气候变化和人类活动对黑河上中游径流量变化的贡献率

利用1960-2008年气象和水文资料,采用线性趋势法、Mann-Kendall非参数检验、累积距平法、年累积量法、累积量斜率变化率法,分析了黑河上中游径流量和气候变化特征及趋势,并计算了气候变化和人类活动对径流量变化的贡献率.结果表明:黑河上游年径流量、年降水量和年蒸发量呈上升趋势,且年径流量和年蒸发量变化显著;中游径流量与蒸发量为下降趋势,降水量为上升趋势,但变化趋势都不是那么明显.上游和中游径流量变化的突变年份分别为1979年和1984年.以径流突变年份分割时间序列为上游(1960-1979、1980-2008)和中游(1960-1984、1985-2008),得到累积径流量、累积降水量及累积蒸发量与年份线性关系式.上游以气候变化为主,人类活动的影响较小,二者对径流量增大的贡献率分别为59.71％和40.29％;中游气候变化影响较小,以人类活动为主导,二者对径流量减小的贡献率分别为25.23％和74.77％.研究结果对黑河流域未来水资源的开发利用有一定的指导意义.     

基于Budyko假设的渭河径流变化归因识别

定量评价河川径流量变化特征,开展其归因识别研究是制定气候变化应对策略与合理利用水资源的基础。以渭河流域为研究区,采用Mann-Kendall趋势检验法、双累积曲线等方法分析渭河流域1958—2015年的气候、水文要素变化特征,采用基于Budyko水热耦合平衡理论的水量平衡法估算径流变化对各驱动因素的弹性系数,定量评价气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明:渭河流域咸阳、张家山、状头站的年径流量呈显著减少趋势,径流深减少速率分别为:-1.520、-0.501、-0.322 mm/a。3个站控制流域面平均降雨量呈非显著性减少趋势,年潜在蒸散发呈非显著增加趋势。剧烈的人类活动如工农业用水、大规模水土保持措施的实施及退耕还林草等引起的下垫面变化是径流量减少的主要因素,渭河干流和泾河流域下垫面变化对径流减少的贡献率均超过了60%,降雨变化贡献次之,潜在蒸散发的影响最小。     

基于Budyko假设的洮河与大夏河径流变化归因识别

受气候变化和人类活动的影响,世界许多河流水文过程发生了显著的变化。研究河川径流变化特征及其原因对流域水资源管理和规划有十分重要的意义。以黄河上游支流洮河、大夏河为研究对象,采用Mann-Kendall趋势检验法、突变分析等方法探究河川径流的趋势变化、阶段特征,并采用Budyko水热耦合平衡方程定量评估径流变化影响因素的贡献率。研究发现洮河与大夏河流域年径流深均呈显著减少趋势,减少速率为：-1.85 mm/a、-1.36 mm/a （P≤0.01）。通过突变检验可将洮河的径流序列分为基准期1961-1987年,剧烈人类活动期1988-2017年,而大夏河的基准期为1961-1985年,人类活动期1986-2017年。洮河、大夏河流域下垫面变化对径流变化的贡献率超过60%,降雨次之,潜在蒸散发最弱,约贡献10%。流域下垫面改变是引起研究区河川径流变化的主要因素。     

北京市白河和潮河流域生态健康评价

选取北京市重要的饮用水源密云水库上游白河和潮河流域,结合北京山区流域生态现状,构建了涵盖水域生境结构、水生生物、生态压力和陆域生态格局与功能、生态压力5大类13项指标的评价指标体系,开展了流域生态健康评价。结果表明白河和潮河流域的健康状态整体处于良好等级,但水生生物和陆域生态格局状况相对较差。14个子流域的健康状况差异并不显著,琉璃河、白河下段、汤河上游的健康状况相对较好,潮河中下段和小汤河的健康状况相对较差。流域内不合理的畜禽养殖、岸边带种植及民俗旅游是导致流域生态健康退化的主要原因,建议加强污染负荷排放的控制和监管涉水活动对水生生境的干扰以改善流域健康状况,并重点关注可指示水生态系统早期退化的生物指数,以实现可持续性和适应性的流域管理,保障密云水库的水生态安全。     

