澜沧江干流水电开发的下游泥沙响应

澜沧江梯级开发对下游河道泥沙过程的跨境生态效应,是该国际河流跨境水资源开发及其环境效应研究中的关键问题之一．文中利用澜沧江和下湄公河上下游两个紧邻的干流水文控制站允景洪水文站和清盛水文站1987-2003年实测泥沙序列,进行含沙量月序列过程线对比以及年序列相关回归分析、因果关系检验研究．结果表明:同位于大坝下游的两站虽均受已建水库调节流量的影响,但两站的来沙响应趋势不一致,年序列线性回归拟合程度不高;时间序列Granger因果关系分析也表明了,两站泥沙除了上游的允景洪最大悬移质泥沙含量变化是下游清盛最大悬移质泥沙含量变化的原因以外,年平均、年月平均最小泥沙过程无明显因果关系．这些方面的发现,对进一步研究澜沧江电站建设对下游泥沙变化以及跨境影响的科学评价提供了新的证据．     

澜沧江水温时空分布特征及与下湄公河水温的比较

利用澜沧江流域11个基本未受人类活动干扰水文站的水温观测资料(20世纪60年代),分析了澜沧江水温的时空变化,并利用20世纪80年代后的澜沧江下游(允景洪站)的水温与下湄公河水温(清盛站)进行了比较,探讨了澜沧江下游与下湄公河水温的变化趋势.经过分析发现:澜沧江上、下游的水温变化较大,明显受到纬度的影响,其效应干季大于雨季,冬季大于夏季;平均最低水温受纬度的影响最大,而平均最高水温的影响最小.由此可以认为:澜沧江由于受到河道准南北走向的影响,水温变化较大.另外,通过对澜沧江下游的允景洪站和下湄公河的清盛站近期的水温极其变化趋势的比较分析,发现:允景洪站与清盛站的水温差值是趋于减小.不论是干季、雨季还是年平均,允景洪站的水温趋于弱上升趋势;而清盛站的水温则有明显的降温趋势,由此造成了两站间的水温差异呈现减小趋势.这种相反的变化趋势表明,下湄公河的水温变化与澜沧江出境水温变化关联较弱,更多受区域来水水温和地方气候变化影响.     

澜沧江干流水电开发的跨境水文效应

利用澜沧江域干流水文站1950s以来的月径流系列、干流8个水电梯级开发方案的关键指标等数据,综合分析了澜沧江干流水电大坝建设的跨境水文效应．结果表明:澜沧江-湄公河南北向发育4880 km,沿途河川径流的变化复杂多样,现有澜沧江水电大坝只是其众多驱动力中的一个,不是主驱动力;澜沧江已建大坝对下湄公河径流变化有明显的影响,主要在日平均变化时间尺度上,并集中在万象以上的干流狭窄河段;在几天以上变化的主要影响因素是气候变化;在允景洪水文站以下到出境点,有高达113．7×108 m3径流量,占澜沧江出境多年平均径流量15．44％的径流量不受水电梯级开发影响．这些结论,为合理评价澜沧江干流水电开发的跨境影响,提供了新的科学依据．     

重大工程建设与生态系统变化交互作用

以重大工程建设与生态系统变化间的交互作用为主要科学问题,基于DPSIR框架模式,从驱动、压力、状态、影响、响应等层面分析了工程建设与生态系统变化间交换作用的内部链接,构建了重大工程建设与生态系统变化交互作用模型,并提出了交互作用指数II(驱动响应指数IIDR、驱动影响指数IIDI、影响响应指数IIIR、影响作用指数IIII)以及相应的计算模型、情景分析模式和交互作用指标体系.通过采用不同的交互作用指数来反映重大工程建设驱动对生态系统的影响以及产生的响应;以西南纵向岭谷区澜沧江干流漫湾水电站建设以及纵向岭谷区公路交通网络建设为例进行了重大工程建设与生态系统变化交互作用模型验证分析.经过分析,漫湾电站建设中的驱动响应指数为3.67,驱动影响指数IIDI为3.92,影响响应指数IIIR为14.35,影响作用指数IIII为0.35;漫湾电站建设与生态系统变化交互作用体内部要素变异性不大,电站建设对生态环境影响有利于整体区域环境与经济的可持续发展,但此结果是基于不考虑漫湾电站建设中的环境成本、影响的扩散效应以及潜在负面影响和潜在响应的前提;由案例应用研究可知,本文构建的交互作用模型在交互作用体构建以及量化方面具有很好的实际应用价值.     

