基于SWAT模型分析嘉陵江流域蓝、绿水资源量的时空变化特征

嘉陵江流域是成渝双城经济圈发展的重要水源区,其水资源状况的变化对实现我国新发展格局有重要影响。基于SWAT模型对嘉陵江流域水文过程进行模拟,探究了1981-2020年及典型年嘉陵江流域的蓝、绿水时空分布特征,采用Mann-Kendall(M-K)分析年际间蓝、绿水资源量的变化趋势。结果表明：流域多年平均降水量为931 mm,为蓝、绿水资源量之和,蓝水资源量多年均值为386 mm,占降水量的41.5%;绿水资源量多年均值为545 mm,占降水量的58.5%,1981-2020年流域降水量和绿水资源量总体呈增加趋势,蓝水资源量呈减少趋势。特枯水年、平水年、特丰水年的蓝水资源量分别为165.61、456.71和643.70 mm,绿水系数在典型年变化差异较大。空间上,流域内蓝水资源量、绿水资源量与降水量的分布特征相似,呈现从上游到下游先减小后增大、西少东多的空间格局。     

新安江上游流域SWAT模型的构建及适用性评价

以新安江上游屯溪流域为研究区域,建立了SWAT模型的气象、土壤、土地利用和农作物管理等数据库,并利用2000-2010年逐月实测的径流、泥沙及非点源溶解态氮负荷数据进行了多参数、多站点的率定和验证,使用多目标(纳氏系数、线性相关系数和相对误差)对模型适用性进行了评价。结果表明:径流模拟效果非常好,泥沙和营养盐模拟结果令人满意,SWAT模型在屯溪流域适用性较好,可以模拟分析该地区的非点源污染问题,研究所构建的数据库和率定的参数可为进一步研究新安江流域的水环境管理提供科学依据和决策支持。     

基于CMIP6模式解析未来水资源变化对引滦入津工程的影响

为揭示未来水资源变化对引滦入津工程的影响,基于地理空间与水文气象数据,构建了滦河潘家口水库控制流域的SWAT模型。选取4个单项指标和1个综合指标对采用的8个GCMs逐站点进行适用性评估,并依据评估结果进行加权多模式集合,以改进的Delta-DCSI对气象数据进行降尺度及偏差校正,同时保留了其趋势信号,将修正后的气象数据用于驱动SWAT模型,对未来情景下水资源变化情况进行了模拟预测。结果表明：构建的SWAT模型适用性良好,模式优选后的多模式集合数据精度能够满足驱动SWAT模型进行未来水资源变化预估的要求;未来3种气候情景下径流量年际间变化剧烈,波动起伏较大,总体呈现增大趋势;与1997—2022年相比,潘家口水库入库径流量在未来时期显著增大,流域内水量丰沛,天津市对引滦水量依赖性下降。     

遥感蒸散发数据应用对SWAT模型径流和蒸散发模拟精度的影响

为探讨遥感蒸散发数据补充研究区水文资料的能力,及其在SWAT模型应用中对径流和蒸散发模拟精度的影响。以淮河上游息县控制流域为研究区建模,并利用实测径流资料与遥感蒸散发数据(MOD16A2)设置3种参数率定情景:仅实测径流率定参数(S1)、仅遥感蒸散发率定参数(S2)、径流与蒸散发同时率定参数(S3),分析不同情景下径流与蒸散发过程的模拟效果。结果表明:从径流模拟而言,S2、S3较S1的模拟精度(NS系数)均有不同程度的降低,但S3在S2的基础上有较明显的改善;从子流域尺度上的蒸散发模拟而言,S1至S3模拟精度呈现出逐渐上升的趋势,在采用径流与蒸散发同时率定时,S3比S2情景NS系数上升的子流域个数占总数的46%。通过逐步深入探究遥感蒸散发数据在SWAT模型中的应用,以及对参数率定的影响,从而分析其对径流与蒸散发的模拟精度产生的变化,此方法也可推广到其他水文模型,在区域尺度水资源管理与利用上具有较好的参考价值。     

