煤炭开采对水资源影响的定量识别——以陕北窟野河流域为例

陕北地区生态环境脆弱,大规模的煤炭开采又加速了水资源流失,但是很难定量计算其影响程度。以陕北窟野河流域为例,通过机理分析创造性地提出了将煤炭开采对区域内水资源的影响分为三部分:地下水静储量破坏、地下水动储量破坏和采空区积水,分别计算了各部分的水量;并采用邻近流域进行了流量对比分析。结果表明:窟野河流域煤炭开采造成的地下水静储量破坏值为1.38×10~8m~3,采空区形成2.72×10~8m~3的积水,2011年地下水动储量破坏达到了0.62×10~8m~3。以秃尾河流域作为参证流域,计算出窟野河1999-2013年平均还原流量为13.22 m~3·s~(-1),比实测径流量大2.28×10~8m~3。为了减少煤炭开采过程中水资源的损耗量,窟野河流域必须加大对采空区积水和矿井排水的综合利用。     

考虑水文变异的黄河干流河道内生态需水研究

气候变化及人类活动导致水文变异,变异前后样本总体分布显著不同,即改变了当地生态系统的水文状况,打破生态平衡。本文使用滑动秩和检验(Mann-Whitney U检验) 分析水文变异,并对水文变异成因做了系统的分析。在此基础上,对变异前各月平均流量序列用线性矩法推求GEV分布参数,求出概率密度最大流量,并将其视为相应月河道内生态流量。本文用该法计算黄河干流7 站各月河道内生态流量,即得河道内生态需水情况。分析表明,考虑水文变异的河道内生态需水计算方法是可行的;水文变异后,黄河流域干流各水文站满足生态需水的频率大大降低,汛期降低幅度比非汛期大;黄河生态系统水环境恶化的主要原因是人类活动。     

黑河流域莺落峡站河道内生态需水研究

生态需水是当前水问题研究中的一个热点问题, 对于生态环境急剧恶化的内陆干旱区来说, 这一研究尤为紧迫。气候变化及人类活动导致水文变异, 进而改变了当地生态系统的水文及生态平衡状况。文章采用黑河流域莺落峡站1947-2006 年月径流序列资料, 运用差积曲线-秩检验联合法来识别水文过程变异点并分析变异成因, 然后对各月平均流量序列用线性矩法推求GEV分布参数, 求出概率密度最大流量, 将其视为相应月河道内生态流量, 可以得到黑河莺落峡站河道内生态需水情况。结果表明, 基于水文变异情况分析河道内生态需水的计算方法在黑河上游是可行的;水文变异前后, 站点满足生态需水频率会发生显著变化, 因气候原因而导致的径流量变化是很难避免的, 科学合理计算生态需水对干旱区河流生态管理和经济社会可持续发展有重要作用和意义。     

河道糙率系数变化对全新世古洪水流量计算的影响研究

洪水流量计算中河道糙率是一个重要的灵敏度参数。以汉江上游郧县尚家河台地前沿记录的四期古洪水流量计算为例,研究河道糙率系数在比降-面积法和HEC-RAS模型中对古洪水流量计算结果的影响。结果表明：其他水文参数一定时,河道糙率系数以±15%变幅,比降-面积法重建的古洪水流量变幅在-13.04%～17.65%,HEC-RAS模型计算的流量变幅在-4.32%～4.57%;若河道糙率系数以±25%变幅,比降-面积法和HEC-RAS模型计算的流量变幅分别为-20%～33.33%和-7.79%～9.18%,说明采用HEC-RAS模型重建古洪水流量,可减少河道糙率系数对计算结果的影响,使古洪水流量计算结果更为可靠。此外,假定其他参数不变,主河槽和左、右岸糙率系数依次变幅±25%,主河槽糙率系数变化对流量计算结果影响最大,说明洪水流量计算时应准确选取主河槽的糙率系数。该结果对水利工程建设具有重要的现实意义。     

