大沽河流域水文情势变化研究

[目的]探究大沽河流域长时间序列下径流的变化趋势和周期特征,为大沽河流域的水资源管理和可持续发展提供理论参考。[方法]基于大沽河流域南村水文站1956—2020年和闸子水文站1956—2016年的实测径流资料,采用Mann-Kendall检验法、滑动t检验法分析多年径流量变化趋势和突变时间,采用Morlet连续复小波法分析了流域多年径流量的周期特征。[结果]大沽河流域多年径流量整体呈下降趋势,且呈现出汛期(6—9月)流量多、非汛期流量少的特点,流量峰值一般出现在8月。南村站径流于1976年发生突变,闸子站径流于1979年发生突变。大沽河流域径流量在多个时间尺度下均出现明显的周期变化,第一主周期在20 a左右,且在20世纪80年代之前周期震荡显著。[结论]大沽河流域长时间序列径流量呈现出显著下降的变化趋势,流域径流量在20世纪70年代发生突变,且存在不同时间尺度周期变化的特征,未来应加强径流变化机理研究。

大沽河流域海水入侵数值模拟及其全局敏感性分析

基于SEAWAT建立三维海水入侵数值模型对胶州湾附近大沽河流域滨海含水层的非稳定海水入侵过程进行了模拟,并利用2010年1月1日至2018年6月1日的地下水位和Cl-质量浓度观测数据对海水入侵数值模型中的水文地质参数进行校准和验证,同时利用全局敏感性分析评估含水层渗透系数和给水度等水文地质参数以及由降水入渗补给和地下水开采组成的源汇项对海水入侵数值模型的影响。结果表明:海水入侵的发展对降水入渗补给和地下水开采最为敏感,而渗透系数的影响则相对次要;增加降水补给量和减少地下水开采量可以有效地降低未来海水入侵的范围。

大沽河流域土地利用与生态系统服务价值时空格局

以大沽河流域1980—2015年7期土地利用数据为基础,运用土地利用转移矩阵及土地利用动态度分析流域土地利用时空格局,结合敏感性指数与本地的生态系统服务价值系数,评估流域生态系统服务价值时空格局。结果表明:1980—2015年,流域耕地与林地面积净减少,建设用地与未利用土地面积净增加,耕地多转变为建设用地,且新增建设用地向胶州市和莱西市建成区聚集;流域生态系统服务以调节服务和支持服务为主;水域对流域生态系统服务价值的贡献最大;中游的生态系统服务价值最高,其次为下游;1980—2015年,生态系统服务价值净增长12.07亿元,呈现减少—增加—减少—增加的趋势;几种类型土地的敏感性指数范围为0.001~0.480。研究结果可为大沽河流域土地利用规划与生态补偿提供参考。

土壤CEC的影响因子及Cokriging空间插值分析——以青岛市大沽河流域为例

运用地统计和多元回归分析方法,探讨大沽河流域土壤阳离子交换量(CEC)的空间变异和影响因子。结果表明,上下层土壤CEC与有机质、黏粒和粉粒含量有着显著的正相关,而与砂粒含量则存在显著的负相关,其中与黏粒含量的相关系数最大,与粉粒含量的相关性最弱;对CEC的贡献能力依次为黏粒>有机质>砂粒,黏粒的贡献能力平均为有机质的1.5～2.5倍;以黏粒为辅助变量的Cokriging(COK)较之Ordinary Kriging(OK)能提高插值精度,上下层均方根误差RMSE值分别减少了18.94%和41.05%,辅助变量与主变量的相关程度决定了估值的精度;大沽河流域中东、西北部及西南方向中部地区土壤CEC较高,而北部与西南角局部地区土壤CEC保肥能力非常弱,是以后土壤改良的重点地区,可通过增施有机肥以及改土培肥等措施来提高土壤肥力水平。

青岛市大沽河流域水资源承载能力研究

以青岛市大沽河流域为例,为揭示水资源承载能力,在水资源优化配置的结果上采用PSR模型构建了水资源承载能力评价指标体系,分析了2015、2020、2030年的水资源承载能力,据此提出了对策和建议。结果表明,该区域各水平年水资源对人口、GDP和生态环境面积均已超载,超载率约3%。