自然状态下流域洪峰对降雨时空异质性的响应规律

针对自然状态下降雨时空异质性如何影响流域洪峰的难题,提出了基于RainyDay模型和SWAT模型的洪水频率分析方法。以东江流域为例,利用RainyDay模型构建不同重现期下的设计降雨,并将其重构为6种不同降雨时空异质性的降雨情景,将上述情景作为SWAT模型前端输入,定量模拟自然状态下流域洪峰对降雨时空异质性的响应。结果表明：当情景间的时间异质性差值趋于0时,随着情景间的空间异质性差值的增加,洪峰差值随之增大,最大洪峰差值超过700 m³/s,平均洪峰差值超过300 m³/s;当情景间的空间异质性差值趋于0时,随着情景间的时间异质性差值的增加,洪峰差值随之增大,最大洪峰差值接近700 m³/s,平均洪峰差值超过200 m³/s;在同一重现期下,降雨时空异质性均较高的情景所产生的洪峰高于其他情景,最大洪峰差值超过1 000 m³/s;降雨空间异质性对洪峰的影响较时间异质性更为显著。     

岷沱江流域径流对气候和土地利用变化的响应

为探究岷沱江流域径流对气候和土地利用变化的响应,构建了岷沱江流域SWAT分布式水文模型,并采用情景分析方法从时空尺度上定量分析了1981-2014年间岷沱江流域气候和土地利用变化对径流量的影响。结果表明:SWAT模型在岷沱江流域适用性较好,可用模型模拟流域径流;气候和土地利用变化均引起流域径流量减少,且气候变化的影响强度显著大于土地利用变化的影响强度,气候和土地利用变化分别对流域内大渡河和沱江径流量影响最大;仅考虑气候变化,流域径流量与降雨变化呈正相关关系,与气温变化呈负相关关系,气候变化对流域内大渡河径流量影响最大;仅考虑土地利用变化,将流域坡度25°以上耕地转化为林地和坡度15°～25°之间的耕地转化为草地,均会引起流域径流量的微弱减少,分别对流域内大渡河和岷江径流量影响最大,而将全部林地转化为草地则会导致流域径流量的微弱增加,大渡河径流量增加最大。     

长江源区蓝绿水对气候暖湿化和植被绿化的响应

长江源区位于全球气候变化和人类活动的敏感区域。该地区的蓝、绿水的变化对整个长江流域的水资源管理和可持续发展具有至关重要的影响。为探究长江源区蓝、绿水如何响应气候暖湿化和土地利用植被绿化的时空变化,构建了适用于该流域的水土评估工具SWAT模型,设置了考虑气候暖湿化和植被绿化的4种组合情景进行定量分析。结果表明：从1981—2020年长江源区的降水量和平均气温均呈现出显著的增加趋势;在1990—2020年间,有7 842.7 km²的未利用地转化为草地,同时叶面积指数（LAI）虽呈现增加趋势,但并不显著;随着气候暖湿化及植被绿化的推进,流域内的蓝、绿水均呈增加趋势;在蓝、绿水变化中,气候暖湿化起着主导作用,其对蓝水和绿水变化的影响贡献率分别为70.24%和96.28%;暖湿化的气候不仅促进了植被的绿化,也间接推动了流域内蓝、绿水的增加,而植被绿化加速了蓝水向绿水的转化过程,表明植被覆盖度的提高有助于改善流域内的水资源分布。     

土地利用及降雨和气温变化对生态流量的影响研究

针对降雨量、气温和土地利用变化对生态流量的影响开展定量研究。以云龙水库流域为研究对象,采用SWAT模型和改进的Tennant法,定量分析了土地利用和降雨量、气温对月尺度生态流量过程的影响。研究结果表明：2008-2018年云龙水库流域内水域和建设用地面积有较大幅度的增加,使流域月平均生态流量和生态流量峰值均有一定程度的增大。经计算,流域水域和建设用地面积的增长率分别为950%、100%,累计年生态流量增加了7.82 m³/s;生态流量与降雨量和气温关系密切,其与降雨量呈正相关,与气温呈负相关,相较于气温,降雨量对生态流量的影响更大;在相同变幅下,降雨量增加比减少对生态流量产生的影响更大,气温下降比上升导致的生态流量变化更大。经计算,降雨量变幅分别为10%和-10%时,相应的生态流量变化量分别为+0.061 7和-0.057 0 m³/s,气温变幅分别为1 ℃和-1 ℃时,相应的生态流量变化量分别为-0.015 1和+0.019 3 m³/s。综上所述,降雨、气温和土地利用变化对生态流量的影响均较为显著。     

