基于LCD-SSA-BiLSTM模型的月径流预测研究

径流预测在水资源优化配置和防汛抗旱方面发挥着重要作用。但径流序列非平稳会导致预测误差及峰值预测误差较大,因此提出了基于局部特征尺度分解(LCD)、麻雀搜索算法(SSA)和双向长短期记忆神经网络(BiLSTM)的组合预测模型(LCD-SSA-BiLSTM),以提高非平稳径流序列的预测精度。以汾河上游4个站点(汾河水库站、上静游站、兰村站和寨上站)为研究对象开展月径流序列预测研究,采用纳什效率系数、平均绝对误差、均方根误差、合格率4个评价指标对预测结果进行定量评价。结果表明,LCD-SSA-BiLSTM模型的平均绝对误差为10.346×10^(4)~124.629×10^(4)m^(3),均方根误差为19.416×10^(4)~191.284×10^(4)m^(3),纳什效率系数为0.975~0.988,4个水文站的合格率均在90%及以上,预测精度为甲级,与单一BiLSTM、EMD-BiLSTM、LCD-BiLSTM及EMD-SSA-BiLSTM模型相比预测效果更好,因此LCD-SSA-BiLSTM模型是预测非平稳月径流序列的有效方法。

大渡河上游生计方式的时空格局与土地利用/覆被变化

该文以大渡河上游壤塘县、马尔康县和金川县为例,在野外考察、农户调查、历史资料分析的基础上,利用遥感、地理信息系统等多种手段,研究了该区1950～2000年生计方式的时空格局和1967～2000年的土地利用/覆被变化过程。结果表明:在河谷区、中山区、林区和牧区,居民生计方式的演变具有不同的特点。随着生计方式的演变,大渡河上游具有多样的土地利用/覆被变化过程。1980年代以后,该区不同地带劳动力向二三产业的转移具有显著的差异,居民对环境退化具有不同的响应方式。该研究还表明,生态脆弱区社会经济发展和生态重建的关键在于改变居民的生计方式,促进劳动力向二三产业转移。

汾河中上游湿地植被β多样性

探讨和揭示群落构建机制(生态位理论和中性理论)是生态学和生物地理学研究的热点和难点之一。研究β多样性格局及其与空间距离和环境异质性的关系为解释群落构建机制提供了一定的理论依据,以往群落β多样性的研究主要集中于物种组成的差异性,对种间在进化关系和功能属性方面的差异则关注较少。在野外调查的基础上,分析了汾河中上游湿地植被Tβ(taxonβ-diversity)、Pβ(phylogeneticβ-diversity)和Fβ(functionalβ-diversity)多样性格局及其与空间距离和生境异质性的关系。结果表明:(1)随着样地间距离的增加,Tβ、Pβ和Fβ整体上表现出逐渐增加的趋势,即表现出群落的距离衰减效应。(2)土壤因子中,TP是影响样地间Tβ、Pβ和Fβ的主要因子(P<0.05);p H、TOC和TN对Tβ、Pβ和Fβ的影响均未达到显著水平(P>0.05)。(3)由于受到空间扩散限制和生境异质性的影响,样地间β多样性表现出较大的差异,Tβ(0.66—1)、Pβ(0.42—0.85)和Fβ(0.51—0.94)。(4)尽管Tβ、Pβ和Fβ反映了多样性的不同方面,但三者之相关性极显著(P<0.01);(5)对Tβ、Pβ和Fβ多样性格局及其与空间距离和生境异质性的关系进行研究,表明环境因子和扩散限制共同决定着β多样性的格局,即群落的构建机制由生态位理论和中性理论共同主导。

