鄱阳湖湖泊流域系统水文水动力联合模拟

本文以鄱阳湖湖泊流域系统为研究对象,鉴于该湖泊流域系统尺度较大,下垫面自然属性呈现高度空间异质性且具有流域-平原区-湖泊不同机制的水文水动力过程,为了真实描述湖泊流域间的水文水动力联系及反映不同过程间的作用机制,构建了鄱阳湖湖泊流域联合模拟模型.该模型基于自主研发的流域分布式水文模型WATLAC和湖滨平原区产流模型以及水动力模型MIKE 21 3个不同功能子模型的连接来实现该复杂系统的模拟.模型的联合采用输入-输出驱动及子模型的顺序执行进程,即将五大子流域与平原区入湖径流量作为输入条件来驱动湖泊水动力模型,模拟湖泊水位对流域入湖径流量的响应.以2000-2005年鄱阳湖流域6个水文站点的河道径流量、流域基流指数以及湖泊4个站点的水位资料来率定模型,其中各站点日径流量拟合的纳希效率系数E_ns为0.71~0.84,确定性系数R²介于0.70~0.88之间,而湖泊各站点水位拟合的纳希效率系数E_ns变化为0.88~0.98,确定性系数R²为0.96~0.98,均取得令人满意的率定结果.本文提出的鄱阳湖湖泊流域系统水文水动力联合模拟模型能较为理想再现湖泊水位对流域降雨-径流过程的响应.水位模拟结果进一步表明,该联合模型能用来获取重要的水动力空间变化特征.该模型可作为有效工具定量揭示湖泊流域系统水文水动力过程对气候变化和流域人类活动的响应.     

气候变化和人类活动对鄱阳湖流域径流过程影响的定量分析

量化气候变化和人类活动对流域水文影响及其对流域水资源规划和管理具有重要的理论与现实意义.采用水文模型和多元回归法定量分析气候变化和人类活动对鄱阳湖"五河"径流的影响,并通过与灵敏度分析法对比来进一步验证分析结果 .研究表明,1970-2009年,气候变化和人类活动对鄱阳湖流域径流增加的贡献率分别为73%和27%.气候变化是饶河、信江和赣江径流增加的主导因素,而人类活动是修水径流增加的主要因素,是抚河径流减少的主要原因.另外,不同季节影响径流变化的主导因素又有不同,人类活动为干季(11月到次年2月)径流增加和湿季(4-6月)径流减小的主导因素,其贡献率分别为78.9%和82.7%.本研究可为鄱阳湖流域防洪抗旱及水资源优化配置提供重要科学依据.     

鄱阳湖流域可持续发展综合模型框架

本文以鄱阳湖流域为例,所描述的流域可持续发展框架是一个基于流域系统理论和实践的生态系统模型.包括了三个主要的部分:(1)环境政策与规划;(2)地球空间信息系统;(3)社区发展与区域网络.框架将多个学科,如:流域生态学,环境规划,可持续发展与资源管理汇集一起,形成了一套综合的流域制图、模拟和监测的流域管理方法.     

基于长短记忆模型的鄱阳湖流域径流模拟及其演变的归因分析

气候变化和人类活动直接或间接的影响着全球和区域水文循环过程,是导致水文水资源时空分布的主要因素,同时也是流域-湖泊水文情势变化的根本原因.本文基于长短记忆模型构建了鄱阳湖气象—径流模型,同时引入了基准期的概念,定量区分了导致鄱阳湖流域径流变化的主要影响因素.研究结果表明:在同时考虑计算效率和模拟效果的前提下,采用10 ...     

鄱阳湖流域过去1000 a径流模拟以及对气候变化响应研究

为研究过去千年尺度径流变化及其对气候变化的响应,以长江中游鄱阳湖流域为研究区,运用气候模式CCSM4和ECHAM5模拟过去1000 a气候数据,空间降尺度后驱动水文模型模拟了鄱阳湖流域过去近千年流域径流序列.利用快速傅里叶变换、小波分析等手段,分析流域极端径流变化特征、周期和该流域旱涝事件发生频率.结果表明:2种气候模式均能反映出中世纪暖期及小冰期阶段的干湿交替变化,且小冰期内中干旱状态维持时间较长;径流的丰枯变化与降水量变化具有较好的对应关系.CCSM4和ECHAM5模式下发生旱涝灾害与极大极小降水事件发生频率基本相同,径流丰枯变化与降水变化周期相近,均具有30 a左右的主周期,10~15、7 a左右的子周期.小波系数模平方图中30 a左右显著的能量信号揭示了该周期与北太平洋气候的主要环流机制的太平洋年代际振荡周期相近,因此,大气环流涛动是造成气候-水文变化的主要原因.研究结果拓展了基于近代60 a观测记录的流域水文变化的认识,探讨了千年时间长度下流域干湿变化特征和水文对气候响应的动力机制,有助于全面系统认识长江中游在全球气候暖化背景下旱涝极端水文事件的发生机制与变化规律.     

