆漏斗水位恢复会产生积极影响,而对于高蠡清漏斗则需要以水源置换压减农业灌溉地下水量为关键手段实现水位恢复。

基于融合注意力机制LSTM网络的地下水位自适应鲁棒预测

地下水水位是旱天污水管网地下水入渗量的重要影响因素,快速精准地预测地下水水位能有效提升旱天污水管网地下水入渗量估算准确度,辅助优化管网病害治理与维护策略。针对目前城市复杂水文预测存在的准确度低、灵敏度低、泛化能力弱等问题,本文提出了一种新的鲁棒自适应水位预测算法。首先,对水文数据进行预处理,解决了数据时间跨度大、噪声多、缺失及异常、非平稳等问题。其次,针对不同输入特征对预测指标的影响,在模型训练阶段提出一种新的空间变量注意机制,可快速识别与水位关联的关键变量,并对输入特征赋予不同的影响权重。然后,针对不同序列长度对预测效果的影响,还设计了自适应时间注意力机制,帮助网络自适应地找出与不同时间序列长度预测指标相关的编码器隐藏状态,以更好地捕捉时间上的依赖关系。在此基础上,以上下文向量作为输入,提出一种融合注意力机制的长短时记忆网络水文预测算法。最后,通过意大利Petrignano水文数据验证了所提算法的有效性,并与GRU、Elman、LSTM、VA–LSTM和S–LSTM等方法进行预测性能比较。结果表明,基于融合注意力机制的LSTM网络在面临大规模、噪点多的复杂数据时有优于其它几种算法的预测效果,表明该算法具有强自适应性和鲁棒性。本文研究结果可以为市政排水策略合理调整、及时控制提供参考。

昆仑山北坡水资源科学考察初报

2021年10月首批启动了第三次新疆科学考察——“昆仑山北坡水资源开发潜力及利用途径科学考察”。结合多源遥感信息和2022—2023年野外科考工作,对昆仑山北坡的水文水资源变化和水资源利用进行了调查研究。结果表明:(1)1990—2020年,昆仑山北坡山区的气温、降水分别以0.14℃·(10a)^(-1)和6.53 mm·(10a)^(-1)幅度增加。(2)冰川变化相对稳定,积雪面积和积雪深度表现为略微增加。(3)永久性水体和季节性水体面积分别显著增加79.89%和144.49%。(4)东昆仑-库木库里盆地的阿牙克库木湖和阿其克库勒湖两大湖泊的水域面积分别增加了68.91%和58.22%,盆地内多条河流具备水资源开发潜力。(5)昆仑山北坡陆地水储量总体呈增加趋势,表现为从西向东增加趋势越加显著。(6)昆仑山北坡的主要河流和田河、克里雅河和车尔臣河年均径流量2010—2023年较1957—2023年分别增加了20.24%、27.85%和45.17%。(7)基于不同气候变化情景模拟预测至21世纪中后叶,主要河流径流量将保持上升态势,区域水资源量总体呈增加趋势。昆仑山北坡的水资源禀赋可为区域绿色高质量发展提供有利的水资源保障条件。

邯郸山前平原地下水流场演变及其驱动力

20世纪60年代初邯郸山前平原浅层地下水位大幅下降,地下水降落漏斗逐渐形成,地下水流场剧烈演变,采用时间序列分析、相关分析、水均衡等方法,分析了邯郸山前平原浅层地下水流场的演变规律及其驱动力,并计算了1981—2019年各影响因素对地下水流场演变的贡献率,结果表明:1960年以前邯郸山前平原浅层地下水流场演变主要受自然因素驱动,1960年以后地下水流场演变的驱动力由自然因素演化为人为因素和自然因素,地下水源汇项逐渐发生变化;邯郸山前平原排泄项对地下水流场演变的贡献率大于补给项,降水入渗和地下水开采始终是浅层地下水流场演变的主要驱动力;1981—2000年降水入渗补给量和开采量对浅层地下水流场演变的贡献率为80.82%,2001—2019年降水入渗补给量和开采量对浅层地下水流场演变的贡献率为75.79%,浅层地下水流场演变的驱动力趋于多元化。