纵向岭谷区不同水电梯级开发情景胁迫下的区域生态系统变化

以纵向岭谷区澜沧江流域和红河流域为研究对象,在对比分析澜沧江和红河流域生态环境现状的前提下,结合澜沧江、元江-红河干流的水电梯级开发规划,构建了水电梯级开发胁迫下的生态脆弱度评价指标体系,设置了8种不同的水电梯级开发情景,模拟和预测不同开发情景下引起的区域生态系统变化,在计算过程中考虑了生态系统功能的突变特征.分析中没有考虑水电梯级开发带来的发电、航运等经济效益,只是从生态保护的层面进行考虑.结果表明,干流规划的梯级电站联合运营后,澜沧江流域的生态脆弱度将由现状的0.34变为0.90~0.91,红河流域的生态脆弱度将由现状的0.43变为0.86~0.89,并且两个流域的生态系统均可能发生突变,导致不可逆转的后果.为了保证生态环境遭到最小的破坏,澜沧江上游适合进行高响应水平下的间隔开发,开发后流域的生态脆弱度为0.56~0.62;元江-红河干流如果在响应实施水平不能够保证的情况下,也建议间隔开发,高响应水平下间隔开发后生态脆弱度为0.42~0.43.一方面,为水电梯级开发引起的生态系统变化理论和方法研究提供参考,另一方面,旨在能够提醒相关部门在水电梯级开发过程中注意对生态环境的保护和加强开发后的生态恢复力度,并对纵向岭谷区其他流域的水电开发进行预警.     

纵向岭谷区河流生态水文时空分异及驱动力分析

以纵向岭谷区两条典型高山峡谷河流为例,对河流生态水文的时空异质性及变化驱动力进行相应的分析.通过对河岸带植被物种环境二元数据矩阵进行典型对应分析,识别影响河岸带植被分布的环境因子;借用生物多样性指数的变化来反映研究区生态状况的时空变异性;利用河流水文气象要素的多元相关性分析,界定河流水文情势变迁的主导性因素;对比分析澜沧江干流及元江水系水环境状态的时空变异性规律及影响要素.通过对纵向岭谷区典型河流的生态水文时空分异及驱动力分析,可知:南北纵向上,澜沧江与元江流域的生态水文时空分布呈现规律性变化;东西横向上,纵向岭谷区生态状况时空变异性显著;自然驱动力主要是海拔、坡向以及水分要素,而人为驱动力主要是水电开发、河岸带边坡公路建设以及流域土地利用等.     

跨境水分配及其生态阈值与国际法的关联

以澜沧江-湄公河流域为案例,对跨境水资源国际双边和多边条约,协定数据库资料、湄公河区域性国际协定等进行分析,归纳出公平合理和不造成重大危害的分配原则、水资源分配指标体系和相关模式,判识该流域水资源分配最大、最小流量和水位等重要阈值;利用流域各国水资源开发利用现状及发展目标信息,为保证流域生态环境用水和以各国境内产水量为基础,建立以水量分配为核心的水资源全局分配、项目分配和流域综合分配三类5种分配方案,比较各方案效益．结果表明:(1)全局分配方案可公平确定各国的用水额,但无法维护流域生态目标;(2)项目分配方案可满足大多数流域国需求,但难以满足流域生态(特别是防止三角洲盐水入侵)及越南的发展目标;(3)综合分配方案可满足预期内各国的发展需求和流域生态的可持续性,但利益获得者有必要提供补偿以体现跨境水资源分配的公平性．     

