流域最佳管理措施空间配置优化研究进展

最佳管理措施(BMPs)是保护流域水环境免受农业生产活动导致的污染的一系列措施。在进行流域尺度BMPs空间配置时,一方面要考虑BMPs的生态环境效益,另一方面要考虑农业经济效益,因此流域管理决策者需要对这些措施进行空间配置优化。最佳管理措施空间配置优化(简称BMPs空间优化)是基于专家经验或者利用优化算法而得出的方案,并通过流域模型和经济模型评价其环境和经济效益,最后选择效益最优的方案,这也是当前农业非点源污染和水环境保护研究的前沿和热点。本文在介绍BMPs及其评价模型的基础上,对当前BMPs空间优化研究中的两种方法进行了剖析,对当前国内外BMPs空间优化研究现状进行了回顾和总结,最后,指出了BMPs空间优化研究中现存的问题,指出了今后BMPs空间优化研究的方向。     

基于MODFLOW的流域分布式水文模型研究——以渭河中下游地区为例

在流域水循环框架下,以MODFLOW为基础,结合河水的一维动力波模型和地表、土壤坡面产汇流模型,建立了渭河中下游地区的流域分布式水文模型.该模型突出了研究区地下水循环这一主要水文环节.通过一个水文年的数据检验,证明该模型所获得的参数具有代表性,由各项参数模拟得到的流量过程与实测过程比较符合.在此基础上进行了模拟计算,确定了渭河中下游地区地下水天然补给资源量、浅层地下水开采潜力及现状条件下滨河湿地水源地开采与河水量的关系.该模型的开发不仅对科学调配和合理利用地表水和地下水资源,而且对滨河湿地生态系统功能的恢复和保护具有特别重要的意义.     

内陆河流域分布式水文模型——以黑河干流山区建模为例

应用常规的气象水文数据并结合GIS, 建立了一个适合西北内陆河山区流域分布式水文模型, 并对黑河干流山区出山径流进行了模拟计算和讨论。模型以子流域作为最小的产流、汇流单元, 将各子流域分为裸地区、乔木区、牧草区和冰川区, 并根据实测剖面资料将土壤分为3层, 各分区单独进行水量平衡计算。产流过程基于蓄满产流理论, 以月和日为步长, 月模型在黑河干流山区流域应用效果较好, 日模型受降水的随机性和观测站点少的限制效果不佳。模型参数敏感性分析发现, 降水资料的代表性是模型模拟成败的关键。月模拟结果表明, 植被覆盖可以调节径流过程, 增加流域土壤储水量, 尤其是乔木森林, 即植被具有涵养水源的功能。在全球变暖背景下, 黑河未来出山径流会有一定程度的增加, 冰雪融水和实际蒸散发也会增加, 永久积雪与冰川面积缩小, 雪线上升, 但近期内不会造成冰雪储量大量减少。     

博弈理论在水资源管理中的应用——以黑河流域为例

区域的地理差异使得水资源在分布上时空不均,造成水资源供给的有限性;用水主体的开发利用和效率低下使得水资源呈现过量需求,造成不必要的浪费,此两者成为了水问题产生的主要原因。博弈理论应用的目的就是通过博弈分析寻找主体之间的博弈均衡点,实现博弈主体之间的效率与利益的最大化,选出最优策略组合。本文将博弈理论应用于水问题突出的黑河流域,通过对中游地区、下游地区和流域管理局3个主体之间的博弈分析得出流域管理局的介入和中游采取合作态度成为了解决水问题实现流域可持续利用的可行性策略。为了使中游地区采取合作态度,政府可以通过制定政策与奖惩措施来控制中游地区的行为,实现流域内部的生态效益与经济效益最大化,达到区域间的合作共赢。     

分布式流域水文模型水量过程模拟——以黄河河源区为例

文章分析了分布式水文模型、遥感和地理信息系统技术在流域径流模拟过程中的结合点,采用数字网格技术,以流域水量变化对地表土地覆被和气候变化响应过程为目的,讨论利用分布式水文模型研究下垫面和气候变化下流域水量响应过程的一般方法,并以黄河河源区为实例进行验证。     

