近51年海河流域气候变化特征分析

在全球变暖的背景下,海河流域作为我国重要工农业生产地,气候正在发生重大变化.利用1960年-2010年海河流域30个气象站点的气温和降水资料,将每个站点的气温和降水量展布到全流域,采用线性倾向估计、Mann-Kendall非参数检验、滑动T检验和小波分析等方法分析海河流域气候的变化特征.结果表明：海河流域气温呈明显上升趋势,其中西部和东部明显高于南部和北部,年平均气温在1988年发生突变,气温变化存在7a和10～15a2个周期;整个流域的降水量呈下降趋势,其中北部的内蒙古地区和河南的北部地区降水减少趋势最为明显,降水量在1997年发生突变,降水变化存在5～7 a和10～15 a 2个周期.     

十六世纪以来皇甫川流域的水沙变化复原

本文通过对皇甫川流域一组树木年轮资料的分析,重建了皇甫川流域自十六世纪以来的降水变化过程;在此基础上,根据皇甫川流域的现代水沙变化的相关关系,进一步反推出近500年来皇甫川入黄泥沙的变化过程。     

海河流域地下水储量时变趋势分析

海河流域水资源短缺,水资源供需矛盾突出,地下水供水量占流域总供水量的65%.长期以来,地下水资源被超采利用,然而由于监测地下水储量变化的监测井数量有限且分布不均,很难从流域尺度把握地下水储量的时空变化.本文利用GRACE重力卫星CSR05数据反演推算了海河流域2005～2009年间地下水储量的时序变化,为合理利用地下水资源提供科学依据.为验证GRACE反演推算结果的可靠性,将结果与该流域170眼监测井的数据进行对比分析,结果显示二者的变化趋势基本一致.研究结果表明:海河流域2005～2006年间地下水储量整体有所增加,且增加的幅度在逐步增大,在2006年达到峰值;自2006年起,地下水水储量上升的幅度呈缓慢减小的趋势,一直持续到2007年夏季.随后海河流域地下水储量减少,且减小的幅度变化不大.由此可以看出在该5年中地下水储量变化的整体趋势是逐年较小的.     

多时间尺度下遥感降水产品与再分析降水产品在海河流域适用性对比分析

为了综合评估热带降雨测量卫星(tropical rainfall measuring mission,TRMM)、全球降水测量计划(global precipitation measurement,GPM)遥感降水产品和MERRA-2再分析降水产品在海河流域的适用性,基于流域内57个气象站点2014年3月—2018年2月期间的逐日实测降水数据,选用相关系数、均方根误差、平均绝对误差、相对误差等评价指标,对比分析三者在海河流域年、季、月多时间尺度观测精度.结果表明:在年、季、月时间尺度上,GPM数据与站点实测数据的相关性均为最优,TRMM相关性均最弱.在3种时间尺度下,MERRA-2再分析数据在海河流域的数据精度最高,GPM次之,TRMM数据误差最为明显.TRMM、GPM在年度、季度降水量上均存在一定的高估现象,TRMM表现出对降水的高估现象更加明显,但是夏季GPM相对误差略高于TRMM数据.总体上,3种降水产品在海河流域均具有较好的适用性,但MERRA-2与GPM在海河流域的适用性较好且优于TRMM,GPM在弱降水观测能力方面较TRMM明显增强,但强降水监测能力仍有待提升.     

基于GIS的河北平原地下水位时空变化动态分析

根据1975、1980、1985、1990、1995、2000年的地下水位观测资料,利用 GIS技术,采用Kriging插值方法,分析了近25年来河北平原地下水位的动态变化过程,揭示了地下水位的时空演变规律,并探讨了地下水位下降的原因。1975—2000年,河北平原浅层地下水位下降10.2m,年均下降速率为0.41m/a,其中以1990—1995年下降速率最大,达0.74m/a。深层地下水位下降30.2m,年均下降速率1.21m/a,其中以1980—1985年下降速率最大,达1.83m/a。在区域分布上,自山前平原至滨海平原,浅层地下水位和下降幅度逐渐减小,而深层地下水位和下降幅度逐渐增大。降水和地表径流的减少以及地下水的严重超采是引起地下水位下降的主要原因。     

