摘要:基于雅鲁藏布江流域1981—2015年长时间序列植被、降水、气温和干旱数据集,采用非参数统计方法Sen's slope和Mann-Kendall趋势检验法识别了各要素时空变化特征,采用Pearson相关性分析和地统计学方法分析了植被覆盖对气候变化响应的时滞效应,探讨了气候变化对植被动态的影响机制。结果表明:归一化植被指数(NDVI)大体由上游至下游呈逐渐增大的空间分布特征,且中游部分地区植被有所改善,下游地区存在一定退化现象；流域上游主要受气温影响呈干旱化,中游和下游地区受降水影响趋于暖湿化；流域上游和中游地区NDVI与降水和干旱呈显著正相关关系,且主要在滞后1月时相关性最高,中游及下游东南部NDVI与气温呈显著负相关关系,滞后0～3月的区域均有分布。

摘要:采用生态最相关水文指标(ERHIs)评估渭河流域生态水文情势改变程度,通过主成分分析法筛选出7个指标作为渭河流域的ERHIs,并基于可变下渗容量模型的“观测-模拟”对比分析法对渭河流域生态水文情势演变进行定量归因。结果表明:咸阳水文站和华县水文站径流序列呈显著下降趋势,1990年是径流序列的突变点；咸阳站和华县站实测ERHIs综合改变度为41%和34%,模型模拟的两站ERHIs综合改变度均为18%；气候变化和人类活动导致渭河流域水文情势发生改变,两者对咸阳站ERHIs综合改变度的贡献率分别为44%和56%,对华县站的贡献率分别为53%和47%。

摘要:为探究降雨雨型对城市内涝特征的影响,基于MIKE FLOOD平台,以郑州市金水区南部为研究区域,对不同重现期及3种单双峰雨型的设计降雨进行内涝过程场景推演,并对淹没量、淹没范围及淹没深度等量值进行对比分析。结果表明:在相同降雨历时及重现期下,相比于单峰型降雨,双峰型降雨具有更高的内涝风险等级；针对单峰型降雨,当重现期低于20a时,降雨雨峰越靠前产生的淹没情况越严重,当重现期高于20a时,降雨雨峰越靠后产生的淹没情况越严重；随着重现期的增加,单峰型和双峰型降雨所导致的内涝风险之间的差异在不断减小。

摘要:为探究下垫面变化对高密度城市地区降水的影响,基于遥感技术反演郑州主城区1990—2019年的不透水面分布信息,并分析了其扩张特征；采用回归模型探讨不透水面比例与降水特征变化的相关性,识别了显著影响主城区降水的不透水面比例阈值,并采用城郊对比法多角度揭示了不透水面扩张对主城区降水的影响程度。结果表明:郑州主城区不透水面扩张趋势显著,扩张形态呈单一核心的“摊大饼”式扩张；不透水面比例与城郊降水强度比呈二次多项式函数关系,对主城区降水产生显著影响的阈值是30%；不透水面扩张导致主城区雨岛效应显著,增雨系数最高达1.39,主城区暴雨发生概率高于郊区53%,降水集中期晚于郊区约8d,对主城区主汛期降水量变化的贡献率达44.39%；不透水面因具有高蓄热、低渗透的固有特征,对地表热力、动力条件具有显著影响,已成为城市化影响降水的主要影响因素之一。

摘要:以上海市中心城区为例,构建了城市内涝淹没数值模型,用于模拟50年一遇和100年一遇设计暴雨情景下的内涝,结合道路淹没模拟结果与车速衰减计算方法,叠加车速衰减结果与城市道路通行状态模拟,获取不同设计暴雨情景下高峰期和平峰期研究区路网运行状态。结果表明:城市内涝会导致道路交通服务水平显著下降,且道路运行状态与时段密切相关；高峰期内涝对道路交通的影响更加显著,主要表现为低服务水平的道路数量占比显著增加；50年一遇和100年一遇设计暴雨情景下,高峰期研究区道路平均通行速度较平峰期分别下降19.3%和37.4%。