不同土地利用情景下汾河上游地区碳储量评估

陆地生态系统碳储量对预测气候变化、温室气体排放和减少等具有重要意义,而土地利用格局变化是研究陆地生态系统碳储量的基础,它直接影响陆地生态系统结构及分布情况,进而改变陆地生态系统碳储量。运用SDCLUE-S复合模型模拟了未来不同情景下汾河上游土地利用情况,并采用InVEST模型测算了不同时期下研究区碳储量情况。结果表明:2007—2017年汾河上游草地、未利用地及水体面积减少,耕地、建设用地、林地增加,自然增长情景与生态保护情景下2030年土地利用格局差异较大,耕地、建设用地、林地及水体呈相反趋势发展。2017年汾河上游生态系统碳储量和碳密度分别为58977910.98t和147.54t/hm^(2),与2007年相比增加了1237143.02t和3.09t/hm^(2)。2017—2030年自然增长情景下汾河上游生态系统碳储量和碳密度显著下降,主要原因是林地、草地面积减少,建设用地增加,生态保护情景下显著增加,碳储量和碳密度分别为59142210.16t和147.95t/hm^(2)。生态保护情景能够有效提高区域生态系统碳储量,但同时要考虑社会经济可持续发展,因此研究区在未来发展规划中应基于生态保护情景,统筹各项资源,保障经济发展。

近60年汾河中上游水沙变化趋势及其驱动因素

为了揭示近60年汾河中上游水沙变化趋势及其驱动因素,使用Mann-Kendall检验法对汾河中上游年径流量和年输沙量序列进行了趋势和突变分析,并采用双累积曲线法定量计算了气候变化和人类活动对汾河中上游水沙变化的贡献率。结果表明:1963-2016年期间汾河中上游的年径流量和年输沙量均呈现明显的减少趋势(p<0.01),突变发生年份分别为1981年和1980年;气候变化对汾河中上游的年径流量和年输沙量减少的影响微弱,而社会经济发展、水利工程建设和各项水土保持措施实施等人类活动是导致汾河中上游的年径流量和年输沙量减少的主要原因;气候变化和人类活动对汾河中上游径流量减少的贡献率分别为29%,71%,而二者对年输沙量减少的贡献率分别为22%,78%。研究成果可以为汾河中上游流域的水资源合理开发利用、水环境有效管理保护与水土保持工作宏观科学规划提供科学依据。

DEM空间尺度对岷江上游流域特征提取的影响

DEM分辨率是描述DEM地形精确程度的一个重要指标,同时也是决定DEM使用范围的一个主要影响因素。此处以岷江上游流域为研究区,Arc GIS为技术支撑,分析DEM空间尺度对流域特征提取的影响。首先,采用7组不同分辨率的DEM数据,通过5类不同特征参数的提取来进行DEM尺度效应的定量分析。其次,借鉴坡度中误差法思想和信息熵理论,综合分析高程、坡度和地面粗糙度来确定该地区DEM研究的分辨率合理范围。结论表明：随着DEM栅格大小的不断增大,高程区间和坡度随之减小;地面粗糙度的减小表现出地形的平坦化;信息熵所包含的内容减少;河网总长度和河网密度也随之变短变稀疏。文中岷江上游流域特征提取研究的DEM最佳空间分辨率区间为30-60 m。

基于GIS的汉江上游文川河流域土壤侵蚀特征研究

土壤侵蚀是南水北调中线水源地汉江上游地区亟待解决的关键问题。以汉江上游文川河流域为研究对象,基于遥感和GIS技术,以Landsat TM遥感影像和DEM为数据源,分析了文川河流域2011年土壤侵蚀及其空间分布特征。结果表明:文川河流域土壤侵蚀程度为21.62%,以轻度和中度侵蚀为主;低山丘陵区是土壤侵蚀的主要发生区。占流域面积35%的低山丘陵区,其侵蚀面积占侵蚀总面积的65%;流域内土壤侵蚀主要发生在坡度较大的区域,特别是15°以上的区域,且呈现出随坡度增大,侵蚀越严重的特征;坡耕地、草地和低山丘陵区的林地土壤侵蚀严重。仅占流域面积6%的坡耕地,其侵蚀面积占侵蚀总面积的30%。研究结果说明汉江上游低山丘陵区的土壤侵蚀不容忽视,应作为今后生态环境保护和水土保持的重点区域,加强坡耕地土壤侵蚀治理,加快植被恢复与建设,改善生态环境,控制水土流失,以保障南水北调中线调水工程的安全运行和工程沿线区域的生态环境质量。

六百年来汾河上游人口压力增长与环境状态演变之关系

应用文献学方法、野外勘查和实测数据,研究六百年来汾河上游行政区划变迁、人口、耕地和土壤侵蚀的发展,得到以下结论:(1)本区耕地增长远不及人口增长,故人均耕地减少1/3,而粮食单产并无明显提高;(2)通过对晚清阳曲县府推行土地清丈的成果分析,指出当时官方公布的耕地数不及实际数的一半;(3)清乾隆至光绪间,因坡地开垦而使侵蚀量有所增加,但在总侵蚀量中比重极小;(4)清光绪朝至今,由于较多开垦陡、急坡地,人为因素有所增长,但耕地上的侵蚀仍远少于自然力导致的沟蚀,只居次要地位。