基于Sentinel-2多光谱遥感影像的小浪底水质反演

多光谱遥感技术可根据遥感波段信息反演水质参数,降低监测成本,提高监测速度和质量,为大范围水环境监测提供了一种新的方法。通过分析小浪底水库的Sentinel-2多光谱影像以及采样点实测水质数据,建立了最佳光谱波段的水质参数反演模型,对小浪底水库的化学需氧量(COD)、总磷(TP)、总氮(TN)和氨氮(NH_3-N)进行了遥感反演,验证了反演模型的精确度和稳定性,并反演了各水质参数的空间分布规律。结果表明:在4种水质参数反演模型中,COD模型精确度和稳定性最高,其次是TP、TN,最低的是NH_3-N,水库出水口和部分边缘COD质量浓度较高,水库中心TN、TP和NH_3-N质量浓度高于边缘处。

全球天然氢勘查开发最新发展态势分析

随着氢气地表异常显示的广泛发现以及对地下氢气成因机制和成藏机理认识的逐步深化,天然氢作为一种清洁能源,因其可能的巨大资源潜力和可再生性,有望成为全球实现能源转型和碳中和的关键能源。通过对全球天然氢勘查开发最新进展的跟踪研究认为:天然氢已成为全球地质与能源领域关注热点,多成因机制下资源调查发现呈点多面广特征,欧美强国持续投入带动全球发展,氢氦地质资源具有“兼探共采”潜力,等等。鉴于我国在天然氢资源发现方面取得的初步进展,以及对成藏条件及有利区带的初步评估,建议我国应尽快开展全国性天然氢资源调查评价工作。

中国海洋自然资源调查现状与展望

海洋自然资源是国民经济和社会发展的重要保障,也是海洋强国建设和生态文明建设的必要基础。为全力支撑自然资源部履行“两统一”职责(统一行使全民所有自然资源资产所有者职责和统一行使所有国土空间用途管制和生态保护修复职责),中国地质调查局组织实施海洋自然资源综合调查评价,开展我国重点海域海洋自然资源综合调查与评价试点示范。基于我国已开展的海洋自然资源相关的综合性调查评价数据资料,结合我国重点海域海洋地质、海洋生物、物理海洋等补充调查评价结果,基本查明了我国海洋矿产、海洋能、海洋生物、海洋空间等海洋自然资源的主要特征;通过梳理总结国内外自然资源体系研究进展,基于我国基本国情,以自然资源科学和地球系统科学理论为指导,面向自然资源综合管理为基本原则,结合资源自然属性和国家相关法律法规,初步提出了涉及多学科、多门类的海洋自然资源三级分类体系,从分类体系、空间分层、工作流程等不同角度,提出了3种构建海洋自然资源调查标准体系的方法。下一步,将大力加强地质科技创新能力,加快构建动态海洋自然资源数据库,快速提升海洋自然资源公益服务水平,进一步完善海洋自然资源综合监测体系,推动海洋自然资源工作高质量发展。

中国与“一带一路”国家粮食贸易驱动的虚拟水流动时空格局及其节水效益

粮食贸易是“一带一路”国家经济贸易合作中至关重要的部分之一,可以带动粮食生产全过程所需的虚拟水流动。将单位粮食产品虚拟水量纳入粮食贸易数据系统,进而揭示中国与“一带一路”国家间粮食贸易驱动的虚拟水流动时空格局,并测算粮食贸易所实现的全局性节水效益。研究发现:(1)研究时段中国粮食贸易所驱动的虚拟水净进口量逐年上升,净进口结构以稻米和玉米为主。(2)中国粮食虚拟水进口来源国结构稳定但相对单一,建议粮食贸易对象多元化;粮食虚拟水出口量较少,出口对象国相对分散。(3)结合水资源禀赋可以看出,在进口不可避免的前提下,中国考虑进口地区水资源禀赋后的粮食进口虽然未显示水资源节约,但浪费量大幅减少;粮食出口稀缺节水量为正,具有一定的节水效益。基于研究结果,提出我国可通过降低粮食进口国集中度,优化粮食贸易空间布局,在保障粮食安全的同时,通过虚拟水贸易实现水资源有效节约,拓展节水的思路与路径。

