CHEMICAL WEATHERING PROCESSES AND ATMOSPHERIC CO_2 CONSUMPTION OF HUANGHE RIVER AND CHANGJIANG RIVER BASINS

Rock weathering plays an important role in studying the long-term carbon cycles and global climatic change. According to the statistics analysis, the Huanghe (Yellow) River water chemistry was mainly controlled by evaporite and carbonate weathering, which were responsible for over 90% of total dissolved ions. As compared with the Huanghe River basin, dissolved load of the Changjiang (Yangtze) River was mainly originated from the carbonate dissolution. The chemical weathering rates were estimated to be 39.29t/(km(2).a) and 61.58t/(km(2).a) by deducting the HCO3- derived from atmosphere in the Huanghe River and Changjiang River watersheds, respectively. The CO2 consumption rates by rock weathering were calculated to be 120.84 x 10(3)mol/km(2) and 452.46 x 10(3)mol/km(2) annually in the two basins, respectively. The total CO2 consumption of the two basins amounted to 918.51 x 10(9)mol/a, accounting for 3.83% of the world gross. In contrast to other world watersheds, the stronger evaporite reaction and infirm silicate weathering can explain such feature that CO2 consumption rates were lower than a global average, suggesting that the sequential weathering may be go on in the two Chinese drainage basins.

Economic Structure Transformation and Land Use Change of the Changjiang River Basin

Land, as a key factor of production, is an appropriate indicator of national and regional economic structure transformation. Land use in the Changjiang （Yangtze） River Basin （CRB） since the 1950s has experienced these changes. Industrialization has been the most powerful force of the change in the regional development of the CRB. Virtually all regional resources were put into this effort to modernize the industrial production and urban construction systems of the CRB whose industrialization and urbanization has been a success story, with impressive structural change in both production and land use. These changes are evident ih modem urban areas, but even more in traditionally rural areas. The regression analysis of regional development in the CRB over an extended period shows that the dominant factor in regional land use change is widespread industrialization in rural areas rather than the expansion of urban area. Thus, urbanization has had a limited influence on land use change in the CRB. A major task in realizing more sustainable land use in the future development of CRB is to relocate industrial activities from rural to urban areas.

AN ANALYSIS OF THREE ELEMENTS OF WATER BALANCE IN THE CHANGJIANG RIVER BASIN

The general trend of three elements (precipitation, runoff and evaporation) of the water balance of the Changjiang River Basin is discussed from the regional distribution of the mean annual values of view, i.e. isogram. The distribution of precipitation is non-uniform. The distribution of runoff mainly supplied from precipitation is more uniform than that of precipitation. The distribution of the evaporation from land is much more uniform than that of precipitation and runoff. Time distribution of these three elements shows the characteristics of comparatively distinct yearly variation and few variation between years. The relationship between precipitation and runoff, and between precipitation and evaporation in the humid region in the Changjiang River is analyzed. The slopes of their straight line correlation are nearly equal. The internal relationship between variables should be paid attention to, otherwise, a pseudo correlation may be resulted in. The paper provides the method of quantitative

The Relation between Atmospheric Intraseasonal Oscillation and Summer Severe Flood and Drought in the Changjiang-Huaihe River Basin

The intraseasonal oscillation (ISO) is studied during the severe flood and drought years of the Changjiang-Huaihe River Basin with the NCEP/NCAR reanalysis data and the precipitation data in China. The results show that the upper-level (200 hPa) ISO pattern for severe flood (drought) is characterized by an anticyclonic (cyclonic) circulation over the southern Tibetan Plateau and a cyclonic (anti-cyclonic) circulation over the northern Tibetan Plateau. The lower-level (850 hPa) ISO pattern is characterized by an anticyclonic (cyclonic) circulation over the area south of the Changjiang River, the South China Sea, and the Western Pacific, and a cyclonic (anticyclonic) circulation from the area north of the Changjiang River to Japan. These low-level ISO circulation patterns are the first modes of the ISO wind field according to the vector EOF expansion with stronger amplitude of the EOF1 time coefficient in severe flood years than in severe drought years. The analyses also reveal that at 500 hPa and 200 hPa, the atmospheric ISO activity over the Changjiang-Huaihe River basin, North China, and the middle-high latitudes north of China is stronger for severe flood than for severe drought. The ISO meridional wind over the middle-high latitude regions can propagate southwards and meet with the northward propagating ISO meridional wind from lower latitude regions over the Changjiang-Huaihe River Basin during severe flood years, but not during severe drought years.