东线南水北调对黄浦江水质的影响

本文对长江枯季(12—3月)径流的特点、变化规律、河口盐水入侵以及对黄浦江水质的影响等进行了初步分析。长江水量虽然丰富,但枯季径流并不大,枯季径流一般占年径流总量的15%左右。频率50%的平水年各月平均流量都在15000秒立米以下,频率75%的一般少水年枯季1、2月份的月平均流量不足10000秒立米。河口盐度变化随上游来水多少而异,大通站流量在10000秒立米时河口盐度变化敏感,流量再减少河口盐度将急剧增加,便会严重污染河口和黄浦江水质,影响上海市和河口地区的工农业和城市生活用水。因此,在规划长江流域用水时,应使大通站流量在15000秒立米以上,若有困难,至少不能低于10000秒立米。     

辽河流域生态需水估算

从辽河流域存在的环境问题出发,在确定主要生态需水类型的基础上,基于水资源分区,分别估算各水资源分区的不同类型的生态需水,包括枯季河道生态需水、汛期输沙需水、入海需水、地下水恢复需补充的水量、河口湿地生态需水等。针对辽河流域季节性河流的特点,提出了枯水季节最小流量法的枯季河道生态需水计算方法。计算结果表明,辽河流域生态需水总量为130.44×10⁸m³,占地表径流的48.3%,其中浑太河、东辽河2个水资源分区的生态需水量占地表径流的比例在60%以上,辽河干流生态需水量占地表径流的53.5%,其余水资源分区生态需水量占地表径流的比例均在50%以下。研究结果为流域水资源配置及水环境保护与恢复提供科学依据。     

海河流域平原河道生态环境需水量计算

该文根据海河流域缺乏系统生态数据的特点,提出一种新的生态环境需水量计算方法-高频率流量法。并将其与90％、50％和20％保证率下最枯月平均流量占多年平均流量的百分比进行对比。用该方法计算了海河流域平原河道生态环境需水量,最小需水量为32．25亿m^3,适宜需水量为48．26亿m^3,理想需水量为86．00亿m^3。     

云南石林岩生维管植物多样性及生物量特征

对云南石林石漠化生态系统、人工林生态系统和次生林生态系统内的岩生维管植物进行样方调查,结果表明:1.三种生态系统内分别记录到15科21属21种、15科25属25种和28科39属41种岩生维管植物。2.单位面积平均生物量表现为石漠化(11.17±2.98 g/m~2)次生林(6.04±1.03 g/m~2)人工林(1.29±0.44 g/m~2),系统间存在显著差异(F=14.27,P0.001),岩石裂缝中生长的少量阳性灌木个体异常地增加了石漠化生态系统的单位面积生物量。3.超过75%的物种分布于石壁、石坑、石隙等微生境,而石台、石面和石沟很少有植物殖居;按中国植被进行的生活型分类,三种系统中草本物种数占各自系统内总物种数比例分别为42.8%、60%和34.2%;灌木和藤本次之,其物种数差异不大,其中落叶种数较常绿物种数多;乔木物种组成只有中、小乔木,占群落中总物种数的比例最低。4.MRPP分析显示,三种生态系统岩生维管植物组合模式存在显著差异(A=0.125,P0.001)。Shannon-Wiener多样性指数和均匀度指数均表现为人工林石漠化次生林,随着植被覆盖度的增加,物种数呈上升趋势,其中阳性物种逐渐减少,阴性物种逐渐增加,物种从随机分布过渡到均匀分布。     