纵向岭谷区典型河段生态系统服务价值变化比较

以相同面积的河段生态系统为对象,结合运用生态经济学方法和地理信息处理手段,对比研究了澜沧江和元江河段1985~2000年土地利用及生态服务价值的变化特征,并分析了变化的驱动机制.结果表明,两河段林地面积均有减少,澜沧江河段林地主要转化为旱田,转化率为56.0%,元江河段林地主要转化为居住用地,转化率为42.5%,澜沧江河段各地类面积变化量和变化率均远高于元江河段;澜沧江河段生态服务总价值减少,变化率为15.3%,元江河段生态服务总价值增加,变化率为0.6%.排除自然因素的影响,引起澜沧江和元江河段生态服务价值变化的主要人为驱动力分别是水电开发和农业活动,其中漫湾水电开发对澜沧江河段生态服务价值损失的影响率为93%,农业活动对元江河段生态服务价值损失的影响率为59%;漫湾大坝截流引起的河流输沙服务功能价值损失,是导致澜沧江河段水域服务价值以及河段生态服务总价值大幅减少的主要原因.澜沧江、元江河段林地、草地生态系统服务功能单位面积价值,以及河段间接利用价值与直接利用价值的比值均大大超过全国平均水平,在人类活动的干扰作用下,河流生态系统为人类提供生态系统产品的生产能力增强,维持健康自然生态环境的生命支持能力减弱.     

塔里木河流域水资源利用及其变化趋势分析

基于塔里木河流域8个气象站和15个水文站的长期观测资料,采用回归分析、时间序列分析和非参数检验的方法对塔里木河流域水资源利用及其变化趋势进行了研究,重点分析了1994—2003年10年流域水资源利用及变化趋势．分析和检验结果显示:塔里木河流域近40年源流来水量呈现增加的趋势,特别是在近10年源流水量的增加更为明显,说明随着全球气候的变化塔里木河源流区的水情得到了好转．但在近10年三源流来水量增加近25×108 m3／a情况下,源流补给干流的水量只增加了不足1×108m3／a,特别是干流沿程各站点的径流量仍呈显著的线性递减趋势,表明塔里木河源流连续10年的丰水期并没有改变干流环境恶化的局面．     

裸地与柽柳生长条件下潜水蒸发计算模型

地下水是干旱区天然植被耗水的主要来源,通过潜水蒸发来研究天然植被的生态需水是一条有效的途径．为了研究塔里木河流域的生态需水,根据1989-1996年阿克苏水平衡站裸地潜水蒸发资料,分析了潜水蒸发、潜水埋深和水面蒸发的关系,以潜水蒸发极限强度为控制条件,以潜水蒸发与水面蒸发呈非线性关系这一客观规律为基础,建立了充分反映潜水蒸发规律的裸地潜水蒸发计算模式．根据2003-2004年柽柳生长条件下纯粹由蒸散发引起潜水位下降时期潜水埋深和土壤水分资料,计算了柽柳生长条件下的潜水蒸发量,建立了柽柳生长条件下潜水蒸发计算模型．以柽柳植被系数为纽带,可实现裸地和柽柳生长条件下潜水蒸发的互换计算．研究结果表明所建模型计算精度较高,适用于塔里木河流域．     

基于ICESat/CryoSat-2卫星测高及站点观测的纳木错湖水位趋势变化监测

<正>全球气候变化对青藏高原的水循环和水资源产生重要的影响,高海拔内陆湖变化成为气候变化的重要指示器.近年来,卫星测高技术成为青藏高原湖泊动态变化的有力观测手段.目前,ICESat测高数据已广泛运用于湖泊水位变化监测,而该卫星仅能提供2003~2009年期间的测高数据.因此,2010年发射的高精度雷达高度计卫星如CryoSat-2成为青藏高原湖泊水位持续监测的潜在重要数据源.本文以青藏高原纳木错(Namco)水位变化为例,基于2005~2013年的纳木错站实测水位数据,评价CryoSat-2卫星在湖面脚点(footprint)     

纵向岭谷区地表径流对气候变化的敏感性分析:以长江上游龙川江流域为例

由于受印度洋强势季风系统及当地复杂地形的影响,中国西南纵向岭谷区过去50年的气候变化显现出与中国南方其他地区不同步的变化趋势．为研究西南纵向岭谷区地表径流对气候变化的响应,以龙川江流域为例和研究区1960-2001年气候因子-径流关系为背景,在综合考虑全球环流模型(GCMs)预测结果及区域气候变化历史趋势的基础上,通过建立人工神经网络模型对气温变化-1,0,1,2和3℃以及降水变化0％, 10％和 20％共25个气候情景下的气候变化-地表径流响应关系进行了分析．结果表明,尽管总体上降水与径流呈非线性正相关关系,气温与径流呈负相关关系,但径流的年和季节的具体变化却取决于气温和降水变化的组合．冬春季的地表径流的趋势更多的受气温变化的影响,夏秋季则基本与降水变化的趋势一致(径流响应高于降水变化)．若如GCMs所预测,暖冬和湿润夏季为今后气候变化的趋势的话,岭谷区将面临更加严重的干旱和洪涝灾害．     