大沽河流域蒸散量时空变化

鉴于基于点源的蒸散估算方法逐渐被基于遥感数据的以SEBAL(Surface Energy Balance Algorithm for Land)为主的蒸散估算模型方法所取代,但在不同地貌和气候特征的区域该模型的适用性尚待得到证实,该文利用SEBAL模型基于MODIS数据产品和野外实测气象数据对大沽河流域的日蒸散量进行了估算,并与气象站蒸散量实测值进行对比验证。结果表明,SEBAL模型反演结果与实测值之间具有良好的一致性。在此基础上将日蒸散量结果推算至月蒸散量,并分析了蒸散量的年内变化趋势和特征,发现大沽河流域年内蒸散量的变化呈单峰趋势,季节性变化特征明显:夏季>秋季>春季>冬季。最后,结合大沽河流域土地利用现状,比较分析了不同土地利用类型蒸散量的差异,结果表明水体蒸散量最大,林地和耕地次之,城镇及建筑用地蒸散量最小。

大沽河流域土壤饱和导水率空间变异特征

借助经典统计学和地质统计学，对大沽河流域农田土壤表层（0～10cm）和下层（40～50cm）饱和导水率（凰）空间变化规律进行研究，结果表明：①经对数变换后土壤表层和下层Ks符合正态分布，变异系数分别为0．396和0．343，均属于中等变异程度：②土壤表层胎空间相关性很弱，下层胁具有中等的空间相关性，且具有各向异性特征；⑨土壤表层和下层Ks的空间分布结构较相似，均表现出东部和西南部最高，西北部最低，从西北角向东南方向逐渐增大的趋势。

青岛大沽河流域蔬菜基地土壤酸化现状分析研究

基于青岛大沽河流域菜地农田化肥施肥情况及种植方式,对当地农田土壤pH值进行了调查研究,分析了露天土壤及设施土壤pH值垂直分布规律及相关原因.结果表明,大沽河流域菜地土壤酸化现象比较严重,表层（0～20cm）土壤酸化现象尤为严重,露天土层样品pH范围为4.42～6.45,均值为5.35.设施土层样品pH范围为4.28～6.15,均值为5.07.露天和设施土壤酸化程度均随剖面深度增加有所减缓.导致该流域土壤酸化现象发生的主要原因是不合理的农业施肥措施.

基于^(137)Cs示踪的大沽河流域土壤侵蚀模数研究

运用137 Cs示踪技术首次研究了大沽河流域土壤侵蚀特征,分析了137 Cs在土壤剖面中的分布规律,讨论了土壤侵蚀与深度、土壤粒度等因素间的关系。结果表明:大沽河流域小沽河河段和大沽河上游段流域土壤的年平均侵蚀模数分别为468t/(km2·a)和308t/(km2·a),均属轻度侵蚀;土壤剖面中137 Cs分布呈尖峰型,集中赋存于约30cm深度以内,且峰值不在表层;137 Cs的面积活度与土壤颗粒粒级间存在明显的对应关系,特别是与>4Φ颗粒含量呈显著正相关,说明137 Cs主要被吸附于土壤细颗粒(粉砂和黏土矿物)表面,而较粗颗粒的吸附量很小。

青岛大沽河流域土壤重金属的空间分布

土壤的污染特别是重金属污染问题,是发展必须面临和需要解决的问题之一。以大沽河流域农田表层土壤为研究对象,采用栅格形采样,共采集大沽河流域土壤样本124份。采用化学方法测量5种重金属(As、Cd、Cr、Hg、Pb)含量,并基于山东及全国的土壤背景值数据,进行统计分析、相关分析和比较分析。采用样条差值法,基于此数据使用Arc GIS,实现5种重金属元素的空间分布专题制图。对重金属分布特性与人类活动和流域特征进行分析,指出污染严重的地区。重金属污染的区域分布特征,可以为新一轮大沽河流域的土壤综合控制和产业规划提供参考。

基于熵权多元联系数的大沽河流域地表水环境健康评价

为合理开发利用和保护大沽河流域水资源,构建了流域地表水环境健康评价指标体系和分级标准。基于集对分析理论,考虑各评价指标等级标准边界的不确定性,建立了熵权多元联系数耦合计算模型。将该方法应用于大沽河流域,得到流域地表水环境健康评价指标联系数计算结果。结果表明:2015年大沽河流域Ⅰ区(莱西市)、Ⅱ区(平度市)、Ⅲ区(胶州市、黄岛区)、Ⅳ区(即墨市、城阳区)以及Ⅵ区(莱阳市、招远市、莱州市)的地表水环境处于"健康"状态,Ⅴ区(高密市)以及整个流域处于"亚健康"状态。青岛市大沽河综合治理工程的实施使得流域地表水环境得到较大地提高,为进一步提高整个流域的地表水环境健康水平,应针对流域开展水环境治理工作。