银川平原地下水同位素特征分析

地下水同位素特征表明银川平原地下水具有不同的补给模式。贺兰山洪积扇单一潜水主要接受山区侧向径流及大气降水补给;青铜峡洪积扇单一潜水及冲湖积平原上覆潜水,主要接受黄河灌溉水的入渗补给。天然状态下,承压水为古地质时期补给形成的“古水”,地下水交替缓慢;开采状况下,平原东部承压水受到了现代补给水的影响,潜水越流量占补给量的50%左右。针对平原区不同的水文地质条件及循环特征,建议采取相应的措施,合理开发利用水资源。     

海河流域地下水储量空间变化趋势分析

近年来,随着工农业的发展,海河流域的地下水资源被严重超采利用,然而由于监测地下水储量变化的监测井数目有限并且分布不均,很难从流域角度把握地下水储量的空间变化趋势.本文利用GRACE重力卫星最新CSR RL05版数据反演推算了海河流域2005～2009年间地下水储量的空间变化,这为合理利用地下水资源提供了科学依据.首先为验证GRACE反演推算结果的可靠性,将结果与该流域监测井的数据进行对比分析,结果表明二者的变化趋势基本一致.然后对海河流域地下水储量变化的空间分布进行分析和讨论,并与《河北省平原区地下水通报》进行对比分析.研究结果表明：在2005～2009年时间段内海河流域地下水储量变化均处于下降的趋势,变化范围在-10～-44 mm/a,大部分区域下降的幅度较大,以石家庄、邢台等地下降幅度较为严重.     

Integrated simulation of the dualistic water cycle and its associated processes in the Haihe River Basin

Water resource shortages, water environmental deterioration, and water ecological degradation are becoming increasingly prominent in the Haihe River Basin under the effects of global climate change and intense human activity. Finding ways to solve these problems reasonably is an urgent task in basin water resources management. The water cycle describes the formation and transformation of every water drop, while it interacts with associated water ecology and water environment processes. Therefore, to fundamentally solve the above problems, the three processes must be combined and the evolutionary trends of the ecology and water environment driven by the water cycle must be determined. To comprehensively diagnose and solve the problems of water resources, ecology and water environment in the basin, an integrated simulation platform of the dualistic water cycle and its associated processes in the Haihe River Basin was established by fully analyzing the "natural-social" dualistic characteristics of the evolution of the basin water cycle in this study. Accordingly, it is a supporting tool to evaluate the future trends of water resources, ecology and the water environment by setting scenarios based on the predictions of a climate mode and water control conditions. The results show that with climate change, the water consumption, groundwater overexploitation, and the amount of water flowing to the sea could develop soundly and satisfy the requirements of national economic growth in the future planning year 2030 through the implementation of water consumption control management and the South-North Water Diversion Project. Meanwhile, associated water environmental deterioration can be alleviated, and a growing trend for production capacities of the natural ecosystem and agro-ecosystem is seen. The above results provide a foundation for implementing basin water resources regulation and the most strict water resources management.     

海河流域水质时空变异规律的分析

随着社会经济的发展，海河流域水资源遭到破坏性的开发，水污染问题日益严重. 为了分析流域整体水平上的水质时空变异规律，本文选取了海河流域内2004—2016年7个水质自动监测断面的水质监测数据，利用Mann-Kendall非参数检验对7个点位的pH以及DO、COD_Mn、NH₃-N等物质质量浓度进行检验，得出其随时间的变化趋势及突变点. 以天津三岔口断面为例，利用散点图的方式直观判断出各监测因子年内变化规律. 根据水质监测数据分别计算出各断面pH及DO、COD_Mn、NH₃-N质量浓度的均值及标准差，分析比较得出流域内水质的空间分布状况. 结果表明:1）海河流域的水质状况在2004—2016年间有改善的趋势；2）海河流域的水质突变主要集中在2006—2007年，降水量过少是导致水质突变的主要因素；3）通过空间分析得出岗南水库水质最好，聊城秤钩湾水质状况最差，水质空间分布总体符合支流优于干流、上游优于下游的规律.      