CFSR气象数据在流域水文模拟中的适用性评价——以灞河流域为例

近年来,全球再分析气象数据已经越来越多地被运用到世界各地的水文建模中,但是其模拟的效果有很大差异。为探讨CFSR再分析数据在流域水文模拟中的适用性问题,本文以灞河流域为研究区,使用两种气象数据（传统气象数据和CFSR气象数据）构建SWAT水文模型,并从年和月尺度分别进行灞河流域2001-2012年的径流模拟,利用回归分析、纳什效率系数NSE和百分比偏差PBIAS等评价方法对两种数据的模拟效果进行对比。最后,提出了CFSR气象数据订正的方法。结果表明：① CFSR气象数据在灞河流域水文模拟中有一定的适用性,模拟结果的拟合优度R²>0.50,NSE>0.33,|PBIAS|<14.8,纳什效率系数NSE偏低。尽管CFSR气象数据质量存在一定问题,但是经过降雨数据订正后能够取得比较满意的模拟效果。② CFSR气象数据模拟流量比实测流量偏高,这主要是由于CFSR逐日降水数据估算的降雨天数较多、雨强较大,一般会导致该数据在水量平衡方面能够模拟出较高的基流和洪峰流量（个别年份除外）。③ 灞河流域CFSR降水数据（x）与实测降水数据（y）之间的关系大致可用幂指数方程表达：y = 1.4789x^0.8875（R² = 0.98,P<0.001）,每个CFSR站点的拟合方程略微不同,此方程为CFSR降水数据的订正提供了理论基础。     

基于分布式模拟的流域水平衡分析研究——以海河流域为例

流域水平衡分析是进行水资源科学评价与合理配置的基础,传统的流域水平衡分析大多是基于有限的站点观测资料和简单的集总式模型,很难适应考虑水循环空间变异性的复杂大流域水资源综合管理的需求.本文基于分布式水文模拟技术,探讨了一种能够考虑流域内部上、下游关系的水平衡分析方法.并以海河流域为例,构建分布式SWAT模型,对海河流域及水资源三级分区的水平衡状况进行分析,在此基础上探讨海河流域维持健康水平衡关系,降低流域蒸发,进行农业真实节水的必要性和有关对策.     

干旱内陆河流域人居环境适宜性评价——以石羊河流域为例(英文)

The study employs slope,aspect,relief degree of land surface,land use,vegetation index,hydrology and climate,as evaluation indexes to set up the Human Settlements Environmental Index(HEI) model to evaluate the environmental suitability for human settlements in the Shiyang River Basin.By using GIS spatial analysis technology,such as spatial overlay analysis,buffer analysis and density analysis,the environmental suitability of the human settlement spatial situation and spatial pattern are established to analyze their spatial distribution.The results show that the index of suitability for human settlements in the Shiyang River Basin is between 17.13 and 84.32.In general,suitability for human settlements decreases from the southwest to the northeast.Seen from an area pattern,the suitable region is mainly distributed in the Minqin oasis,Wuwei oasis and Changning basin,which are about 1080.01 km 2 and account for 2.59% of the total area.Rather and comparatively suitable region is mainly distributed around the counties of Gulang,Yongchang and north of Tianzhu,which is about 1100.30 km 2.The common suitable region is mainly distributed outside the counties of Yongchang,Jinchuan and most parts of Minqin County,which are about 23328.04 km 2,accounting for 56.08% of the total area.The unsuitable region is mainly distributed upstream and to the north of the river,which is about 9937.60 km 2,accounting for 23.89% of the total area.Meanwhile,the least suitable region is distributed around the Qilian Mountains,which are covered by snow and cold desert and lie in the intersecting area between the Tengger Desert and Badain Jaran Desert.The total area is about 6154.05 km 2,accounting for 14.79% of the total area.Suitable regions for human habitation are mainly distributed around rivers in the form of ribbons and batches,while others are scattered.The distribution pattern is identical to the residential spatial pattern.In addition,the relationships between HEI and other factors have been analyzed.There is a clear logarithmic correlation between the residential environment and population,that is,the correlation coefficient between the evaluation value and population density reaches 0.851.There is also a positive correlation between the residential environment and economy,which reaches an evaluation value of 0.845 between the residential environment and GDP.Results also show that the environment is out of bearing with the existing population in Shiyang River Basin.Spatial distribution of population is profoundly affected by severe environmental problems,such as the expanded deserts,the hilly terrain and the changing climate.Surface water shortage and slow economic growth are bottlenecks for suitable human settlement in the Shiyang River Basin.Combining these problems with planning for construction of new country and the exploitation of local land,some residential areas should be relocated to improve the residential environment.     

