曲线数值法(SCS模型)在北京温榆河流域降雨-径流关系中的应用研究

为研究北京城市化进程中降雨-径流关系变化,在温榆河流域应用SCS模型,对该流域部分实测次降雨-径流过程及不同频率年降雨-径流进行模拟,得出SCS模型在温榆河流域预测径流是可行的,无论哪种前期土壤湿润条件,不同频率降雨的年径流量随着时间的推移有增大的趋势,相同前期土壤湿润情况下年径流量绝对增量顺序为,丰水年>平水年>枯水年,而相对增量是枯水年>平水年>丰水年。相同前期土壤湿润程度及相同频率降雨条件下,城市化水平越高,径流量越大。

基于L-THIA模型的温榆河流域非点源污染负荷变化分析

为研究温榆河流域城市化过程中土地利用变化对非点源污染负荷的影响,基于GIS(地理信息系统)和RS(遥感),利用二次开发改进后的长期水文影响评价(L-THIA)模型,采用实地测得的EMC(事件平均浓度)数据,模拟了1992年和2009年非点源污染负荷量。结果表明,1992—2009年的城市化过程中商业用地、交通用地和住宅用地分别增加了13.95%、20.46%和85.76%,农业用地和水域分别减少40.04%和9.64%,导致非点源污染负荷量(总磷除外)明显增加。其中,总氮增加了3.31%,氨氮增加了12.20%,BOD5(5日生化需氧量)增加了11.87%,CODMn(化学需氧量)增加了7.62%,TOC(总有机碳)增加了15.46%,总磷下降了12.84%。交通用地、商业用地的非点源污染产出能力最强,应该成为非点源污染的重点控制区域。

中小流域水权制度构建——以温榆河为例

基于广义水权的视角,在国家水权制度框架的基础上,从流域、区域和基层用水3个层面,提出了构建温榆河流域水权管理框架的思路,并从水权分配机制、水权实施机制和水权保障机制3个方面,系统阐述了温榆河水权制度建设的具体途径,旨在为中国其他中小流域水权管理改革提供参考和借鉴。

三种典型山地河岸林土壤氮含量时空格局对高地氮输入的响应

河岸林土壤和植被对高地养分的滤除功能是河岸带生态保护与恢复的基础。揭示特定河岸林土壤氮含量的时空格局对高地氮输入的响应,有助于加深对河岸林氮滤除过程和机制的认识。目前对高地氮输入下山地河岸林土壤对氮的削减作用及林型差异、距离梯度格局及其变化的规律尚不确切。本文以文峪河上游云杉、华北落叶松和杨桦三种典型山地河岸林土壤为研究对象,采用原位土壤实验槽并模拟高地氮输入的方法,分析土壤全氮、硝态氮和铵态氮含量在土层深度、距离上的梯度格局及其随时间的变化,分析不同林型和输入量之间的差异。结果表明:(1)三种山地河岸林土壤在不同氮输入下,土壤全氮和铵态氮含量随时间升高而硝态氮降低,华北落叶松林土壤对氮的转化最明显;(2)河岸林土壤中全氮含量变化率阈值在5 m附近,而铵态氮和硝态氮含量变化率阈值分别在9 m和10 m附近;(3)土层深度对土壤全氮和硝态氮含量起决定作用,而氮输入量大小显著影响了土壤铵态氮含量。研究结果可为流域污染防控中的山地河岸林类型选择和河岸带宽度设计提供依据。

基于HEC-HMS模型的温榆河流域水文模拟

水文模拟对于流域防洪减灾、水资源规划管理有重要的意义。将分布式水文模型HEC-HMS应用到北京温榆河流域,模拟该区域1980-2005年间6场暴雨洪水过程和1983-1995年日降雨径流过程,评估HEC-HMS模型在模拟场次洪水和日径流过程两种时间尺度上的适用性。结果表明,场次洪水模拟的洪峰流量和洪量相对误差均在20%以内,峰现时差均不超过2h,平均Nash效率系数为0.82,平均相关系数r为0.92;日径流模拟率定期和验证期的平均Nash效率系数为0.6,平均相关系数r为0.78,平均相对误差为3.95%。分析结果表明,HEC-HMS模型在温榆河流域的适用性较好,能够有效模拟北方地区短时和长时降雨径流过程,可用于该区域的洪水预报和水资源评价与管理。

