砾石对红壤工程堆积体边坡径流产沙的影响

为探究砾石对红壤工程堆积体边坡降雨侵蚀的影响,基于室内模拟降雨试验,在1.0、1.5、2.0、2.5 mm/min雨强条件下,以土质边坡为对照,研究了10%、20%和30%的砾石质量分数红壤工程堆积体边坡的径流特征、产沙过程及侵蚀动力机制。结果表明：1）砾石质量分数对稳定径流强度的影响存在阈值,在雨强 > 1.0 mm/min时稳定径流强度随砾石质量分数的增加先减小后增大,在1.0 mm/min雨强时则表现为先增大后减小,且均在10%砾石质量分数下达到极值;2）雨强1.0 mm/min时,径流为缓流,砾石促进径流流动,使弗汝德数增大24.5%-87.8%,雨强2.0、2.5 mm/min时,径流为急流,砾石延缓径流流动,使弗汝德数降低4.2%-13.0%;3）侵蚀速率随产流历时变化过程受砾石质量分数和雨强的影响,雨强越大,砾石质量分数越低,边坡越易发生细沟侵蚀且伴随重力崩塌现象,侵蚀速率呈多峰多谷变化趋势;4）1.0 mm/min雨强时,砾石存在加剧了土壤侵蚀,产沙增幅达28.7%-50.5%;雨强 > 1.0 mm/min时,砾石减沙效益为5.0%-64.4%;5）径流功率是描述红壤工程堆积体侵蚀动力机制最优参数,其可蚀性参数及发生侵蚀临界径流功率从大到小对应的砾石质量分数均为10%、0、20%和30%。研究成果可为红壤区开发建设项目水土流失治理及侵蚀预测模型提供科学依据。     

妫水河流域山水林田湖草空间格局与生态过程分析

妫水河流域是北京地区重要生态屏障,同时作为2019年世园会和2022年冬奥会的举办地,对其生态环境质量提出了更高的要求。基于妫水河流域2008、2013和2017年土地利用数据与数字高程影像,构建山水林田湖草空间信息图谱,采用空间自相关分析方法探究其时空演变特征,并结合植被覆盖度,揭示研究区不同山水林田湖草空间格局下的生态变化过程,实现对妫水河流域山水林田湖草空间格局的定量化分析。结果表明：1）低山丘陵和山前台地中山田面积持续减少,空间集聚程度也随之下降,但其植被覆盖度呈现稳步上升趋势;2）山区内山林、山草的空间复合结构较少,山林格局表现出较强的空间集聚性,但面积和空间集聚程度均不断下降,其植被覆盖度也呈现持续退化趋势;而山草的空间集聚度随面积增加总体呈增加趋势,整体波动幅度较小,其植被覆盖度总体是降低的,建议形成"山林-山草"复合格局;3）山水的面积在不同的地貌类型中基本呈现萎缩状态,且植被覆盖度均维持在相对较低的状态,河流生态退化较严重。研究结果将为改善妫水河流域的生态格局和生态环境质量提供重要的参考信息。     

流域生态服务价值供给的补偿标准评估——以渭河流域上游为例

十九大报告明确提出,健全河流湖泊休养生息制度,建立多元化的生态补偿机制,而准确核算流域生态服务价值供给的补偿标准是建立科学的流域生态补偿机制的关键要素。对于补偿标准的核算,鲜有学者从公平的视角出发,考虑补偿标准应在生态服务价值供给的基础上剔除本地区的自身消费。首先对流域生态服务供给方的供给行为与流域生态补偿标准的评估依据进行理论探讨,提出流域生态补偿标准应以生态环境价值为依据,对生态保护行为的生态外溢环境价值进行补偿;其次,在理论分析的基础上以渭河流域为例,构建当量因子模型测算渭河上游2006—2015年供给的生态服务价值,并结合水足迹法测算并剔除2006—2015年渭河上游自身消费的生态服务价值;最后,测得渭河上游应获得的补偿标准由2006年的12.82亿元上升至2015年的44.09亿元,总体呈增长趋势,说明上游为保护流域生态环境不断付出努力,不断增加对下游的剩余生态服务价值供给。     

