湿地“淹埋深-历时-频率”阈值研究的理论和方法

针对"淹埋深-历时-频率"(S, D, F)阈值研究存在的问题,根据土壤学、植物生态学、系统论、地理系统学说以及反演理论等的相关原理,系统分析了湿地(S, D, F)阈值确定的理论和方法。结果表明:在正常情况下,水饱和至地表的最大地下水埋深、湿地植物主要根系分布层下限和沉水植物分布下界淹水深分别是湿地土壤上界、湿地植被上界和湿地下界的S阈值;D阈值只能通过湿地土壤或湿地植被边界界定在水位过程线上反演,稳定湿地边界的D阈值应取与50%频率值对应的D值或D值的多年平均值,波动湿地边界的D阈值是常数;"非正常情况下"湿地的D阈值应参照湿地水文地貌分类的同一区域子类中"正常情况下"的湿地的D阈值;检验D阈值科学性的标准是利用D阈值确定的湿地水文边界必须与湿地土壤边界或湿地植被边界耦合。     

DRAINMOD-S模型参数的全局灵敏度分析

为有效进行DRAINMOD-S模型参数的优选,更好地理解参数变化对模拟结果的影响,开展了模型参数灵敏度分析。以南通市九龙垦区暗管排水脱盐试验为例,采用Morris全局定性分析方法检测了DRAINMOD-S模型模拟土壤剖面含盐量时侧向饱和导水率K_sat、水动力弥散系数D、地表最大蓄水深度S_m、相对不透水层深度I_m、排水系数D_r及地下水初始埋深W 6个参数的灵敏度。结果表明:K_sat对模拟结果影响最为显著,D、S_m和D_r次之,而W与I_m影响最小;各个参数间的非线性作用存在差异,以K_sat最为显著。为保证模型模拟质量,对敏感性参数应提高现场测试精度,在模型运行时,对灵敏度大的参数应进行重点调整,同时也不可忽视非线性作用较强的参数,从而有效地指导模型的参数率定,提高模型的适用性。     

诱发区域性滑坡的降雨阈值

根据降雨预测区域性滑坡是防止滑坡造成人员伤亡的重要途径,其关键是确定诱发滑坡的降雨阈值。按特定地质气象条件分区整理并分析了国内不同地区诱发区域性滑坡的降雨阈值,结果表明降雨阈值与年均降雨量有较大的相关性。除西南部分地区外,我国大部分地区的预报24 h降雨量阈值为年均降雨量(MAP)的0.04~0.08倍,这是因为年均降雨量反映了地区的常规降雨水平,而只有发生非常规的降雨才会诱发滑坡,因而年均降雨量越大对应的降雨阈值越大。分析了目前国内的降雨阈值的确定过程中缺乏详尽数据和论证等问题,并指出了国内的降雨阈值不能反映短时强降雨影响的缺陷。针对国内还没有适用性更广的雨强-持时(I-D)阈值曲线的现状,尝试性地建立了鄂西地区的I-D阈值曲线I=4.0D^-0.51,并在此过程中提出了确定降雨持时D开始时刻的方法。     

黄河下游漫滩洪水冲淤规律

滩地的淤积层分布记录着以往漫滩洪水的特征,即反映漫滩洪水的量级、频率和持续时间等,同时河漫滩也是预估河流泥沙、洪水灾害防治和湿地生态系统保护等的重要组成部分。根据黄河下游水文年鉴资料,分析滩地的淤积与漫滩洪水的定量关系,为未来河流泥沙预估提供依据。经分析得到大漫滩洪水在来沙系数S/Q<0.030 kg·s/m6时,主槽冲刷而滩地淤积,反之则滩槽同淤。当S/Q<0.030 kg·s/m6时,大漫滩洪水滩地的淤积量主要与漫滩系数Q_max/Q_p、上滩水量W₀和含沙量S有关;大漫滩洪水的主槽冲刷量则除了与洪水期水量W和沙量W_s有关外,还与滩地的淤积量有关。一般漫滩洪水,当来沙系数S/Q<0.023 kg·s/m6时,主槽冲刷而滩地淤积,反之则滩槽同淤。一般漫滩洪水主槽冲刷量与来沙系数S/Q和洪水期水量W有关,而滩地淤积量仅与含沙量S有关。黄河下游漫滩洪水滩地的淤积和主槽的冲刷主要发生在孙口以上河段,而孙口以下河段主槽冲刷和滩地淤积量均较少。     