水管理对大沽河流域社会经济影响的评价

随着社会经济的发展和人民生活水平的提高,大沽河流域水资源需求量迅猛增加,水污染加重,水资源短缺已成为制约流域发展的瓶颈因素。为有效地改善大沽河流域的水资源管理,促进大沽河流域水资源的可持续利用,建立了水管理对大沽河流域社会经济影响的评价体系,应用多级模糊综合评判法对2006-2010年水管理对大沽河流域社会经济的影响做出了评价,为大沽河流域水管理政策的制定提供了依据。

大沽河流域蔬菜基地土壤氮素养分现状调查与分析

对大沽河流域蔬菜基地土壤氮素养分现状情况进行了调查研究,分析了露天土壤和设施土壤铵态氮、硝态氮、碱解氮、全氮等的垂直分布规律及原因.结果显示:该流域菜地土壤氮素累积现象比较严重,表层(0~20cm)土壤氮素累积现象尤为严重.两种农业生产模式下铵态氮、硝态氮含量无明显差别,而碱解氮、全氮的含量设施明显高于露天.除硝态氮外,其他氮素分布具有明显的层次性,含量一般随土壤深度增加而减少.表层(0~20cm)土壤铵态氮高于40~60cm土层含量数倍,平均含量在13mg/kg左右,最高达65.01mg/kg;硝态氮在0~60cm土层中均有较高累积量,平均含量在14~28mg/kg之间,最高达55.18mg/kg;露天和设施在0~40cm土层中的碱解氮、全氮含量几乎全部达到中等水平及以上.

山东荣成沽河流域水资源系统分析

流域水资源系统由降水产流，以及通过水文下垫面的转换，形成的地表径流和地下水流组成。本文将复杂的沽河流域水资源系统分解成多个子系统，利用频谱分析方法对各个水资源子系统的转换功能进行定量的分析刻画，并利用地下含水介质子系统的转换特征函数—－频率响应函数求取水文地质参数，丰富了水文地质参数的获取途径。

大沽河流域地下水水化学及同位素特征

大沽河是青岛市重要的供水源之一,了解大沽河流域水循环的过程和机理有助于合理地利用大沽河流域水资源。为了研究大沽河流域地下水循环的规律,在大沽河李哥庄镇至胶东镇段研究区内采集了26个地下水样本和4个地表水样本,测定其氢、氧同位素及水化学成分,通过分析其变化特征初步判定地下水补给来源以及影响因素。对降水和地下水中的稳定同位素组成(δD,δ^18O)进行分析,结果表明大气降水是该区域地下水的主要来源。地下水及地表水的水化学结果表明研究区地下水类型多样,主要为HCO3-Cl-SO4-Ca-Na,Cl-SO4-Na,Cl-HCO3-SO4-Na,HCO3-Cl-SO4-Na-Ca-Mg,Cl-Na五类;地表水受到强烈的蒸发浓缩作用,并在一定程度上补给了地下水。同时,地下水中的氢、氧同位素含量与Cl-和TDS区域分布特征相互佐证,证明地下水化学成分主要受到海水入侵的影响,其次为围岩矿物的溶解。

青岛市大沽河流域水资源承载力计算

水资源承载力作为某一区域自然资源承载力的重要组成部分,是评价水资源短缺地区能否满足人口、经济和社会发展的一个重要指标。水资源的短缺已经制约了许多地区经济和社会的发展,提高水资源承载能力,对经济的发展和社会的进步具有重要作用。在探讨水资源承载力的概念及评价标准的基础上,对青岛市大沽河流域的水资源承载能力进行了预测。结果表明:到2015年,2020年和2030年青岛市大沽河流域水资源相对承载指数分别为1.06,1.05,1.05,水资源承载力均会出现轻度超载现象,不利于整个流域内的经济社会发展,为了促进流域水资源的可持续利用,提出了提高水资源承载能力的措施。