塔里木河下游生态输水对地下水补给量研究

地下水对干旱区荒漠生态系统的维持至关重要,生态输水对地下水的补给量及影响范围是评估输水成效的要素之一,对于准确理解地下水循环特征至关重要。基于2000—2020年塔里木河下游生态输水过程中的地下水监测数据,拟合输水前后地下水水面线方程,结合水均衡原理,对塔里木河下游近20 a生态输水过程中的地下水埋深时空变化、地下水补给量以及输水期地下水最大影响范围进行了估算与分析。结果表明:(1)塔里木河下游实施生态输水后,地下水位呈明显抬升趋势,抬升幅度具时空差异性,在英苏、喀尔达依和阿拉干断面分别抬升了3.01 m、2.87 m、5.75 m;前10 a输水对地下水位抬升作用明显小于后10 a;(2)塔里木河下游近20 a的输水对地下水的总补给量为30.6×10~8m~3(占输水总量的36.2%),包气带补给40.1×10~8m~3(47.5%),入台特玛湖水量为11.7×10~8m~3(13.8%);(3)塔里木河下游前10 a的输水对地下水补给量(61.6%)大于后10 a(25.2%),主要归因于输水量增大,地下水埋深减小引起土壤含水量饱和差减小;(4)塔里木河下游输水期地下水的最大影响范围具有较大的波动,与输水前地下水埋深和输水量正相关;近10 a,英苏、喀尔达依、阿拉干、依干不及麻断面,输水期地下水单侧影响范围高达1075 m、2326 m、1623 m、856 m。     

乌鲁木齐地区水资源及其开发利用程度

乌鲁木齐地区,经济发达,人口集中,已成为我国西北地区水资源利用程度最高的内陆河流域之一。但对开发利用程度还没有一个数量概念,并存在不同的认识。本文根据水资源转化模拟和予测模型的建立,计算了本区现有水利条件下平水年的现状引水量和净利用水量、现状可引用水量和可用水量,结果表明:乌鲁木齐地区实际水资源总量为6.432×10~8m~3,而现状利用的净水量为7.152×10~8m~3,为水资源总量的111.25%,远远超过水量平衡条件下的最大可引用量(5.5779×10~8m~3)和水资源总量。同时每年还超采地下水约1.20×10~8m~3。显然,水资源开发利用过度。这种长期“用水赤字”的处境,将对本区工农业生产和绿洲的稳定产生潜在威胁。必须从现在起就有计划有步骤地加强水资源统一管理,建立节水性社会。     

Distribution of fluoride in surface water and a health risk assessment in the upper reaches of the Yongding River

The excessive exposure to high concentrations of fluoride in drinking water can lead to a serious disease called fluorosis. The upstream region of the Yongding River is an ecological protection area for Beijing. Some studies have reported that there is a high concentration of fluoride in the groundwater in this area. However, there are few data on the distribution of fluoride in surface water and health risk assessments in this area. In this study, the fluoride concentrations were determined by using the spectrophotometric method using data from 2013 to 2017 from 9 surface water quality monitoring stations in the upper reaches of the Yongding River. The health risks of fluoride were assessed using the approach developed by the United States Environmental Protection Agency(US EPA). The results indicated that the fluoride content in the drinking water ranged from 0.30 to 1.50 mg L~(-1), with an average of 0.86 mg L~(-1). In total, 22.7% of the analyzed samples exceeded the Chinese limit of 1.0 mg L~(-1) for fluoride, and 5.5% of samples had less than the permissible limit of 0.5 mg L~(-1). Higher fluoride concentrations and fluorosis hotspots were found to be predominately located downstream of the Yanghe River close to the Guanting Reservoir, where 71.4% of samples exceeded the limit of 1.0 mg/L~(-1). The spatial distribution of high fluoride concentrations was found to be primarily determined by industry. The hazard quotient(HQ) index for children, teenagers and adults indicated that 19.6%, 15.6%, and 5.1% of the samples in the upper reaches of the Yongding River, respectively, posed health hazards to the associated groups. Furthermore, the HQ index more than 1 for children, teenagers and adults had values of 64.3%, 56.1%, and 19.4%, respectively, in samples from the downstream region of the Yanghe River. Therefore, there are potential risks of dental and skeletal fluorosis in the upper river reaches of the Yongding River. It is imperative to take measures to reduce the fluoride pollution in surface water and control fluorosis. Action should be taken to improve the disposal of industrial waste.     

