考虑植被根系深度动态变化的VIC径流模拟模型

为了提高干旱半干旱地区植被变化影响下的水文模型模拟精度,结合植物根系的垂直分布与气候、土壤条件,提出了基于流域气象和土壤性质等下垫面特征的流域根系平均深度估算方法,以黄土高原地区无定河流域为例,构建了考虑植被根系深度动态变化的可变下渗容量(VIC)径流模拟模型(VIC-DR模型)。将该模型径流模拟结果与有汇流演算的VIC模型(VIC-R模型)结果进行比较。结果表明:与VIC-R模型相比,VIC-DR模型模拟精度显著提高,VIC-DR模型对无定河流域月尺度、日尺度径流量模拟结果的纳什效率系数分别提高了10.6%和8.7%,相对误差分别下降了15.4%和5.1%,与实测值相关系数均大于0.6;VIC-DR模型的模拟结果符合流域实际情况,模型适用性良好。

基于人工神经网络的西辽河流域根区土壤湿度估算

土壤水是衔接大气、地表、土壤和地下的水分转换和循环的核心,土壤湿度是全球气候观测系统的基本气候变量之一,在区域尺度的水分和能量交换中起着重要作用。根区土壤湿度的估算和时空变化特征的获取,对农业产量评估、洪水和干旱预测、水土保持等均具有重要意义。以西辽河流域作为研究区,基于人工神经网络,以遥感表层土壤湿度、累积降水量、累积日最高温、累积日最低温、相对湿度、日照时长、云覆盖度、风速、土壤属性、归一化植被指数、实际蒸散发量等作为解释变量,以站点实测的根区土壤湿度作为目标变量,采用2013—2018年的数据训练模型,估算研究区内2019—2020年每天的根区土壤湿度。结果表明,基于人工神经网络的根区土壤湿度估算值与站点实测根区土壤湿度之间的平均均方根误差为0.0567 m^(3)/m^(3),平均相关系数为0.6117,表明人工神经网络模型能够有效地估算西辽河流域内的根区土壤湿度。研究发现土壤湿度的变化量与降水量密切相关。

黄土丘陵区植物叶片与细根功能性状关系及其变化

通过植物叶片功能性状(比叶面积、叶组织密度、叶氮含量)和细根功能性状(比根长、根组织密度、根氮含量)间的相互关系,分析植物对环境的适应途径;然后根据性状间的差异进行了层次聚类,将物种划分为3大功能型,并分析了不同功能型对环境的适应策略。结果表明:黄土丘陵区延河流域149种植物的叶氮含量与比叶面积和根氮含量正相关、与叶组织密度负相关,比根长与根组织密度负相关,除了根氮含量,其余根性状与叶性状不相关。此外,功能性状间关系变化和适应策略在不同功能型之间也存在差异。功能型1的植物具有最强的耐旱力和防御力;功能型3的植物具有最强的养分维持能力用以对抗营养贫瘠的环境;功能型2的植物居中,生长速率最高,具有较强的竞争力、分布最广;根据C-S-R理论,功能型1和3属于"胁迫忍耐型"策略(S策略),功能型2则属于"竞争型"(C)和"干扰型"(R)策略的综合。研究结果为黄土丘陵区植被恢复规划及物种配置等提供依据。

根河流域1980-2017年气候和径流的变化特征分析

根河流域处于我国寒温带地区,气候和自然环境较为特殊,分布着大面积冻土,对于气候变化非常敏感。【目的】通过分析根河流域气象要素和径流的变化,探讨气候和水文之间的相互关系,为该流域的水资源科学管理提供理论依据。【方法】以额尔古纳水系根河流域为研究对象,利用M-K检验和Hurst指数等方法,分析根河流域1980-2017年气象要素和径流的变化趋势及相互作用关系。【结果】①根河流域年平均气温在1980―2017年,共上升了1.10℃,在α=0.01的水平上呈上升趋势,且上升趋势有较强的持续性(H=0.75)。其中,生长季的气温变化最为强烈(Z=4.63)。②根河流域生长季降水量占年降水量的85%,趋于下降趋势,下降幅度为1.68 mm/a。③根河流域始冻期和完全冻结期的空气相对湿度分别α=0.001和α=0.01的水平上显著下降,且下降趋势有很强的持续性(H=1.0),变化幅度为0.05%/a。④根河流域径流量趋于下降趋势,在1997年和1999年发生突变,不年降水量发生突变的时间基本吻合,且降雨不径流的变化趋势一致,相关性分析表明,降雨不径流的相关系数为0.91。⑤根河流域径流量不年均气温相关系数为0.50,气温主要以增加流域各因子的蒸散发以及土壤和河流冻结、融化的时间或面积来影响流域径流量。【结论】根河流域降水量和径流在1980―2017年没有很大的变化趋势,气温呈猛烈的上升趋势,流域气候整体上趋于夏季越来越干冷,冬季干热的趋势。