土地利用/覆盖对洞庭湖流域水土流失的影响

土地利用覆盖变化是当前国际地学研究的热点之一,通过大量的数据收集,利用灰色系统理论将洞庭湖各流域土地利用/覆盖对其水土流失的影响进行了聚类分析和关联分析.结果表明:1、耕地、荒山地、林地为洞庭湖流域水土流失影响的第一类因素,影响最大;非农业用地、草地为洞庭湖流域水土流失影响的第二类因素,影响居中;滩涂用地、园地、水域为洞庭湖流域水土流失影响的第三类因素,影响最小.2、各种土地利用类型对洞庭湖流域水土流失影响的排序为耕地、荒山地、林地、草地、非农业用地、园地、水域、滩涂用地.论文旨在为洞庭湖流域水土流失及洞庭湖的治理提供科学依据.     

巢湖流域土地利用变化对雨洪调蓄能力的影响

为探究土地利用结构变化对雨洪调蓄能力的影响,以1980—2020年巢湖流域的土地利用数据和土壤数据为基础,采用GIS和SCS模型相结合的方法,分析了不同时期不同降雨尺度下巢湖流域径流产生及分布情况。结果表明：1980—2020年巢湖流域土地利用变化主要表现为建设用地的增加及耕地和林地的减少;流域土地利用综合指数持续增长,其中高强度土地利用区面积从127 km²增长到了1 624 km²。1980—2020年渗透性差的地区从1 706.0 km²增加到了2 398.1 km²,以城市区域扩张为主。2020年相较于1980年,在不同土地利用条件下,相同降雨量时径流量明显增大,且主要在巢湖流域的合肥地区,而在增加降雨量时,径流量的增加幅度逐渐减小,在不同降雨量条件下(日降雨量为50、100、250 mm)径流量分别增大了6.11%、2.61%和0.96%。因此可以得出土地利用变化是导致径流量变化的主要因素,降雨量是次要因素。研究结果可为巢湖流域城市规划及城市雨洪风险管理提供参考。     

新型防洪减灾措施在洞庭湖中的模拟应用研究

为提高洞庭湖的防洪能力及增强其枯水期供水能力,提出了适用于洞庭湖区的新型防洪减灾措施——\"河湖分离\"方案.通过采用数值模拟方法,以洞庭湖1996年型洪水为例,探讨了\"河湖分离\"方案对洞庭湖区防洪效果的影响,并统计分析了在应用该方案后洞庭湖1996-2014年的蓄水能力.结果表明:洞庭湖实施\"河湖分离方案\"后,若遇199...     

水资源承载力综合评价的RBF神经网络模型

水资源承载能力与评价指标组成了一个复杂的非线性系统,综合评价的难点在于确定各评价指标的权值。本文利用径向基网络RBF函数逼近、模式识别和分类能力强以及学习速度快等特点,将其应用于水资源承载力评价。以内蒙古区域水资源承载力为例,对原始数据进行了归一化预处理,在水资源承载能力评价标准等级间随机内插构造足够数量的训练样本、检测样本及其目标输出,确立水资源承载能力评价等级界限,取得了良好的评价结果,对提高水资源承载能力评价的精度与客观性具有重要意义。     