Pollution characteristics and ecological risk of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in surface sediments of the southern part of the Haihe River system in China

The southern part of the Haihe River system, the largest river system in the Haihe River Basin, is important to maintain a healthy ecosystem and safe drinking water as well as for the economic development of China. To assess the effect of rapid industrialization and urbanization on the pattern of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) contamination, the PAH pollution characteristics of the southern part of the Haihe River system was investigated. Sixteen PAHs in surface sediments samples collected from 24 sites covering the southern part of the Haihe River system from the upstream to the estuaries were detected and analyzed. The total PAH concentration ranged from 258.77 to 11296.66 ng/g dry weight. On average, 2-, 3-, 4-, 5and 6-ring PAHs comprised 25.32%, 27.22%, 22.62%, 14.89% and 9.96% of the total PAHs, respectively. Sites with high concentrations were concentrated in the Fuhe River, Fuyang River and Wei River, which are located near cities. A risk quotient (RQ) was used to assess the ecological risk of PAHs. The mean values of the RQ(MPCs) of individual PAHs were lower than 1.00, except for those of naphthalene (2.00) and pyrene (1.67). The RQPAHs calculated for the samples indicated that the Xidayang reservoir and the estuary of the Ziya River were determined to be at a low risk level, while Baoding City, Handan City and Aixinzhuang were determined to be at a high risk level.     

1951—2014年淮河流域典型等值线变化特征

利用1951—2014年淮河流域29个站点月平均气温和月降水量数据,运用线性倾向估计、累积距平、Mann-Kendall检验及空间分析等方法,分析了1月均温和年降水量的时空变化特征.结果表明:过去64 a,1月均温呈显著升高趋势,升高速率为0.3℃/10a,1986年以后升温趋势显著,并于1973年发生升温突变;年代际方面,20世纪50年代均温最低,20世纪90年代均温最高.年降水量呈不显著减少趋势,减少速率为5.9 mm/10a;年代际降水量波动幅度不大,其中21世纪00年代平均降水量最高,21世纪10年代平均降水量最少.相较于淮河流域年均温变化,1月均温发生暖化突变时间早于年均温,说明1月均温在响应全球变暖方面更加敏感.过去64 a,1月0℃等温线和800 mm等降水量线与秦岭—淮河一线不重合,其主要原因是全球变暖导致的自然带显著北移.     

海河流域50年来参考腾发量的时空变化规律及其影响原因

根据海河流域34个站点1957—2007年逐日实测气象资料,结合旋转正交函数(REOF)、参数t检验法和Mann-Kendall检验方法对海河流域参考腾发量(RET)及其相关的4个气象变量(平均气温、风速、相对湿度和日照时数)的时空演变特征进行了分析,在此基础上,分析了RET对气象变量的敏感性,定量评估了气象变量对RET变化的贡献程度,探讨了影响RET变化的可能原因.结果表明,过去50年,海河流域59%的站点RET呈现显著下降趋势,主要分布在东部平原区,呈现显著上升趋势的站点主要分布在西部山地区.依据REOF分析结果,海河流域可以划分为3个区域:西部区、北部区和东部区;北部区和东部区的RET都呈现出显著的减少趋势,而西部区则呈现出显著的增加趋势;相对湿度是对RET最敏感的气象变量,风速和日照时数次之,平均气温对RET的敏感性最小;海河流域西部区RET的增加主要是由该区域显著减少的相对湿度所引起的,而北部区和东部区显著下降的风速和日照时数是导致这两个区域RET减少的主要原因.     