基于分布式模拟的流域水平衡分析研究——-以海河流域为例

流域水平衡分析是进行水资源科学评价与合理配置的基础,传统的流域水平衡分析大多是基于有限的站 点观测资料和简单的集总式模型,很难适应考虑水循环空间变异性的复杂大流域水资源综合管理的需求。本文基 于分布式水文模拟技术,探讨了一种能够考虑流域内部上、下游关系的水平衡分析方法。并以海河流域为例,构建 分布式SWAT 模型,对海河流域及水资源三级分区的水平衡状况进行分析,在此基础上探讨海河流域维持健康水 平衡关系,降低流域蒸发,进行农业真实节水的必要性和有关对策。     

基于SWAT模型的基流估算及评价——以洛河流域为例

SWAT是一个具有很强物理机制的长时段的流域分布式水文模型,它能够利用GIS和RS提供的空间数据信息,模拟复杂大流域中的径流成分。本文应用SWAT模型对基流进行模拟,分别采用1992～1996年和1997～1998年洛河流域卢氏水文站逐年、月实测径流资料进行模型校准和验证,确定模型的敏感性参数:径流曲线数、地下水再蒸发系数、土壤蒸发补偿系数和植物蒸发补偿系数;并借助滤波技术对实测径流进行基流分割。将滤波分割的基流与SWAT模拟值进行对比,采用线性回归系数(R2)和Nash-Suttclife模拟系数(Ens)对SWAT模型进行评价,其结果月基流R2为0.76,Ens为0.75,模拟精度较高。     

环境选择模型在生态系统管理中的应用—— 以黑河流域额济纳旗为例

以黑河流域额济纳旗生态系统的可持续发展管理为例，选取了水费、绿洲面积、水质、本地动物种类和数目作为额济纳旗牛态系统管理的5种属性，根据额济纳旗生态恢复和保护目标及社会经济发展目标确定了属性状态值，采用部分正交因子法设计了调查问卷，于2002年7月至8月间，在黑河流域随机抽样调查了1000户居民，以分析环境属性的价值和不同替代情景的补偿剩余价值。分析结果表明了主要环境属性的部分价值：面积为0．22元／km^2，动物类型为6．09元／种，动物数量为-7．11元／10^4头，水质从较差到一般状态为20．04元／户、水质从较差到较好为27．67元／户、水质从较差到好为38．87元／户。分析结果表明，对额济纳旗生态系统的管理而言，提高水质和增加动物的种类是合适的选择。最后，结合实证研究展望了选择模型研究应该解决的问题。     

传统农业系统环境胁迫应对措施分析——以中国农业文化遗产地为例(英文)

近年来,随着气候变化影响的不断加剧,农业发展也正承受着强大的生态环境压力的胁迫,严重威胁到粮食安全及农业的可持续发展。当今农业依托现代化生产技术虽在短期内可以有效降低甚至避免环境胁迫对农业生产的限制和影响,但是,从长期及系统角度考虑也给农业生态系统带来了许多生态危机。为实现农业可持续发展,环境胁迫应对措施必须充分考虑生态保护这一重要前提。农业文化遗产地的传统农业系统依托其独特的农业系统结构,包括土地利用方式、水利设施、传统作物等,较好实现了农业系统与当地自然条件尤其是胁迫因子之间的匹配。基于灾害系统理论,对比分析了农业文化遗产地农业系统及普通农业系统的环境胁迫应对措施。敖汉旱作农业系统(2012年被联合国粮农组织列为全球重要农业文化遗产)的种植结构以与当地水分条件匹配较好的谷黍等耐旱型作物为主,通过降低承灾体(农作物)的脆弱性,较好地在承灾体一环实现了防灾减灾的目的,实现了干旱半干旱地区农业生产与缺水环境的共存。云南红河哈尼稻作梯田系统(2010年被联合国粮农组织列为全球重要农业文化遗产)依托于独特的水土利用方式和林—寨—田—河垂直分布的景观格局,通过重塑孕灾环境,有效避免了旱灾的发生。此外,农业文化遗产地传统农业系统凭借丰富的田间作物多样性、遗产地品牌效应及农业景观资源等,极大地提升了农业系统的经济价值,进而削弱了灾害对生产生活的影响。通过对比分析可见,传统农业系统的胁迫因子应对措施充分考虑了系统的自然调节和自发性,既可较好地避免灾害的发生,又保证了系统生态安全,是立足生态保护基础上实现农业可持续发展的典范。     

