沉积物—水界面水流通量研究之渗流仪直接测量法回顾与进展

正湿地沉积物—水界面的地表水—地下水交换通量对水环境的水文循环、水量均衡、水质变化、生化反应和生态环境效应等具有关键作用和重要意义。目前,在河流、湖泊、海洋等湿地区域的研究中,越来越多的研究者认识到地表水-地下水交互作用是不可忽略的水文循环过程,它将大大促进对区域乃至全球性水循环的深入理解。渗流仪是一种直接测量沉积物—水界面的水流通量的仪器装置,     

地表地下耦合的水量及溶质运移模拟研究进展

地表水与地下水之间存在强烈的相互作用,构建地表水和地下水耦合的水量和溶质运移模型可以揭示地表水和地下水之间的相互作用机制,并提高地表地下水量水质预测的精度。介绍了现有的地表地下耦合的水量及溶质运移模型,对比了各模型的求解方法和适用领域,总结了这些模型的应用现状。其中水量模型中全耦合模型精度较高,是未来模型发展的主流方向,溶质运移模型中溶质反应过程模拟较为欠缺。未来应在优化求解算法、提高溶质反应模拟和加强裂隙介质模拟等方面深入开展相关研究。     

基于GSFLOW的镜湖湿地地表水与地下水耦合数值模拟

湿地地表径流包括明渠流和片流等多种形式,且存在海绵状土壤层,其地表水-地下水耦合模拟困难。针对湿地片流和海绵层模拟不准确的问题,以绍兴镜湖国家城市湿地公园为研究对象,考虑湿地多年植物生长沉积形成的独特海绵层,基于GSFLOW模型构建湿地地表水与地下水耦合数值模型,通过二维扩散方程模拟湿地片流、一维圣维南方程模拟湿地明渠流,使用竖管法测量湿地海绵层渗透系数,利用模拟区水文站的监测数据率定模型参数并对模拟结果进行验证,应用校正后模型模拟湿地地表水与地下水的水量交互过程,并对研究区进行水均衡分析。研究结果表明:考虑湿地海绵层的湿地地表水与地下水耦合模型能较为真实地反映湿地水文特性,湿地以地表水补给地下水为主,补给量随降雨量变化。研究建立的湿地地表水与地下水耦合模型合理可靠,对湿地水文分析有良好的应用价值。     

北京城市副中心海绵城市建设对地下水影响分析

海绵城市通过透水铺装、下沉绿地和湿地花园等措施,增加了雨水入渗和地下水补给,减少了地表径流,影响了区域地表水-地下水交换作用过程,势必带来潜在的地下水污染风险.以北京市通州城市副中心为例,基于Hydrus-1D和MODFLOW建立包气带-饱和带耦合模型,实现地下水的水量与水质全过程模拟,并预测了城市化前、城市化现状、海...     

中国岩溶湿地生态水文过程研究进展

岩溶湿地是广泛分布于岩溶地区的一种特殊的湿地类型。受特殊水文地质结构的控制,岩溶湿地生态系统的结构和功能与其他湿地类型有着显著差异。基于国内外湿地及岩溶湿地相关研究成果的基础上,阐述了我国西南岩溶湿地具有上下双层结构、封闭的储蓄水构造、快速的生态水文循环等特点,以及地表水-地下水转化、生态需水转化的规律和研究方法,分析了人类活动对岩溶湿地水量、水质以及生态系统演化的影响,并总结了岩溶湿地生态水文模型的研究现状及发展趋势。最后,针对目前岩溶湿地生态水文过程研究中存在的问题,提出在未来研究中应加强对岩溶湿地结构及生态水文循环过程的研究、查明人类活动对岩溶湿地产生的影响、构建生态水文耦合模型等建议。     

地表水与地下水相互作用带中氮素污染物的反应迁移机理及模型研究进展

在地表水-地下水作用带内,水流途径、流速、滞留时间的差异及地表水-地下水的交换量从不同方面控制着氮素污染物的反应迁移过程,并影响污染物在地表水与地下水间的通量。因此,精细刻画地表水-地下水作用带内的水流模式是研究氮素污染物反应迁移及归宿的关键问题。受含水介质异质性、水流模式的复杂性及其与地球化学和生物地球化学过程的耦合作用影响,地表水-地下水作用带内氮素污染物的反应迁移和归宿极为复杂,研究十分困难。水流和污染物反应迁移耦合模型可将地下水流、污染物的物理迁移过程及其地球化学和生物化学过程有机整合在一起,能更好地揭示氮素污染物反应迁移的过程和机理,预测其发展趋势,可为研究地表水-地下水作用带内氮素污染物的反应迁移和归宿提供有力工具。     