城市小型河流水动力弥散和潜流交换过程

为研究城市小型河流中污染物的物理迁移过程规律,分析基流条件下流动水体与暂态存储区之间的滞留交互作用,采用溴化锂(LiBr)作为保守性示踪剂进行野外现场示踪试验,结合一维溶质运移存储模型(One-dimensional Transport with Inflow and Storage model, OTIS)定量解析潜流交换特性,估算纵向弥散系数(D)、潜流交换面积(A_s)、主河道断面面积(A)和潜流交换系数(α).模型度量指标D_aI值和均方根误差值结果表征参数模拟结果可靠性高,拟合效果理想.由泵入点O至下游1 300 m设置的A、B、C、D 4处监测点的模拟结果表明,水文参数D、A_s、A和α均随水文条件而变,OB河段(0~600 m)潜流交换能力较弱,主要以对流弥散过程为主;BD河段(600~1 300 m)具有较强的暂态存储能力,对溶质的滞留时间长;BC(600~1 000 m)和CD(1 000~1 300 m)河段交换系数分别为(3.42×10-6±0.65×10-6)s-1和(2.87×10-6±0.81×10-6 )s-1;河段BC存在2.2×10-5m3/(s·m)的侧向补给流量.4个河段对比发现,城市河流渠道化、河床沉积物贫瘠等特征导致潜流交换能力弱化.     

EMM2010模型在中国大陆的精度评估及其适用性

基于我国大陆最新观测所得的1 302个地磁测点和32个地磁台站磁偏角D、磁倾角I、总强度F的1 334组准确数据,并结合地壳磁异常能谱变化特征,对增强地磁模型(EMM2010)在我国大陆的精度及其适用性进行了定量分析。结果表明：EMM2010模型(D、I、F)在我国大陆的总体精度分别为10.45′、8.08′、112.85 nT  ;东北、华北与新疆地区模型的精度为13.07′、8.90′、130.89 nT ;华南、青藏高原及其东缘地区模型的精度为7.07′、6.65′、81.84 nT;其精度是受模型有限的截断阶数、各区域的磁异常状况和磁测数据的误差等因素共同影响的。EMM2010模型的精度在我国大陆表现出显著的地域分布特征,与磁异常的分布形态及其复杂程度、梯度密切相关,异常越突出,形态越复杂,模型的精度越低。与世界地磁模型(WMM2010)、第11代国际参考地磁场(IGRF11)相比,EMM2010模型在我国大陆的总体精度平均提高了50%,主要原因是模型不仅包含了地球主磁场,同时还包含了地壳磁场。EMM2010模型应用于我国大陆的实例及精度分析表明,模型具有一定的适用性,但有其局限性,不能准确反映出我国大陆的地磁场信息,鉴于模型的精度,建议在EMM2010模型基础上,结合我国最新的各部门的高精度磁测数据,构建我国高精度的地磁场模型。     

碰撞作用下单个阶梯-深潭稳定性模型

阶梯-深潭系统是山区河流广泛分布的控制性河床结构,泥沙输移过程中大颗粒碰撞阶梯关键石块,使其发生位移,强烈影响阶梯-深潭的稳定性。以单个阶梯-深潭的关键石块为研究对象,重点考虑碰撞对阶梯-深潭的影响,量化来沙中大颗粒碰撞作用并改进稳定性理论模型,利用新模型分析阶梯-深潭的临界条件和破坏机制。来沙颗粒对关键石块的碰撞作用受自身粒径、运动速度和阶梯下游冲刷程度影响且皆为正相关关系。颗粒撞击减小阶梯失稳临界流量,且参与碰撞的石块粒径越大,减小作用越明显。当η> 0.55时（η=D₁/D,D₁为碰撞石块粒径,D为关键石块粒径）,临界流量下降幅度达到50%以上,表明来沙中卵石漂石对阶梯-深潭稳定性发挥主要影响。山区河流发生低频率洪水或滑坡泥石流,向下游河道输运大粒径石块并与阶梯碰撞,显著增大转动合力矩并降低失稳临界流量,使得单个阶梯-深潭更易达到临界条件发生破坏。     