A decade of variation of COD in the Changjiang River (Yangtze River) and its variation trend analysis

The average annual value of COD (chemical oxygen demand) fluxes of the Changjiang River (Yangtze River) and its main tributaries in the past decade (i.e., 1991–2000), has been evaluated. Based on the data from the Datong Hydrological Station (DHS), it was found that the Dongting Lake drainage basin contributed the greatest water discharge (35.8%) and COD flux (48.3%) among the main tributary drainage basins, followed by the Poyang Lake drainage basin with the contributions of 15.4% and 19.3%,respectively. By the end of the year of 2000, COD flux in the Changjiang River rose by almost 45% relative to that in the year of 1991, reaching about 1941000 ton/a at DHS. Statistical analysis revealed that industrial wastewater discharge, as well as COD in it, was found decreasing in the same period, due to the gradual reinforcement of environmental management. Moreover, correlation analysis indicated that non-point pollution from agriculture and increasing discharge of domestic sewages caused by rapid growth of population along the Changjiang River drainage valley should be responsible for the high COD. Furthermore, with the current trend of population growth and agricultural development in this basin, water quality of the Changjiang River, in terms of COD level, is going to deteriorate in the near future. Thus, the rational applications of fertilizers and pesticides in agriculture and the proper treatment of domestic sewages before they are discharged would be the most concerned controlling parameters.

数字孪生驱动的长江流域干旱防御平台设计与开发

在全球气候变化的背景下,长江流域发生了多次严重的高温干旱灾害,流域抗旱管理面临着旱情监测告警效率较低、旱灾预报预警精度不高、抗旱预案推演能力不足等瓶颈,迫切需要开展数字化转型。从长江流域抗旱减灾业务管理和“四预”应用需求出发,基于智慧水利和数字孪生建设的总体要求,综合运用WebGL、GIS等技术,建立了干旱防御数字孪生平台,研发了遥感干旱监测评估、干旱专业模型动态加载、旱警水位超限预警、抗旱预案可视化等关键技术,初步实现了“预报-预警-预演-预案”全链条贯通业务应用,切实提升了长江流域抗旱管理智能化、精细化水平,为流域干旱防灾减灾提供了技术支撑。

海温异常对长江流域夏季典型旱涝的影响研究

为研究长江流域夏季旱涝特征及其与海温异常之间的关联性,基于中国326个气象站降水量、NCEP/NCAR再分析资料等,采用合成分析、EOF分解等方法,分析了长江流域夏季典型旱涝年的降水分布、同期大气环流及前期海温特征,并以2018年为例,初步揭示了2018年前期海温异常对大气环流的可能影响。结果表明:①长江流域夏季典型旱年,仅嘉陵江和岷沱江会表现出局部偏涝,全国为典型的Ⅰ类雨型,多雨区位于黄河流域及以北地区。前期冬季赤道太平洋表现出类拉尼娜的东冷西暖分布,同时黑潮区海温偏低,西风漂流区海温偏暖。受多海域协同作用,同期欧亚环流场上自西北向东南呈现出“+-+”三极型分布,东亚地区为自北向南“-+-”的EAP负位相。长江流域典型涝年,全国多为典型的Ⅱ类和Ⅲ类雨型,环流及海温呈现出相反特征。②2018年为典型的长江中下游偏旱年,仅在岷沱江降水偏多近3成,为历史第4多,与长江流域夏季降水的主模态正位相类似,解释方差达24%。③2018年前冬出现弱拉尼娜、春末夏初西风漂流区异常偏暖、NAT异常正位相,三者共同作用,使得东亚副热带西风急流偏北,东亚沿岸出现EAP负位相,大陆热低压明显偏强,东亚夏季风为1961年以来最强,同时副高脊线最北,造成夏季降水主雨带北推至华北、西北地区,岷沱江、嘉陵江异常多,而长江中下游异常少,为典型的Ⅰ类雨型。研究成果可为长江流域旱涝预测、水资源调度提供参考。