塔里木河流域近50年气候变化及其水文过程响应

研究了塔里木河流域近50年的气候变化及其水文过程的响应．借助非参数统计检验技术,发现气温和降水时间序列都呈现单调递增趋势,并且以1986年为跃点出现了明显的台阶式跳跃．通过三源流来水不断递增和干流来水不断递减的趋势对比分析,发现下游河道的断流和植被退化是由于人类活动而不是气候变化造成的．灰色关联分析阐述了不同纬度分布的河流其径流与气温和降水之间的关系,结果表明越靠北分布的河流其径流与冬季存储的固体降水关系越大,而越靠南分布的河流其径流与夏季气温联系越紧密．敏感性分析表明源流区径流对降水变化的响应非常明显,而干流区径流对蒸发响应敏锐,并且气温升高引起的蒸发增强效应在一定程度上削弱了降水增加带来的径流增多效应．     

基于相关分析的水文趋势变异分级原理及验证

趋势变化是水文过程变异十分重要的表征,目前研究主要侧重于趋势识别方法的改进、比较及实例运用,但针对趋势变异程度分级等研究十分缺乏.为此,提出了一种水文序列趋势变异识别与程度分级的方法.该方法通过计算水文序列和时序的相关系数值,将趋势变异程度划分为无变异、弱变异、中变异、强变异及巨变异.通过推导相关系数与趋势斜率之间的公式,说明两者的正相关关系.统计试验验证了公式的合理性,并说明了序列均值和变差系数对相关系数值的影响.将该方法应用于西江高要站不同时间尺度的平均水位序列进行趋势变异程度分级,引入权重概念分析了各尺度平均水位趋势变异之间的联系.结果表明高要站各尺度平均水位序列均呈下降趋势,但趋势变异程度存在差异;权重较大时期平均水位的趋势变异程度对整体趋势变异程度影响更大,结合物理成因分析验证了结果的合理性与所提方法的有效性,因此将有助于定量评估气候变化和人类活动对水文过程的影响.     

来水来沙对潼关高程的影响及变化规律

研究了来水来沙变化对潼关高程的影响和变化规律. 结果发现, 潼关高程的升降取决于库区水流能量的大小, 汛末潼关高程与考虑前期水流和运用条件的线性叠加水流能量之间具有较好的相关关系. 在入库水量变化小、坝前水位变化大时, 水位对库区冲淤和潼关高程变化起主要作用; 相反, 如果坝前水位变化不大, 而来水量变幅较大, 则潼关高程变化和库区的泥沙冲淤主要受入库水沙条件的影响.     

澜沧江干流水库拦沙效应分析与预测

水库的蓄水拦沙对下游水道产生相应的物理化学及生态影响,定量研究水库的拦沙效应是揭示水库影响的关键之一.运用澜沧江漫湾电站的进出库控制水文站39年的实测资料,估算漫湾水库拦沙率,并与修正后的Brune和Siyam水库拦沙模型估算进行对比研究.结果表明:(1)漫湾水库实测资料估算的拦沙率为60.48%,Brune和Siyam模型估算的拦沙率为60.03%和60.03%,三者相近,结果较为合理,证明修正后的Brune和Siyam拦沙率估算模型适用于澜沧江流域规模相当的水库拦沙情形;(2)运用此两个修正模型,估算出的功果桥、大朝山与景洪水库的拦沙率分别为30.23%,66.05%,63.50%与38.81%,63.97%,62.30%.本研究所采用理论方法及其结果对澜沧江流域及其毗邻的其他流域的水沙关系研究,具有一定的参考价值.     