摘要:城市中不透水下垫面,尤其是有效不透水下垫面的增加,会对城市水文循环的各个环节产生影响。针对城市有效不透水下垫面及其识别的问题,剖析了不透水下垫面的水文效应,从水文学的角度辨析了采用总不透水面积和有效不透水面积衡量城市不透水性的优缺点,系统梳理了现场调查与测定法、遥感及影像资料分析法、土地利用类型确定法、经验公式法以及降雨-径流关系法等国内外常用的有效不透水下垫面识别方法的优点与不足,指出未来需深入分析城市不同种类不透水下垫面之间的关系及其对城市雨洪过程的影响,从而提高城市雨洪模拟精度,为城市洪涝防治和海绵城市建设提供技术支撑。

摘要:以中山市某开发区为例,以灰绿基础设施总成本、径流系数和节点总溢流量为目标函数,以子汇水区内涝风险等级作为罚函数构建灰绿耦合排水系统多目标优化模型,基于NSGA-Ⅱ算法,编写SWMM接口程序,调用SWMM进行雨洪模型计算及方案寻优,对24h设计暴雨条件下的灰色调蓄设施和绿色LID设施的规模进行多目标优化设计及综合评估。结果表明:绿色LID设施径流系数和节点总溢流量削减量均随其成本的增加呈近似线性下降的趋势,并随重现期增加而加快；灰色调蓄设施容积与节点总溢流量曲线存在明显拐点,拐点后规模增大的边际效益趋0；提出的灰绿耦合基础设施优化模型及求解程序对初始种群设置技术要求低,且能稳定收敛,可为城市雨洪管理方案的制定提供支持和依据。

摘要:以珠三角地区广州市典型城区流域东濠涌流域为研究区,采用Delta方法和年最大值法相结合推求未来时期东濠涌流域短历时暴雨强度公式,基于InfoWorks ICM构建一二维耦合的东濠涌流域城市雨洪模型,定量评估气候变化对排水系统的影响。结果表明:在RCP4.5和RCP8.5情景下,未来时期降雨强度峰值以及累积降水量均呈增加的变化趋势,城市排水系统节点溢流量、超载管道比例和淹没深度增大,给排水系统带来更为严重的影响。这一结果表明未来时期珠三角地区可能遭受更为不利的洪涝风险灾害。

摘要:利用Mann-Kendall检验、Hurst系数法、基于有序聚类法的t检验等方法分析湖区水位演变趋势；利用Partial Mantel检验法,并通过构建缺失资料地区的湖区水文模型,探究了典型半干旱区湖泊岱海湖水位对气候要素与土地利用变化的响应。结果表明:岱海湖水位1959—2018年呈现显著下降趋势,于1982年和2005年发生突变,未来水位将呈现持续降低趋势；岱海湖春季受融雪影响导致水位较高,秋季受用水影响导致水位较低,且秋季水位降低在四季中最为明显；气候变化与水土资源开发利用是影响半干旱区湖泊水位变化的主要因素,在气候变化条件下,岱海湖水位对气温变化最为敏感,对日照变化的响应次之；由于岱海湖流域降水-产流-下渗机制较为复杂,岱海湖水位对降水变化的响应具有滞后性,流域林草面积增加可能是引发岱海湖水位降低的重要因素。

摘要:基于实测数据分析了荆江河段冲淤变化特征,采用数值模拟方法定量分析了三峡水库建库前后荆江河段地形变化对2008—2018年8—11月洞庭湖水文情势的影响。结果表明:荆江河道地形变化导致洞庭湖区8—11月水位下降,地形变化对洞庭湖区水位的影响程度随着与城陵矶距离增加而减弱；荆江河段和三口洪道冲刷下切削弱了长江与洞庭湖的水力联系,导致同样来水条件下荆南四河入湖和城陵矶出湖水量减少,从而间接降低了洞庭湖的调蓄能力；在枝城站来水一定的条件下,荆南四河分流量减少导致沙市—螺山河段的流量增加,同流量下螺山站中低水水位有一定的抬高。

摘要:针对降水具有混沌性和随机性,准确进行长期降水预报难度高的问题,提出时变海温多极指数和因子预报意见指数,基于大气环流和海温场构建长期降水组合预报模型,以三峡水库流域为例进行了验证。结果表明:组合预报模型在三峡水库流域1961—2020年汛期的月降水预报中有较好的适用性,特别在6月和9月降水预报上表现优异；与多因子回归、随机森林数理统计模型和CFSv2、ECMWF system 4动力数值模型相比,该模型更为稳健、预报精度提高显著。