文峪河流域土地利用/覆被变化及其驱动力分析

土地利用/覆被变化对于区域的自然、经济和生态发展有着深刻的影响,土地变化驱动力研究是土地利用/覆被变化的核心问题之一。为了探讨中西部小流域的土地覆被变化特征及其驱动因子组成与驱动方式,以山西省文峪河流域为研究对象,基于RS与GIS平台,分析流域2000—2018年土地利用/覆被变化情况;利用马尔柯夫模型预测未来土地利用结构;选取自然因子、区位建设因子、社会经济因子,利用Logistic回归的建模方法分析流域的土地利用/覆被驱动力。结果表明,流域整体耕地、林地、草地面积有所减少,水域、建设用地、其他用地类型面积增加,不同地类的变化速度、土地转移情况不同,流域整体土地变化速度较快,利用程度提高,有序化程度下降,均匀度增加。预测结果显示,耕地、林地、草地、其他用地面积下降,水域、建设用地面积增加,除耕地、建设用地外,其余地类面积变化较小。自然因子、区位建设因子和社会经济因子对研究区土地利用/覆被变化都具有显著的驱动作用。流域的土地利用/覆被在过去18年间经历了快速、复杂的变化,自然因子对土地变化具有基础性、长远性的影响,短时间尺度上区位建设因子与社会经济因子是影响土地变化的主要驱动力量。

文峪河流域景观安全格局构建与健康度评价

选取文峪河流域为研究对象,利用GIS等软件综合自然、社会评价因子,从多个角度构建流域景观安全格局,分析流域景观安全格局的结构特征、转移动态、空间分布以及景观安全指数与人口密度、经济总量、生态系统服务的相关性;利用Linkage Mapper软件分析景观源与生态廊道的重要性,从多角度、多因子构建流域健康度评价体系,并分析流域健康格局的结构特征、转移动态、梯度分布、驱动机制,以及健康指数与人口密度、经济总量、生态系统服务的相关关系。研究结果表明,文峪河流域景观安全格局结构特征及转移动态变化复杂,流域景观安全格局结构整体向好,景观安全指数与经济总量、人口密度、生态系统服务之间存在密切的相关关系,不同景观源与生态廊道的生态重要性不同,提出“一带三区三轴多点”的生态框架对景观格局进行优化;文峪河流域健康格局结构特征及转移动态变化复杂,流域健康格局结构向好,城区与林区的健康度梯度不同,健康指数与经济总量、人口密度、生态系统服务之间存在密切的相关关系,不同驱动因子对健康度的驱动作用不同。流域景观安全区面积与景观健康区面积的增加已趋于饱和,应加强对流域的研究与保护,促进流域的可持续发展。

明代文峪河流域旱灾探析

通过对历史资料的整理统计,利用数学分析方法对明代文峪河流域的旱灾频次、等级序列特点、年际和季节变化以及成因进行了研究分析。结果表明:文峪河流域在明代共发生了55次旱灾,平均约5a一次;旱灾等级以Ⅱ级为主,计22次,占旱灾总数的40%;I级旱灾11次,占旱灾总数的20%;Ⅲ级旱灾10次,占18.2%;Ⅳ级旱灾12次,占21.8%。Ⅱ级以上旱灾比例达80%,远超旱灾总数的一半,明代本流域旱灾受灾程度严重。明早期旱灾数量少且较轻;中、晚期旱灾开始迅速增加且灾情较重。旱灾发生季节最多的是全年大旱和春旱,全年大旱在明晚期尤为多发。该区明代发生的全年或跨年大旱与特大旱灾指示当时年降水量应少于300mm。16世纪后气候的持续干冷化造成的年降水量明显减少是该流域旱灾频发、灾情严重的主要因子,而人口增加、对土地资源的无度索求、对水资源、植被的无节制索取对旱灾多发起到了加剧效应。

文峪河流域景观宜居度评价及景观动态预测

以中西部典型小流域文峪河流域为研究对象,基于GIS、ENVI等技术平台,选择地形、气候等多个影响因子,运用层次分析法进行多因子加权叠加,对2000—2018年文峪河流域宜居度进行评价,利用数据拟合分析研究宜居度格局的驱动机制;基于CA-Markov模型对流域景观进行预测,得出2020—2040年景观预测图像,分析文峪河流域未来20年景观格局结构、转移及动态特征。结果显示:①流域整体宜居面积增加,不同宜居等级存在复杂转化;宜居度与人口密度呈显著正相关关系;宜居度存在较高的空间自相关性;不同驱动因子对宜居度的驱动作用大小不同。②未来20年流域不同景观类型结构、转移及速度变化各有其特征;至2040年流域景观规则度无显著变化,景观破碎化程度增加,景观连通性下降,景观多样性、均匀度增加,核心面积趋于稳定。流域宜居面积发展已饱和,流域景观动态变化复杂,应加强对流域景观的规划与调控。