基于流量衰减曲线的岩溶含水层水文地质参数推求方法

分析流量衰减曲线是研究岩溶含水层水文地质参数的重要手段。在阐明流量衰减分析理论的基础上,通过连续监测一年寨底地下河出口的小时流量过程,共获取8 784组流量数据。首先选取典型的2013年9月25日3:00暴雨后至2013年10月13日17:00的446组流量数据作为研究对象,并利用MATLAB软件对该时间段的流量过程进行曲线拟合,从而确定了不同阶段流量衰减系数分别为0.642 5、0.025 8、0.001 5;然后通过流量衰减系数计算寨底不同含水介质导水系数T与给水度S的比值;最后利用裂隙率近似给水度的方法确定了寨底不同含水介质的水文地质参数。结果表明,寨底岩溶管道、裂隙、基岩介质导水系数分别为:258.87、3 865.98、40.64 m²/d。说明辅以必要的水文地质调查,确定管道分布和径流距离,流量衰减曲线可用于计算岩溶含水层不同介质的导水性能和给水度。     

基于室内模拟实验的软土固结沉降的分形几何

为了能够比较准确、简便地计算及预测软土的沉降,在Terzaghi一维固结理论的基础上,结合分形几何理论对软土的沉降计算进行了探讨和研究。首先通过室内模拟实验,获得了不同固结时期试样的孔隙比e、沉降量以及扫描电镜照片（SEM图片）;然后利用WD-5软件对SEM图片进行处理,并计算得到孔隙分布的分数维D_f;最后建立起e与D_f的函数关系,再结合Terzaghi一维固结理论建立了D_f与固结度、沉降量的关系方程并计算得到相应的固结度及沉降量。经分析得出：Df随着沉降量的增加而减小;软土在固结沉降过程中在42.33 h处有一个明显的拐点;利用Df建立的固结沉降模型计算的结果与试验实测的结果基本吻合。     

应用Péclet数解析山坡结构特征的水文效应

应用基于蓄量动力学方程推导出的水文相似因子——山坡Péclet数(简称Pe),研究了Pe在不同地貌条件山坡间的变化特征、影响因素及其表达的水文响应特性。结果显示,在和睦桥流域,山坡Pe值一般为200~2 000。分析发现,Pe与坡长厚度比(L/D)呈显著的线性相关关系(R2=0.94),关系线斜率为0.95,表明Pe在数值上决定于L/D,即山坡水文特征受山坡尺寸的影响较大。为了说明山坡形状的影响,选取了山坡水平、剖面曲率,分析了其与Pe值的相互关系。研究发现,发散型凸坡Pe值一般较大,有利于土壤水流的消退,对流运动是其主要的运动形式,而收敛型凹坡Pe值一般较小,不利于土壤水流的消退,水分运动中的扩散作用更强。这与理论分析结果一致,表明Pe数在分析山坡结构特征的水文效应方面有一定意义。     

黄淮海地区湿地水生态过程、水环境效应及生态安全调控

围绕国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“黄淮海地区湿地水生态过程、水环境效应及生态安全调控”,介绍了湿地水生态过程、水环境效应和生态安全调控研究对我国社会与科技发展的意义、研究现状和发展趋势、拟解决的关键科学问题、主要研究内容和研究总体方案。该项研究的最终目标是发展一套集河流、湖沼、河口等湿地系统组分于一体的湿地系统层面上的湿地学理论,解决我国湿地研究面临的一系列基础科学问题,有效协调区域社会经济发展与湿地保护之间的矛盾,为建立不同目标下湿地系统整体调控模式,构建生态、社会和经济相互协调及环境友好型社会体系提供理论和技术支撑。     

