Multivariate Statistical Analysis for the Assessment of Hydrogeochemistry of Groundwater in Upper Kambo Watershed (Douala-Cameroon)

The determination of the processes responsible for the mineralization of ground-water requires a large number of samples and physicochemical data, the treatment of which proves to be tedious. Many statistical methods are developed to facilitate the treatment of a certain volume of data. In this study, multivariate statistical analysis including principal components analysis (PCA) and hierarchical cluster analysis (HCA) have been applied on the groundwater physicochemical data of the upper Kambo watershed. The aim is to simplify the data in order to evaluate the relationships between the parameters and also to detect the factors that influence the water chemistry. For the PCA, three factors were retained representing 70% of the total inertia. Factor 1 shows the heterogeneity of sources of acquisition of the mineralization by the positive correlation with all the variables. Factor 2 indicates the dissolution of carbonates and anthropogenic input. Factor 3 highlights the silicate, anthropogenic and atmospheric or marine origin. The HCA enables to differentiate 4 groups of water according to the degree of mineralization. Groups 1 and 2 represent the most mineralized waters, dominated by calcium. The poor mineralized waters are groups 3 and 4 with the rather close contents in calcium and sodium.

Livelihood Strategy Change and Land Use Change——Case of Danzam Village in Upper Dadu River Watershed,Tibetan Plateau of China

Land use change in rural China since the 1980s, induced by institution reforms, urbanization, industrialization and population increase, has received more attention. However, case studies on how institution reforms affect farmers’ livelihood strategies and drive land use change are scarce. By means of cropland plots investigations and interviews with farmers, this study examines livelihood strategy change and land use change in Danzam Village of Jinchuan County in the upper Dadu River watershed, eastern Tibetan Plateau, China. The results show that, during the collective system period, as surplus labor forces could not be transferred to the secondary and tertiary industries, they had to choose agricultural involution as their livelihood strategy, then the farmers had to produce more grains by land reclamation, increasing multiple cropping index, improving input of labor, fertilizer, pesticide and adopting advanced agricultural techniques. During the household responsibility system period, as labors being transferred to the secondary and tertiary industries, farmers chose livelihood diversification strategy. Therefore, labor input to grain planting was greatly reduced, which drove the transformation of grain to horticulture, vegetable or wasteland and decrease of multiple cropping index. This study provides a new insight into understanding linkages among institution reforms, livelihood strategy

Hydrological Modeling of Upper OumErRabia Basin (Morocco), Comparative Study of the Event-Based and Continuous-Process HEC-HMS Model Methods

Human population growth and land-use changes raise demand and competition for water resources. The Upper OumErRabia River Basin is experiencing high rangeland and matorral conversion to irrigated agricultural land expansion. Given Morocco’s per capita water availability, River-basin hydrologic modelling could potentially bring together agricultural, water resources and conservation objectives. However, not everywhere have hydrological models considered events and continuous assessment of climatic data. In this study, HEC-HMS modelling approach is used to explore the event-based and continuous-process simulation of land-use and land cover change (LULCC) impact on water balance. The use of HEC-GeoHMS facilitated the digital data processing for coupling with the model. The basin’s physical characteristics and the hydro-climatic data helped to generate a geospatial database for HEC-HMS model. We analyzed baseline and future scenario changes for the 1980-2016 period using the SCS Curve-Number and the Soil Moisture Accounting (SMA) loss methods. SMA was coupled with the Hargreaves evapotranspiration method. Model calibration focused on reproducing observed basin runoff hydrograph. To evaluate the model performance for both calibration and validation, the Coefficient of determination (R2), Nash-Sutcliffe efficiency (NSE), Root Mean Square Error (RSR) and Percent Bias (PBIAS) criteria were exploited. The average calibration NSE values were 0.740 and 0.585 for event-based (daily) and continuous-process (annual) respectively. The R2, RSR and PBIAS values were 0.624, 0.634 and +16.7 respectively. This is rated as good performance besides the validation simulations were satisfactory for subsequent hydrologic analyses. We conclude that the basin’s hydrologic response to positive and negative LULCC scenarios is significant both positive and negative scenarios. The study findings provide useful information for key stakeholders/decision-makers in water resources.

