An Ecologically Oriented Operation Strategy for a Multi-Reservoir System： A Case Study of the Middle and Lower Han River Basin, China

水库群的建设和调度改变了河流的自然流态,对河流生态系统造成了不利影响。本文提出了一种面向生态的水库群调度策略,将河流内不同生态功能所需的生态流量整合到水库群联合调度中,以实现生态流量需求和人类用水需求之间的均衡。该策略耦合了常规优化调度方案和一系列实时生态调度方案。在人类用水需求与生态流量需求冲突较小的时段,水库群调度在保障河流最小流量的前提下采用常规优化调度方案,最大限度地提高人类用水效益。在水库引发的水文改变对河流关键生态功能产生严重影响的时期,水库群调度采用实时生态调度方案,调整下泄流量,从而满足河流生态流量需求。该策略被应用于位于中国汉江中下游流域的一个大型水库群中。模拟调度结果表明,实时生态调度方案保证了河流关键生态功能的生态流量需求,其对人类用水效益的不利影响可通过常规优化调度方案得到部分补偿。本文提出的面向生态的水库群调度策略丰富了考虑生态流量需求的水库群联合调度的理论应用。

Drought analysis using multi-scale standardized precipitation index in the Han River Basin,China

Regional drought analysis provides useful information for sustainable water resources management.In this paper,a standardized precipitation index(SPI) at multiple time scales was used to investigate the spatial patterns and trends of drought in the Han River Basin,one of the largest tributaries of Yangtze River,China.It was found that,in terms of drought severity,the upper basin of the Han River is the least,while the growing trend is the most conspicuous;a less conspicuous growing trend can be observed in the middle basin;and there is an insignificant decreasing trend in the lower basin.Meanwhile,the impact of drought on the Middle Route of the South-to-North Water Transfer Project was investigated,and it is suggested that water intake must be reduced in times of drought,particularly when successive or simultaneous droughts in the upper and middle basins of the Han River Basin occur.The results can provide substantial information for future water allocation schemes of the South-to-North Water Transfer Project.

汉江流域粮食生产碳排放与经济发展的脱钩关系研究

汉江流域水资源丰富,是我国重要的粮食主产区,研究汉江流域粮食生产碳排放对促进农业绿色高质量可持续发展具有重要意义。采用排放系数法测算汉江流域2008—2021年时空尺度下的粮食生产碳排放总量和结构,并通过Tapio脱钩模型分析其与经济发展之间的脱钩关系。研究发现,2008—2021年碳排放总量年际间虽存在一定波动,但总体呈现上升趋势;农业生产要素中土地翻耕和化肥使用所产生的碳排放量比重较大;汉江流域整体呈现弱脱钩状态,上游以强脱钩状态为主,下游为弱脱钩状态;汉江流域各县区的经济发展与粮食生产碳排放脱钩状态存在时空差异,2014—2017年多地呈负脱钩状态。汉江流域粮食生产碳减排效果显著,粮食生产能力有效提升,农业经济发展也取得一定成效。

汉江流域植被生长与水热的时滞累积效应

目的在全球气候变暖的背景下,研究汉江流域植被生长与气温和降水的时滞累积效应,对流域生态环境建设具有重要的意义。方法基于2001-2020年MODIS NDVI月数据和月均温、月降水数据,通过相关和时滞累积效应分析不同生态分区及植被的生长季NDVI(归一化植被指数)变化差异及其对气温和降水的响应。结果与结论(1)汉江流域生长季NDVI呈波动上升趋势,均值为0.7,与气温和降水的相关系数均值分别为0.263和0.223,正相关区域多分布于生态功能保护区和山地丘陵的植被茂密地带,负相关区域多分布于平原和盆地的栽培植被种植地带及各市人类生产生活区。(2)汉江流域生长季NDVI与气温和降水存在明显的时滞累积效应,受累积1个月滞后0个月-累积3个月滞后3个月影响的植被面积均超过了50%,气温的时滞累积效应由中间向东西两侧递减,降水则自西向东明显增加,气温的时滞累积效应对植被覆盖的促进效果大于抑制效果,降水则相反。(3)6类植被对气温和降水时滞累积的负相关性均减弱。除针叶林和阔叶林外,气温在累积6个月滞后3个月的情况下对其他类型植被覆盖的影响最大,响应程度最高的是低覆盖植被;降水在累积3个月滞后2个月的情况下对6类植被覆盖的影响最大,降水对6类植被的平均最值相关系数大小为草丛>草甸>灌丛>栽培植被>针叶林>阔叶林。

