黄河源区1990―2020年土地利用变化分析

为给黄河源区土地管理和土地资源可持续利用提供依据,监测了1990、1995、2000、2005、2010、2015、2020年黄河源区7期Landsat TM/OLI原始遥感数据,利用ArcGIS软件对黄河源区近30年土地利用情况和动态变化进行统计分析,探讨了源区土地利用变化特性、规律及趋势.结果表明：(1)1990―2020年,黄河源区土地利用面积呈波动状态.林地、未利用地面积减少,草地、未利用地面积变化幅度最大,草地面积增加了5857.029 km²,未利用地减少了6311.123 km².(2)源区近30年土地利用类型主要为草地,约占黄河源区总面积的80%. 2005年后,源区西部的未利用地基本消失,转化为草地,说明源区生态文明建设取得明显成效.(3)近30年黄河源区土地利用动态度呈现波动变化,源区综合土地利用动态度为0.214%,且2010―2015年土地利用率最低.     

基于SWAT模型的黄河源区径流模拟

为了研究SWAT分布式水文模型在黄河源区的适用性,采用该模型对黄河源区径流进行模拟。使用黄河源区的DEM数据、土地利用数据、土壤数据和气象数据建立黄河源区的SWAT模型,利用SWAT-CUP软件和SUIF-2算法进行参数率定,以纳什效率系数(NSE)和相对误差(Re)作为模型的评判标准,分析SWAT模型对黄河源区的径流模拟效果。结果表明:黄河源区月径流模拟值与实测值吻合较好,模型模拟率定期(1975—2000年)和验证期(2001—2012年)的NSE和Re分别为0.81,-0.004和0.80,0.058,表明SWAT模型能够很好的模拟黄河源区的月径流。SWAT模型在黄河源区具有较好的适用性。     

黄河源区中雨近地面水汽输送特征及路径分析

为探明黄河源区中雨近地面水汽输送特征,采用拉格朗日轨迹模型HYSPLIT 4.9,利用2012-2016年NCEP/NCAR 0.75°×0.75°三维风场再分析数据、地面气象站点降水数据,对黄河源区中雨近地面水汽迹线进行模拟和聚类分析,探讨黄河源区水汽来源、水汽路径和不同水汽路径对源区降水贡献率.结果 表明:黄河源区...     

基于卫星降水融合产品的黄河源区汛期径流模拟

黄河源区(唐乃亥水文站以上)多年平均径流量约200×108m3,占黄河天然径流量的34%,是黄河流域的主要产流区和重要的水源涵养区.黄河源区历史汛期径流的变化一直是学界关注热点.本文以数字流域模型研究对象,旨在提高黄河源区历史汛期径流模拟结果精度.首先对比评价了黄河源区多源降水数据,相比于地面雨量站数据和CMORPH降水数据,CMORPH地面融合降水数据在黄河源区分辨率较高,精度可靠.其次集成了适用于黄河源区的大尺度、高分辨率的数字流域模型,利用融合降水数据,完成了黄河源区汛期径流的模拟.将2008~2012年汛期划分为率定年和验证年,径流模拟结果显示,率定和验证期逐日径流过程的Nash-Sutcliffe效率系数较高,汛期径流量符合良好,证明了数字流域模型在黄河源区的适用性,有利于黄河源区水资源分布进一步的评估和管理.     

基于迹线方法的黄河源区降水来源分析

黄河源区是青藏高原生态屏障的重要组成部分,也是黄河的主要水源地,具有重要的生态环境与社会经济意义.本文基于拉格朗日迹线观点,利用自主研发的高效并行大气迹线求解软件pyTraject获得黄河源区1980～2018年全部6h累计降水量大于1mm的降水来源迹线,采用水汽源归因法对这些降水进行溯源分析,并采用已有的类似软件hysplit进行对比验证.结果表明,黄河源区降水中有43%左右的水汽由青藏高原贡献;青藏高原、南亚和四川盆地的水汽贡献对黄河源区的降水变化起主导作用;青藏高原东南部、四川盆地、柴达木盆地等地对黄河源区降水的水汽贡献呈显著增长趋势.基于拉格朗日观点的降水来源解析可为更好地理解区域的水物质循环,尤其是空中的水物质输送过程,以及其历史演变过程提供参考依据.     