气候变化和人类活动对鄱阳湖流域赣江径流影响的定量分析

气候变化和人类活动对流域径流影响的定量研究是当前研究的热点,赣江作为鄱阳湖流域最大的子流域,径流变化对鄱阳湖湿地水生态系统具有重要的影响.利用Mann-Kendall突变检验分析了赣江流域径流1955—2010年间演变趋势,再分别应用统计方法和IHACRES集总式模型分析气候要素和人类活动对径流的影响.研究表明IHACRES能够较好地模拟赣江流域径流,适用于中亚热带湿润季风气候区.Mann-Kendall突变检验表明赣江流域径流在1979年发生突变,可划分为1955—1979年和1980—2010年两个时段.降水是影响赣江流域径流年际变化的主要因素,而土地利用等人类活动的影响并不明显.水库建设显著影响赣江径流的季节分配,1980—2010年间人类活动影响更加显著,其中45%的年份秋季径流增加50%以上,26%的年份秋季径流增加超过100%,其中1989年的秋季径流增加幅度达到320%.     

1960-2012年鄱阳湖流域旱涝急转事件时空演变特征

基于鄱阳湖流域五河7个主要入湖控制站1960-2012年的实测径流资料,通过短周期旱涝急转指数,结合TFPWMK趋势检验法及集合经验模态分解法,分析了鄱阳湖流域旱涝急转事件的时空分布、演变趋势、强度及周期变化等,并探讨了旱涝急转指数的不确定性及旱涝急转事件的成因.结果表明:鄱阳湖流域旱涝急转事件主要分布在3-10月,其中3-6月主要表现为"旱转涝",7-10月主要表现为"涝转旱",且不同年代间存在一定的时空差异;五河以轻度旱涝急转事件为主,重度旱涝急转事件发生频率较低,主要发生在抚河、信江和饶河流域,且多以"涝转旱"事件为主;在年代际上,鄱阳湖流域旱涝急转事件在1990s发生的频率最高,在2000s最低.同时,除饶河外,鄱阳湖流域年最强"涝转旱"事件的发生强度呈减弱趋势,而年最强"旱转涝"事件的发生强度在赣江和修水北支有减弱趋势,在饶河和修水南支有增强趋势.五河旱涝急转的变化存在2个特征时间尺度,分别为1a和21～35a,而年最强旱涝急转事件的发生强度具有3a左右的周期变化特征.这些变化与流域降水的不均匀性及强烈的人类活动等有关.本研究结果有助于全面系统认识鄱阳湖流域在全球变暖背景下极...     

1960年以来气候变化与人类活动对鄱阳湖流域生态径流改变的影响

基于鄱阳湖流域五河水文站1960-2013年逐日径流量和14个国家级气象站的日气象数据,本文利用长短记忆模型框架构建神经网络模型来开展鄱阳湖流域的径流过程模拟,结合生态赤字与生态盈余等生态径流指标,定量分析了鄱阳湖流域的水文变异特征.同时,利用差异化的情景模拟方式,定量区分了人类活动和气候变化对鄱阳湖流域生态径流变化的...     

基于马尔科夫链模型的鄱阳湖流域水文气象干旱研究

基于气象和水文干旱的二维变量干旱状态基础上,通过一阶马尔科夫链模型对二维变量干旱状态进行频率、重现期和历时分析,建立水文气象干旱指数,从干旱灾害形成、演变和持续3方面对干旱灾害进行研究,同时预测未来6个月非水文干旱到水文干旱的概率.结果表明:(1)修河流域在干旱形成中危害大,抚河流域和修河流域在干旱演变中危害大,赣江流域和饶河流域在干旱持续中危害大;(2)鄱阳湖流域状态4(气象、水文干旱)发生的频率最高,为0.30,连续湿润或者干旱的概率最大,湿润状态(状态2)与水文干旱(状态4、状态5(气象湿润、水文干旱))的相互转移概率最低;(3)在长期干旱预测中,鄱阳湖流域从状态2转到状态4和状态5的平均概率为0.11,属最低,而状态1(气象、水文无旱)和状态3(气象干旱、水文湿润)到达状态4的概率为0.23,发生概率最大.修河流域在非水文干旱状态下未来发生气象、水文干旱状态的平均概率为0.28,是"五河"中最高的,而赣江流域在正常或者湿润状态下未来发生气象、水文干旱的概率最低,为0.18,该研究对于鄱阳湖流域水文气象干旱的抗旱减灾具有重要理论与现实意义.     