均方根误差最小准则的水库群典型年选取

由于时空分布、气候、下垫面等水文特性的异同,流域梯级各水库典型年不完全同步,较难选取合理、统一且具有代表性的流域水文典型年。将均方根误差最小准则应用于流域典型年的选取,以乌江流域7级梯级水库为例选择流域丰、平、枯典型年,研究表明,均方根误差最小准则能够统筹考虑各个电站的实际情况,选取的各种频率下典型年与设计年径流量平均相对误差绝对值均小于5%,是一种可靠的流域梯级水库典型年选择方法。

基于生理指标的棉花耐高温品种筛选及与根系表型关系分析

近年来黄河流域棉区高温频发,已成为限制棉花生长发育的重要非生物胁迫因素之一。目前不同棉花品种响应高温的特性,尤其是根系表型差异尚不明确。本试验选择该棉区15个主栽棉花品种,于六叶期在人工气候室设置对照(昼夜25℃/25℃)和高温(昼夜35℃/30℃)处理,处理1周后测定功能叶片光合性能指标及根长、根表面积等根系表型指标。结果表明,高温胁迫下棉花叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、PSⅡ最大光化学效率(F_(v)/F_(m))和叶绿素含量(SPAD值)均降低;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性,可溶性糖含量和相对电导率均升高。利用主成分分析将10个指标整合为2个综合指标,得到不同品种的耐热系数和品种得分,聚类分析筛选出3个耐高温品种:‘硕丰1号’‘国欣9号’和‘鲁棉研28’,及5个不耐高温品种:‘石抗126’‘邯无216’‘国欣4号’‘沧棉268’和‘农大601’。进一步将高温与对照的棉花根系表型指标比值与耐高温品种得分进行相关性分析,根长、根表面积、根体积和根平均直径的相关系数分别为0.766(P<0.01)、0.659(P<0.01)、0.628(P<0.05)和0.501(P>0.05),表明耐高温能力强的品种在受到高温胁迫后,根系表型指标值降低的幅度较小;此外研究也表明,根长、根表面积和根体积也可以作为棉花耐高温筛选的指标。

金沟河流域径流极值时间序列平稳性检验

为探究金沟河流域径流极值时间序列的平稳性,采用Pettitt突变检验结合M-K趋势检验法、轮次检验法、逆序数检验法和单位根检验法分析了八家户水文站1957~2016年径流极值序列。结果表明,金沟河流域的径流极大值序列为平稳序列,而极小值序列为非平稳序列;轮次检验法和逆序数检验法在合理分段数情况下能得到精确的检验结果,对于径流极值序列的平稳性检验具有适用性;单位根检验法在检验径流极值序列平稳性时出现误判。

基层流域治理的制度密码:围绕江汉平原河湖治理的讨论

传统时期国家、地方和基层构成的治水体系,形塑国家治水、基层自主治水以及两者合作治水的体制;集体时期国家行政主导基层流域单元治理;改革开放时期囿于国家权力退场和基层自我管理疲软导致基层流域单元治理的集体行动困境;新时期呼吁政府职能和群众参与的共同回归,加快构建基层流域单元的公共治理体系。同时,由传统向现代过渡,国家触角逐渐向下延伸,根据国家力量对基层流域治理的介入强度不同,治理体系呈现为无介入、适时性介入、刚性介入、常态性介入四种态势。历史证明,中国特色的基层流域治理体制,包括国家治理和社会自主治理的互动机制,维系着传统中国的农业文明,培育了国民自由和民主的品格。

不同选样方法下短历时暴雨频率分布线型优选

为研究不同选样方法下短历时暴雨频率分布线型的适应性,以陕西省渭河流域39个气象站的11个短历时暴雨序列为研究对象,采用线性矩法估计参数,利用拟优平方和准则法评价拟合优度,分别从同一气象站不同历时暴雨序列最优分布和同一历时不同气象站暴雨序列最优分布两方面,对年最大值法、年多个样法和年超大值法3种选样方法下的13种频率分布线型的适应性进行了分析比较。结果表明:广义帕累托分布(GEP)对3种选样方法均具有较好的适应性,可作为陕西省渭河流域短历时暴雨的理论频率分布。