西安至十堰高速铁路环保选线研究

西安至十堰高速铁路西安至商洛段穿越秦岭高中山区,郧西至十堰段跨越汉江,具有沿线地形起伏大、地质条件复杂、环境敏感区域密集、生物多样性丰富、水环境保护要求严格等特点,保护秦岭及汉江流域的生态环境成为西十高铁建设中需要考虑的重要因素。通过采取GIS+BIM的技术手段,制作区域环境敏感区图层,搭建多维度区域生态保护目标空间分布及管控范围的环保选线平台,结合工程技术条件开展各方案的环境可行性及环境影响程度的综合比选,从而得出对环境影响最小的线路方案,为设计选线及控制工程方案决策提供有力支撑。研究结果表明,通过先期开展敏感区路段环境影响专题论证,可进一步优化工程选线及工程形式,保障项目依法合规。

汉江流域襄阳段地表水总磷浓度的变化特征

为助力长江保护修复攻坚战地方精准施策,基于2016—2022年汉江流域襄阳段12个地表水国控监测断面的总磷浓度及区域降雨量开展了水环境形势分析、磷污染来源解析,并对区域总磷浓度变化特征进行了研究。结果显示,研究期内汉江流域襄阳段12个国控断面总磷年均浓度总体达标情况较好,但大部分断面总磷月均浓度无法长期稳定达标,其中唐白河张湾、蛮河岛口和清河王湾村3个国控断面超标较严重,蛮河、唐白河和清河的总磷浓度较高、污染较严重。汉江流域襄阳段流域的总磷浓度整体呈现下降趋势,受汉江支流总磷浓度影响较大,且与月均降雨量呈显著正相关关系,可为流域内总磷污染防治的重点区域、重点领域提供参考。

面向刚性约束的汉江流域水资源承载状况评价及管控建议

以汉江流域为研究对象,结合刚性约束要求,构建了适用于水资源管理考核和应用的评价指标体系和评价方法,以地市级行政区为评价单元开展水资源承载状况评价,划分水资源承载负荷等级,制定汉江流域水资源承载状况分区清单,并根据超载特征和超载成因研究提出对应的分区管控措施。结果表明:汉江流域内水资源承载状况为超载的地区有6个,为潜江市、南阳市、洛阳市、驻马店市、安康市、商洛市,水资源承载状况为临界状态的地区有1个,为汉中市,其余地级行政区均为“不超载”;汉江流域总体评价结果为临界超载状态。

2010~2020年汉江中下游流域景观格局变化分析

为探究汉江中下游流域景观格局变化的结构特征和驱动因素,基于遥感数据,分析汉江中下游流域2010~2020年土地利用/覆盖变化(LUCC)及景观格局变化,采用支持向量机法,分析土地利用类型时空变化及其景观破碎度、多样性变化和斑块形状等,从不同角度探讨该区域景观格局变化驱动因素。研究结果表明:汉江中下游流域景观格局在自然和人文因素驱动下向着更均衡、更多元化的方向演变,集聚的大型景观类型倾向于被其他景观分割、离散,由单一景观的优势格局演化为更丰富多样的区域景观格局分布;在类别水平上,耕地和草地景观斑块形状破碎化程度增加,城镇建设用地景观形状指数(LSI)和斑块密度(PD)均有不同程度增加。研究结果可为汉江中下游地区的经济发展和生态环境保护提供理论基础。