从海河流域研究案例浅议珠江流域水环境管理(英文)

珠江流域和海河流域是我国大河流域中水资源量相对丰富和相对短缺的典型代表,这两大流域自然地理存在着明显差异,经济发展情况不尽相同,各自的水资源量存在较大差别,但水环境污染问题却有诸多相似之处。总结了海河流域前期研究:1)水环境复合污染特征及其变化规律研究基础,特别是各种持久性难降解有机污染物(POPs),重金属污染及新型污染物的分布规律及污染程度,提出流域尺度、强人为干扰条件下复合污染综合效应的量化评价方法。2)基于流域水环境特征,提出耦合水质、水量和水生态的流域水环境风险评价的概念,建立了适用于流域尺度的综合风险评价模型和子流域尺度的相对风险评价模型(RRM),在终点的选取中,同时考虑生态终点和人体健康终点,尝试通过RRM进行生态风险和健康风险的整合。3)基于流域水环境特征,提出了流域尺度的健康评价方法,建立水质-水量-水生态-社会服务综合指标体系。最后,分析了当前珠江流域水环境问题,提出应加强水环境风险研究,尤其是复合污染潜在生态风险。此外,还应加强区域合作,鼓励公众参与保护水环境。     

海河流域与水相关的生态环境承载力研究

为实现海河流域的可持续发展,需进行生态环境承载力研究.本文从水资源、生态环境、人口与经济的关系出发,针对海河流域生态环境恶化问题,探讨了与水相关的生态环境承载力的内涵、指标体系;提出时间序列与最优化理论相结合计算生态环境承载力的量化模型;得出海河流域现状处于生态环境严重超载状态;在南水北调、经济常规发展下,到2035年左右达到可承载的良好状态.     

Multi-dimensional overall regulatory modes and threshold values for water cycle of the Haihe River Basin

In this study, a multi-dimensional critical regulatory criteria and decision-making mechanism based on the scientific cognition of multi-dimensional attributes and characteristics of the water cycle was proposed. This system was functioned by deeply discriminating the nature-society binary characteristics of the five-dimensional characteristics of the water cycle system of the Haihe River Basin (water resources, economy, society, ecology, and environment) under the influence of high-intensity human activities and hydrological changes and by analyzing the organic interactive relationships between the five dimensions and their overall effect on the water cycle. A GDP calculation model was constructed in this study by adjusting the water environment for water resources, after which five-dimensional normalization objective functions were established for multi-objective analysis to carry out trade-off analysis of multi-dimensional regulatory indexes. In addition, synergetic theory, entropy theory and dissipation structure theory were introduced to construct an evaluation model for multi-dimensional regulatory schemes. A water cycle multi-dimensional critical overall regulatory model system was also established. This system consisted of a multi-objective macroeconomic model (DAMOS), water resource allocation model based on rules (ROWAS), evaluation model for WEDP (EMW) and multi-dimensional regulatory scheme evaluation model (SEAMUR) as the main body. To address the national demands faced by the Haihe River Basin as a result of combinatorial schemes for different hydrological series and water amounts diverted by the south-to-north water diversion project, this study adopted a hierarchy progression method to set up the technologies, investigated multi-dimensional overall regulatory methods, proposed an overall regulation threshold value for the water cycle of the Haihe River Basin, and recommended corresponding five-dimensional regulatory schemes.     

玉符河流域地下水位与降水量的时滞分析

选取2000～2014年玉符河流域4组孔隙含水层、岩溶含水层水位监测数据及同期济南市降水量数据,采用连续小波变换和交叉小波变换对地下水位与降水量的时滞进行分析。结果表明:相同地段不同含水层的水位变化规律较为一致,降水量和地下水位存在约1年的连续主震荡周期。自上游到下游,地下水位与降水量的时滞逐渐增大,岩溶水位与降水量的时滞为73.22～117.99 d,孔隙水位与降水量的时滞为75.00～127.52 d。对于相同地段不同的含水层,岩溶水位对降水的时滞整体上小于孔隙水位对降水的时滞。     

嘉陵江下游千年历史洪水分析 (三峡地区资源环境生态研究)