黄河源区旅游资源空间特征分析与开发对策研究

在对黄河源区旅游资源进行分类与评价的基础上,采用地理集中指数法、核密度估计法Voronoi多边形的面积变异系数、区位熵分析法、β指数等多种方法,深入探讨其旅游资源空间分布特征、区域差异及交通可达性,并根据核心-边缘理论分析旅游资源中心结构特征.结果表明,黄河源区旅游资源具有"大分散,小集中"的分布特征,次区域尺度聚集态势明显,旅游交通与资源分布的连接度水平较低,且1/3县域旅游资源中心结构处于较高水平的平衡阶段,区域具有较明显的"段落性"垂直分布特征.基于黄河源区的旅游资源空间分布特征,提出了"一带三区"的开发布局模式,并提出改善交通环境、优化旅游资源结构及依托区位优势发展特色旅游项目等开发对策.     

基于混合遗传算法和积水入渗实验反求土壤水力参数

土壤水力参数是土壤水分运动和溶质迁移模拟计算的基本参数,因此快速、省时、精确的确定土壤水力参数有重要意义.本文建立了积水入渗条件下土壤水力参数优化模型,采用遗传算法与Levenberg-Marquardt算法相结合的混合遗传算法对其进行求解,并进行了数值实验和土柱实验验证.数值实验结果表明采用混合遗传算法求解积水入渗条件下的土壤水力参数具有较高的精度,参数优化精度与待优化参数的个数和积水入渗实验测定项目有关,当待求参数为rθ,,αn3个时,积水入渗实验中只需测定含水率和累积入渗量二者或二者中的任意一个均可求出参数值;当待求参数为rθ,sθ,,αn4个和rθ,sθ,,αn,Ks5个时,积水入渗实验需要测定含水率或同时测定含水率和累积入渗量方可求出待求参数,而仅测定累积入渗量不能精确求出rθ、sθ的值.应用上述分析结果,进行了土柱积水入渗实验,结果表明该模型可以精确求解土壤水力参数.因此,本文建立的土壤水力参数优化模型是正确的,求解方法是合理的,这可为高效求解土壤水力参数提供一个有效途径.     

运用137Cs示踪技术重建近30年滦河源区土壤风蚀变化过程

在持续调查与观测滦河源区土壤风蚀特征的基础上,对采集于滦河源区风积土剖面中土层样品的pH、有机碳质量分数、土壤颗粒组成进行了化验分析,运用ADCOM100超低本底γ谱仪测定了土壤样品137Cs的比活度,建立了研究区连续风积土壤剖面的时间序列,综合分析了不同时段风积层土壤的性状,运用土壤风蚀相对强度指数ISWE重建了滦河源区近30年来土壤风蚀变化过程.结果表明:20世纪70年代至80年代早期、80年代末期至90年代中后期均为研究区土壤风蚀较弱的时期;80年代中期、90年代末期至2002年均为土壤风蚀强化时期.并结合已有研究成果讨论了土壤风蚀变化与气候变化的相关性及其对京津地区大气环境的影响.     

黄河源区退牧还草工程生态绩效与问题

采用实地调查和参与式访谈相结合的方法,对黄河源区退牧还草政策的生态效益、当地居民.对政策的响应以及牧民生计的研究发现,黄河源区的牧民已经认识到了天然草地退化的严重性,能够顾全大局实施退牧还草工程.然而,由于缺乏牧民的广泛参与,政府的补偿政策缺乏灵活性、补助标准低,移民安置和替代产业方案实施效果不理想.虽然退牧还草工程取得了阶段性生态效益,却影响了牧民的生存和发展,大部分牧民认为他们的利益没有得到保障,希望返回草原生活.因此,为保证黄河源区退牧还草政策的持续性,建立多元化的生态补偿机制是政府的必然选择.     