密云水库白河流域基流演变特征

基流是水文过程的一个重要组成部分,选择科学合理的基流分割方法,研究明确影响基流变化的驱动因素,对于保证河湖的生态水量至关重要。以北京密云水库的白河流域为例,根据白河流域张家坟水文站1967—2012年的实测径流数据和相关气象数据,对比分析了局部最小值法、单参数数字滤波法和递归数字滤波法三种方法的基流分割结果,并从气候变化和人类活动两方面分析影响基流变化的驱动因素。结果表明,相比局部最小值法和单参数数字滤波法,递归数字滤波法在白河流域有着更好的应用稳定性;在密云水库白河流域,基流对河川径流有着相当高的贡献比例(BFI>0.65);1967—2012年白河流域年基流量存在极显著的减少趋势(P<0.01),而年基流指数值基本保持不变。白河流域基流序列分别在1980年和1999年发生了突变,其中1999年的突变主要受到降雨过程(气候变化)的影响,而1980年的突变点主要受到其他因素(如人类活动)的影响。     

海南岛干旱地区昌化江径流变化及影响因素

识别降水量和径流量变化过程及其影响因素对流域生态安全有重要意义。以海南岛干旱区昌化江流域主要控制水文站宝桥站58年(1956-2013年)水文资料为基础, 采用肯德尔秩次相关等统计方法和GIS技术研究流域内降水径流的变化特点及变化原因。结果表明: (1)降水和径流序列均呈缓慢上升趋势, 但2003年后径流序列有明显下降。(2)应用有序聚类分析径流系数跳跃成分, 结果显示1989年和2003年前后发生了较大改变。(3)将1956-1988年作为无人类活动影响的基准期, 建立降水-径流关系, 分析人类活动对径流变化过程的影响, 表明人类活动的间接影响使昌化江径流量减小, 流域植被覆盖率减少使蒸发作用加大, 导致径流量降低。(4)2003-2013年人类的活动影响使得昌化江径流量大幅减少, 其中直接影响减少量63.5 mm, 间接影响减少量为53.7 mm, 总减少量为117.1 mm, 人类活动综合影响对径流量下降的贡献率为13.9%。禁止砍伐热带雨林, 减少种植经济作物对维护流域生态安全尤为关键。     

漓江上游典型森林植被对降水径流的调节作用

利用野外同步长期定位观测林外降雨、地表径流和河川径流的方法,对漓江上游典型森林植被的生态水文过程进行观测研究。结果表明:1)流域降水年内分配极不均匀,50a年降雨量总体变化趋势不明显。林冠截留受林外降雨特征的影响,也与植被类型密切相关。2)地表径流平均滞后时间为70 min。在连续降雨的情况下,降雨滞后效应不再明显,甚至出现地表径流与降雨同步的现象,小降雨可能产生大的地表径流,从而加大流域在雨季发生洪灾的风险。3)湿季径流系数略大于旱季,干季降水量减少,且森林植被消耗大量水分,减少了枯水期径流的产生,增大发生旱灾的风险。森林植被延长河川径流持续时间,使一次持续18 d的降水过程形成的径流,在降水停止后能延续24 d。降雨后退水持续时间与前期降水及后期降水叠加有关。目的为揭示漓江上游森林植被对降水径流的调节作用,客观评估漓江上游水资源潜力、加强流域水资源管理和森林经营提供科学依据。     

景观格局视角下晋西三川河流域径流变化归因分析

黄土高原大规模人类活动造成下垫面剧烈变化,流域景观格局改变,影响产汇流过程。学科融合视角下,基于Budyko水热耦合方程、景观指数计算以及回归分析等多学科方法,以晋西黄土丘陵沟壑区三川河流域为例,分析不同尺度景观格局变化造成流域径流量变化的原因,判别地理景观空间对产汇流过程的影响。结果表明：(1)1980年至今是研究区径流锐减阶段,其中下垫面变化对径流贡献率为60.81%;(2)1980年至今的下垫面变化造成流域景观斑块破碎、形状趋于规整,景观格局分割度、蔓延度提高;(3)利用逐步线性回归模型可将径流减少的景观格局变化定位到具体地理空间,流域东部、北部主要支流上游与两条支流汇流处的林地核心斑块面积减少以及城市建设区域对于水体连通性的破坏。通过跨学科方法探究景观格局与径流变化之间的潜在空间关联,揭示径流对景观格局变化的响应,可为黄土高原水资源管理与生态规划提供决策依据。     