城市八景中的流域山水营建智慧研究——以汉江沿线(湖北段)为例

【目的】综述山水营建智慧的研究发展,在城市八景中发掘山水营建智慧的潜在价值。【方法】运用古籍考释法、归纳法、人文风景制图法梳理出汉江沿线(湖北段)的13个清代府州县的114处城市八景景目。【结果】围绕城市八景是流域局地山水营建智慧的表征,阐述了城市八景是流域局地山水“形势”的诗意表述,通过“以人为胜”赋予同质化平原之山水以特色。阐明其“时空周正”的组织、利用局地山水的营造规律,以及“内聚外控”“水缘串景”“山缘串景”“山水呈景”“散点式”的局地自然山水格局特征。城市八景是顺应整体流域山水格局营造智慧的产物,具体表现为城市八景是对汉江流域整体山水格局的高度呼应,也是流域风土特色的场景集萃。【结论】城市八景文化具有出乎史的特质,其乐山乐水的思想促生城市八景保护,并因存史纳文而成为城市山水特色保护之“大道”。

汉江上游径流情势变化及归因分析

基于Budyko框架及径流变化情势指标同气象因子的拟合关系,拓展Budyko方程并得到微分方程。选择汉江上游安康和白河水文站的年均径流、汛期平均径流和非汛期平均径流资料系列,开展径流情势变化及归因研究。结果表明:所有径流指标均发生变异且明显减小;多元对数线性回归模型拟合的相关系数大于0.90,能够较好预估径流变化情势指标,并捕捉到径流变化情势指标同气象参数之间的非线性关系;基于Budyko假设的互补关系法性能优于全微分法,气候(流域下垫面)变化对安康站年均径流量、汛期平均径流量和非汛期平均径流量贡献的绝对值分别为35.89%(64.11%)、34.58%(65.42%)和71.12%(28.88%),对白河站年均径流量、汛期平均径流量和非汛期平均径流量贡献的绝对值分别为34.82%(65.18%)、26.29%(73.71%)和35.11%(64.89%)。

汉江流域国家级非物质文化遗产的汉水文化内涵及其旅游开发研究

汉水文化是以地域命名的文化,非物质文化是认识汉水文化的一个重要窗口。以汉水文化为抓手,推进“文化+”新业态发展是汉江生态经济带建设的重要内容。非物质文化遗产是“汉水文化+旅游”融合发展的重要资源。通过对汉江流域国家级非物质文化遗产项目的统计分析,发现汉江流域非物质文化遗产高度富集于汉江的上游十堰、中游襄阳、南阳和下游武汉。汉江流域国家级非物质文化遗产在内容上以民间文化、传统音乐和传统戏剧为主,在道教文化、楚文化、神农文化、名人文化和民间信仰等方面具有鲜明的地方文化特征和较大的旅游体验价值。在加强保护的基础上,推进“汉水文化+”“互联网+”的融合发展,通过生活化、舞台化、商品化、情境化等手段做好非物质文化遗产的合理利用。

中国古代茶书中的汉水流域茶文化

朱自振等编著的《中国古代茶书集成》,收录唐至清代各个历史时期茶书114种,纵览其中所关联的汉水流域茶文化,史迹清晰,意蕴深厚。分别呈现唐至五代茶之出、茶之事、水品次等基本内涵;宋元时期茶艺掌故及其意蕴、茶之生长环境与采拾、茶政体系及其样貌等发展样态;明清时期茶诗意向、水品意蕴、陆羽生平、茶之品名等多元意蕴。基于中国古代茶书,探究历史时期汉水流域茶文化,可为当下对其内涵研究、价值开掘、品牌塑造和产业发展提供经验借鉴。

南水北调中线水源地汉江上游流域主要生态环境问题及对策

汉江上游是南水北调中线水源地，流域生态环境建设是保障水源地水质安全的关键。针对上游流域水环境污染、土地利用以及水土流失等重大生态环境问题，结合流域数字高程模型及水质调查对其进行了系统分析。结果表明：（1）丹江流域、库区流域及汉中盆地水质较差，COD60和氨氮成为水源区主要污染物；（2）各子流域区植被覆盖占各自面积的71．2％～95．7％，表明流域植被覆盖较好，但沿河岸100m范围内农业用地占29．2％～43．4％，且多为坡耕地；（3）流域水土流失严重，2000年左右流域侵蚀图显示汉江源头、秦岭南及大巴山北均出现了大片年均侵蚀模数〉2200t／km^2的区域，且有日益增强的趋势。提出加大水环境污染整治力度、加强农业用肥管理及河岸带建设、水土保持建设以及加强流域水环境及水土保持监测和科研工作等对策。