岷江上游土壤侵蚀时空演变特征及其成因分析

为研究岷江上游流域土壤侵蚀动态变化情况,使用通用土壤流失方程(USLE)和统计学、空间分析等方法探讨了该区域2001—2017年土壤侵蚀时空演变特征及其成因。结果表明:(1)岷江上游流域土壤侵蚀主要发生在西部、西南部、东北部和东南部。(2)土壤侵蚀模数显著减小区域主要分布在流域西部和西南部,从地形、降水和土地利用看,主要分布于海拔2500~5000 m、坡度大于15°、年均降水量800~1200 mm的区域和林地侵蚀区。土壤侵蚀显著增加区域主要分布在北部和东南部,其中以中山、亚高山区域和年均降水量400~800 mm的干旱河谷区域为主。(3)土壤侵蚀状况与海拔、坡度、年降水量和植被类型在空间上呈显著正相关关系(p<0.05),随着海拔、坡度、年降水量增加,土壤侵蚀现象越明显。(4)未利用地、草地和林地土壤侵蚀较明显,侵蚀占比(轻度及以上侵蚀面积占该类型的比例)分别为87.11%,39.75%和9.49%。(5)不同类型林地侵蚀占比由大到小为疏林地(15.04%)>针叶林(13.50%)>混交林(4.41%)>阔叶林(0.97%)。林地土壤侵蚀主要受降水和植被覆盖度影响;而灌木和草地土壤侵蚀主要受制于降水。综上,未来该区域生态恢复需要重点加强对高海拔带(>2500 m)、坡度大于25°以及草地区域的植被恢复研究,进一步提高各类型植被水源涵养功能,开展流域土壤侵蚀分类治理,提高区域土壤侵蚀防治效果。

Land cover changes based on plant successions: Deforestation, rehabilitation and degeneration of forest in the upper Dadu River watershed

To link regional land use/cover changes with environmental effects, land cover changes are required to reflect vegetation successions, whereas the land cover classification systems commonly used nowadays cannot serve this purpose. In this paper, a new land cover classification system is established in which land covers are classified by the vegetation succes-sions, taking Zamtang County, Barkam County and Jinchuan County in the upper Dadu River watershed as a study area. Using multi-temporal remote sensing images, the land cover data of 1967, 1986 and 2000 are obtained by means of integration of unsupervised classification and visual interpretation methods. The database facilitates the study of land use/cover changes, en-vironmental effects and ecological construction. Land cover changes reflect the main ecological processes in the upper Dadu River watershed. The landscape composed mainly of grasslands, wildwoods and alpine scrubs in 1967 was changed to that of grasslands, secondary forests, al-pine scrubs, fragmentary wildwoods, artificial forests, secondary scrubs in 2000, meanwhile, the landscape got more fragmentized. The total area of the forests decreased by 9.43%. Study results have shown the process of restoration of logged areas in forest centers. From 1967 to 2000, only 6.86 percents of logged areas were converted to shrubs, meadows or crop-lands, and the rest were converted into artificial forests or secondary forests. So the ecological shelter functions will be restored, stage by stage. Firewood collection, charcoal production and overgrazing are the three major triggers for the extensive degradation of alpine oak forests, Sa-bina tibetica forests and meadows. The arid valley grasslands expanded too. The degradation of vegetation in the southern slopes impairs ecological shelter functions and affects livelihood of local residents, so it is essential to find effective measures for ecological restoration and recon-struction. Field investigations have found that the current measures have not concerned with how to keep the livelihood of local farmers and herders. The most important measure for ecological protection and restoration is to help the farmers and herders to raise the living standard, which means that they will never need to rely only on the colonizing of croplands, the logging of forests and the grazing of livestock to make a living.

SWAT模型及SUFI-2算法在秃尾河上游流域径流模拟中的应用

通过构建处于干旱和半干旱地区的秃尾河流域(上游)的水文、气象、土地利用土壤等数据库,利用基于分布式的SWAT模型对该流域的水文过程和产流机制进行模拟,并通过改进的SUFI-2算法对模型参数进行不确定分析、率定和验证,探讨SWAT模型在干旱和半干旱流域的适应性。采用1977—1983年的月径流实测数据进行模型率定,用1984—1989年的月径流数据进行模型验证。验证结果表明:该研究流域年径流相关系数(R2)和模型效应系数(Ens)均小于0.6(通常认为当模拟结果期望值大于0.6时,模型能比较准确地描述了研究流域的水文过程);月径流相关系数和模型效应系数超过或者接近0.6的水平;汛期(5—10月)模型径流相关系数和效应系数最高(超过或接近0.8)。研究表明通过改进的SWAT-SUFI模型能较好地模拟研究流域的汛期径流,而对全年径流和枯水期的径流模拟不够理想。