基于时序遥感影像的骆马湖水资源调查与分析

自然资源不仅是发展之基、生态之源、民生之本,更是推进美丽中国建设和深化生态文明体制改革的核心载体,同时也是重要的资源性资产。本文旨在探讨宿迁市湖滨新区骆马湖水资源的调查监测,并以自然资源调查监测为背景,采用遥感技术作为主要手段进行水资源调查。研究通过获取骆马湖范围内的Sentinel-2遥感影像数据,对骆马湖水体的空间分布、变化趋势进行综合分析。同时,本文还探讨了遥感技术在水资源调查中的应用价值和优势。研究结果表明,骆马湖的水资源状况有着一定变化和挑战。本研究的意义在于通过遥感手段探讨了积水频率识别和积水范围提取,为水资源调查监测提供了一种快速、高效的手段。此外,针对骆马湖水资源调查监测的研究成果也为其他类似区域的水资源管理和保护提供了借鉴和参考。这对于推动水资源的可持续利用和提高区域生态环境质量具有重要意义。

淮河流域及山东半岛地下水超采原因与管理对策

针对淮河流域及山东半岛地区地下水严重超采的问题,从地下水开发利用趋势、水位动态变化、生态与环境地质问题等方面分析了该地区地下水超采的状况,从水资源禀赋条件、水资源承载能力、城镇用水需求变化、地下水监管能力等方面剖析了地下水超采的原因。针对地下水双控指标体系、监测计量、信息化监管等方面存在的问题,从强化流域对地下水资源统一管理的角度提出了相关对策建议。

我国透水路面发展研究综述

从政策、标准、方法、技术、效益评估等方面综述了我国透水路面的技术方案和综合效益,并将我国透水路面的发展历程划分为学习阶段、启动阶段、发展阶段、快速建设阶段、规范化阶段5个阶段。讨论了现行透水路面的分类方式、评价指标和建设规划,分析了透水路面的效益及评价方法。针对我国透水路面铺设缺乏方向性、技术标准不全面等问题,提出了完善透水路面评价机制、制定适当的透水路面建设指导原则、科学定量分析透水路面建设的可行性、对各地透水路面建设的合理性进行评估、鼓励在适宜区域内建设透水路面、加强标准和技术规范的制定和修订等建议。

长江上游典型深潭生境健康评价研究

作为水生态保护与修复的重要理论,鱼类栖息地健康评价一直是研究重点,但缺少量化综合评价的深入研究。以长江上游中的5处典型深潭生境为例,构建了鱼类栖息地健康状况量化评价体系。研究通过长江上游典型深潭生境健康评价(一级指标)为基准,分为了栖息地环境和栖息地功能(二级指标),涵盖了水质特性、生物环境、水文环境、鱼类资源状况、栖息地质量5个三级指标以及29个四级指标,基于熵权法构建栖息地健康综合评价数学模型,通过栖息地健康综合指数(Comprehensive Health Indicator,ρ)表征典型栖息地健康状态,并对其健康状况进行综合评价。研究结果表明:长江上游典型深潭生境有1处健康等级评价为Ⅰ级,处于非常健康状态;3处评价为Ⅱ级,处于健康状态;1处评价为Ⅲ级,处于亚健康状态,无不健康或劣汰的点。总体来看,长江上游典型栖息地基本处于健康状态,且表现出较强的空间异质性,该评价结果在一定程度上客观反映了长江上游典型栖息地的健康状况,最后根据评分等级探讨了长江上游鱼类栖息地生态系统中亟需解决的问题,针对性地提出了生境修复的对策与建议。