濂水流域降雨变化和景观格局演变的径流效应

降雨和景观格局是影响流域径流过程的两大主要因素,开展二者的径流效应研究对流域水资源管理、生态建设等具有重要意义。本研究以赣南红壤丘陵区的濂水流域为对象,基于1958—2020年的降雨、径流和土地利用数据,分析降雨、景观格局和径流的变化特征,以及降雨、景观格局与年径流、洪枯径流的关系。结果表明: 研究期间,流域年降雨量、年径流量、年最大1 d径流量均呈非显著下降趋势,年最小1 d径流量呈非显著上升趋势且年际变化幅度最大;有林地为流域内占比最高的景观类型,其他林地的变化最剧烈;景观水平上,流域的Shannon多样性指数、Shannon均匀度指数、斑块密度、景观形状指数分别由1980年的1.125、0.541、0.667、16.925上升至2020年的1.348、0.614、0.731、18.172,景观蔓延度指数由1980年的68.237下降至2020年的64.293,流域整体景观多样性、破碎化程度、形状复杂程度提高,空间分布趋于均匀,连通性降低。降雨量与年径流、洪水径流、枯水径流的相关系数分别为0.907、0.594、0.558;类型水平上,耕地减少对年径流、洪枯径流的影响均较大,而景观水平上的整体变化促进了年径流和洪水径流减少、枯水径流增加。降雨变化和景观格局演变对年径流、洪水径流和枯水径流变化的贡献率分别为17.8%、82.2%,1.5%、98.5%和-8.8%、108.8%。研究成果可为流域景观格局配置、水土流失综合治理等提供理论参考。     

三峡库区典型小流域农业非点源氮磷流失特征

基于2007-2009年的野外观测数据对戴家沟小流域降雨径流与农业非点源氮磷流失的时间序列变化关系及其特征进行研究.结果表明:2007-2009年,戴家沟小流域降雨量和径流量峰值变化一致,二者相关系数为0.904.总氮和总磷浓度变化趋势吻合,但总氮对降雨径流变化响应的灵敏度高于总磷;氮流失浓度受降雨径流变化影响显著,而磷流失则表现出逐年递增的趋势;氮磷比的变化特征与总氮浓度的变化特征一致,且与径流波动有良好的耦合关系.2007-2009年,戴家沟小流域降雨径流量累积百分比峰值出现时刻与总氮、总磷流失量累积百分比峰值出现时刻不吻合,表明流域农业非点源污染具有较大的随机性和分散性,二者没有严格的对应关系.     

密云水库不同季节细菌群落多样性

为加强对密云水库水体状况的全面了解,对2006年11月到2007年11月不同季节水体中的微生物进行了研究.用流式细胞仪技术和LB固体培养基培养测定了水体中的细菌数目;利用PCR-DGGE技术对水体细菌的多样性和相似性进行分析.结果表明,细菌数目随季节变化有所不同,但利用流式细胞仪测定的每毫升水体细菌的数目基本上均为104数量级,而培养得到的细菌菌落数为102～103 CFU/ml,基本符合国家饮用水源的卫生标准.细菌的多样性指数也表现出随季节变化的规律,冬季(2006-11和2007-11)Shannon-Weaver多样性指数较低,为3.0左右;春季(2007-04)开始增大,至夏季(2007-07)时可高达3.3068;秋季(2007-09)又减小到3.1246.另外,密云水库细菌的优势类群有β-Proteobacteria、Actinobacteria、Cytophaga/Flexibacter/Bacteroides (CFB) 类群和Cyanobacteria. 这些资料有望为以后进一步从微生物角度评价水质提供参考.     

Spatiotemporal variation of bacterial and archaeal communities in sediments of a drinking reservoir,Beijing, China

Bacterial and archaeal assemblages are one of the most important contributors to the recycling of nutrients and the decomposition of organic matter in aquatic sediments. However, their spatiotemporal variation and its driving factors remain unclear, especially for drinking reservoirs, which are strongly affected by human consumption. Using quantitative PCR and Illumina MiSeq sequencing, we investigated the bacterial and archaeal communities in the sediments of a drinking reservoir, the Miyun Reservoir, one of the most important drinking sources for Beijing City. The abundance of bacteria and archaea presented no spatiotemporal variation. With respect to community diversity, visible spatial and temporal differences were observed in archaea, whereas the bacterial community showed minor variation. The bacterial communities in the reservoir sediment mainly included Proteobacteria, Bacteroidetes, Nitrospirae, Acidobacteria, and Verrucomicrobia. The bacterial community structure showed obvious spatial variation. The composition of the bacterial operational taxonomic units (OTUs) and main phyla were dam-specific; the composition of samples in front of the dam were significantly different from the composition of the other samples. The archaeal communities were mainly represented by Woesearchaeota and Euryarchaeota. Distinctly spatial and seasonal variation was observed in the archaeal community structure. The sediment NH₄ ⁺–N, pH, and water depth were identified as the key driving factors of changes in the composition of the bacterial and archaeal communities. Water depth might have the greatest influence on the microbial community structure. The dam-specific community structure may be related to the greater water depth in front of the dam. This finding indicates that water depth might be the greatest contributor to the microbial community structure in the Miyun Reservoir.