洪泛湿地系统地表水与地下水转化研究进展综述

洪泛湿地地表水(SW)与地下水(GW)转化关系研究对综合管理湿地水资源具有重要的理论和实践意义。通过洪泛湿地SW-GW转化研究进展的综述,可深入了解国内外SW-GW转化研究的发展过程,有利于把握国际研究的主流趋势,系统掌握该方面研究的前沿手段。总结得出,洪泛湿地是我国诸多生态系统中特色突出的水文系统,其独特的水文变化及洪水脉冲的周期性扰动,使得SW-GW转化的动力学过程促进了洪泛湿地环境系统之间物质、能量和信息的传递与交换,驱动了湿地演变、物质元素循环和生物生长等生态功能的实现。分析认为,洪泛湿地的开放性和复杂性等特点决定了多学科交叉理论与方法成为SW-GW转化研究的流行手段和创新的基本思路。从学科发展趋势和应用需求的角度出发,应结合洪泛湿地多源数据信息与SW-GW耦合数值模型,深入揭示洪泛湿地SW-GW转化的动力学过程及对洪水脉冲变化的响应机制,这既是一个基础性工作,也是一个具有前瞻性的研究,将为湿地水资源、水环境等综合管理与调控提供科学依据,对诠释湿地生态效应内涵具有重要意义。     

耦合湿地模块的流域水文模型模拟效率评价

耦合湿地模块的流域水文模型是开展流域湿地变化的水文效应及其水文功能评估的有效工具,其模拟效率直接关系到模拟精度和应用价值。选取中国湿地主要分布区之一的嫩江流域,利用PHYSITEL/HYDROTEL模型平台,构建孤立湿地和河滨湿地模块并与流域水文模型耦合,并从拟合优度指数和模拟效率角度评价了耦合湿地模块的流域水文模型模拟效率。结果表明,耦合湿地模块的流域水文模型,拟合和验证期间模型的拟合度指数均有所提高,嫩江富拉尔基和大赉水文站控制流域的Nash-Sutcliffe系数和克林效率系数平均提高了3.08%和4.64%,均方根误差和相对偏差平均降低了12.72%和55.93%,且整个研究时段模拟结果的流量指数总体更接近于观测的径流数据。可见,耦合湿地模块的流域水文模型可提高水文过程模拟精度,更好地定量评估湿地水文功能,为流域水资源精准调控与湿地修复保护提供重要支撑。     

Relating groundwater to seasonal wetlands in southeastern Wisconsin, USA

Historically, drier types of wetlands have been difficult to characterize and are not well researched. Nonetheless, they are considered to reflect the precipitation history with little, if any, regard for possible relation to groundwater. Two seasonal coastal wetland types (wet prairie, sedge meadow) were investigated during three growing seasons at three sites in the Lake Michigan Basin, Wisconsin, USA. The six seasonal wetlands were characterized using standard soil and vegetation techniques and groundwater measurements from the shallow and deep systems. They all met wetland hydrology criteria (e.g., water within 30 cm of land surface for 5% of the growing season) during the early portion of the growing season despite the lack of appreciable regional groundwater discharge into the wetland root zones. Although root-zone duration analyses did not fit a lognormal distribution previously noted in groundwater-dominated wetlands, they were able to discriminate between the plant communities and showed that wet prairie communities had shorter durations of continuous soil saturation than sedge meadow communities. These results demonstrate that the relative rates of groundwater outflows can be important for wetland hydrology and resulting wetland type. Thus, regional stresses to the shallow groundwater system such as pumping or low Great Lake levels can be expected to affect even drier wetland types.     

湿地生态水文学研究综述

基于湿地生态水文研究文献计量分析,透视国内外有关湿地水文、生态水文和水资源等领域的重大研究计划和重要学术会议,系统总结了湿地生态水文学发展历程,可分为萌芽起步阶段（20世纪50年代至80年代）、研究探索阶段（20世纪90年代）和快速发展阶段（21世纪以后）3个阶段,列举了重要代表性研究成果,并重点阐述了湿地生态水文学研究进展;基于对国际湿地生态水文学发展历程、研究进展及热点的综合分析,未来湿地生态水文学研究主要向基于"多要素、多过程、多尺度"的湿地生态水文相互作用机理及耦合机制、气候变化对湿地生态水文的影响机理及适应性调控、湿地"水文-生态-社会"耦合系统互作机理及互馈机制和基于湿地生态需水与水文服务的流域水资源综合管理等方向发展。最后,以国家重大需求为导向,提出了未来中国湿地生态水文学优先发展方向及建议。     