无定河流域不同地貌区径流变化归因分析

分析了无定河流域干流与其支流(黄土丘陵区的大理河和风沙区的海流兔河)的年径流变化(1960—2012)及其成因,并预测了其径流的变化趋势。结果表明:无定河及其不同地貌区支流海流兔河和大理河流域1960—2012年径流量均显著下降,但年降水量未发生显著变化;无定河和海流兔河流域年蒸散量未发生显著变化,仅大理河流域年蒸散量在1990s年代后期显著增加。无定河流域径流变化突变点发生在1979年和1996年,海流兔河流域径流变化突变点在1971年和1990年,而大理河流域径流突变点发生在1971年。人类活动对大理河流域1972—2012年径流减少的贡献大约占50%,对海流兔河流域1972—1990年和1991—2012年两个时期径流减少的贡献率分别为44.4%和82.4%。未来,无定河及其支流年径流量均呈持续下降趋势。归因分析表明大规模的水土保持治理措施减少了大理河流域侵蚀产沙量的同时,也在一定程度上减少了大理河流域的径流量,而过度的农田灌溉引水是海流兔河径流量下降的主要原因。因此,未来在大理河流域要优化现有植被建设布局,减少流域蒸散发,减缓径流下降;在海流兔河流域要进一步退耕还林(草),适当控制农田灌溉面积,提高灌溉用水效率,在减少灌溉用水的同时提高流域水源涵养能力。     

拉萨河流域植物群落的数量分类与排序

青藏高原植物群落空间分异格局是异质生境条件下物种性状、种间相互作用等生态学过程共同作用的结果,对其分析有助于深入理解群落形成与环境因子之间的关系。基于拉萨河流域自然植被样带调查,采用双向指示种分析(TWINSPAN)和典范对应分析(CCA)等方法,探讨了群落的结构组成及影响其结构分异的主导环境因子。结果表明:(1) TWINSPAN数量分类将拉萨河流域草地系统划分成12个群系类型,即圆叶合头菊+唐古拉翠雀花群系;紫花针茅群系;青藏臺草群系;雪层杜鹃+鲜卑花-西藏嵩草群系;高山嵩草群系;小叶金露梅群系;硬叶柳+杯腺柳群系;水栒子+拱枝绣线菊-高山嵩草群系;绢毛蔷薇-冷蒿+白草群系;大果圆柏-垂穗披碱草群系;铺地柏-藏橐吾+高原荨麻群系;醉鱼草+砂生槐群系。12种群系类型包含了较多的植被类型,包括高寒灌丛草甸、高寒灌丛草原、稀树草原、高寒草甸和高寒草原等。(2) CCA排序表明:影响拉萨河流域植物群系分布的主要环境因子是年均温度、海拔和经度和纬度,其次是年均降雨量。(3) TWINSPAN分类与CCA排序结合反映了群系分布格局变异与环境因子之间的关系,可为拉萨河流域草地的保护和可持续利用,以及相关的植被群落研究提供参考。     

不同设计参数对雨水湿地水量水质的调控规律

基于前置塘+二阶表流湿地组合的雨水湿地系统的室内降雨径流模拟实验数据,研究了不同降雨重现期、不同常水位、不同湿地出水口高度、不同湿地级数以及不同污染负荷等设计参数对湿地水量水质调控效果的影响规律,研究结果表明:前置塘+二阶湿地组合的雨水湿地系统通过截留、缓冲和存储作用,对不同降雨径流条件下的产流时间、流量、径流削减率具有多重调控作用,延长了污染物在流域内部的滞留时间,减少了污染负荷的输出,对降雨径流过程中污染物总量具有较好的截留效果。并随设计参数的变化有明显的变化规律。随着降雨重现期的增加,湿地出水口高度的降低,湿地常水位的增加,以及湿地级数的减少,湿地出流量增加,产流时间提前,出流持续时间延长,径流削减率降低。从场次降雨污染物平均浓度(EMC)削减率上看,降雨过程中,雨水湿地仅对SS削减比较明显,削减率达70%—80%,对其他污染物浓度的削减效果不明显。从场次降雨污染物总量削减率来看,雨水湿地对降雨径流污染物具有较好的截留效果,并随着降雨重现期减少、湿地出水口高度增加、湿地常水位降低,呈逐渐增加趋势。     