采用历史文献法和统计分析的方法,引用历史洪水资料和实测洪水资料,分析了公元773年以来嘉陵江下游洪水的概况、洪水时间分布规律及洪水叠加组合规律。通过分析得出以下结论:1)1870年以来嘉陵江下游已确认的较大洪水共有11次,居前三位的分别是1870年、1903年、1981年的洪水;2)嘉陵江下游洪水具有明显的时间分布特征,主要发生在6～9月;3)嘉陵江下游洪水主要受涪江、嘉陵江和渠江三江的影响,三江洪水的叠加对嘉陵江下游洪灾的形成影响重大。嘉陵江下游经济发达,城镇和人口密集,加强该区域洪水研究,具有重要的现实意义,可为嘉陵江下游地区的防洪减灾提供科学依据。     

永定河流域健康评估及其变化分析

人类社会的高速发展导致流域水资源短缺和水环境污染等问题日益严重。永定河流域作为海河流域的重要组成部分,流经内蒙古、山西、河北、北京、天津5个省（自治区、直辖市）,其健康发展状况对所在地区具有重要影响并值得深入研究。本研究在综合分析国内外流域健康评价方法的基础上,构建永定河流域健康评价指标体系,采用综合指数评价法和层次分析法对永定河流域18个子流域2005-2020年的健康状况进行评价。研究结果表明,永定河流域在2005-2020年整体健康状况无明显变化,个别子流域健康状况在前期有小幅度恶化的现象,但整体在2020年得到改善。通过分析流域健康变化原因认为,水资源量匮乏、经济发展不平衡以及人类活动剧烈干扰是导致永定河流域健康状况一般及局部恶化的主要原因,并据此给出了永定河流域健康管理的对策和建议,为永定河流域的合理开发利用与保护提供参考。     

玛纳斯河流域降水与径流变化及其人类活动的影响

玛纳斯河流域发源于北天山中段,消失于准噶尔盆地西缘,是天山北麓流量最大的内流河.河流贯穿于山地-绿洲-荒漠系统,地表过程复杂.其绿洲受人类活动影响较大.高山区的冰雪融水和玛纳斯河上游的降水是该流域的主要径流水源.文章根据玛纳斯河流域基本气象台站建站以来的月平均气温、降水和年平均气温、降水和流量的资料,使用概率统计时间序列方法分析了流域气温、降水和径流的年内、年际变化特点并对突变年代做了检测,就径流对气候变化的响应做进一步的探讨.结果表明：玛纳斯河流域升温趋势显著,50年温度序列Mann-Kendall方法突变检验,通过了α=0.05的置信检验,表明气温在1995年发生了由低到高的突变,气候变暖主要在冬季.降水1983年发生了由少到多的突变,降水增加主要在春季和夏季.进一步分析表明玛纳斯河流域径流变化与降水变化有密切的正相关性,与气温变化的关系较为复杂.     

A 600-year flood history in the Yangtze River drainage: Comparison between a subaqueous delta and historical records

Based on grain size analysis and high-resolution elemental scanning of core YD0901, taken from the subaqueous Yangtze River delta, a 600-year flood history was reconstructed for the Yangtze River drainage system. Zr/Rb ratios were chosen as a proxy for Yangtze River floods. Zr resides mainly in the coarse-grained minerals, and Rb is found in the fine-grained minerals. When floods occur, the discharge of the Yangtze River increases, which carries more coarse-grained minerals into the East China Sea. Therefore, deposition of coarse-grained minerals significantly increases relative to fine-grained minerals on the subaqueous delta, and subsequently the Zr/Rb ratios also increase. The higher the Zr/Rb peaks, the greater number of coarse particles deposited by saltation processes. Zr/Rb peaks correlate very well with historical records for Yangtze River floods. Especially at about AD 1870, the Zr/Rb ratio reached a maximum value over the last 600 years, which is consistent with "the extreme flood event" in the upper and middle reaches of the Yangtze River in AD 1870, as indicated in the historical records. Results show that floods have occurred at a relatively high frequency over the last 600 years, which is consistent with historical records when, during the Ming-Qing Dynasty, floods occurred once every 4 years. In addition, spectral analysis of the Zr/Rb ratio showed that there is close link between the Yangtze River floods and ENSO intensity.