     

北京市两栖爬行动物空间分布格局及影响因素

基于遥感和野外调查数据,研究北京市两栖爬行动物空间分布格局及其影响因素。结果显示,北京记录两栖爬行动物2纲3目10科17属22种,其中,保护物种15种,占物种总数的68.19%。物种分布整体呈现由西北向东南递减的空间特征,西北部山区丰富度和相对多度较大,门头沟和延庆物种丰富度最大(14种),占调查物种总数的66.67%,优势种为中国林蛙、黑斑侧褶蛙、中华蟾蜍和山地麻蜥;门头沟、怀柔、房山分布了全市71.54%的种群数量;200-500 m海拔段物种丰富度最高(18种),主要生境为森林灌丛;物种数在6种以上的网格有11个,包括大滩、怀九河、百花山、拒马河、密云水库等。总体来看,物种种类和数量相较之前呈现减少趋势,而土地用途转换具有重要影响。1980-2018年,建设用地表现出以东西城为核心向外围扩张的趋势,侵占的农田占生态系统总转换面积的42.85%;城六区和平原区的主要物种为黑斑侧褶蛙和中华蟾蜍,少有中国林蛙分布。进一步分析两栖动物1500 m的迁徙距离内,森林灌丛和农田为主要的生境类型,城市扩张侵占了部分农田;同时,污染物的排放引起水体水质下降,特别是北运河水系,造成两栖动物的繁殖率降低和栖息地破坏。目前,北京市各类保护地虽覆盖两栖爬行动物种类的90.91%和数量的60.45%,但在怀柔宝山镇白河上段、密云水库来水的潮河上段辛庄桥、平谷洳河大兴庄镇-峪口镇等地,仍然存在较大的保护空缺。对此,建议开展长期定位观测,构建生物多样性观测网络,并探索建立高强度土地利用下的生物多样性保护机制,从而实现生物资源可持续利用。     

密云水库上游流域土地利用与地表径流营养物的关系

定量刻画土地利用与水体营养物浓度的关系,有助于指导流域土地利用管理,以控制水体富营养化.以往研究较多关注土地利用的数量结构,对其强度、空间分布等刻画相对不足.本研究以密云水库上游流域为例,基于覆盖全流域52个子流域的水质采样,通过遥感解译和空间计算,提取土地利用强度、所处坡度、与河道及监测断面距离以及位置邻接关系等信息,构建土地利用与总氮、总磷和化学需氧量浓度的多元线性回归方程.结果表明: 土地利用与总氮、总磷和化学需氧量浓度回归方程的决定系数由未纳入任何信息的0.294、0.471和0.223分别增加到0.532、0.685和0.489,显著提高了模型的解释能力.在厘定每一空间位置土地利用对监测断面营养物浓度贡献率的基础上,比较与河道不同迁移路径距离下土地利用对营养物浓度的平均累积贡献率及面积累计百分比,确定了距离河道1 km范围内的河岸带为水体富营养化的关键控制范围.最后提出了优化农田施肥管理、加强牲畜粪便处理、建设林地过滤带和河岸缓冲带等水质污染控制和调控的措施建议.     

北京密云水库流域水源保护林区径流空间尺度效应的研究

通过10a的森林水文定位观测,对比研究了北京密云水库流域水源保护林和对照荒坡地径流在坡面尺度（约0.9hm^2）和小流域尺度（约2.7hm^2）上的空间尺度效应。结果表明,荒坡地和水源保护林地的径流系数在坡面和试验流域尺度上与降雨量呈显著的对数相关关系;在坡面尺度和小流域尺度,荒坡地径流系数都显著地大于水源保护林地;而且随着降雨量级的增大,荒地与水源保护林地的径流系数之差在小流域尺度比坡面尺度更大;随着研究尺度从坡面到小流域的扩展,茺地径流系数显著增大,而水源保护林地的径流系数变化微小。这一尺度效应说明水源保护林对水文过程具有较大的调蓄能力,表现为较强的水源函养作用。     

