Quantitative relationship between surface sedimentary diatoms and water depth in North-Central Bohai Bay,China

To study the quantitative relationship between surface sedimentary diatoms and water depth,67 surface samples were collected for diatom analysis on eight profiles with water depth variation from the muddy intertidal zone to the shallow sea area in North-Central Bohai Bay,China.The results showed that the distribution of diatoms changed significantly in response to the change in water depth.Furthermore,the quantitative relationship between the distribution of dominant diatom species,their assemblages,and the water depth was established.The water depth optima for seven dominant species such as Cyclotella striata/stylorum,Paralia sulcata,and Coscinodiscus perforatus and the water depth indication range of seven diatom assemblages were obtained in the study area above the water depth(elevation)of-10 m.The quantitative relationship between surface sedimentary diatoms and water depth provides a proxy index for diatom-paleo-water depth reconstruction in the strata in Bohai Bay,China.

Spatiotemporal Evolution of Runoff and Sediment of the Taohe River and Its Driving Analysis

In order to explore the spatial and temporal changes of runoff and sediment in the Taohe River and its driving mechanism,Spearman correlation coefficient method,Mann-Kendell mutation test method and ordered clustering method were used to analyze the changes of runoff and sediment discharge and their driving factors in four hydrological stations along the Taohe River from 1957 to 2016.The results showed that the correlation between runoff and sediment of the four hydrological stations along the Taohe River was significant,and the correlation coefficient was 0.728-0.984.The runoff and sediment transport in the interval showed an increasing and decreasing trend.The decrease rate of runoff was 133.82%-216.17%higher than that of Xiabagou station,and the decrease rate of sediment transport was 250.49%-4766.33%higher than that of Xiabagou station.The mutation year of the Taohe River runoff occurred in 1986,and the maximum decrease was 35%.The water-sediment relationship curves of different periods showed that the sediment discharge of the four stations changed abruptly around 1990,and the maximum reduction before and after the mutation was up to 73%,and the sediment discharge in the river channel decreased significantly.The research showed that human activities were the main driving factors for the change of water-sediment relationship in the Taohe River.

水土保持生态建设下的黄土高原典型流域水沙响应

为探讨黄土高原多沙粗沙区流域水沙关系演变特征及其对水土流失治理的响应,以黄河中游无定河流域为研究对象,综合采用水沙关系曲线、数理统计等多种方法,系统分析1956—2019年间无定河流域水沙关系多时间尺度演变特征及其与水土流失治理的协同响应。研究结果表明:1)研究时段内,无定河流域年径流及年输沙量呈锐减趋势(P<0.05),且均在1970年左右发生减少突变;2)流域水沙关系在年际和场次洪水尺度上均发生深刻变化。2010年以后,暴雨频发导致流域内侵蚀物源头供应明显增加,流域河道泥沙输送能力小幅提高;3)水土保持措施实施对流域水沙锐减影响较大。2000年前后在相似降雨条件下,单位降雨量径流量和单位降雨量输沙量较20世纪70年代减少47%和62%。水土保持措施面积增加与流域径流输沙减少呈现较好的一致性,流域水土流失治理在提高黄河多沙粗沙区流域下垫面抗侵蚀能力等方面发挥重要作用。研究结果可为科学认知区域水土流失治理成效及入黄泥沙锐减成因提供参考。

滇中引水工程水源区水沙关系及悬移质含沙量预测方法研究

滇中引水工程水源状况对供水至关重要,为全面了解工程水源区的水量和悬移质含沙量特性,分析悬移质含沙量未来情势,依据水源区石鼓水文站资料系列,基于水文随机分析、小波分析、Copula函数等方法研究石鼓站水与沙的变化趋势及周期规律、联合分布及相依变化情况,在此基础上提出一种悬移质含沙量模拟及预测模型。研究结果表明,石鼓站流量和悬移质含沙量的年际、年内分配不均匀;水沙组合的同现重现期最大、联合重现期次之、条件重现期最小,同步遭遇概率远大于异步遭遇概率;未来丰、平、枯水情景下的多年平均悬移质含沙量分别为0.639、0.597、0.562 kg/m^(3),较1955~2019年实测的0.586 kg/m^(3)分别增长了9.0%、1.9%、-4.1%,3种情景下悬移质含沙量均呈上升发展趋势。研究成果从水沙分析角度为滇中引水工程供水调度、含沙量预估等提供了决策依据。

