基于输出系数模型的呼兰河流域非点源污染输出风险分析

非点源污染控制是实现流域水质改善的重要途径,通过风险评估识别重点污染区域并进行分区管理是流域非点源污染治理的最有效手段。以呼兰河流域为研究对象,收集国内外文献输出系数,利用随机模拟的方法,结合GIS技术估算了流域非点源污染输出风险。结果表明,呼兰河流域非点源污染发生率较高,氮平均输出风险达到40.48%,磷平均输出风险达到17.11%,氮为流域内主要非点源污染物质。流域的非点源污染呈现支流重于干流的现状。结合县级行政区划对估算结果进行分析发现,望奎县污染最为严重,绥化市和海伦市次之,庆安县与绥棱县相对风险较小。根据输出风险估算结果,对呼兰河流域进行管理分区,解析得到30.27%的区域属于高风险区,7.27%的区域属于极高风险区,非点源污染对流域的潜在威胁较大,有必要对高风险区域进行优先控制,并对不同等级的风险区制定相应管理措施,为流域非点源控制以及水质改善提供理论支持。

基于HWSD的流域栅格土壤水分常数估算

在科研及实践工作中往往需要大量的、空间分辨率较高的凋萎系数、田间持水量和饱和含水量数据，大规模布点测定这些土壤水分常数难度较大，需要探索估算这几种常用土壤水分常数的新方法。以黑龙江省呼兰河流域为例，采用DEM数据提取流域边界，应用提取后的流域DEM从世界土壤数据库（HWSD）中提取流域土壤的砂粒、粘粒百分含量及USDA土壤质地分类数据，再应用这三种土壤属性数据估算流域各栅格的凋萎系数、田间持水量和饱和含水量。研究结果表明：应用HWSD可以估算出呼兰河流域0～30cm和30～100cm两种土层的凋萎系数、田间持水量和饱和含水量．空间分辨率可达到30″，为获取较高分辨率及深土层的区域土壤水分常数提供了一种新方法。

呼兰河流域暴雨洪水特性分析

对呼兰河流域的暴雨、洪水特性进行了分析,说明其变化规律,为正确认识该流域水文特性,做好洪水预报调度以及流域的综合治理等提供科学的决策依据。

呼兰河流域叶面积指数的变化特征与估算方法

为分析呼兰河流域各种覆被叶面积指数(LAI)变化特征,应用1982—2000年的NOAA-AVHRR NDVI月数据,采用简单生物圈模型(SiB2)反演了呼兰河流域的LAI,并利用IGBP土地覆被数据将反演的LAI数据整理为10种覆被的LAI系列。对10种覆被LAI变化特征的分析结果表明:呼兰河流域10种覆被LAI在年内各月份间呈单峰变化,与气温、降水量等气象因子的季节变化规律相符,在年际间LAI呈波动变化,但不存在明显的增大或减小趋势;LAI系列与气象因子系列的相关性较强,以平均气温、水汽压、降水量为自变量,以LAI为因变量,建立了可估算各种覆被LAI的回归方程,为在NDVI数据缺失时段的呼兰河流域LAI估算提供了一种简便方法。

呼兰河流域河川径流年内分配变化特征分析

掌握河川径流年内分配变化特征对优化区域水资源利用具有重要意义。基于呼兰河流域兰西站1952~2014年逐月径流资料,分析了流域径流年内各季、各月分配情况,运用不均匀系数Cu、集中度Cd、绝对变化幅度ΔR和相对变化幅度Cm等指标分析了流域径流年内分配特征,并采用累积滤波器法、Mann-Kendall法和R/S分析法分析了径流及其特征指标的历史、未来变化趋势。结果表明,呼兰河流域各季年代、年际径流量相差较大,各季径流量均呈减少变化;径流年内分布呈"单峰型",主要集中在4~10月,该时段平均径流量占到全年的94%以上;未来一段时间内,年、各季、1、5、6、8~12月径流量将表现为减少变化,其余时段呈增加变化;Cu、Cd、ΔR和Cm分别以-0.007/10a、0.004/10a、-0.511×108 m3/10a、-42.727/10a的趋向率变化,现在和未来的年内各月径流差异逐渐减小,径流年内分配趋于集中。流域内农业迅猛发展,尤其是灌溉用水的急剧增加,在一定程度上改变了流域河川径流年内分配特征。研究成果可为呼兰河流域水资源规划管理提供参考。

基于全球陆面数据同化系统蒸散量的GSAC模型率定

在识别缺资料流域水文模型参数时,目前常采用的区域化方法存在相似流域间降雨径流关系差别较大、模型参数与流域属性间的相关性不明显、在大范围缺资料地区难于选取参考流域等问题。本文从全球陆面数据同化系统(GLDAS)获取流域蒸散量数据,提出利用GLDAS蒸散量率定GSAC模型的方法。首先,通过合并网格建立GSAC模型模拟的蒸散量与GLDAS蒸散量在时间和空间方面的对应关系;其次,基于纳什效率系数的定义构建了一个模型率定指标,以评价GSAC模型模拟的蒸散量对GLDAS蒸散量的拟合效果;最后,依据GLDAS蒸散量与GSAC模型模拟蒸散量之间的拟合关系率定GSAC模型。呼兰河流域应用结果表明,GLDAS提供的蒸散量能够较好反映流域实际蒸散量的变化情况,为率定GSAC模型提供了一种有效的输入数据;在率定期与验证期,利用GLDAS蒸散量率定的GSAC模型对流量模拟的纳什效率系数分别为0.81和0.77,与利用流量数据率定的GSAC模型模拟结果相近。

呼兰河流域2012年洪水特性分析

对2012年呼兰河流域的暴雨、洪水特性进行了分析,说明了变化规律,认识该流域水文特性,并对其成因及特性进行了归纳,为流域综合治理等提供科学的决策依据,其形成洪水主要是7月25—26日和7月28—29日的两次范围广、强度大的降雨过程。8月4日凌晨呼兰河秦家站出现洪峰,洪峰流量达到1 090 m3/s为2005年迁站以来第一位洪水。

呼兰河流域水资源供需平衡分析

在对黑龙江省呼兰河流域水资源现状分析的基础上,对流域各业用水情况进行预测分析,找出了流域水资源存在的主要问题,同时提出了解决用水矛盾的方法和建议,为制定全流域远期发展规划提供依据,同时为开展呼兰河全流域水资源综合规划工作奠定基础。

基于SWAT模型的呼兰河流域生态流量计算

人类活动极大地改变了河流的水文过程,随着全球水能资源开发利用强度的提高,与水有关的生态环境问题日益突出。呼兰河是松花江左岸的一级支流,是流域内居民用水与农田灌溉的主要水源地,呼兰河的生态安全对流域的经济发展和农业安全有着重大影响。为了确定在不同标准下呼兰河流域的生态流量,利用SWAT模型,模拟呼兰河流域的天然径流过程与实际径流过程并进行生态补水研究。结果表明,呼兰河流域的开发利用程度较大,人类活动影响下其径流空间的分布格局有所变化;呼兰河80%以上区域的生态流量需求都满足Tennant法中“好”的标准等级;汛期的生态流量需求远大于非汛期;非汛期的缺水程度大于汛期,应在非汛期进行跨流域调水以防止出现河道断流的情况。量化了呼兰河各子流域的生态流量保证程度,能够为呼兰河的开发与利用提供理论指导。