长江流域青海区域水生生物完整性评价

依据《长江流域水生生物完整性指数评价办法(试行)》的要求和指标,通过梳理历史记录和文献,厘清了长江流域青海区域水生生物完整性评价的基准值;于2022年开展全面系统地野外调查,并对研究区域的水生生物完整性进行了评价。结果显示:长江流域青海区域鱼类种类基准值为20种,鱼类种类现状值为19种;长江在青海省境内的长江源河段、大渡河源河段,以及长江流域青海区域整体的水生生物完整性得分分别为88.22,82.67分和81.56分,完整性等级均为“良”。其中,长江源河段历史有记录以来的15种鱼类在此次调查中均被发现,反映长江源流域水生生物群落受人类干扰较少,重点保护物种完整。研究区域鱼类栖息地生境良好,但主要制约完整性的因素是水电站对河流的阻隔、外来物种入侵和关键物种川陕哲罗鲑的缺失。研究结果可为全面评估长江水生态完整性提供青海区域的基础数据,还可为科学评估长江十年禁捕成效、针对性开展水域生态修复提供科学依据。

新时期长江流域生态补偿机制与关键科学问题研究

流域生态补偿是协调长江经济带经济社会发展与生态环境保护矛盾的重要手段。当前,长江流域生态补偿实践中仍面临着整体性和系统性不足、补偿标准依据缺乏、市场体系不健全、责权利不清晰等问题。根据新时代长江保护与发展的战略需求,新时期长江流域生态补偿需要具备更为丰富的内涵,亟需针对长江流域经济社会发展与生态资产保护的多维互馈关系及良性协同机制、流域生态资产的定量核算方法与生态服务空间流转特征、多元化流域生态补偿格局与长效运行机制、区域试点示范引领与全流域统筹协调推进之间的关系等关键科学问题开展系统研究,并从创新体制机制、完善技术体系、强化立法保障、培育市场主体等方面为探索制定长江流域生态补偿总体框架提供科技支撑和政策建议。

典型河湖治理经验及对长江流域生态保护的启示

为做好长江生态环境修复保护工作,选取欧洲莱茵河、英国泰晤士河、韩国清溪川和美国奥基乔比湖4个具有典型特征的河湖作为案例,整理和归纳了这4个河湖的污染治理过程与对应的政治、经济、金融、法律相关的治理措施。针对长江流域生态治理中存在的同类问题,总结了这4个河湖在跨区域协同治理、跨部门统筹管理、健全法律体系、加强公众参与和商业运营等方面的经验,提出建立跨区域共同协商的流域水污染管理体制、强化不同部门之间的统筹管理机制、完善流域统一的环境保护法律体系、公共参与等措施和建议。研究成果可为协同长江的保护与发展、进一步提升长江流域的水生态环境质量提供参考。

长江流域取水许可知识图谱问答系统

随着水资源取水许可领域管理要求的不断提高,传统水资源取水许可信息管理系统难以满足复杂的信息检索需求,制约了水资源精细化管理水平的提升。为了打破系统间信息孤岛,提升取水许可信息检索效率,建立了长江流域取水许可知识图谱,基于大规模预训练语言模型提出了包含实体提及识别、实体链接、关系匹配等功能的知识图谱问答流水线方法,结合取水许可领域数据特点采用BM25算法进行候选实体排序,构建了长江流域取水许可知识图谱问答系统,并基于BS架构开发了Web客户端。实验表明:该系统在测试集上达到了90.37%的准确率,可支撑长江流域取水许可领域检索需求。

昌江流域土地利用冲突时空演变及关键影响因子探析

科学认知土地利用冲突的时空演变规律,揭示其关键影响因子的作用,对区域可持续发展具有重要意义。以水土资源矛盾明显的昌江流域为研究区,利用景观格局指数构建土地利用冲突量化模型,以反映流域内2000—2020年土地利用冲突空间位置及强度变化,应用随机森林模型评判重要影响因子,以偏依赖关系图刻画影响因子对土地利用冲突强度变化的边际响应。结果显示:(1)2000—2020年昌江流域土地利用冲突总体处于基本可控状态,且高冲突值呈环绕城区、沿河流水系两侧分布的特点,城乡交错带成为冲突发生的主要空间单元,流域内对水资源的竞争矛盾突出,整体冲突强度大小表现为中游>下游>上游。(2)在影响因子中,距主要道路距离、人口密度等社会人为干扰及年均降水量、距主要水系距离等水资源条件对土地利用冲突强度变化起关键作用。(3)各影响因子与土地利用冲突强度之间呈非线性响应关系,人口的集聚效应、自然本底的约束性等是造成非线性响应的重要原因。昌江流域需要合理制定水资源配置方案,同时严格控制社会经济发展过快带来的城乡用地矛盾。