干旱区绿洲地下水位调控方法与模型研究进展

适宜的地下水位是干旱区绿洲健康稳定发展的基础。从地下水生态水位的调控机理、调控方法、调控模型和应用实践入手,综述了干旱区绿洲地下水生态水位调控的研究进展:地表水与地下水相互转化规律是干旱区绿洲地下水生态水位调控的理论基础,掌握人类活动强烈影响下的地表水与地下水的响应关系是关键;地下水的补给、排泄和开发利用是实现地下水位调控的三个主要途径,不同调控方法在作用环节、适用性及效果方面存在显著差异;基于不同的研究重点,目前形成了以水资源配置、水循环过程和生态过程为核心的三类调控模型;建议继续深化强人类活动影响下干旱区绿洲生态水文响应机理与演变规律研究,构建基于调控措施-循环转化-响应反馈的地下水生态水位调控体系。     

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。     

河床沉积物非均质性影响下的潜流交换数值模拟

为了揭示河床沉积物非均质性对潜流交换的影响,构建了沙波地形作用下的地表水-地下水耦合模型,通过生成不同的渗透系数随机场,讨论了不同地表水动力过程和河床沉积物非均质性对潜流交换通量、交换空间及平均停留时间的影响规律。结果表明,所构建的地表水-地下水耦合模型能够准确刻画水沙界面附近流场,模型具有良好的适用性;均质或非均质河床沉积物情景下,水沙界面上的平均交换通量、停留时间与雷诺数之间均呈现幂函数关系,潜流交换深度则在地表水进入完全紊流之后趋于稳定。结果还表明,较强的河床沉积物非均质性能够有效增强水沙界面上潜流交换通量和空间交换频率,但会制约潜流交换空间并缩短水流在潜流带中的停留时间。     

天鹅洲长江故道湿地地下水砷的时空分布特征及控制机理

高砷地下水不仅直接危害供水安全,还可通过与湿地之间的交互作用,影响湿地水质进而威胁湿地生态安全.长江中游河湖平原已被报道广泛分布有高砷地下水,而位于长江中游故道区域的天鹅洲湿地地下水中砷的空间分布特征尚不明确,湿地与地下水的交互作用对地下水中砷季节性动态的控制机理尚不明确.本研究在天鹅洲湿地采集2个水文地质钻孔的35件沉积物样品、12个分层监测井不同季节的共72组地下水样和18组地表水样,通过水位-水化学监测、沉积物地球化学组成分析和砷、铁形态表征探究天鹅洲湿地地下水中砷的时空分布规律及控制机理.研究发现天鹅洲湿地地下水砷含量为1.08~147 μg/L,牛轭湖外侧浅井（10 m）地下水砷含量普遍高于深井（25 m）和牛轭湖内侧浅井（10 m）、深井（25 m）地下水,枯水期和平水期的砷含量高于丰水期.牛轭湖外侧浅层地下水系统具有更厚的粘土、亚粘土沉积,沉积物中总砷、强吸附态砷和易还原的铁氧化物的含量更多,吸附砷的水铁矿等无定形铁氧化物还原性溶解导致砷释放进入地下水中.枯水期天鹅洲湿地底部向牛轭湖外侧浅层含水层输送不稳定的有机质,使天鹅洲湿地地下水-地表水界面成为砷释放的热点区域.丰水期时牛轭湖外侧含水层受长江补给的影响,还原环境发生改变使地下水中的砷和铁被氧化固定从而不利于砷向地下水释放.      

大气水文模式耦合研究综述

首先阐明大气水文模式耦合的必要性，总结作为二者耦合的共同界面——陆面模式的发展过程。在此基础上，从耦合研究方法和目的出发，分4个类别详细论述当前国内外大气水文模式耦合研究的现状。指出了单向耦合不足和进行双向耦合所面临的几个关键问题包括：尺度问题、次网格分布非均匀性、降水模拟等。未来要求充分利用“3S”、四维变分同化等新技术和新方法，加强多学科的联合研究，深入开展大气水文模式的双向耦合试验和敏感性分析，研究大气—植被—土壤—水文系统的交互影响，从根本上提高大气和水文模式的模拟和预报水平。     