气候变化对陕南汉江流域植被净初级生产力的影响

根据陕南汉江流域及其周边34个气象站1959-2010年的逐日气温和降水资料,利用周广胜—张新时模型、Penman-Monteith公式、Mann-Kendall检验、相关分析和Spline插值等方法,分析了近52a水热条件的变化及其对净初级生产力(NPP)的影响,并对NPP的未来变化进行预估。结果表明:1)汉江流域年均温为13.7℃,整体呈升高趋势(0.14℃.(10a)-1)(p<0.001),北部快于南部,东部快于西部。多年平均降水为747.3mm,整体呈减少趋势,于1991年发生减少突变;2)NPP高值区位于大巴山区和米仓山部分地区,秦岭山地相对较小,表现出由南向北递减的空间格局。秦岭南麓部分地区NPP上升,汉江谷地除安康外均呈下降趋势,大巴山和米仓山一带除平利、镇坪外均呈现下降趋势。3)NPP与降水、相对湿度和湿润指数呈极显著的正相关关系(p<0.001),与潜在蒸散、日照时数和气温负相关,温度对于NPP积累起到的作用有限,水分是主要制约因素;4)a情景下NPP增幅15%以上,b情景下增加9%左右,c情景下NPP整体下降。

近60年汉江流域侵蚀性降雨的时空变化特征

汉江流域是水土流失与洪涝灾害严重的地区。侵蚀性降雨是剧烈土壤水蚀的原动力,是洪涝灾害的直接致灾因子,因此对汉江流域侵蚀性降雨特征的研究具有重要的实践意义。利用汉江流域及其附近地区47个站点逐日降雨观测资料,采用常规统计学方法计算研究区逐年年降雨量、侵蚀性降雨量以及暴雨量平均值,进而得到降雨特征值逐年距平百分率及变异系数(Cv),分析了这3个将于特征值之间的相互关系,揭示了汉江流域降雨的时间变化特征。借助于地理信息系统技术,将汉江流域逐年降雨特征值在ARCGIS里采用Kriging方法进行空间插值,得到年均降雨特征值的空间分布,分析了研究区3个降雨特征值的空间分布特征。研究结果表明:1951-2012年汉江流域多年平均降雨量为886 mm,日降雨量≥12 mm的侵蚀性降雨量为614.1 mm,日降雨量≥50 mm的暴雨量为167.6 mm。研究期间内,3个降雨指标均在波动中下降,但下降趋势不显著,没有表现出显著的干湿趋势;年侵蚀性降雨量和年降雨量变化具有显著的一致性,但侵蚀性降雨的变化幅度大于降雨量的变化幅度;年暴雨量的变化特征与年降雨量的变化特征亦相似,但年暴雨量的波动幅度较年侵蚀性降雨量、年降雨量更大。1951-2012年汉江流域年均降雨量、侵蚀性降雨量及年暴雨量在空间上均从东南向西北递减,降雨的异常程度很高。研究结果可增进对汉江流域降雨变化规律的认识,为汉江上游植被生态恢复及中下游的防洪减灾提供参考意见。

陕西省丹汉江流域农业非点源污染区划

农业非点源污染是导致地表水环境质量恶化的重要原因。丹汉江流域是南水北调中线工程的主要水源地,实现农业非点源污染分区管理分类控制,将进一步确保中线工程的水质安全。以陕西省丹汉江流域27个县(区)为基本单元,采用水质指数法、聚类分析法和等标污染负荷法等方法,进行了污染源敏感性评价和污染类型识别,进而实现流域农业非点源污染分区。结果显示:(1)丹汉江流域农业非点源污染可分为5级敏感区,且敏感区等级呈现以中心城市为核心,以干流为轴线,向南北两侧递减的分布格局。(2)农业非点源污染控制类型主要包括农业种植、畜禽养殖、生活排放3种基本类型。(3)敏感区等级越高,污染类型越复杂。