鄱阳湖流域干旱气候特征研究

本文利用鄱阳湖流域127个站点1960-2007年逐日降水和温度资料,选用Z指数对鄱阳湖流域的气象干旱进行分析,并将干旱分为偏旱、大旱和特旱三个等级.研究结果表明鄱阳湖流域干旱基本呈现出南少北多、南强北弱的空间分布形式.鄱阳湖流域7-12月发生的干旱以偏旱为主,大旱和特旱主要出现在1-6月.线性趋势变化分析表明,2000年以来干旱范围和干旱强度均呈现出增加的趋势,其中,2003、2004和2007年的干旱较为严重.2003年大部分月份偏旱范围广、强度大,全年大旱和特旱出现的范围均较小,但3-4月和6-7月的大旱和特旱强度较大;2004年大部分月份偏旱范围和强度均相对较小,但在3月和6月出现范围较大且强度较强的大旱和特旱;2007年干旱分布更为极端,仅在7、10和11月出现范围较广或强度较大的偏旱,而在5月集中出现面积超过80%的大旱和特旱.     

鄱阳湖二维水动力和水质耦合数值模拟

针对大型通江湖泊水位变化剧烈,地形起伏多变,岸线复杂,湖泊内部窄小洪道与大面洲滩和洼地连接复杂,湖泊洲滩出露、淹没频繁交替等湖泊水情和地貌特征,基于二维浅水方程和对流扩散方程组构建了鄱阳湖二维水动力和水质耦合模拟模型.模型采用非结构网格有限体积法进行离散,以HLLC算法计算单元界面的水量、动量和物质输运通量.水陆边界通...     

鄱阳湖湖口、外洲、梅港三站水沙变化及趋势分析(1955-2001年)

对鄱阳湖流域三个主要控制站湖口、外洲和梅港多年(1955-2001年)水沙数据进行了统计分析,利用滑动平均法,Spearman秩次相关检验、线性回归检验方法对三个测站的水沙变化趋势进行了分析检验,结果表明,鄱阳湖泥沙出湖集中于长江大汛前的2-6月,在长江7-9月大汛期间,会出现长江泥沙倒灌鄱阳湖的情况．湖口站近期(1990-2001年)径流量和输沙量变幅都非常大,同上世纪80年代相比,年均径流量增加255．3×10~8 m~3．年均减少沙量0．29×10~8 t;外洲站近期的输沙量明显减少,沙量分别为70年代前、70年代、80年代的49．6%、48．7%和52．3%;梅港站径流量略微增加沙量无明显变化趋势．从入湖径流来看,赣江和信江占52．4%,入湖泥沙量占了76．0%以上．从赣江和信江水沙总体变化趋势来看,赣江径流量变化趋势不明显,而输沙量具有明显减少的趋势;信江径流量增加趋势明显,输沙量基本无明显趋势．鄱阳湖流域水沙变化主要受人类活动的影响．土地利用方式的改变和流域水利工程设施的修建极大地影响了流域水沙特征及其变化趋势．     

Effects of climate change and human activities on runoff and sediment inputs of the largest freshwater lake in China,Poyang Lake

The nonparametric Mann-Kendall test and the Pettitt test were employed to examine the change trends and shifts of runoff and sediment input to Poyang Lake between 1961 and 2013. Water balance and linear regression models were used to evaluate the impacts of climate variability and human activities on the runoff and sediment discharge changes. The results showed that runoff inputs to the lake had insignificant temporal trends and change points, while sediment inputs had significant decreasing trends, with an abrupt change in 1989. Quantitative assessment demonstrated that human activities led to a small decrease (5.5%) in runoff inputs to the lake, and a dramatic (121.4%) decrease in sediment inputs to the lake between the reference period (before the change point) and the human-influenced period (after the change point). This work provides a useful reference for future policy makers in water resource utilization and environmental safety of the Poyang Lake basin.     