和田河流域胡杨林更新复壮技术

【目的】研究和田河流域胡杨林更新复壮技术,为荒漠河岸胡杨林的恢复提供技术支撑。【方法】设置2m×2m样方调查引洪后河漫滩胡杨、柽柳的恢复情况;设置4m×50m样方对胡杨开沟断根萌芽和引洪后胡杨萌芽更新状况进行调查。【结果】淤泥+砂土的立地条件有利于洪水过后胡杨幼苗的存活;断根后幼苗更新数量是对照的23～40倍;在断根的阳面幼苗更新的数量是阴面的两倍以上。【结论】开挖断根时,距母树的距离不宜超过5m,深度以50～70cm为宜;断根对幼苗数量的更新效果优于引洪,开沟断根是恢复胡杨林的有效措施之一;引洪后对幼苗更新有较大的促进作用。

干旱内陆河流域植物群落构建过程及其关键驱动因素

作为干旱内陆河流域水资源可利用性的决定性因素之一,地下水位在调节植物功能性状、系统发育乃至植物群落构建方面发挥着至关重要的作用。然而地下水位变化对干旱内陆河流域植物群落构建过程相对重要性的影响,以及这种影响在地上-地下组分间的差异尚未得到系统研究。本文以典型干旱内陆河流域下游的主要植物群落为研究对象,结合叶片、根系功能性状与环境数据,系统地探讨植物群落构建过程沿地下水位梯度的变化模式及其关键驱动因素。结果表明:(1)综合植物个体、平均功能性状和系统发育可知,在整个研究区域,叶片、根系功能多样性的标准效应值(SES.RaoQ)均小于0。大多数植物群落的功能结构(90%的功能性状)表现为聚集状态。(2)地下水与土壤因子共同解释叶片、根系SES.RaoQ 13%-39%与14%-48%的变异,而地下水位能够单独解释叶片、根系SES.RaoQ 13%-22%与14%-36%的变异。(3)叶片、根系SES.RaoQ均随平均地下水位的降低而降低,随地下水位季节性的增加而增加;根系SES.RaoQ与地下水位的斜率大于叶片SES.RaoQ。总体而言,干旱内陆河流域植物群落的构建机制整体上由确定性过程主导,支持生态位理论,大多数植物群落的构建机制符合生态位理论中的环境筛选作用。地下水位是调控不同群落构建过程相对重要性的主要因素,随地下水位的降低,功能结构由发散状态转为聚集状态。植物群落地上、地下功能结构沿地下水位梯度的变化表现出一致性,但植物群落地下部分对地下水位的变化更为敏感。

东江流域枯水径流变异根本原因分析

随着社会经济的发展,人口的增加,水资源的供求矛盾日益突出,枯水问题越来越受到广泛的关注。本文以东江流域为例,采用根本原因分析法(RCA法)归纳和探究了枯水径流变异的原因,并以因果树的方式直观地展现了其因果关系。首先对东江流域干流站点和支流站点枯水期径流序列变异分析后,发现干流4个站点径流发生了变异,且有明显联系;其次结合流域枯水期径流、降雨、蒸发、水库蓄水量数据分析,构建出东江流域枯水期径流变异因果树;最后综合分析得出结论:气候对东江流域枯水径流序列变异影响不大;影响主要来自于人类活动,导致序列变异的主要原因是新丰江水库和枫树坝水库的径流调节。

巴拉格尔河流域土壤传递函数构建与评估

以土壤理化性质数据建立传递函数是间接获取土壤水力参数的重要手段。采集巴拉格尔河流域土壤0~30 cm和30~60 cm土层102个样品,测定粒径分布、干容重、有机质、饱和导水率、田间持水率等指标,利用数理统计、空间插值及主成分分析等方法揭示流域根系层土壤理化及水力特性空间特征,以土壤饱和导水率(KS)为例对多种土壤传递函数模型进行适用性分析,结果表明:(1)以砂质壤土为主,随根系层土壤深度加大,砂质壤土含量减小,壤质砂土增多;(2)不同层饱和导水率空间分布具有相似性,土壤深层大于表层的KS;(3)土壤根系层30~60cm土层的新建传递函数模拟效果较好,检验参数r、δME和δRMSE分别为0.73、0和1.62;(4)估计误差的大小与土壤类型有关,新建PTFs对于砂质壤土较为适用。