汉水流域水环境安全管理对策探讨

汉水是长江中游北岸跨省级行政区的一级支流。汉水流域上游的丹江口水库为规划中的南水北调中线工程水源地 ;流域中下游工农业生产发达 ,人口密集。因此 ,汉水流域水环境安全问题备受人们关注。初步研究了汉水流域水环境安全管理问题 ,首先探讨流域水环境质量的时空变化特征 ,然后就流域水环境安全的主要点源和非点源压力因素进行了识别。结果表明 :在时间上 ,汉水流域水质总体上有逐年恶化的趋势 ,枯水期存在点源污染问题 ,丰水期存在点源和非点源污染问题 ;在空间上 ,上游干流个别江段和整个流域多数支流水质污染严重 ,丹江口水库水质良好 ,中下游干流水质时有污染现象 ;河南 -湖北省界水体存在水质污染问题。最后 ,根据汉水流域水环境质量特征及存在的问题 ,从流域水资源保护体制、法制建设、管理的理论与方法、监测和评价的内容与方法、流域水环境规划与科研、流域生态建设、行政区之间利益分配。

黑河流域汉代垦殖绿洲空间分布重建

综合运用多学科研究方法和3S手段,基于遥感影像解译确定绿洲最大分布范围,结合土壤、海拔、坡度自然条件,合理推断了垦殖绿洲的总体范围.以历史文献、古遗迹、历史地图为基本资料,在开展多次深入细致地实地考察的基础上,获得对汉代垦殖绿洲进行重建的证据.以这些论据为基础,复原出了垦殖绿洲的空间分布范围并量算出了数量,从而获得了详尽的垦殖绿洲分布情况.重建结果表明:汉代垦殖绿洲在全流域都有分布,但主要集中分布在黑河干流和几条支流的下游;汉代上游和中游绿洲面积小而分散,下游相对集中,主要分布在古居延地区,黑河流域汉代垦殖绿洲面积达到1 755 km^2.黑河流域汉代垦殖绿洲能够得到大规模和全区域的开发是由国家政策、农业技术、丝绸之路、自然环境因素共同促成的.

基于PDS/GP模型分析汉江流域降雨极值特征

以汉江流域15个气象站1961~2010年的实测逐月降雨系列为例,将平均超出量函数和参数估计量变化两种阈值选取方法相结合,确定了各系列的合理阈值,并采用拟合残差法来减小阈值选取的不确定性。采用超定量（PDS）和年最大（AM）取样方法,选择广义Pareto（GP）和皮三型（PIII）分布,分别构建PDS/GP和AM/PIII模型,分析汉江流域降雨极值变化特征,预测汉江流域各站20年、50年、100年和200年一遇的月降雨极值。对比分析两种模型的计算结果,AM/PIII模型的估计值普遍大于PDS/GP模型,但受月降雨极值年际变化和空间差异的影响,差别不显著。

汉江上游小流域土地利用及水土流失初探

汉江流域丹江口库区是南水北调中线工程的水源地，其周边及上游流域生态环境对于保证库区生态安全具有重要意义。利用汉江上游流域的数字高程模型进行子流域划分，分析了汉江上游及子流域的土地利用／土地覆盖特征，并结合利用土壤侵蚀强度分级标准和数字高程图（DEM），对流域的水土流失进行初步估算。研究结果表明，除丹江口库区周边及汉中盆地的森林灌丛覆盖率相对较低之外，其它亚流域的森林覆盖率都在50％以上。上游中部地区的水土流失现象较为严重，尤其是大巴山的北坡和秦岭的旬河流域，而汉中盆地与丹江口库区周边的水土流失相对较轻。研究结果可为流域的环境治理及生态恢复提供支撑，对南水北调中线工程水源地保障具有重要意义。