云南高原金沙江干支流水沙相关性分析

云南省境内的金沙江流域覆盖全省主要的经济、政治地域,金沙江虎跳峡河段是正在开工建设的滇中引水工程的水源区,分析云南高原金沙江干支流水沙相关性对揭示区域水沙规律、保障水源安全具有重要意义。为此,基于云南省境内金沙江流域干流及典型支流上的控制站点的流量和悬移质含沙量等观测资料,依托随机水文、趋势分析、Copula函数等方法系统地分析了水沙年际年内分布、时空遭遇、协同变化等规律和特性。结果表明,云南省境内金沙江干、支流流量和悬移质含沙量的年内分配不均,流量和悬移质含沙量正相关变化不完全同步;流域发生连续丰水/多沙事件的概率大于连续枯水/少沙事件的概率,但前者的持续影响弱于后者;水沙遭遇异步概率大于同步概率,丰水多沙组合的同现重现期最大、联合重现期次之、条件重现期最小。

北洛河流域生态环境变迁及对水资源和水沙关系的影响

黄土高原地区水土流失严重,水资源短缺,生态系统脆弱,限制了该区域的社会和经济发展。针对人类活动将如何影响黄土高原水沙变化以及如何配置退耕还林还草面积的问题,目前尚缺乏定量分析和研究。以黄土高原渭河子流域北洛河流域为研究区,分析了北洛河流域近20 a降雨、径流、水资源量、产沙量和归一化植被指数的时空变化,建立了流域分布式水文模型,定量评价了退耕还林还草对水资源和水沙关系的影响,探索了不同决策条件下的最优退耕方案。结果表明:流域水资源总量、径流量、地下水资源量和产沙量呈现递减趋势,年均减少量分别为0.07×10^(8)m^(3)、0.01×10^(8)m^(3)、0.012×10^(8)m^(3)、163×10^(4)t;归一化植被指数和降水呈现递增趋势,年均增加量分别为0.006 4,0.65×10^(8)m^(3);生态环境变化导致径流量和产沙量减少,流域分布式水文模型模拟显示退耕还林还草或植被覆盖率增加会导致流域径流量和产沙量共同减少,但产沙量的响应更为敏感;综合考虑径流与产沙的影响,基于多目标优化提出了退耕还林还草面积的优化配置建议,最优退耕面积约为全部耕地面积的28.1%。本研究可为黄土高原地区生态环境建设、水土保持、水沙资源的合理利用提供决策支持。

黄河中游典型流域近60年水沙变化趋势及影响因素

为分析黄河水沙成因并预测未来水沙情势,选取黄河中游多沙粗沙区昕水河和朱家川2条流域为研究对象,依据水文站及雨量站1956—2018年降雨和径流泥沙实测数据,采用Mann-Kendall趋势及突变检验、累积距平法和Morlet连续小波分析等方法探讨流域水沙变化趋势,并利用双累积曲线法对水沙变化进行归因分析,量化气候变化及人类活动对水沙变化的相对贡献。结果表明:1956—2018年,昕水河和朱家川小流域年均径流量分别为11.9×10^(7),1.7×10^(7)m^(3),年均输沙量分别为12.3×10^(6),9.8×10^(6)t,径流和输沙量均呈显著减少趋势;2条流域的径流量突变年分别为1980年和1984年,输沙量突变年分别为1980年和1972年;选取的2条流域水沙变化存在明显周期性,径流变化的第1主周期分别为45年和16年,输沙量变化的第1主周期分别为9年和15年;降雨对昕水河和朱家川小流域径流量减少的贡献率分别为19%,8%,对输沙量减少的贡献率分别为25%,35%,远不及人类活动的贡献率,人类活动是径流和输沙量锐减的主导因素。研究结果可为黄河水沙治理提供科学性建议。

罕台川流域水沙变化及其归因

[目的]研究孔兑典型支流降水、径流和输沙变化特征,量化气候变化和人类活动对水沙变化的影响,以期揭示孔兑地区水沙演变驱动机制,探究孔兑入黄泥沙减少原因。[方法]以黄河流域十大孔兑典型支流罕台川流域为研究区,基于该流域1980—2018年的年降水、径流和输沙数据,采用线性趋势法、Mann-Kendall趋势检验、Pettitt突变检验和双累积曲线等方法,探究水沙变化原因。[结果]罕台川流域降水呈非显著上升趋势,径流量呈非显著下降趋势,输沙量呈显著减小趋势(p<0.05)。年径流和年输沙均于1998年发生突变,突变后年均径流量较突变前减少38.61%,而输沙量显著减少,较突变前减少80.61%。[结论]人类活动是罕台川流域水沙减少的主要因素,其对径流量及输沙量减少的贡献率分别为60.38%和59.73%,而降水变化的贡献率分别为39.62%和40.27%。