青藏高原外流区主要河流的径流变化

结合Mann-Kendall检验, 综合分析青藏高原外流区五条主要河流从1956~2000年的年平均径流量的变化过程, 揭示青藏高原河川径流总量总体没有增加, 但存在明显区域差异, 表现在黄河和长江(通天河)径流量呈现减少趋势, 东部雅砻江呈现增加趋势, 以及澜沧江和雅鲁藏布江的反相变化等方面. 对径流量的季节变化分析, 揭示气候变化对青藏高原河川径流的季节变化的影响比较显著, 春季(3~5月)径流量存在明显增加趋势, 特别在黄河上游1990s平均增加到18%以上. 结合北半球平均温度资料与流域内气候资料分析, 揭示青藏高原河川径流量并没有随着全球气温的增加而增加, 可能是由于流域内气温的升高导致了蒸发增加抵消了降水增加的水文效应所致.     

21世纪10年代初中国东部夏季小雨频次地形效应的趋势转折

利用中国东部地区1979～2019年9个山地站及相邻的27个平原站逐日降水资料,分析了夏季不同等级降水地形效应的变化特征,并探讨了相关气象因子的可能影响.统计显示,近40年来小雨频次地形效应于21世纪10年代初发生了显著的趋势转折,1979～2010年时段呈显著下降趋势(-2.24％/10a,P＜0.1),之后则为显著...     

植被生理生态学数据表征的合理地下水位研究--以塔里木河下游生态恢复过程为例

结合对塔里木河下游不同断面地下水位变化和植物生理生态特性的分析测试,研究了塔里木河下游主要建群种胡杨和柽柳在不同地下水位条件下的生理响应和适应性,探讨了塔里木河下游干旱环境下胡杨、柽柳的合理生态水位问题．研究结果表明,胡杨和柽柳叶片的可溶性糖、游离脯氨酸、内源植物激素脱落酸以及细胞分裂素浓度等与地下水位埋深有着密切的关系．随地下水位埋深加大和植物受到的生理胁迫加强,植物叶片的细胞分裂素浓度逐渐减少,而可溶性糖、游离脯氨酸和脱落酸含量增加,在距河道最远处(500m)达到最高值;比较胡杨、柽柳对不同断面地下水位变化的响应可见,在地下水位埋深较浅的亚合浦马汗断面,胡杨、柽柳的各项生理指标变化较小,而在地下水位埋深较大的依干不及麻断面,随地下水位埋深加大,可溶性糖和内源植物激素脱落酸含量呈线性关系增加,其中游离脯氨酸含量在距河道300 m处出现异常积累,反映了植物生理受到强烈胁迫;同时还发现,在一定强度的水分胁迫下,柽柳的生理过程较胡杨强烈,对地下水位埋深变化更为敏感,胡杨的抗旱性较之为强;结合样地调查结果,推测塔里木河下游胡杨、柽柳的合理生态水位埋深在4 m以内,9 m以下为胡杨和柽柳死亡的临界地下水位．     

长江中游河道床面冲淤及河岸崩退数学模型研究及其应用

三峡工程运用后,长江中游河段持续冲刷,局部河段崩岸现象较为突出,尤其在荆江河段.崩岸不仅影响局部河段河势的稳定,同时还影响两岸防洪及航运安全.本研究通过耦合一维水沙动力学模块、潜水位变化模块以及二元结构河岸稳定性分析模块,建立了模拟坝下游冲积河道床面冲淤及河岸崩退的一维耦合数学模型.采用该模型分别计算了不同年份长江中游荆江段的河床变形过程,对模型进行较为详细地率定和验证.计算结果表明:该模型能较好地反演研究河段内的水沙输移过程,并能模拟出主要崩岸发生区域及崩岸宽度;崩岸主要受近岸水流冲刷作用控制,但河岸土体内潜水位变化对上荆江河段崩岸的影响也较为显著;在下荆江河段,超过50%的河岸在洪峰期发生绕轴崩塌现象.此外,还分析了河段出口水位及河岸土体特性参数变化对崩岸计算结果的影响,这些参数的敏感性测试结果表明:当出口断面水位由于洞庭湖入汇而上升时,河段水面纵比降及平均流速减小,导致研究河段内崩岸宽度会有所降低;土体起动切应力的减小对河岸崩塌的影响最为显著,尤其在下荆江河段.