基于指数平滑-灰色模型的昆承湖水质预测研究

地表水环境质量发展趋势预测是管理当前水环境状况的重要依据,对水环境规划、评价和管理具有重要的参考意义。利用2012—2021年昆承湖湖心断面总磷水质数据,构建指数平滑法-灰色预测GM(1,1)模型。研究发现:经平滑处理后,模型可以过滤掉数据中一些短期不规则的变化,即水质小范围的波动,降低水质数据的随机性,使数据更利于体现整体趋势。模型输出值(模拟值)与原始序列(平滑值)拟合较好。在模型检验通过的基础上,对制约断面达到Ⅲ类水标准的总磷进行预测,研究发现湖心断面“十四五”期间达到湖泊Ⅲ类水标准还有进一步提升的空间。需继续紧盯断面水质达标问题,持续加大治理和生态修复力度。     

Assessment of site-specific agricultural Best Management Practices in the Upper East River watershed,Wisconsin, using a field-scale SWAT model

The Great Lakes “Priority Watershed” effort targeted the Upper East River watershed, a 116.5-km² tributary watershed to Wisconsin's Green Bay, to reduce its sediment and nutrients loads from agricultural sources. A Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model was created to determine the effectiveness of agricultural Best Management Practices (BMPs) funded through the Great Lakes Restoration Initiative. The model was calibrated at the monthly time-step for flow, sediment, dissolved reactive phosphorus (DRP), total phosphorus (TP), nitrate, and total nitrogen (TN). Field- and watershed-scale sediment and nutrient reductions were calculated due to the implementation of 74 BMP combinations on dairy and cash grain rotations. Modeling results indicated that when multiple BMPs were placed on a field, especially those including filter strips and grassed waterways, sediment and nutrient loads generally were reduced more than single BMP implementation. The most effective in-field practice at reducing DRP and TP on dairy fields was a combination of 5 different BMPs: cover crops, crop rotation, nutrient management plan, reduced tillage, and a filter strip. Conservation cover was the single most effective practice at reducing sediment and nutrient yields. Sediment and nutrient loads decreased at the watershed scale as the quantity and coverage of BMPs increased. When all contracted BMPs were simulated at the watershed scale, sediment loads were reduced 2%, while TP, DRP, TN and nitrate loads were reduced 20%, 9%, 24%, and 17%, respectively. Modeling scenarios also indicated that over-winter manure storage was important to keep soluble nutrients out of waterways.     

浅谈无人机等先进技术在水土保持设施验收技术评估中的应用

水土保持设施验收技术评估是水行政主管部门作出水土保持设施验收审批决定的技术支撑和基本依据,新形势新政策下技术评估单位应采用先进的技术评估方法,对工程现场做出合理准确的评价。该文通过介绍无人机遥感等先进技术在水土保持设施验收技术评估中的应用,为现场评估核查提供借鉴。     

上海市淀山湖水域春夏季水质特征及环境容量分析

根据2011-2015年间春夏季对上海市淀山湖水域中pH、水温、溶解氧、总氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、总氮及总磷等环境因子的调查结果,分析水体中氮磷变化特征及营养盐限制状态,采用综合营养状态指数法对水体富营养化现状进行评价,利用数学模型估算淀山湖主要特征污染物的环境容量。结果表明:调查期间TN、TP春季与夏季存在显著差异,除2014年TP季节规律不明显外,春季TN、TP含量显著高于同年夏季;淀山湖三态氮含量排序,NO_3~-—N含量最高,TAN其次,NO-2—N最低,淀山湖水域三态氮基本达到热力学平衡;氮磷Pearson相关性分析表明湖库整体呈氧化性环境,氮磷补给具有异源性。根据水中营养物限制性分类标准分析得出,大多数情况下淀山湖水域氮磷比例合理,少数情况下营养盐限制状态以磷限制为主,氮磷限制状态交替存在的情况,可能会对浮游植物生长和群落演替产生影响。综合营养状态指数法计算结果表明调查期间淀山湖均处于富营养化状态,其中2014年之前基本处于中度富营养化状态,2014年以后处于轻度富营养化状态。环境容量分析表明除2014年夏季CODMn外,调查期间淀山湖水体CODMn、TN及TP的污染负荷现状均大于同期保护目标要求的水环境容量,为达到水环境保护的目标,需要进行不同程度的削减。