黄土高原典型流域次洪事件水沙关系变化及其驱动因素

[目的]探究黄土高原典型流域次洪事件水沙关系变化,探讨水土保持综合治理对流域水沙关系的调控,以期为黄土高原地区未来的生态恢复与水土保持综合治理提供参考。[方法]基于孤山川、佳芦河和西川河流域1974—1989年和2007—2019年的洪水水文要素资料,采用线性函数分析了流域不同时期水沙关系变化特征,采用皮尔逊相关系数法探讨了径流指标(年径流深、平均洪峰流量和平均流量)和输沙指标(年输沙量、平均最大含沙量和平均含沙量)间的相关性,辨析了不同流域水沙变化的驱动因素。[结果]2007—2019年各流域次洪事件的年均径流深和年均输沙量较1974—1989年均显著减少(p<0.05),孤山川流域变化最大,分别减少56.48%,95.03%;佳芦河流域的年均输沙量变化不明显且年均径流深有所增加,主要由于该流域植被覆盖较差、水土保持措施治理占流域比例小,加之近年来极端降雨量增加。[结论]各流域的水沙关系在经过水土保持综合治理后发生显著变化,径流深-输沙模数线性关系减弱,黄土高原水土保持措施的实施尤其是大规模植被恢复使流域产输沙能力下降,从而导致径流和输沙变化的不同步。

黄河干流头道拐水文站造床流量变化及其驱动因素

基于1960-2016年黄河干流头道拐水文站实测水沙数据,采用马卡维耶夫方法计算了历年造床流量。通过分析年径流量、输沙量、断面形态、平滩流量和造床流量的变化过程,分析了头道拐水文站近60年水沙变化的驱动因素,以及造床流量与断面变化和平滩流量之间的响应关系。研究结果表明:1960-2016年径流量和输沙量均呈减小趋势,分别在1986年和1984年发生突变。造床流量同样呈减小趋势,1960-1986年多年平均值为2355 m^(3)/s,1987-2016年减小至885 m^(3)/s,且年际波动幅度明显减小。头道拐断面形态主要受到重现频率较高的中水流量和重现频率较低的大流量过程控制。造床流量可以反映断面形态对水沙条件的调整过程,且长时间序列遵循大造床流量冲刷,小造床流量淤积的演变规律。

模拟降雨下前期含水量对黄绵土坡面产流产沙过程的影响

为探究不同前期土壤含水量条件下坡面产流产沙特征及产流产沙关系,以安塞黄绵土为研究对象,通过设置6个前期土壤含水量处理(5%,10%,15%,20%,25%,30%),采用室内人工模拟降雨试验来系统研究前期土壤含水量对坡面产流产沙过程的影响。每个含水量处理设置2个重复,坡面坡度为15°,设计雨强为90 mm/h,降雨历时为1 h。结果表明:(1)随着前期土壤含水量的升高,坡面初始产流时间幂函数减小,产流量线性增大。(2)坡面土壤流失量随前期土壤含水量增大呈幂函数增加,高含水量组(29.3%)土壤流失量分别是低含水量组(5.8%和10.6%)和中含水量组(15.3%,20.4%,25.1%)的86.1,8.9倍。当前期含水量接近饱和时,坡面侵蚀加剧,土壤流失量迅速增加。(3)不同前期土壤含水量条件下坡面产流量与产沙量呈幂函数关系,当产流速率超过1.4 L/min,产沙量迅速增加甚至翻倍,呈“水大沙多”的特点。前期土壤含水量通过影响入渗产流和改变径流泥沙关系双重作用来影响坡面产沙。因此,对黄绵土坡面而言,应注意防范连绵持久降雨后暴雨或特大暴雨所造成的水土流失问题,可采取耕作、植被覆盖等措施维持适当土壤含水量使土层不饱和来减少侵蚀。研究结果为黄土高原水土资源保护和管理提供科学依据。