黄河源区气候特征及其变化分析

利用黄河源区近40年的温度、降水资料，分析了黄河源区气温与降水的时空分布特征和变化趋势。结果表明：黄河源区东北部的兴海、同德和东南部的久治县热量条件相对较好，由东向西随着纬度、尤其是随海拔的升高年平均气温逐渐下降；黄河源区年平均气温的差异很大，最暖的兴海县比最寒冷的称多县年平均气温高出6．2℃；降水年内分配集中在5～9月份，降水量占年总量的85．4％；近40年来年降水量无明显的变化趋势，但冬、春季的降水量呈明显的增多，而夏、秋季降水量呈明显的减少；气温呈明显的升高趋势，20世纪90年代比60年代年平均气温偏高0．5℃，≥0℃积温比60年代增加60～70℃，80年代以来增温主要出现在冬季和秋季。     

水质对饱和土壤盐分淋洗效率的影响

设置不同的水质(钠吸附比SAR和盐分摩尔分数)处理,通过室内小土柱试验,研究水质对两种土壤水力传导度和盐分淋洗效率的影响。结果表明,水力传导度随着灌溉水的钠吸附比的增加和C的减小而减小;当水力传导度很小时,盐分不能完全穿透土柱,相对盐分摩尔分数小于1;水质对盐分淋洗量的影响不大,置换土壤中的盐分大约需要8到10个孔隙体积的水量;水质对盐分淋洗时间的影响很大,不同水质置换相同的盐分时间可以相差10倍以上。     

三峡库区典型城郊防护林土壤饱和导水率特征研究

【目的】分析三峡库区土壤剖面饱和导水率的变化特征,了解土壤水分在不同土壤深度的运动规律,为改善防护林造林模式提供科学参考。【方法】选取位于三峡库区尾端的针叶纯林、针叶混交林、阔叶混交林、针阔混交林等典型人工林及荒地,采用恒定水头法测定土壤饱和导水率(K_s),探讨库区典型人工林土壤饱和导水率的特征及其与影响因子之间的关系。【结果】土壤饱和导水率随土层加深呈现出负指数形式的递减规律,各林分土壤饱和导水率由高到低为:针阔混交林>阔叶混交林>针叶混交林>针叶纯林>荒地。土壤有机质含量与土壤饱和导水率呈二次曲线关系,随着土壤有机质含量的增加,平均饱和导水率逐渐增加,但增加速率逐渐降低,当土壤有机质含量达到最大值(18.596 g/kg)以后其增加速率趋于平缓。土壤密度和孔隙度是影响土壤饱和导水率的最主要因素,机械组成为次要因素,其他物理因子的相关性较小。【结论】各土壤理化因子对土壤饱和导水率的影响作用不同,土壤饱和导水率越大,对延缓地表径流的作用越强。在防护林建设过程中适合营造针阔复合型防护林,有利于保持水土、防风固沙、改善环境和维持生态平衡。     

缙云山常绿阔叶林土壤大孔隙与入渗性能关系初探

研究了缙云山常绿阔叶林下土壤饱和导水率和土壤大孔隙的关系. 结果表明: 饱和导水率具有较大的空间变异性, 变异系数达67%; 其大小不仅取决于总孔隙度, 更主要取决于能导水的大孔隙的数量和大小. 饱和导水率的变化对大孔隙变化具有高度依赖性, 且与半径大于0 1 cm的大孔隙体积有较好的相关性.     

横观各向同性圆形基坑抽水-水位恢复试验数值分析

为模拟井点抽水引起的圆形基坑内外水头变化以及地面变形,考虑水力特性和力学特性的横观各向同性及地下结构物的影响,建立了轴对称柱坐标系下的饱和-非饱和土固结模型.基于该模型,模拟两组圆形基坑抽水-水位恢复试验,分别研究弹性模量和初始饱和渗透系数的横观各向同性对水头和土体位移的影响.结果表明,当弹性模量越大时,水头越易改变,土体位移越小;当初始饱和渗透系数越大时,水头变化量和土体位移越小.     