大渡河上游不同地带居民对环境退化的响应

青藏高原的环境退化引起了极大的关注,但农牧民如何认识和响应环境退化,还缺乏实证研究。采用参与性农村评估法,对大渡河上游不同地带典型村(位于河谷区的丹扎木村、中山区的克尔马村和山原区的日科村)的农牧民进行调查和对比分析。研究表明:①大渡河上游不同地带的居民对环境退化具有不同的响应过程。河谷区通过劳动力向二、三产业转移,缓解了人口压力,采取积极的措施来应对自然灾害和森林退化;中山区以劳动力向二、三产业转移和发展畜牧业来缓解人口压力,没有采取积极的措施应对环境退化;山原区的劳动力不能转移到二、三产业,只能通过增加牲畜数量来解决生计,牧民仅采取一些积极的措施来应对草料不足的问题和雪灾等自然灾害。在大渡河上游,最脆弱的区域是中山区和山原区,而不是人口压力大的河谷区。②生计方式是影响居民响应人口压力和环境退化的关键因素。基于居民的生计方式来解释和解决生态脆弱区的人口压力和环境退化问题,将是一个新的方向。③劳动力向二、三产业转移有利于居民改善生计。降低教育收费和进行基础设施建设,将加快劳动力向二、三产业转移。

东江中上游主要森林类型枯落物的持水特性

为了定量评价森林枯落物的水文功能,通过浸水法和野外观测,调查了东江中上游主要森林植被类型枯落物的蓄积量,分析了枯落物的持水能力与过程。结果表明,枯落物蓄积量介于4.76～12.13t/hm2,表现为针阔混交林>杉木林>阔叶林>马尾松林>杂灌林;不同森林类型的枯落物最大持水量为4.89～18.17t/hm2,最大拦蓄量为3.34～14.39t/hm2,有效拦蓄量为2.60～11.66t/hm2,均表现为杉木林>针阔混交林>阔叶林>杂灌林>马尾松林。枯落物浸水实验表明,枯落物持水率与浸水时间存在对数曲线关系,而枯落物吸水速率与浸泡时间呈反函数关系;不同森林类型枯落物持水率和吸水速率随时间的动态变化规律基本相似。随浸水历时的延长,枯落物持水率呈增加趋势,在浸泡10～12h后,持水率增幅趋于平缓;不同森林类型枯落物吸水速率在前2h内变化最快,之后逐渐变缓,24h时吸水基本停止。

大渡河上游生计方式的时空格局与土地利用/覆被变化

该文以大渡河上游壤塘县、马尔康县和金川县为例,在野外考察、农户调查、历史资料分析的基础上,利用遥感、地理信息系统等多种手段,研究了该区1950～2000年生计方式的时空格局和1967～2000年的土地利用/覆被变化过程。结果表明:在河谷区、中山区、林区和牧区,居民生计方式的演变具有不同的特点。随着生计方式的演变,大渡河上游具有多样的土地利用/覆被变化过程。1980年代以后,该区不同地带劳动力向二三产业的转移具有显著的差异,居民对环境退化具有不同的响应方式。该研究还表明,生态脆弱区社会经济发展和生态重建的关键在于改变居民的生计方式,促进劳动力向二三产业转移。

洞庭湖流域中上游地区景观格局变化及其驱动力

基于GIS、RS技术,对1980—2000年洞庭湖流域中上游地区景观格局的时空变化特征进行了研究,并分析了该区景观演变的驱动因素.结果表明:1980—2000年,研究区不同景观类型间的面积变化差异较大,其中,面积变化显著的景观类型从大到小依次为有林地、山地水田和疏林地;景观面积的变化主要发生在山地区和丘陵区,且由东往西呈减少趋势,即湘水流域的景观面积变化最大,然后依次为资水流域、沅水流域和澧水流域.1980—1995年,各类景观的斑块形状大多呈现简单和规则化趋势,1995年后其复杂程度逐步增加.农村人口对自然生态系统的压力、流域发展对自然资源的依赖程度、为维持自然生态系统功能进行的投入以及农业产业政策调整是研究区景观格局变化的最主要驱动力.