大沽河流域地下水中稀土元素的地球化学特征

近岸地下水排泄是近海稀土元素的重要来源,目前对地下水中稀土元素的地球化学行为的认识还十分有限。本文通过现场调查和模拟计算对山东大沽河流域地下水中溶解态稀土元素的分布、影响因素及络合形态进行了研究。结果表明:稀土元素在地下水中的分布具有较大的空间差异,pH和铁锰氧化物/氢氧化物的还原性溶解是影响稀土元素含量的重要因素。稀土元素的络合形态以LnCO^(+)_(3)和Ln(CO 3)-2为主,但是在硫酸根含量较高的情况下,轻稀土较中稀土和重稀土更易于形成LnSO^(+)_(4)。大沽河流域地下水表现为重稀土富集,含水层中负电荷颗粒物对LnCO^(+)_(3)的优先吸附可能是富集的原因。受周边炼油厂影响,所有样品中的La均表现为正异常,人为源La在地下淡水和再循环海水中所占比例分别为34%~75%和42%~57%。

AnnAGNPS模型数据库的建立——以大沽河流域为例

AnnAGNPS模型是一个由美国农业部农业研究局和自然资源保护局联合开发的连续模拟来自流域的地表径流、沉积物、污染负荷的分布式参数模型。本文以大沽河流域为例,建立了AnnAGNPS模型数据库,包括气候、地形、土壤、土地利用等相关参数的确定过程,充分使用了GIS、RS、农田调查等技术和方法,重点分析了降雨特征、模拟单元的划分、农田操作措施、土壤相关参数的转换、径流曲线值等因子,为该模型在中国的合理使用奠定了基础。

青岛市大沽河流域地下水水化学时空演化及影响因素分析

为探讨滨海流域地下水水化学成分的时空演化规律及影响因素,以青岛市大沽河流域为研究对象,运用数理统计、Piper三线图、Gibbs图解法、离子比例系数等方法对2001~2012年137个地下水样的水化学成分进行系统分析。研究结果表明:流域内地下水以碱土金属Ca^(2+)为优势阳离子,重碳酸根HCO_3^-为优势阴离子,主要离子含量年际变化不大,基本符合枯升丰降的原则,但区域差异较为明显;2001~2012年地下水化学类型由Ca^(2+)—Mg^(2+)—SO_4^(2-)—Cl^-、Ca^(2+)—Mg^(2+)—HCO_3^-—Cl^-型变为Ca^(2+)—Mg^(2+)—SO_4^(2-)—Cl^-、Ca^(2+)—Na^+—HCO_3^-—Cl^-、Na^+—Ca^(2+)—Cl^-—HCO_3^-混合型水;岩石风化作用是区内地下水化学组分的主要控制因素;农业活动中氮肥的过度施用、粪便及生活污水等人为来源的输入则为区内NO_3^-含量较高的主要影响因素。

大沽河流域土壤水-地下水流耦合模拟及补给量估算

青岛大沽河流域的含水层主要分布在大沽河中下游沿线的狭长地带内,构成了地下水库,是青岛市主要的水源地之一。由于大沽河流域地下水超采严重,为加强该地区地下水资源的综合管理,亟需准确计算地下水补给量。土壤水和地下水耦合模拟研究是准确计算地下水补给量的重要保障。本文以HYDRUS package for MODFLOW软件的原理为基础,结合GIS技术,建立了流域尺度(4 781 km^2)土壤水-地下水流耦合模型;在综合考虑研究区大气降水、蒸发、植物吸水、土壤质地、含水层分布、土壤水和地下水相关参数、地下水开采量、土壤水分含量及地下水埋深等资料情况下,利用本模型对大沽河流域土壤水和地下水流的运动过程进行模拟。经过模型校正和实例验证表明:耦合模拟所得的土壤剖面含水量和地下水位与实测数据的拟合结果较好,土壤水-地下水流耦合模型能够较好地模拟大沽河流域土壤水和地下水的时空变化;通过模拟计算,2013年夏玉米生长期内大沽河流域地下水补给量为3.15×10~9 m^3,2012年6月16日至2013年6月16日期间内地下水的补给量为4.77×10~9 m^3,计算所得的地下水的垂向入渗补给量具有较高的可信度和准确度,可以为制定合理的流域水资源优化配置方案提供科学依据。