珠江上游尖山河小流域土地利用调查与评价

在RegionManager软件的支持下,对尖山河小流域水土流失综合治理前后的土地利用状况进行了调查。采用层次分析法和综合指数法,对两期的土地质量等级进行了评价。调查结果表明,小流域土地总面积1883.05 hm^2,治理后与治理前相比,乔木林、灌木林、果木林及梯田面积分别增加423.5,299.9,17.6和32.0 hm^2;疏幼林、坡耕地及荒山坡面积分别减少487.4,164.3和164.5 hm^2。新增了保土耕作和经济林两种土地利用类型,水田、水域、非生产用地及难利用地面积基本保持不变。评价结果显示,治理前尖山河小流域的土地等级主要为三等地和四等地,占流域总面积的67.20%;治理后主要为二等地和三等地,占总面积的71.37%。从总体上看,治理后比治理前提高了一个质量等级,治理效果显著。

基于EMD分解的AR模型在年径流预测中的应用

为提高年径流中长期预测的精度，提出了一种新的时间序列预测方法——基于EMD分解的AR模型，以汾河上游上静游、汾河水库、寨上和兰村四座水文站1956～2000年的年径流序列为例，首先利用经验模态分解（EMD）方法将四座水文站的年径流序列分解为若干个固有模态函数（IMF）分量和一个残余项分量，然后运用自回归（AR）模型分别对各阶IMF进行预测，最后将各阶预测值重构得到年径流量预测值与单独运用AR模型的预测结果进行比较。结果表明，运用基于EMD分解的AR模型对汾河上游年径流进行预测，其预测精度比单独运用AR模型的预测精度有明显提高，表明该方法可行、有效。

汾河中上游地区禾本科植物调查

禾本科(Gramineae)是种子植物中最有经济价值的科。报道了汾河中上游地区禾本科植物42属78种(含种下等级7个),其中,含种数最多的属为鹅观草属Roegneria C.Koch.(7种,1变种),其次为早熟禾属Poa L.(6种),含有4种的属为狗尾草属Setaria Beauv.、披碱草属Elymus L.,含有3种的属有芨芨草属Achnatherum Beauv.、马唐属Digitaria Hall.、画眉草属Eragrostis Beauv.、隐子草属Cleistogenes Keng(1变种)、稗属Echinochloa Beauv.(1变种)、针茅属Stipa L.(1变种),含有2种的属有荩草属Arthraxon Beauv.、拂子茅属Calamagrostis Adans.、羊草属Leymus Hochst.、棒头草属Polypogon Desf.、高粱属Sorghum Moench、野青茅属Deyeuxia Clartion(3变种),含有1种的属最多,达25属。

汾河上游流域生态系统服务变化及驱动因素

随着社会经济的发展,人类对生态系统服务选择的加剧,生态系统服务面临的形势更加严峻。以汾河上游流域为研究区,以遥感影像、气象、土壤、统计数据及专题地图等为数据源,基于Arc GIS平台,采用CASA、In VEST等模型,评价了2000年和2008年汾河上游流域泥沙截持、产水量、NPP、固碳释氧、粮食生产五项生态系统服务变化情况;同时,整合人口、居民点、道路定量评价了研究区2000和2008年人类活动强度,并采用SPSS典型相关分析方法(CCA),对生态系统服务的自然与人文驱动因素进行了分析。结果表明:2000—2008年间,研究区5项生态系统服务变化明显。其中,泥沙截持服务减少43.30 t/hm^2,减少范围占整个流域87.5%,只有北端局部区域有所增强;产水服务增加4.74 t/hm^2,产水服务增加的区域占到了流域总面积的89.6%; NPP生产服务增加0.86 t/hm^2,NPP增加的区域占研究区的93.7%,仅边缘零星区域NPP减少;固碳释氧服务与NPP生产服务呈现一致的时空格局,增加量达2.18 t/hm^2,仅流域边缘零星分布减少的斑块;粮食生产服务总体上有所降低,下降幅度为15.65 kg/hm^2,粮食生产减少的区域占到整个流域的65%。同期,该区域人类活动强度有所增强,人类活动指数(HAI)由0.19增加到0.21,呈现出北低南高的空间格局。相关性分析表明,2000—2008年前,人类活动与泥沙截持和产水服务呈现极显著的正相关(r=0.637**和r=0.656**)。典型相关分析则(CCA)表明:影响泥沙截持服务的主要驱动因子是坡度,影响产水量的主要因素是降雨量和温度; 2000—2008两年间生态系统服务变化量的典型相关分析表明泥沙截持和产水服务受日照时数、相对湿度、降雨等自然因子的影响,NPP生产/固碳释氧的主要影响因子为温度和坡向。