Reservoir manipulations and benthic macroinvertebrates in a Prairie River

Samples were taken on the Tongue River, Montana, USA, during 1974 and 1975 to determine the distributions and abundances of the benthic fauna after various reservoir manipulations. The upper cold water section, influenced by hypolimnial discharge from the Tongue River Reservoir, was impoverished in insect fauna and dominated by the molluscs Physa and Sphaerium. The lower warm water sections of the river contained two communities determined primarily by turbidity and periphyton cover. The upper warm water area was dominated by Strophopteryx and hydropsychid caddis larvae. The lower river was dominated by Cheumatopsyche. The summer fauna, in the warm water area, was dominated by short-lived mayfly species. During the summer, 1975, the cold water section was invaded by many insects due to warming of the area when no hypolimnion was formed in the reservoir. Invasion was apparently due to increased thermal fluctuations which caused diapause eggs to hatch and influenced the upstream migration of older nymphs and larvae.Results of drift and distributional samples after closure of the Tongue River Reservoir Dam for repairs showed that massive drift of all invertebrates began at a discharge of 130 c.f.s. (3.68 m³/sec), a drop from 190 c.f.s. (3.38 m³/sec) over a period of three days. Community composition was radically altered by reduced discharge.     

三峡库区支流生境因子对库区蓄水的响应

三峡水库的运行调度,使库区支流形成了截然不同的3种河段类型:完全受水库蓄水影响的145m回水段(完全河段),既受蓄水影响又受自然洪汛影响的145—175m回水段(双重河段)以及不受蓄水影响的大于175m的自然河流段(自然河段)。为明确库区蓄水对河流不同河段生境因子的影响程度及差异,对三峡库区36条重要支流的254个河段进行河流生境调查,进行不同河段下生境指标的因子分析,并进一步分析水文情势自然性与不同河段各生境因子的相关关系。结果表明,植被状况对3种不同河段来说均为重要生境因子,但受三峡水库蓄水影响,完全河段植被结构不完整;受库区蓄水影响,完全河段与双重河段及自然河段相比,流速流态状况、表层覆盖物状况、河岸带宽度、湿润率等生境因子有明显改变;水文情势自然性对不同河段生境因子的影响不同。     

Retention of Sediments and Nutrients in the Iron Gate I Reservoir on the Danube River

This work addresses an intensively debated question in biogeochemical research: “Are large dams affecting global nutrient cycles?” It has been postulated that the largest impoundments on the Lower Danube River, the Iron Gates Reservoirs, act as a major sink for silica (Si) in the form of settling diatoms, for phosphorus (P) and to a lesser extent for nitrogen (N). This retention of P and N in the reservoir would represent a positive contribution to the nutrient reduction in the Danube River. Based on a 9-month monitoring scheme in 2001, we quantified the nutrient and the sediment retention capacity of the Iron Gate I Reservoir. The sediment accumulation corresponded to 5% TN (total nitrogen), 12% TP (total phosphorus) and 55% TSS (total suspended solids) of the incoming loading. A mass balance revealed that more N and P are leaving the reservoir than entering via the inflow. Based on these current results, the reservoir was temporarily acting as a small nutrient source. The nutrient accumulation in the sediments of the Iron Gate I Reservoir represents only 1% of the “missing” load of 10⁶ t N and 1.3 × 10⁵ t P defined as the difference between the estimated nutrient export from the Danube Basin and the measured flux entering the Black Sea. This result disproves the hypothesis that the largest impoundment on the Danube River, the Iron Gates Reservoir, plays a major role in N and P elimination.     

Distribution of the bathypelagic perch fry layer along the longitudinal profile of two large canyon-shaped reservoirs

The distribution of the bathypelagic perch Perca fluviatilis fry (BPF) layer and its qualitative and quantitative changes were studied along the longitudinal profiles of the large canyon-shaped Slapy and Orlík Reservoirs (Czech Republic), using acoustic methods (SIMRAD EY500 echosounder, split-beam transducer, Sonar5 post-processing software). In Slapy Reservoir (sampled in late May), the BPF layer created by the mass of non-shoaling perch larvae and juveniles (average total length, L _T, 10·4 mm) was recorded from the dam for 29 km upstream. The BPF layer only vanished in the upper third of the reservoir due to the extremely cold hypolimnetic water discharged from Orlík Reservoir, which is situated upstream in the cascade. Both abundance and size of BPF increased significantly upstream following, in Slapy Reservoir, the trophic gradient. In Orlík Reservoir (sampled in late June), the BPF layer was created predominantly by shoaling perch fry individuals (average L _T 31·8 mm), recorded along the whole longitudinal profile of the reservoir (>50 km, filled with relatively warm water). Both the sizes of BPF and their shoaling activity again increased significantly from the dam towards the inflow following, in Orlík Reservoir, the trophic gradient. Pooling the data from both reservoirs, it was evident that the tendency to flock in a dense layer and, much later, to create distinct shoals, increased continuously with the size of BPF. A number of variables describing the BPF layer in Slapy and Orlík Reservoir are given.