官厅水库及永定河枯水期水体氮、磷和重金属含量分布规律

于枯水期 (冬季和春季 )在官厅水库库区及永定河沿线 1 3个地点采集了表层水样品 ,分别测定了原水和过滤水中 N、P和重金属的含量 ,同时进一步分析了过滤水中不同形态氮的含量 ,初步探讨了枯水期官厅水库和永定河水体 N、P及重金属含量的分布规律及污染特征。研究结果表明 ,官厅水库库区及永定河沿线重金属基本没有污染 ,大多低于地表水 类标准 ,极个别样点超过 类但仍低于 类标准。 N、 P污染比较严重 ,大部分样点的总氮、总磷指标超过湖泊水库 类标准 ,个别样点甚至超过 类标准。不同地点 ,各形态 N的含量有显著差别 ,体现了外源污染的区域分布规律。     

渭河下游河流输沙需水量计算

基于对河流输沙运动特性的分析,认为最小河流输沙需水量是当河流输沙基本上处于冲淤平衡状态时输送单位重量的泥沙所需要的水的体积,通过河段进口即上游断面水流挟沙力 (S_u^*) 与含沙量 (S_u) 比较,分S_u ≤ S_u^*和S_u > S_u^*两种情况,分别建立了最小河段输沙需水量的计算方法。并应用该方法对渭河下游输沙需水量做了计算。计算的空间尺度为渭河下游的咸阳、临潼、华县三个断面,时间尺度为四个代表年的年内月均需水量,分p = 25% (1963年)、p = 50% (1990年)、p = 75% (1982年)、p = 90% (1979年)。计算结果分析表明：渭河各断面汛期月均输沙需水量大于非汛期月均输沙需水量。相较而言,在不同代表年的汛期和非汛期,从咸阳断面至华县断面输沙需水量在增加。在丰水年 (p = 25%),渭河下游咸阳、临潼、华县等3个断面年输沙需水量分别为63.67亿m³、97.95亿m³和103.25亿m³;在平水年 (p = 50%),渭河下游咸阳、临潼、华县等3个断面年输沙需水量分别为49.71亿m³、83.27亿m³和85.08亿m³;在枯水年 (p = 75%),渭河下游咸阳、临潼、华县等3个断面年输沙需水量分别为30.17亿m³、55.14亿m³和65.32亿m³;在特枯水年 (p = 90%),渭河下游咸阳、临潼、华县等3个断面年输沙需水量分别为23.96亿m³、37.91亿m³和38.92亿m³。由丰水年到枯水年,渭河下游各断面年输沙需水量变小。     

官厅水库近三十年的水质演变时序特征

基于过去的研究成果,综述了官厅水库近三十年来的水质演变过程,分阶段探讨了官厅水库水污染的来源和特征。与此同时,从污染物的角度探讨了官厅水库典型污染物的时空变化规律。研究结果表明,官厅水库的水质演变先后经历了四个阶段,依次为1972～1975年以有机毒物和重金属污染为特征的水体污染,1981～1992年以有机污染为主体的水体再污染,1992～1995年增加了大肠杆菌污染的水体复合污染,以及1996年至今以氮磷污染为明显特征的水体有机复合污染。从主要污染物的时间变化上看,库区COD和主要重金属含量均在缓慢上升,挥发酚的含量呈现波动趋势,氨氮和总磷的含量持续大幅度上升。污染物在库区的空间分布规律相似,入库处污染物浓度明显高于出库处的污染物浓度。     

气候变化背景下尼雅河流域生态基流研究

流域生态基流是河流生态系统健康稳定的关键,以新疆尼雅河流域为研究区域,根据民丰县气象站1958—2018年的气象数据与尼雅河4个水文监测断面1978—2018年的水文数据,运用趋势拟合、Tennant法、相关性分析和回归模型等分析流域气候变化、确定生态基流并探究其时空分异与保证率变化,揭示生态基流对气候变化的响应。结果表明：61 a来流域气温以0.22 ℃·(10a)^-1的速度增加,年降水量以3.8 mm·(10a)^-1的速度增加;尼雅水库、八一八渠首、尼雅水文站和尼雅渠首的年生态基流推荐值分别为：1.989 m³·s^-1、2.188 m³·s^-1、1.755 m³·s^-1、1.702 m³·s^-1;生态基流年际最大值出现在2010年,最小值在1980年,年内最大值在7月,最小值在1月或12月;空间上表现为上游高下游低,以八一八渠首处最高,尼雅渠首处最低;各站多年平均生态基流保证率分别为：50%、45%、50%、45%,且表现出汛期明显高于非汛期;逐年、逐月生态基流与气温、降水量均在0.01水平上显著相关,但在春夏季对气温敏感,秋冬季对降水量敏感,各水文监测断面的回归模型耦合效果相似,流域整体回归方程R²=0.365,且生态基流对气候变化响应具有整体性和衰减性。研究结果可为尼雅河流域生态调水和水生态修复提供参考。     