基于VSD模型的区域生态系统脆弱性评价——以广西西江经济带为例(英文)

生态系统脆弱性受到自然与人文因素双重影响。以广西西江经济带为例,采用VSD模型,通过暴露度、敏感性和适应能力分解脆弱性,构建包含自然和人为因素的25指标的评价体系,开展脆弱性评价与分区。结果表明,不脆弱区、一般区、脆弱区、很脆弱区和极脆弱区分别占11.31%、22.63%、27.60%、24.39%和14.07%,东西部地区脆弱性较高,中部地区脆弱性较低;自然因素导致的脆弱区主要分布于东西部山区,人为因素主导的脆弱区分布于中部盆地的城镇及其周边;经济带约53%的建设用地分布于很脆弱区和脆弱区,未来新增建设用地需要重点向不脆弱区和一般区转移。根据分区结果和诱因差异,提出了不同类型区开发与保护的相关建议。     

CFSR气象数据在流域水文模拟中的适用性评价——以中国秦岭山地的灞河流域为例(英文)

In recent years, global reanalysis weather data has been widely used in hydrological modeling around the world, but the results of simulations vary greatly. To consider the applicability of Climate Forecast System Reanalysis(CFSR) data in the hydrologic simulation of watersheds, the Bahe River Basin was used as a case study. Two types of weather data(conventional weather data and CFSR weather data) were considered to establish a Soil and Water Assessment Tool(SWAT) model, which was used to simulate runoff from 2001 to 2012 in the basin at annual and monthly scales. The effect of both datasets on the simulation was assessed using regression analysis, Nash-Sutcliffe Efficiency(NSE), and Percent Bias(PBIAS). A CFSR weather data correction method was proposed. The main results were as follows.(1) The CFSR climate data was applicable for hydrologic simulation in the Bahe River Basin(R~2 of the simulated results above 0.50, NSE above 0.33, and |PBIAS| below 14.8. Although the quality of the CFSR weather data is not perfect, it achieved a satisfactory hydrological simulation after rainfall data correction.(2) The simulated streamflow using the CFSR data was higher than the observed streamflow, which was likely because the estimation of daily rainfall data by CFSR weather data resulted in more rainy days and stronger rainfall intensity than was actually observed. Therefore, the data simulated a higher base flow and flood peak discharge in terms of the water balance, except for some individual years.(3) The relation between the CFSR rainfall data(x) and the observed rainfall data(y) could berepresented by a power exponent equation: y=1.4789x0.8875(R2=0.98,P0.001). There was a slight variation between the fitted equations for each station. The equation provides a theoretical basis for the correction of CFSR rainfall data.     

GIS技术和水热平衡模型在古湖泊水文重建研究中的应用--以石羊河流域为例

首次利用GIS技术并结合沉积学研究结果,计算全新世两个时段石羊河流域终闾湖泊的面积,建立石羊河流域水热平衡模型,进而恢复全新世两个时期的降水量。     

树木年代学在高寒山区泥石流历史事件重建中的应用——以磨西河流域倒灶沟为例

如何确定人类历史活动稀少、植被覆盖率较高的高寒山区泥石流历史活动次数及时间较为困难。树木年代学分析方法可通过树木年轮生长变化对泥石流活动的响应特征,重建过去一定时间内的泥石流历史活动事件。通过对我国四川省境内贡嘎山东坡磨西河流域内倒灶沟泥石流堆积扇上140个桤木的树木年轮样本取样及树木年代学分析,重建了该沟在过去20 a间的2次较大规模泥石流活动事件(分别为1996年和2005年)和5次小规模洪水(或泥石流)事件。研究结果表明,在过去20 a间,倒灶沟大规模泥石流每隔约10 a便会发生一次,而小规模的泥石流或洪水则每隔2~3 a便会发生一次。同时,研究还发现,磨西河流域内泥石流堆积扇上有利于类似桤木生长特征的树种生长(最大树木年轮可达1.4 cm),为该地区泥石流生物防治工程中优势树种的选择提供了科学依据。     