黄河流域兰州段土壤侵蚀敏感性评价

黄河流域兰州段,由于严重的土壤侵蚀现象,带来的流域生态问题凸显。研究黄河流域兰州段土壤侵蚀敏感性问题,有助于解决该区域黄河流域生态环境保护与治理。选取降雨侵蚀力、土壤可蚀性、坡度、坡长、水土保持措施、植被覆盖6个因子,采用改进的加权土壤侵蚀(the revised universal soil loss equation, RULSE)模型,运用地理信息系统(geographic information system, GIS)和遥感技术评价该区域土壤侵蚀敏感性。结果显示:黄河流域兰州段土壤侵蚀极敏感区和重度敏感区占区域总面积的42.73%,中度敏感区占区域总面积的45.60%,轻度敏感区和不敏感区占区域总面积的11.67%。其中,最敏感区位于兰州市榆中县。研究结果可为黄河流域兰州段合理规划水土资源、生态环境保护和管控预警提供决策支持。     

非饱和土渗透系数的试验研究

非饱和土的复杂性和多变性决定了其渗透特性明显不同于饱和土,无法根据土壤的基本性质从理论上分析得出,试验难度也较大。本研究采用的稳态渗流试验装置,是根据非饱和土的特性设计出的非饱和土渗透系数直接测量的一种新方法,通过对粉土和砂质壤土两种非饱和土的渗透特性进行试验研究,得出了非饱和土含水量与渗透系数的基本关系。同时,对其关系曲线进行了van Genuchten-Mualem模型拟合,得出了很好的结果。     

GTOPMODEL模型与TOPMODEL模型比较

构造了名为GTOPMODEL用于洪水模拟基于栅格的分布式水文模型．通过假设土壤饱和水力传导率随着深度的增加呈指数递减和地下水面平行于地表面,推导出了基本方程;介绍了植物及根系截留、蒸散发、地下水补给、基流以及汇流的计算方法,并与TOPMODEL进行了比较．采用因特网提供的数字高程模型、土壤组成和土地覆盖等资料,选用流域面积4716km^2的黄河支流-洛河卢氏以上流域,应用两个模型进行了洪水模拟比较．结果表明,在该流域GTOPMODEL比TOPMODEL模拟更好．     

福建省花岗岩残积填土的水力与热物理参数分析

为确定花岗岩残积填土的水力、热物理参数,以福建省典型花岗岩残积土为例,采用土壤湿度自记仪进行水平吸渗试验及变水头渗透试验测定水力参数,同时推导热物理参数计算公式.结果表明:福建省花岗岩残积土的水分扩散率、非饱和导水率与饱和度之间呈现显著的幂函数关系;饱和导水率与压实度呈非线性关系,压实效果对土的饱和导水率影响较为显著,同时存在一个临界压实度,当压实度达到该临界值时,一味通过提高压实度增强路堤的防渗能力效果不明显;考虑土体压实度和含水率的比热容计算式,及综合考虑颗粒组成、压实度和含水率的热导率计算式更符合花岗岩残积土的热物理参数特性.     

黄河流域底栖动物调查研究进展

底栖动物是水生态系统的重要组成部分之一,其群落结构和多样性对于监测水体的营养状况和维护水生生态系统的健康具有重要意义.黄河是中华民族的母亲河,是连接三江源、祁连山、汾渭平原、华北平原等一系列“生态高地”的巨型生态廊道,具有重要的生态功能.目前,黄河流域水生态环境监测主要以水质监测为主.受黄河特殊的水文条件和生境异质性等因素影响,黄河流域底栖动物的调查研究开展较少且数据较为分散,缺乏系统的分析研究.为此,系统总结了黄河流域干支流及其附属水体底栖动物的研究进展,以期为实现黄河流域生态保护和高质量发展提供科学支撑.     

黄河源区蒸散量变化与生态恶化的关系

利用20世纪80年代以来黄河源区水文和气象资料,分析了该区蒸散量、日照时数、气温、空气饱和差的变化趋势,并着重研究了诸因子对蒸散量的影响.结果表明,源区蒸散量呈逐年增大趋势;而作为主要影响因子的日照时数则以3.6h/a的速度增加;气温以0.04℃/a的速度递增;空气饱和差也以0.02hPa/a的速度递增.因此,可以认为,源区日照时数、气温及饱和差的增加,加剧了草地蒸散发,生态的恶化也加大了蒸散量,蒸散量的增大和降水量的减少则直接造成了源区流量的减少和生态的恶化.