近70年来虎渡河水沙变化特征与冲淤演变分析

虎渡河是长江分流入洞庭湖的主洪道之一,三峡水库蓄水后虎渡河的水沙条件明显改变,但由于全河段的水沙与河床形态监测资料不完整,其沿程水沙变化与河道冲淤响应的研究不足。利用近70年来弥陀寺和董家垱水文站的长序列水沙数据与虎渡河的实测河床地形资料,分析了虎渡河水沙变化及冲淤演变的特征和规律。研究结果表明,三峡水库蓄水后虎渡河汛期的分流量减少了32.84%,但上游与下游的流量比稳定在83.0%左右;水位与流量关系曲线有上翘的趋势,相同洪水流量的水位更高。近5年虎渡河的冲淤变化整体趋于平缓,但输沙率比三峡水库运行前5年下降95%,且汛后水流含沙量约高出汛前22.52%。

洮河流域径流输沙演变与降雨及降雨侵蚀力的关系

[目的]揭示气候变化、人类活动耦合作用下复杂的水沙变化、水沙关系,探明降雨侵蚀力的影响及径流输沙变化的响应机理,为流域水土流失防治和生态建设提供科学参考依据。[方法]基于洮河流域及周边6个气象站点逐日降水和下游控制站逐月径流输沙数据,采用多元统计分析法、水沙曲线、相关系数、灰色关联度、弹性分析法等方法分析研究了径流、输沙、降雨(P)、降雨侵蚀力(R)演变规律,及其相互作用关系。[结果]洮河流域1956—2019年径流整体呈显著下降趋势,线性变化率-2.8×10^(7)m^(3)/a,1987年发生突变,输沙整体呈显著下降趋势,线性变化率-4.61×10^(5)t/a,2003年发生突变,降雨、降雨侵蚀力均呈不显著上升趋势,且未出现明显突变。洮河流域R上中游小于下游,夏季(626.33)>秋季(125.31)>春季(122.22)>冬季(0),夏季降雨侵蚀力占比71.67%,夏季对泥沙侵蚀影响最大。P与R分布相反,P相对较小的下游流域R较大,P相对较大的上中游R较小,流域水沙异源,上中游产水,下游产沙。对输沙量影响最大的是R,对径流量影响最大的是P,2003年后单位降雨侵蚀力输沙水平有所降低。影响输沙量变化人类活动占比90%左右,气候因素占比10%。[结论]变化环境下洮河流域输沙变化主要受人类活动影响,流域水沙异源,与P相比,更应关注R对输沙变化的作用。

鄱阳湖五河入湖水沙丰枯遭遇关系分析

【目的】探究鄱阳湖五河入湖水沙丰枯变化及其影响因素。【方法】基于鄱阳湖“五河”流域控制水文站的径流量—输沙量资料,利用滑动相关系数法、双累积曲线法和Copula函数,揭示了流域水沙演变规律,定量评估不同时期流域水沙丰枯遭遇事件发生的概率。【结果】五河入湖总径流量呈增加趋势,其中修水增加趋势显著,总输沙量呈显著减少趋势,而饶河输沙量呈显著增多趋势;五河入湖水沙关系除抚河外都出现突变变化,其中信江水沙关系突变后径流量增幅最大为15.9%,赣江输沙量降幅最多为67.3%,饶河P3时期(2004—2018)的输沙量相较P1时期(1956—1971)增幅高达100.3%;不同时期“五河”水沙丰枯异步的概率要小于丰枯同步,且丰枯同平的概率最高;【结论】极端降水特征、水土保持项目的实施、水库建设和河道采砂对流域水沙变化影响深远。

黄河下游典型断面水力几何关系对水沙变化的响应过程研究

流域水沙要素的变化会使下游河道水力几何关系发生自适应调整。为探明黄河下游河道典型断面水力几何关系对水沙变化的响应过程,基于黄河下游典型断面1965—2015年水沙资料和断面数据,识别来沙系数的突变情况并据此划分研究时段,对比分析不同时段各河段水力几何关系的变化。结果表明:黄河下游来沙系数在1985年和2000年前后发生突变,呈平稳波动—增大—减小的趋势,河道由淤积变为冲刷;来沙系数减小后,花园口、高村、泺口断面形态对水沙变化响应的滞后时间延长,分别由2、5、4 a增加为4、6、6 a;花园口和高村断面形态演变受水沙条件影响的程度在来沙系数减小后显著提高,而泺口断面则有所减小。

冲积河道冲淤临界流量的探讨

利用非饱和和输沙公式 ,首次提出了以悬移质为主的冲积河流中冲淤临界流量与水沙以及边界条件的一般关系。该关系表明 ,冲淤临界流量主要与含沙量成某一次方的比例关系 ,同时受水沙搭配关系以及边界条件的影响。