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。     

气候与土地利用变化对水文水资源的影响研究

水资源短缺和水患灾害已成为全球关心的重大问题。气候与土地利用变化对流域水资源和旱涝的影响以及由此产生的社会经济后果已引起人类社会的广泛关注。深入综合地开展这方面的研究对国民经济建设和可持续发展规划决策有重要的意义。通过分析总结已进行的有关研究工作 ,对该领域的研究进展作了简要回顾 ,讨论了现有工作的不足和今后的研究内容和方法。     

变化环境下城市水文学的发展与挑战——I.城市水文效应

全球气候变化和快速城市化导致的城市水循环过程变化是当前城市水文学研究的热点问题。为综合理解城市水循环演变过程,结合城市水文学的发展历程,剖析水循环过程对快速城市化进程的响应机制。总结了国内外城市化水文效应的主要成果,包括城市化对水循环过程、洪涝灾害、水生态系统以及水资源的影响。系统归纳了城市化水文效应的评估方法和技术手段。针对现有研究中的不足,指出变化环境下城市化水文效应研究面临的主要挑战及关键技术难题,提出未来研究的重点方向,如城市化降水效应的机理、不透水面的分布及有效性评估、城市化与水生态系统的响应关系与综合城市水资源管理及需水预测等。     

生态水文学——揭示生态格局和生态过程水文学机制的科学

水文过程和生态过程的时空耦合机制，是管理水资源和维持生态系统健康运行的关键机理，将成为未来研究的前沿领域，生态水文学是描述生态格局和生态过程的水文学机制的一门科学，文中简要介绍了生态水文学的内涵、基础理论、主要研究内容和研究现状，展望了生态水文学的发展趋势和应用前景，最后结合西部开发和生态环境建设的有关问题，探讨了加强我国生态水文学，特别是干旱区和高寒地区生态水文学研究的必要性和迫切性。     

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.     

An integrated methodology to assess future water resources under land use and climate change: an application to the Tahadart drainage basin (Morocco)

The assessment of freshwater resources in a drainage basin is not only dependent on its hydrologic parameters but also on the socio-economic system driving development in the watershed area; the socio-economic aspect, that is often neglected in hydrologic studies, is one of the novelties of this study. The aim of this paper is twofold: (1) presenting an integrated working methodology and (2) studying a local case of a North African watershed where scarce field data are available. Using this integrated methodology, the effects of climate and land use change on the water resources and the economic development of the Tahadart drainage basin in Northern Morocco have been evaluated. Water salinization, tourism, urbanization, and water withdrawals are a threat to water resources that will increase with future climate change. The Tahadart Basin (Morocco 1,145 km²) is characterized by rain-fed agriculture and by the presence of two water retention basins. Assessment of the effects of climate and land use change on this drainage basin was based on current and future land cover maps obtained from spatial interactions models, climate data (current and future; scenario A1b for the period 2080–2100), and hydrological models for water budget calculations. Land use suitability maps were designed assuming a A1b Special Report on Emissions Scenarios socio-economic development scenario. The most important conclusions for the period 2080–2100 are the following: (1) Freshwater availability within the watershed will likely be affected by a strong increase in evaporation from open water surface bodies due to increased temperature. This increase in evaporation will limit the amount of freshwater that can be stored in the surface reservoirs. (2) Sea level rise will cause flooding and salinization of the coastal area. (3) The risk for drought in winter is likely to increase. The methodology used in this paper is integrated into a decision support tool that is used to quantify change in land use and water resources.     

流域湿地水文调蓄功能研究综述

湿地是流域水循环和水量平衡的重要调节器,在维护流域水量平衡、减轻洪旱灾害和应对气候变化等方面发挥极其重要的作用。流域湿地水文调蓄功能是湿地生态水文学研究的重要内容,科学认识和理解流域湿地水文调蓄功能对流域湿地恢复保护、水资源综合管控与应对气候变化具有极其重要的意义。本文阐述了流域湿地水文调蓄功能的概念与内涵,剖析了流域湿地水文调蓄功能时空变异性、阈值性和多维性三大特征及其影响因素（包括湿地土壤特性、植被特征和初始水文条件等内在因素和流域特征、降雨特征、气候变化和人类活动等外在因素）,探讨了流域湿地不变情景下和变化情景下水文调蓄功能评估方法,并介绍了流域湿地水文调蓄功能定量评估模型与应用情况。最后,从学科发展和实践需求的视角提出了流域湿地水文调蓄功能未来亟需加强研究的重点方向。