北运河流域雨洪“源-汇”景观时空演变

近年来,海绵城市建设热潮涌现,这一强调雨洪弹性的领域却极度缺乏对于宏观水平过程的探究,未能系统理解雨洪过程的转变动态。由此,引入用以分析各类型生态过程及景观格局的重要理论——"源-汇"景观理论,以北运河流域洪涝过程的内在作用机制为例,着重强调与探求雨洪过程中"源"景观与"汇"景观的相对性与动态性。研究选取关键的景观因子指标,利用最小累积阻力模型测算雨洪径流动力值与地表景观阻力值,从而分析"源-汇"景观的动态演变特征,结果表明:北运河流域中,作为初始径流"源"的区域集中于蟒山山地以及百望山及阳台山山地,易成为山体径流的源头;在北运河流域范围内,自然排水条件下,产生径流的"源"景观类型比例大小排序为:林地公建用地道路工业及设施用地居住用地荒地绿地农田;在5年一遇的重现期状态下,建设用地雨水消纳能力良好,10年以上重现期下其"源"作用偏强。非建设用地中的林用地在5年一遇重现期下"源"作用已很强,农用地一直有很强的"汇"作用。城市绿地在20年一遇的降雨下已有20%变成"源",其消纳雨水能力有待进一步的观察与实验;在北京城区内涝积水点体现出西多东少、北多南少的特征,径流过程随降雨强度的增大,以由西向东、由北向南的趋势扩散。北京城内洪涝灾害的成因多有缘于山体径流,需尽早探寻合理的手段与对策解决高山林地的径流问题。     

水土保持技术对农业产业-资源系统的耦合路径分析

水土保持技术通过对农业产业-资源系统的作用过程影响系统的耦合效果,这一过程及效果成为农户选择水土保持技术的关键点。为此,运用结构方程模型,以典型流域—县南沟流域为对象,通过对2017年130户农户调研资料的分析,揭示其作用过程和耦合路径,结果表明:水土保持技术与生态环境、农业资源、农业产业形成了一个新的耦合系统,水土保持技术对生态环境的改良和农业资源量的增加具有促进作用,对农业产业的发展具有抑制作用。但其(现阶段)作用强度较弱,(水土保持技术对三者的路径系数分别为0.13、0.08、-0.02);这是由于县南沟流域基本完成了规模化治理,故水土保持技术对农业产业-资源系统的影响的弱强度是基于水土流失治理及治理措施有效发挥基础之上的弱强度,同时隐含了现有的水土保持技术体系已不能完全满足新时代背景下生态文明建设与经济发展的需求,需要围绕水土保持内涵经营过程,以生态功能的提升为主线,筛选、集成、研发水土保持技术,形成可适化水土保持技术体系。     

江西红壤坡地柑橘园生态水文特征及水土保持效益

在江西省水土保持生态科技园对标准柑橘试验小区生态水文特征进行9年的定位观测,设置7个处理,研究柑橘园生态水文特征及水土保持效益.结果表明： 7个处理的平均减流率和减沙率分别为78.5%和77.2%,其中,林下百喜草(Paspalum natatu)带状覆盖、百喜草全园覆盖和水平梯田+梯壁植草减流率较高,分别为94.8%、94.3%和92.5%;柑橘清耕地减流率较低,为33.1%;林下套种黄豆和萝卜减流率居中,为66.0%和77.5%,且横坡耕作优于纵坡耕作.对2009-2010年发生的43场平均降雨量为20.07 mm的雨水柑橘林冠再分配格局进行观测,穿透降〖JP2〗雨量平均为9.15 mm,树干茎流量平均为4.72 mm,林冠截留量平均为620 mm,分别占林外降雨量的44.7%、25.7%和29.6%.随着林外降雨量的增大,林冠层的穿透雨量、茎流量呈递增趋势.当降雨量<10 mm时,树冠截留率与林外降雨之间呈显著的线性负相关;当降雨量>10 mm时,二者之间的相关性不明显.柑橘枯落物的持水率与浸水时间呈对数回归关系,最大持水率达326%.合理的林下植被配置对柑橘果园的水土保持具有重要作用.     

流域管理决策支持系统研究进展

流域管理决策支持系统是为帮助流域管理者实现水资源优化配置而研发的智能系统,其模拟结果直接影响流域管理的科学性和实用性.本文从水量模拟和调配系统、水质监测和评价系统、流域综合管理系统三方面总结了国内外的相关研究,并分析了现存系统的特点和存在的问题,同时简要介绍AQUA-Tool、Elbe-DSS、HD等代表性系统的模型结构和发展现状.模拟结果精确稳定、工作流程简洁、用户可视化程度高是流域管理决策支持系统的研发重点,优化方案选择模型和三维可视化工具、研发跨流域综合管理系统、提高利益相关者的参与度是未来该领域的发展方向.