鄱阳湖水质现状及变化趋势

根据鄱阳湖1990年监测资料,对水质污染现状进行分析,同时利用1981—1990年资料,分析了水质变化趋势。分析表明:湖体、河口水质均属较清洁水或尚清洁水。但是,随着入湖污染负荷量的增加,湖区水体污染呈上升趋势,宜引起有关部门高度重视。     

基于水平衡模型的呼伦湖湖泊水量变化

针对北方寒旱区呼伦湖水位下降、水面萎缩的现象,根据气候特征,利用月水量平衡模型探究湖泊水文过程并揭示其变化规律.在此基础上,利用不同气候条件下各水平衡项对于湖泊水位的影响程度确定水位升降的直接原因.基于1963-1980年间水位的实测数据,根据水量平衡原理及其他辅助计算判断出湖泊与周边区域存在着地下水的交换,且具有一定的规律性,即历年11月至次年3月期间的累积降雪融化渗入土壤中形成浅层径流补给湖泊,而7、8月份湖泊补给周边草原.基于以上规律,根据周边坡面汇流、地下水与湖泊交换量的年内变化特征,利用水平衡方程式推算湖泊1981-2008年逐月水位变化,并与其他研究成果比较,吻合度较高.不同气候条件下,径流量对于湖泊水位的影响程度最为突出,是水位变化的主控因子.     

鄱阳湖退田还湖及其对洪水的影响

在详细分析鄱阳湖退田还湖现状基础上,建立了鄱阳湖退田还湖洪水位效应计算模型,估计退田还湖对典型年洪水位的效应.并对退田还湖对年最高水位频率的影响进行了预测.最后,探讨了退田还湖圩区适宜管理模式和退田还湖对湖泊环境的影响.     

A storm event watershed model for surface runoff based on 2D fully dynamic wave equations

The main purpose of this work concerns the development and testing of an overland flow model based on the two‐dimensional fully dynamic shallow water equations. Three key aspects, fundamental to get accurate, efficient and robust computation of surface runoff at basin scale, are discussed by transferring the main findings obtained by the recent research on the topic of dam‐break wave and flood propagation in the context of rainfall–runoff modelling. In particular, attention is focused on the numerical flux and bottom slope source terms computation, on a numerical treatment of friction slope terms and on an algorithm for dealing with wetting/drying fronts. The performances of the numerical model have been preliminarily evaluated using experimental or ideal tests characterized by very critical conditions for the stability of a numerical model. Then, attention was focused on a real event occurred in a sub‐basin of Reno river in Italy to analyse the suitability of the model in simulating real flood situations. The numerical results highlight the good performances of the model in all the simulations discussed in the paper. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

鄱阳湖区间洪水计算方法

在实施一个大型国际合作项目（ＢＩＴＥＸ　’９３）期间,作者在琵琶湖进行了一个大规模的内波野外观测．９台垂直系留的湖流观测及其旋转谱分析的结果表明：除了众所周知的开尔文波以外,在表层有风的日变化造成的周期为２４ｈ的顺时针旋转的强迫振荡,在温跃层,Ｐｏｉｎｃａｒｅ波的第一调式（ｍｏｄｅ）占主导地位．Ｐｏｉｎｃａｒｅ波使温跃层附近的湖流以周期１６－１８ｈ顺时针旋转,在底层,周期为１１ｈ的不旋转的重力波非     

基于SD模型分析的环鄱阳湖地区发展模式探讨

系统动力学(SD)模型在模拟复杂的区域发展问题中具有明显优势,本文在深入分析环鄱阳湖地区区域发展各子系统、各要素之间关系的基础上,构建了区域发展SD模型,并通过设立4种发展情景模拟了不同发展模式下区域发展特征.结果表明,惯性发展不仅发展速度较慢,同时将带来严重的生态与环境问题;高经济增长低环保投入发展尽管保持了经济的高速增长,但对生态环境将造成较大程度的破坏;高经济增长高环保投入方式通过加大环保投入,能较好地解决经济高速增长所带来的污染问题;而强调经济结构调整的产业优化升级发展方式在保证经济较高速发展的同时,较好地维持了区域生态环境的良性循环.充分考虑环鄱阳湖地区区域特征,本文综合各模式优劣势,提出了推荐发展模式,以实现经济增长与生态环境保护之间的平衡.