黄土丘陵沟壑区坡面水保措施及植被对流域尺度水沙关系的影响

根据黄土高原高含沙水流的特点,认为次暴雨的产沙模数和径流深可用线性正比关系式来表示,关系式中比例系数表示流域单位径流深的输沙能力、次暴雨过程中流量超过临界值后的稳定含沙量以及流域历次洪水的平均含沙量。在此模型基础上,以黄土丘陵沟壑区的王家沟的两个毗邻地貌相似的两条沟为研究区,其中一条沟为经治理而另一条则未治理。探讨各种坡面水土保持措施及植被对流域水沙关系的影响。结果表明,治理流域和非治理流域具有相同的水沙关系,被治理沟的植被等坡面措施在流域尺度上仅通过减水来减沙。这主要是因为植被等坡面措施不能显著改变沟道的输沙能力,且由于植被不能很好地控制沟谷侵蚀和重力侵蚀,使得水流进入沟道后又会获取充足的泥沙补充,达到和治理前相同的径流输沙能力。因此可以认为,在仅有植被和其它坡面治理措施的情况下,治理流域的减沙率可用减水率来估计。本文的实际计算表明,在多年平均尺度、年际尺度和次暴雨尺度这一方法都有较好的精度。

补远江流域水沙特性及其变化分析

补远江是澜沧江干流来水量最大的一级支流,其水文效应随着干流梯级电站相继建成而凸显,而对该流河水沙研究尚欠关注。采用补远江曼安水文站1960～2008年月平均流量和1993～2008年月平均悬移质含沙量数据,对补远江流域的水沙特性及其变化进行了统计分析。结果表明:①研究时段内,补远江流域水沙的年内分配不均;②流域水沙的年际变化幅度较大,年径流量和年悬移质输沙量均呈现一定的下降趋势;③曼安流量与含沙量呈现明显正相关,拟合程度较高。

应用量子化学参数预测多氯有机物的分配性质

应用量子化学AM 1算法求得多氯有机物的量化参数 ,以此来构建定量结构 性质相关 (QSPR)模型 .该模型能较好地预测多氯有机物的正辛醇 /水分配系数 (Kow)和沉积物吸附系数 (Koc) .Kow和Koc平均误差分别为 0 31和 0 33个对数单位 .模型的稳健性检验结果表明 :模型中自变量不存在相关关系 ;残差呈正态分布 ;对Koc来说 ,PCB和PCDD/F在构建模型中起核心作用 ,剔除该类化合物导致模型相关系数明显下降 ,农药类及氯硝基苯类化合物的存在降低了模型的精度 .

陆架海岸台风沉积记录及信息提取

长时间尺度风暴强度–频率关系与气候变化相关联,而器测记录和历史记载难以提供充分的信息,因此从沉积记录中提取风暴信息成为一个前沿科学问题。在应用上,这项研究可为海岸带城市群应对未来气候和海面变化提供决策依据。本文回顾了台风沉积记录研究进展,显示陆架泥质沉积、海滩及海岸沙丘、潮滩、潟湖、巨砾是台风事件记录的良好载体,可通过层序形态和物质特性分析而识别。同时,还需进一步完善分析方法,以区分台风、冬季风暴、河流洪水和海啸等不同类型的极端事件沉积。在台风强度信息提取方面,陆架泥质沉积所含贝壳–粗颗粒沉积物可作为海底再悬浮强度的指标,但需更多实测数据的率定;海滩及海岸沙丘顶部的台风沉积分布高程指示了台风激浪流的上冲高度,而台风巨砾的重量可以与近岸波浪的波高建立联系。以上数据经过换算后可以得出台风强度的信息,虽然这些间接的沉积学信息还不足以建立风暴强度–频率关系,但有助于台风强度大数据的建立。潮滩、潟湖沉积连续性好,可构成台风事件的时间序列,然而关于台风强度却是多解的,台风最大风力、持续时间、移动路径、登陆地点的不同组合可能产生同样的事件沉积。我们建议,应发展台风信息提取的新方法,来解决这个问题。进行现代过程模拟,根据已知的台风事件资料构建沉积物输运堆积模型,使之能够复演事件沉积的特征;进行多个地点事件沉积的反演模拟,在此情形下,即便每个站位的结果是多解的,但针对多个站位上求取其解的交集之后,多解性将下降,这种模拟方法可称之为“解空间收缩法”;采用大数据融合方式,将其他来源的台风强度数据纳入模拟体系,可进一步降低风暴信息提取的不确定性。动力过程模拟与大数据融合方法的建立,有助于获得与沉积记录同样时间尺度的台风强度–频率关系曲线,进而分析台风动态与气候变化的关系。