黄河上游夏季流量对气候变化的响应及未来趋势预估

本文从气候变化的角度出发, 研究黄河上游龙羊峡水库夏季流量与流域气候条件的响应关系及流量预估模型, 并根据区域气候模式输出数据降尺度生成的未来气候情景, 对未来龙羊峡夏季水库流量进行了预估。结果表明:近35 年来, 黄河上游夏季气温升高、蒸发增大, 降水略有减少;黄河上游龙羊峡水库平均入库流量呈递减趋势, 夏季流量对流域降水量、平均最高气温及最低气温的响应显著;未来两个时期(2020s、2030s)龙羊峡夏季流量均较基准期(1988-2010 年)减少, 但在不同气候变化情景下流量变化有所差异, 其中A2 情景下夏季平均流量分别减少23.9%(2020s)和19.8%(2030s), B2 情景下分别减少14.4%(2030s)和17.3%(2030s), 据此, 未来气候变化对黄河上游流域夏季流量的可能影响将弊大于利, 但仍具有较大不确定性。     

渭河(陕西段)河道自净需水量研究

建立了河段自净最小需水量计算模型。为了使研究区段内的水质达标,该区段内的自净需水量应该是从区段内所有河段最小需水量中取其最大量。应用该方法分达标排污和现状排污对渭河(陕西段)河道自净需水量做了计算。结果分析表明:渭河河道自净需水量随年径流流量变化不大,自净缺水严重,主要出现在非汛期,达标排污较于现状排污,自净需水量大幅度下降,自净缺水主要出现在1,2,12三个月。     

干旱地区水资源评价和认识的若干问题——以新疆为例

干旱地区水资源的合理开发和国土整治规划有密切联系。本文以新疆为例,对干旱区水资源的正确评价、水资源开发如何利用自然优势、水资源的地区间调剂以及水文现象与生态环境变化的深入认识等问题,提出了几点探讨性意见,以供深入讨论。     

1766 年以来黄河中游与永定河汛期径流量的变化

利用清代志桩涨水尺寸和雨分寸记录、近现代器测水文与降雨数据等多种资料,重建/修正了永定河卢沟桥断面和黄河三门峡断面1766-2004 年的汛期径流量(m³/s),其在夏秋汛期的多年平均径流量分别为109.0 m³/s 和5121.1 m³/s。并依据多年径流量平均值±1 个标准差值得出了新的丰-枯水发生年表。小波分析显示两者具有较为明显的30~40 年周期,1920 年之后,永定河持续性的枯流使河流水量变化周期消失,黄河中游的高频周期则更加发育。两者在1780-1900 年存在20 年尺度上的变化同步性现象,而1840-1860 年代和1890-1910 年代两者出现了明显的反相位现象。从1766 年以来的情况分析,中国东部季风区进入20 世纪暖期之后,黄河中游与永定河卢沟桥以上流域的汛期降雨基本为反相关关系。     

南水北调中线工程对汉江中下游的影响分析

本文分别计算了丹江口水库１９６９－１９９０年实际下泄流量过程和大坝加高向黄淮海地区调水１５×１０９ｍ３后下泄过程在２０２０水平年下汉江中下游各点的水位流量过程，比较了两者的水位流量差①，分析了丹江口水库调水对汉江中下游各点水位和流量的影响以及引起的灌溉用水和航运的变化。结果表明，丹江口水库调水后，丹江口水库下游各点的多年平均水位、流量将下降，流量过程趋于缓和，洪水流量减少，枯水流量增加；灌溉取水量减少，破坏状况加重，枯水期航运流量增加，但中水期航运时段减少。最后，作者对汉江中下游补偿工程提出了建议。