东江中上游主要造林树种光合生理特征

在东江中上游,以6年生造林树种木荷Schima superba、红锥Castanopsis hystrix、火力楠Michelia macclurei和藜蒴Castanopsis fissa为材料,利用Li-6400光合作用测定系统,对东江中上游水源林主要造林树种木荷、红锥、火力楠和藜蒴叶片光合日变化和光响应进行了测定,探讨了4种树种在当地自然生境下的光合生理特征。结果表明:木荷和藜蒴净光合速率(Pn)日变化呈"单峰"曲线,火力楠和红锥净光合速率(Pn)日变化呈"双峰"曲线,4种树种净光合速率(Pn)最大值均出现在10:00左右,分别为8.73、6.00、6.68和7.91μmol.m-2.s-1;4种树种净光合速率(Pn)日均值表现为木荷>火力楠>红锥>藜蒴,蒸腾速率(Tr)日均值表现为红锥>木荷>火力楠>藜蒴,水分利用效率(WUE)日均值表现为木荷>藜蒴>火力楠>红锥,木荷具有高光合、高水分利用效率的生理特性,对环境适应能力强。4种树种光响应曲线均符合非直角双曲线模型(R2>0.98)和指数模型(R2>0.98),采用非直角双曲线模型拟合的4种树种最大净光合速率(P,max)、暗呼吸速率(Rd)和表观量子效率(a)基本高于指数模型相应拟合值,且接近实测值,但2种模型拟合的光饱和点低于实际观测值。在中幼龄阶段,木荷、红锥、火力楠和藜蒴表现出较高的光饱和点(LSP)、较低的光补偿点(LCP)和较低表观量子效率,具有较强的耐阴喜光特性,对光照强度表现出一定的适应性和可塑性,对弱光与强光的利用能力较高。这些研究结果为东江流域水源林造林设计、树种筛选和抚育提供理论参考。

潮河上游降水-径流关系演变及人类活动的影响分析

以潮河密云水库上游流域为研究对象,利用双累积曲线将1961～2005年期间年降水-径流关系演变划分为三个阶段:1961～1978,1979～1993,1994～2005。第二和第三阶段相对第一阶段而言,平均年径流有较大幅度的减少,年径流对降水的响应程度在减弱。与此相对应,进入1980年代后,流域内的人类活动强度在增加,主要表现为小水库、塘坝等水利设施的大规模建成并投入使用,以及农垦和造林等土地利用活动导致耕地和林地面积的增加。人类活动使得流域总蒸发和入渗增加,从而改变水量平衡,径流对降水的响应变得迟缓,减少流域总径流;不同降水年型降水-径流的关系表现出很大差异,人类活动对枯水年份年径流的影响相对较大。

农业非点源污染模型AnnAGNPS适用性检验

以大沽河典型小流域为研究区，借助GIS和相关资料提取参数，建立模型数据库。在此基础上，采用2001—2002年小流域出口径流量、泥沙和总氮监测数据优化参数、校准和验证模型，分析AnnAGNPS模型在大沽河典型小流域的适用性。结果表明，模型对日均径流量、泥沙及总氮输出的模拟能力较差，而对年均污染负荷估算结果比较理想。当前AnnAGNPS模型主要被用于评价流域非点源污染的长期影响及最佳管理措施的选择精度足矣。

基于LUCC的密云水库上游流域人为干扰动态变化

人类活动对地球表层的干扰所造成的影响和变化正日益增强,正确估计人为干扰对现在和未来环境变化影响的程度以及叠加在自然变化上的幅度具有重大意义。选择生态系统服务功能突出、人地关系矛盾剧烈的北京市密云水库上游流域为研究区,基于2005和2013年2期SPOT 5遥感影像数据,借助人为干扰度指数和GIS空间分析方法,从结构变化、类型变化、空间变化和人为干扰度4个角度,探讨密云水库上游流域人为干扰时空动态分异及变化特征。结果表明:(1)2005—2013年间,密云水库上游流域景观以林地-耕地-园地格局为主导,土地利用变化速度加快,人类活动对土地资源的集约利用强度增加。(2)农业结构调整、土地开发整理、经济发展、建设占用以及生态恢复工程是流域内土地利用与土地覆被变化的主要因素;旱地、园地、有林地、灌木林地面积减少,菜地、草地、疏林地、建设用地和滩地增加,森林生态系统质量呈退化趋势;工矿用地和未利用土地主要转为园地、林地和草地,生态恢复工程略显成效。(3)半干扰是流域内主导的干扰景观类型,全干扰和半干扰型景观面积增加,无干扰型景观面积减少,流域内景观的人为干扰强度呈现由深山区向浅山区逐渐增强的空间分异特征,交通道路沿线及人类活动活跃地区是人为干扰强度增加最显著的地区。

近50a来官厅水库上游流域泥沙输移平衡研究

近50 a来官厅水库上游流域侵蚀产沙总量为4.57×109t,其中水土保持措施拦沙量7.71×108t,占总产沙量的16.89%;水利工程拦沙量7.65×108t,占总产沙量的16.76%;引洪淤灌减沙量9.65×108t,占总产沙量的21.14%;河道淤积沙量8.16×108t,占总产沙量的17.88%;官厅水库淤积量7.50×108t,占总产沙量的18.02%;官厅水库下泄4.25×108t,占总产沙量的9.31%。20世纪的后20 a,流域内的水土保持措施拦沙量大幅度提升,和1950—1980年间相比,水土保持措施拦沙率提高了26.27%。