基于CEEMD-GRNN组合模型的月径流预测方法

针对径流序列的噪声因素与非线性特性,采用互补集合经验模态分解法(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition, CEEMD)与广义回归神经网络(Generalized Regression Neural Networks, GRNN)的组合模型,对汾河上游上静游站、汾河水库站、寨上站、兰村站1958～2000年的月径流序列进行实例研究,探究3种不同建模方式下的组合模型对预测精度的影响,其中组合模型1使用加权平均集成法将各分量预测结果相加,组合模型2去除高频分量后再使用加权平均集成法将剩余分量预测结果相加,组合模型3去除高频分量后将剩余分量预测结果直接相加;再将组合模型与单一GRNN模型进行对比。结果表明:各模型的确定性系数(NS)均大于0.5,预测结果均具有可信度;不同的月径流资料适用不同的建模方法,对于极差较小的月径流序列,组合模型1预测效果最好,与另外两种组合模型及单一模型相比,平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分比误差(MAPE)、均方根误差(RMSE)分别平均减少26%,17%,23%;对于极差较大的径流序列,组合模型2预测效果最好,与另外两种组合模型及单一模型相比,MAE,MAPE,RMSE分别平均减少30%,28%,33%。组合模型2预测误差总小于组合模型3,即加权平均集成法对提高预测精度有一定作用。三种建模过程的CEEMD-GRNN组合模型预测误差均比单一GRNN模型小,说明组合模型较单一模型更适用于月径流预测。

洮儿河上游地区近50年土地利用演化过程分析

本文利用地形图图件、遥感资料在MGE和ARCGIS8．3软件支持下获取了洮儿河上游地区5个时期和4个时段的土地利用数据，分析研究区近50年土地利用时空演变过程：①土地利用时间演变特征：从土地利用变化速率看，在1950年～2000年内，以森林快速减少为主要特征，其减少的速率为2663.05hm^2／年，而草地和耕地则分别以2067．62hm^2／年和1166．10hm^2，年的速度增加；②土地利用空间演变特征：从土地类型组成看，研究区土地利用结构在50年内发生很大的变化，其中林地比重变化最大，由原来的64．39％下降到1980年代的45．91％，其后略有上升，而草地则由原来的28．12％上升到1980年代的43．45％；③本文还分析了不同时期土地利用类型在土地利用演化过程中的贡献。通过上述分析看出，研究区土地利用在近50年内变化速度很快，在各种土地利用类型转化过程中以优势类型林地、草地变化最大，其它非优势类型都作适应性调整，虽然优势类型并未发生转化，但是可以看出本区内林地过度利用、草地退化和破坏严重这一事实。保护现有林地和恢复已破坏林地，禁止过度放牧和开垦草地应当引起足够重视。

龙川江上游典型小流域农业面源污染物排放特征与评价

[目的]为了解龙川江上游小流域农业面源污染现状和特征,制定相应的农业面源防控措施,对流域内农业面源污染情况进行调查分析和评价。[方法]基于2019年7月份现场勘查,通过对龙川江上游典型小流域内五街镇、沙桥镇、龙川镇、雨露白族自治乡4个乡镇的27个行政村的农业种植、人居生活源(农村生活污水、生活垃圾)、畜禽养殖进行实地勘查,并对污染负荷进行系统评价分析。[结果]龙川江上游小流域内4个乡镇的面源污染排放源中,农业种植污染源污染物的排放入河量和污染负荷率最大,分别为1552.48 t/a和86.31%;人居生活源污染物的排放入河量和污染负荷率分别是227.89 t/a和12.67%;畜禽养殖污染源污染物的排放入河量和污染负荷率分别是为18.04 t/a和1.02%。在COD、NH_(3)-N、TN、TP评价因子中,污染负荷率最高的是COD,达92.08%,TN污染负荷率为6.33%,NH_(3)-N和TP的污染负荷率分别为0.89%、0.70%。[结论]农业种植是龙川江上游小流域农业面源的主要来源,也是该小流域农业面源污染防控的重点。