湿地水文学研究进展

水文过程在湿地形成、发育、演替直至消亡全过程中起重要作用.降水截流、径流和蒸散作用是湿地 大气界面水文过程研究的热点和重点,开发的模型较多但尚需进一步检验和完善.片流和明渠流是湿地主要地表径流,其中片流受地形坡度等因素影响而难以精确计算.湿地的地下水文系统对季节性积水湿地尤为重要,但是关于泥炭沼泽的垂向水力联系尚需进一步研究.可持续的湿地水文管理必须将人类活动和气候变化这两个因素纳入湿地综合水文模型,然而目前除少数几个综合模型外,大多数的湿地水文模型并非如此.加强湿地水文观测、多手段多技术相结合和开发综合湿地水文模型应是今后湿地水文学研究的主流.     

湿地水文研究进展综述

湿地是地球上一种重要的生态系统,具有巨大的环境功能和环境效益。水文是湿地中最重要的过程,是决定产生和维持湿地典型类型和湿地过程的重要因素。因此,湿地水文过程的研究是湿地研究的核心内容,是当前国内外湿地研究的热点。本文介绍了湿地水文及其对湿地功能等的重要性,综述了当前国内外在湿地水文状态与生态环境的关系、水流运动、水文模型与水文观测等方面的研究进展,并提出了今后我国亟待加强的湿地水文研究领域。     

岩溶湿地退化评价指标体系构建初探

会仙岩溶湿地是热带和亚热带地区中最大的岩溶湿地之一,由于岩溶湿地脆弱性及人类活动的影响,其湿地面积萎缩,生态功能退化。为了更好保护会仙岩溶湿地,保障湿地的健康和可持续发展,文章探究了造成会仙岩溶湿地退化的关键因子,并结合会仙湿地独特的岩溶特征,筛选出影响会仙湿地健康的指标,利用层次分析法（AHP）对主要指标赋予权重,再通过分析会仙湿地相关资料和标准,构建出一套涵盖3个层次18个评价指标的湿地退化评价指标体系,以此为基础建立了岩溶湿地退化评价方法。      

Impact of climate change on wetland ecosystems: A critical review of experimental wetlands

Climate change is identified as a major threat to wetlands. Altered hydrology and rising temperature can change the biogeochemistry and function of a wetland to the degree that some important services might be turned into disservices. This means that they will, for example, no longer provide a water purification service and adversely they may start to decompose and release nutrients to the surface water. Moreover, a higher rate of decomposition than primary production (photosynthesis) may lead to a shift of their function from being a sink of carbon to a source. This review paper assesses the potential response of natural wetlands (peatlands) and constructed wetlands to climate change in terms of gas emission and nutrients release. In addition, the impact of key climatic factors such as temperature and water availability on wetlands has been reviewed. The authors identified the methodological gaps and weaknesses in the literature and then introduced a new framework for conducting a comprehensive mesocosm experiment to address the existing gaps in literature to support future climate change research on wetland ecosystems. In the future, higher temperatures resulting in drought might shift the role of both constructed wetland and peatland from a sink to a source of carbon. However, higher temperatures accompanied by more precipitation can promote photosynthesis to a degree that might exceed the respiration and maintain the carbon sink role of the wetland. There might be a critical water level at which the wetland can preserve most of its services. In order to find that level, a study of the key factors of climate change and their interactions using an appropriate experimental method is necessary. Some contradictory results of past experiments can be associated with different methodologies, designs, time periods, climates, and natural variability. Hence a long-term simulation of climate change for wetlands according to the proposed framework is recommended. This framework provides relatively more accurate and realistic simulations, valid comparative results, comprehensive understanding and supports coordination between researchers. This can help to find a sustainable management strategy for wetlands to be resilient to climate change.