岷江上游杂谷脑流域景观可视化初探

在空间数据(包括数字高程模型和景观类型图)的支持下,采用景观可视化软件VisualNatureStudio(VNS)2.0对岷江上游杂谷脑流域的景观进行了可视化研究,研究结果比较直观地再现了该流域主要的景观类型,包括林地、灌木、果园、草地和耕地,为流域的管理提供了一种全新的管理工具;并阐明了景观可视化研究未来的发展趋势,对我国开展这方面的研究具有一定的指导意义。

DEM空间尺度对岷江上游流域特征提取的影响

DEM分辨率是描述DEM地形精确程度的一个重要指标,同时也是决定DEM使用范围的一个主要影响因素。此处以岷江上游流域为研究区,Arc GIS为技术支撑,分析DEM空间尺度对流域特征提取的影响。首先,采用7组不同分辨率的DEM数据,通过5类不同特征参数的提取来进行DEM尺度效应的定量分析。其次,借鉴坡度中误差法思想和信息熵理论,综合分析高程、坡度和地面粗糙度来确定该地区DEM研究的分辨率合理范围。结论表明：随着DEM栅格大小的不断增大,高程区间和坡度随之减小;地面粗糙度的减小表现出地形的平坦化;信息熵所包含的内容减少;河网总长度和河网密度也随之变短变稀疏。文中岷江上游流域特征提取研究的DEM最佳空间分辨率区间为30-60 m。

珠江上游尖山河小流域土地利用调查与评价

在RegionManager软件的支持下,对尖山河小流域水土流失综合治理前后的土地利用状况进行了调查。采用层次分析法和综合指数法,对两期的土地质量等级进行了评价。调查结果表明,小流域土地总面积1883.05 hm^2,治理后与治理前相比,乔木林、灌木林、果木林及梯田面积分别增加423.5,299.9,17.6和32.0 hm^2;疏幼林、坡耕地及荒山坡面积分别减少487.4,164.3和164.5 hm^2。新增了保土耕作和经济林两种土地利用类型,水田、水域、非生产用地及难利用地面积基本保持不变。评价结果显示,治理前尖山河小流域的土地等级主要为三等地和四等地,占流域总面积的67.20%;治理后主要为二等地和三等地,占总面积的71.37%。从总体上看,治理后比治理前提高了一个质量等级,治理效果显著。

近40年来唐河上游降水-径流变化及原因探讨

以海河水系唐河上游流域为研究对象,根据1960年-2002年流域的降水及实测径流资料,利用肯德尔秩次相关法和双累积曲线,分析了年降水、年径流和降水-径流关系的变化趋势。结果表明,降水量不存在明显变化趋势,而径流量存在明显的下降趋势。整个降水-径流系列可以划分为三个阶段:1960年-1978年,1979年-1995年,1996年-2002年,三个阶段的降水-径流相关系数依次减少,降水-径流相关性减弱。此外,从流域内土地利用类型变化、水利工程建设、地下水资源开发利用状况等几个方面对流域降水-径流变化原因进行了初步分析与评价。

基于GIS的汉江上游文川河流域土壤侵蚀特征研究

土壤侵蚀是南水北调中线水源地汉江上游地区亟待解决的关键问题。以汉江上游文川河流域为研究对象,基于遥感和GIS技术,以Landsat TM遥感影像和DEM为数据源,分析了文川河流域2011年土壤侵蚀及其空间分布特征。结果表明:文川河流域土壤侵蚀程度为21.62%,以轻度和中度侵蚀为主;低山丘陵区是土壤侵蚀的主要发生区。占流域面积35%的低山丘陵区,其侵蚀面积占侵蚀总面积的65%;流域内土壤侵蚀主要发生在坡度较大的区域,特别是15°以上的区域,且呈现出随坡度增大,侵蚀越严重的特征;坡耕地、草地和低山丘陵区的林地土壤侵蚀严重。仅占流域面积6%的坡耕地,其侵蚀面积占侵蚀总面积的30%。研究结果说明汉江上游低山丘陵区的土壤侵蚀不容忽视,应作为今后生态环境保护和水土保持的重点区域,加强坡耕地土壤侵蚀治理,加快植被恢复与建设,改善生态环境,控制水土流失,以保障南水北调中线调水工程的安全运行和工程沿线区域的生态环境质量。