长江上游流域生态与可持续发展对策

概述了长江上游流域生态环境退化的现状和急需解决的问题 ,分析了生态环境退化的人为驱动因素和生态建设存在的问题 ,在此基础上提出了将长江上游作为一个流域整体进行跨地区、跨部门、跨学科的大联合攻关 ,强调“快速、经济、参与”为指导思想和原则 ,突出重点生态类型区域 ,开展关键技术试验示范攻关 ,发展以资源导向为主的区域经济 ,从而实现“近期遏制恶化 ,中期治理恢复 ,最终持续发展”的分阶段目标。

基于EMD与PSO的Nash NBGM(1,1)耦合模型的年径预测研究

针对径流是典型非平稳序列这一特点及目前存在的径流中长期预测精度低的问题,提出一种新的耦合预测方法——基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)与粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)的非线性灰色Bernoulli耦合模型(Nash Nonlinear Grey Bernoulli Model,Nash NGBM)。首先利用EMD方法对汾河上游上静游、汾河水库、寨上和兰村4个水文站的年径流序列进行平稳化处理,分别得到若干个固有模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF),对各阶IMF分别建立基于PSO算法的Nash NGBM(1,1)模型并进行预测,趋势项用多项式拟合并进行预测,然后通过重构各预测值得到汾河上游4个水文站年径流量的预测结果,并与单独运用基于PSO算法Nash NGBM(1,1)模型的预测结果进行比较,对模型作出评价。结果表明,基于EMD与PSO算法的Nash NGBM(1,1)耦合模型的拟合精度在92.5%以上,预测精度均达到了100%,其预测精度比单独运用基于PSO算法Nash NGBM(1,1)模型的预测精度有了明显提高;基于EMD与PSO算法的Nash NGBM(1,1)耦合预测方法的提出为径流中长期预测精度的提高提供了新的思路,对区域水资源的合理配置与优化调度具有重要的理论意义和实际价值。

长江上游山地城市江岸景观修复设计研究——以重庆主城为例

在长江上游众多沿江山地城市中,复杂地形与水文过程、物质与结构失稳以及生境退化等复杂环境挑战,导致江岸景观的生态缓冲、生物多样性保育及观赏游憩等重要功能严重衰退。选取长江重庆主城段江岸为研究区域,针对其典型生态特征与环境挑战,提出江岸景观修复设计的3项策略:1)应对多重水位变化的分圈层韧性植物筛选;2)护坡立体生态种植;3)河漫滩“植被-底质-微地貌”耦合设计。在重庆主城典型江岸九龙外滩实施修复实践,定量评估修复后江岸的植物群落结构及多样性变化,结果表明:修复后的江岸景观呈现出优美的立体生态外貌,群落多样性逐渐提升,景观韧性与生态服务功能持续优化。可为长江上游流域生态修复及山地城市韧性江岸景观建设提供科学依据和可参考的应用范式。

试论清代中晚期汾河上游人类活动与太原水患加剧之关系

作者应用水患频率五年滑动平均数法,分析了清乾隆初年至公元1911年间太原阳曲两县水患频率的增长情况.指出:乾隆初年fd=0.085,fd<0.2水患较轻,但以后逐步加剧,至清末0.2<fd<0.5灾情已相当严重,同频率的特大洪峰增大了一倍以上.分析认为这与汾河上游人口增加、耕地扩张有一定联系.

汾河中上游地区豆科植物调查报告

通过对汾河中上游地区豆科(Leguminosae)植物进行野外资源调查、标本采集及鉴定,结果表明:汾河中上游地区豆科植物共有33属74种(含种下等级2个),其中含种数最多的属为黄芪属Astragalus L.(9种);国家珍稀濒危保护植物有2种,为野大豆(Glycine soja)和黄芪(Astragalus.mongolicus)。