文峪河流域景观格局动态及其驱动力分析

以文峪河流域为研究对象,分析流域2000—2018年景观格局数量动态的面积、转移及速度特征。从斑块类型尺度与景观尺度2个层面选取景观指数分析流域近18年的景观格局动态,并在流域尺度上沿城市—林区梯度线分析沿线景观格局指数的梯度分布,基于数量统计模型对景观格局动态驱动力进行研究。结果表明,流域耕地、林地、草地面积有所减少,向其余地类支出面积,水域、建设用地、未利用地面积增加,向其余地类吸收面积,不同地类土地转移、变化速度情况不同。不同景观类型的格局动态不同,流域整体景观破碎化程度增加,连通性下降、景观规则度下降、景观核心面积下降,不同景观指数的梯度分布特征不同。自然驱动因子、社会驱动因子对流域景观格局变化均具有驱动作用,文峪河流域的景观动态在过去18年间经历了快速、复杂的变化,社会经济驱动因子是景观格局演变的主要驱动力量,经济与人口发展、产业结构及工业化进程是文峪河流域景观格局演变的重要驱动力量。

文峪河流域河流湖泊的历史变迁探微

环境史的研究对于今天保护环境,以求人与自然和谐相处有着积极的作用,文峪河作为汾河的第一大支流,是吕梁平川人民的母亲河,对于人民的生产生活起着至关重要的作用,文峪河的河湖变迁除了自然地质、气候等因素的影响外,更多的是人为的原因导致的,人类不合理的土地利用方式加剧了文峪河河湖的衰退,有的甚至消亡,该文通过对文峪河中下游河湖变迁的研究,探究其消亡的原因,以此来警醒人们应该合理利用该流域的水资源,争取以后的可持续发展。

温榆河流域闸坝群对河流水量水质影响分析

流域闸坝群对河流水文水环境的影响是目前变化环境下流域水循环研究中的热点和难点之一。论文从流域尺度上探讨了温榆河流域闸坝群对水文循环和污染物运移的作用,分析了闸坝群对温榆河干流水量和水质浓度的影响。研究表明:①闸坝群调蓄降低了温榆河的径流量,削减洪峰,调节非汛期径流,源头的水库对径流调蓄强,削峰显著,而中下游地区的闸坝对径流调蓄较弱,对汛期洪峰有削减作用,但增加了非汛期径流量;②对于河流水环境影响,源头水库库容大,纳污能力强,有助于降低坝上水质浓度,但在水库坝下以及中下游地区水闸,闸坝切断河流,降低河流流通性,水质浓度提高。研究将为认识温榆河流域水污染成因提供依据,同时也为流域水污染整治和水资源高效利用提供技术支撑。

北京温榆河流域水污染控制情景模拟与分析

温榆河的水环境状况已成为制约该流域乃至北京市经济、社会和环境协调发展的重要因素。本研究以控制水污染为目标,从点源控制和非点源控制两个方面出发设计了不同的情景方案,应用SWAT(Soil and Water AssessmentTool)模型进行温榆河流域的水污染控制情景模拟计算和分析。结果表明:控制点污染源的达标排放是减少温榆河入河污染负荷量和改善水体环境的有效措施,总氮和总磷负荷的削减率分别达到66.2%和80.5%;改变农田施肥量和施肥方式、坡耕地的退耕还林和减少城镇区不透水面积等措施对减少流域的非点源污染负荷产出都有较好的效果,且各种不同的污染控制措施对总氮、总磷的削减效果不同,总氮削减率为1.2%～32.3%,总磷削减率为3.7%～49.9%。模拟结果还显示,只有将点源控制和非点源控制相结合、浓度控制和总量控制相结合,并辅以适当的河道治理工程,才能彻底实现温榆河水质还清的目标。模拟分析结果可为该流域的水污染控制和治理规划提供参考。