基于CASA模型的植被第一性生产力人为影响定量研究——以石羊河流域为例

人类活动是影响植被净第一性生产力（Net Primary Productivity,NPP）变化的主要因子之一,定量计算NPP人为影响值具有重要意义。以石羊河流域为研究区,采用改进CASA模型计算理论NPP和实际NPP,并求得NPP人为影响值,分析了该流域NPP人为影响值的分布和变化规律。结果表明：（1）2001-2014年石羊河流域年均实际NPP为261.70 gC·m^-2·a^-1,总量为10.62 TgC·a^-1,NPP呈略微上升趋势。（2）人类活动对NPP的正向和负向影响都非常强烈,影响值介于-644.15~740.31 gC·m^-2·a^-1之间。在人为作用下,正向影响总量年均为1.93 TgC·a^-1,负向影响总量年均为3.16 TgC·a^-1,整体表现为明显负影响,表明该流域植被在人为作用下一直处于退化状态。（3）研究期间人为作用变化显著,人为正负影响绝对值之和呈减小趋势（年均减少速率为26 592 gC·m^-2·a^-1）,说明人类活动有所减缓;同时人为正负影响值代数和也呈减小趋势（年均减少速率为82 856 gC·m^-2·a^-1）,说明人类对植被的负影响效应正在减弱,表明治理初见成效。（4）研究期间人为负向影响减弱区面积占流域面积的41.04%,主要分布在下游荒漠区,说明下游植被NPP有所增加,生态环境有所改善。     

不同非空间模拟方法下CLUE-S模型土地利用预测——以秦淮河流域为例

基于快速城镇化背景下秦淮河流域土地利用历史状况,选择CLUE-S模型对其2020年土地利用情况进行模拟预测。分别使用线性回归、Markov模型、灰色GM（1,1）模型预测CLUE-S模型非空间模块的土地利用需求量,再嵌入CLUE-S中得到3种预测结果,对预测结果进行比较。另外设定“自然发展”情景与考虑规划政策影响的“优化格局”情景,模拟2020年不同情景下秦淮河流域土地利用格局情况,并进行景观格局分析。结果表明：线性回归模型、Markov模型、灰色GM（1,1）模型的Kappa指数分别为0.866、0.849、0.867,3种方法均满足模型精度要求;自然发展情景中2020年水域、水田、林地、城镇用地、旱地面积相对于2010年分别变化21.5%、-15.3%、-9.0%、51.5%、-28.9%,而优化格局情景下水域、水田、林地、城镇用地、旱地面积分别变化3.1%、-1.6%、10.8%、6.3%、-10.6%,相比于自然发展情景,优化情景土地利用状况更符合保护基本农田、增加生态用地连通性、提高雨水下渗能力以及缓解城市热岛效应的要求,为后期土地利用规划提供了依据。     

山岳旅游资源管理模型研究——以张家界国家森林公园为例

以张家界国家森林公园为研究对象,从管理学、地理学、经济学的角度提出"四元归一"(即保护、开发、保障、效益评价合一)的山岳旅游资源管理的理论模型,其核心是旅游资源的最优管理;以该模型为基础,提出山岳旅游资源的"四元归一"管理指数,从山岳旅游资源保护、开发、效益评价、保障4个维度分别选取指标,以此衡量现有山岳旅游资源的管理状况和优劣;将其与旅游地生命周期理论相结合,提出旅游资源管理与开发判定坐标,依据景区资源管理现状将景区分为四大类:发育型、暴发户型、成熟型和危险型,以"四元归一"管理模型为理论依据,围绕保护与开发的矛盾,对4类景区分别提出建设性意见。最后以张家界地文资源为例构建旅游资源的二级管理模型,为我国山岳旅游资源及其他资源类型的有效管理提供借鉴与参考。     

基于PGIS和水文-淹没模型的社区洪水风险分析——以浙江省台州市大田河流域为例

以浙江省大田河流域为案例,基于参与式地理信息系统（PGIS）开展野外调查,构建居民建筑及其室内财产的脆弱性曲线;利用HEC-HMS水文和HAND淹没模型,模拟6种洪水淹没情景,开展承灾体建模、暴露与潜在损失分析,从而实现社区尺度的多情景洪水风险分析。结果表明,基于PGIS的问卷调查和家庭访谈可有效收集社区本地知识并辅助完成风险分析。从2年一遇到500年一遇洪水,受淹建筑足迹由6.72%增至61.44%,总的暴露资产由23.24亿元增至222.48亿元;结合脆弱性分析得出,洪水潜在损失由3.86亿元上升为54.19亿元。社区的洪水年期望损失为4.89亿元,有必要采取综合性防洪适应措施,以应对未来可能加剧的洪水灾害风险。该研究可为开展社区参与式的洪水风险分析提供借鉴。