基于建筑易损性分析的泥石流风险评价

泥石流对建筑物的破坏是导致人员伤亡和经济损失的主要原因,研究泥石流作用下建筑物的易损性是评价泥石流风险的关键环节。以长江流域卿家沟为研究区,采用FLO-2D软件模拟20,50,100 a一遇极端降雨场景下泥石流的动力过程,并基于泥石流强度(hv)进行了危险性分区;在此基础上,构建了适用于长江流域砌体结构建筑的易损性评估曲线,提出了一套基于泥石流动力过程和建筑易损性分析的风险评价方法。结果表明:FLO-2D模拟精度达79%,易损性曲线的相关系数R^(2)为0.88,评估效果良好;随着降雨规模的增加,研究区风险区总面积由3.30万m^(2)增加到3.99万m^(2),增长了20.8%;高和极高风险区面积显著增大,由0.68万m^(2)增加到0.86万m^(2),增长了27.1%;位于低风险区以上的房屋数量由7栋增加至11栋,原本位于低风险区的建筑可能面临更高的风险。最后,提出了生态防治和工程防治协同治理的措施,可为长江流域泥石流防灾减灾及治江工作提供合理建议。

基于N-CMIP6的长江流域气温和降水未来预估

为探究具有更高可信度的长江流域未来气温和降水的时空变化特征,基于1961~2020年中国格点化逐日气象观测数据,采用2022年最新发布的NASA高分辨率降尺度数据集(N-CMIP6)中的35个气候模式对长江流域气温和降水模拟能力进行了评估,进而预估了不同共享社会经济路径(SSPs)情景下(SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5)长江流域在21世纪近期(2021~2040年)、中期(2041~2060年)和末期(2081~2100年)气温和降水的时空演变特征。结果表明:2021~2100年,长江流域年均气温和降水均呈现显著上升趋势,尤其是上游地区增温最为明显;到21世纪末期(2081~2100年),相较于基准期(1995~2014年),长江流域平均气温预计将升高1.61~5.18℃,平均降水量将增加7.6%~12.8%;秋季温度升高最为显著,其次是夏季,冬季降水增幅最大,秋季次之。研究成果有助于深化对区域气候变化的科学理解,为政府决策提供科学依据,以有效应对和适应气候变化带来的挑战,进而促进可持续发展。

CMIP6模式碳中和时期长江流域降水变化及成因分析

为揭示碳中和时期长江流域降水特征,利用CMIP6模式确定了碳中和时间并对比基准期研究了碳中和时期长江流域平均降水和极端降水变化,最后从大气环流的角度分析了其可能原因。结果表明:①SSP-2.6情景达到碳中和时间为2062年,与中国碳中和政策时间基本一致。②通过空间降尺度和偏差订正后,CMIP6模式可以很好地模拟基准期长江流域年平均降水。③与基准期相比,碳中和时期长江流域平均降水整体偏多,降水增幅北部>南侧,上游>下游和中游,春季>夏季>秋季>冬季,其中岷沱江和嘉陵江关键区是降水变化大值区,需重点防控。长江流域中游持续干旱日数偏少,北部极端大雨日数显著增多2.4~4.0 d,上游和下游极端大雨强度显著偏强。④环流分析发现,冬、春和秋季渤海异常反气旋南侧的东风异常和西北侧的东南风异常从中西太平洋带来的暖湿气流,以及夏季西南风异常从孟加拉湾带来的暖湿气流,使得长江流域降水增多。研究成果可为长江流域相关部门制定未来碳中和时期气候变化应对策略提供依据。

基于LSTM模型的时序InSAR地表形变预测

为了解长江沿江区域的地表形变状况及发展趋势,维护长江防洪安全和河势稳定,利用2017年3月至2022年3月期间覆盖长江南京段沿江区域的61景Sentinel-1A影像,基于SBAS-InSAR技术获取了地面沉降监测结果,并基于LSTM长短期记忆神经网络模型对特征点未来变化趋势进行了预测。结果表明:①与水准监测结果相比,长江南京段沿江区域SBAS-InSAR监测结果具有一定的准确性;研究区域地面年均形变速率在-31~19 mm/a,并形成4个沉降漏斗。②LSTM模型对研究区域的形变预测值与SBAS-InSAR监测的期望值具有较高的一致性,两者最大绝对误差为3.28 mm;采用该方法对研究区域特征点的沉降趋势进行预测发现,未来2 a特征点总体表现为缓慢下沉并趋于稳定的趋势。研究成果可为相关部门制定沿江地区保护及规划方案提供技术参考。

基于补偿水头差的沿江口门引排流量计算方法研究

长江支流口门多建有节制闸,利用涨落潮过程自行引排水,而引排水流态的复杂性使得引排流量过程难以精准确定。以太湖流域杨林塘口门为例,通过分析引排水调度方式及流态特征,发现涨潮时开启中孔闸门引水,内河侧流态复杂且附近水位差别大,而落潮时开启全部闸门排水,外江侧流态复杂且附近水位有所差别。为此,提出了一种基于补偿水头差的沿江口门引排流量计算方法。该方法通过设置系列补偿水头差修正堰流公式中的水位,统计了计算流量与实测流量偏差值,进而建立了流量偏差值与补偿水头差的相关关系,最终确定适宜的补偿水头差,从而建立适宜沿江口门引排流量计算公式。结果表明:利用该方法预测的引水流量误差减小40%~50%,排水流量误差减小3%~6%。相关经验可供工程设计人员及闸管单位运行管理人员借鉴。

长江1870年特大洪水防御推演与对策研究

1870年长江流域发生了特大洪水,枝城站洪峰流量重现期超1000 a一遇,造成极为严重的洪灾损失。为强化特大洪水风险防范,有效提升极端洪水灾害的应对能力,在分析1870年特大洪水雨水灾情特征、流域水文地理演变和防洪体系建设情况的基础上,对1870年特大洪水在现状防洪体系调度运用条件下的发生、发展、演进过程进行了推演模拟。结果表明:当前再遇1870年特大洪水,长江流域防洪体系可妥善应对并大幅减少洪灾损失,按调度规程发挥以三峡水库为主的水库群洪水拦蓄作用,并运用荆江分洪区等13处蓄滞洪区分洪、200多处洲滩民垸行洪后,长江防洪重点区域防洪安全总体可控,但洪水防御仍面临堤防长时间高水位运行存在安全隐患、蓄滞洪区与洲滩民垸行蓄洪运用困难、大量人员转移安置压力大等突出问题。根据1870年洪水推演成果,结合近年来长江流域防汛实践,从加强特大洪水风险机理研究、加快流域防洪工程体系建设、强化风险研判和优化调度、做好应急转移和救灾安置等方面提出了提升特大洪水防御能力的对策建议。

河库及蓄滞洪区洪水预报调度一体化技术研究

针对河库及蓄滞洪区洪水预报调度一体化技术薄弱,尤其面临大洪水调度决策难以实时联动模拟的问题,从空间拓扑概化、通用化模型库构建及方案数字化、调度规则库构建和智能应用3个方面介绍了预报调度一体化体统构建的流程和要点,并基于大湖演算模型和水力学模型提出了可考虑蓄滞洪区的通用性预报模型,以及水库库区水面线预报模拟模型方法,通过空间拓扑概化和调度策略设置可实现河、库、蓄滞洪区的上下游联动模拟计算。以长江流域三峡水库、中下游河湖及蓄滞洪区为研究区域,重点阐述了改进模型构建、预报调度一体化体系构建、模拟调度技术应用等环节,形成了长江中下游水工程联合调度的体系方案,并通过设置预演洪水场景,分析了模拟的效果和合理性。研究成果可为涉及多类复杂水工程联合调度的区域提供技术参考,为长江流域水工程实时预报调度和场景推演提供计算工具和决策依据。

2022年长江流域干旱特征分析与新时期抗旱减灾应对模式探讨

受大气环流异常影响,2022年长江流域夏季高温伏旱持续时间长、影响范围广、致灾程度大。分析了近15 a来长江流域历年干旱灾害事件和本次干旱特征,以及长江流域抗旱减灾体系建设现状以及在2022年干旱应对中的成效。在此基础上,提出了新时期下抗旱减灾的总体应对思路:(1)以优化国土空间布局为切入点,从源头上规避干旱灾害风险;(2)以空间上的立体调蓄与时间上的峰蓄枯补为路径,实现干旱灾害的过程防控;(3)以优化水利工程运行调度方式为手段,实现防汛抗旱统筹调控;并针对旱情评估与预测、旱灾风险研判和旱灾风险应对共3个方面的关键环节,提出了抗旱减灾方面的科技需求。