摘要:为了提高淮河流域上游的洪水预报精度,引入计量经济学中的协整理论与误差修正模型用于洪水预报实时校正；同时为了解决自回归算法无法针对非平稳序列建模以及序贯相关性问题,构建了基于误差修正概念的自回归误差修正模型。以淮河鲁台子站以上流域为研究区域,基于分布式垂向混合产流模型模拟结果,分别构建一阶至三阶自回归模型、误差修正模型和基于误差修正的自回归模型对模拟结果进行校正,采用修正效果评价系数、确定性系数、洪峰相对误差、径流深相对误差和峰现时差5个评价指标,分析对比各校正模型对流域2003—2014年10场洪水的校正效果。结果表明:3种实时校正方法均对淮河流域上游洪水有一定的校正效果,其中,自回归模型校正效果最差,排除误差序列非平稳的两次洪水后,其平均修正效果评价系数为0.20；误差修正模型能够有效校正预报洪水,其平均修正效果评价系数为0.76；基于误差修正的自回归模型校正效果较好,与传统自回归模型相比,对洪峰流量的校正效果显著提高,其平均修正效果评价系数达到0.98,可用于淮河流域上游洪水预报的实时校正。

摘要:在边缘分布函数优选的基础上,采用条件Copula函数和Vine图结构,构建基于R-Vine Copula函数的极端降水联合分布模型,以河南省4个气象站的实测数据进行模型验证和对比分析,并对极端降水指标进行了风险识别。结果表明:构建的模型可以描述变量之间的不同尾部特征,保持原序列Kendall和Spearman相关系数等统计特征,整体精度优于基于C-Vine Copula函数构建的极端降水联合分布模型；河南省年降水量与降水强度、最大1d降水量与最大5d降水量的概率分布密切相关,各指标对联合概率密度的影响程度呈现出空间异质性。

摘要:通过GRACE重力卫星观测数据和GLDAS陆面模式同化数据重构金沙江流域实际蒸散发,采用质量守恒约束降尺度方法提升GRACE重力卫星陆地水储量观测数据的空间分辨率；基于水量平衡方法,重建了金沙江流域2002—2016年的子流域尺度逐月实际蒸散发,分析了金沙江流域实际蒸散发的时空变化特征以及影响实际蒸散发的主要驱动因子。结果表明:重建的实际蒸散发与7种蒸散发产品的可靠性均较高,其中与NOAH产品的平均差和均方根误差最小,与PLSH产品的相关系数较好,为0.82；金沙江流域多年平均实际蒸散发量为447.30mm,空间分布上自西北向东南逐渐增加。2002—2016年蒸散发呈不显著的增加趋势；各土地利用类型蒸散发中,林地蒸散发的增加速率最大,草地的增加速率最小；金沙江流域实际蒸散发主要受降水和气温影响,受风速影响次之,受归一化植被指数和相对湿度的影响较小。

摘要:将时间序列模型ARIMA和Prophet作为基学习器,结合BP神经网络模型构建了水质预测集成学习模型。选取长江流域某断面2019—2020年的DO、CODMn、NH₃-N、TP和TN等5个水质指标的监测数据对该模型的有效性进行了检验,结果表明:5个水质指标集成学习模型预测结果的平均绝对百分比误差比时间序列模型的预测误差分别低35.0%、29.9%、4.1%、40.6%和17.1%,模型预测值和监测值的皮尔逊相关系数大于0.8。集成学习模型预测精度高于单一模型,可以更精确地进行水质预测。

摘要:为了解亚热带水源型水库——茜坑水库水质状况,基于2016年1月至2020年12月对水库pH值、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、粪大肠菌群、氨氮、硝酸盐氮、总氮、总磷、硫酸盐、氯化物、氟化物、铁和锰等13个主要水质指标每月1次的监测数据,通过计算水质综合指数评价了水质状况,并通过多元线性回归优化水质综合指数模型。结果表明:水库水质整体较好,pH值和高锰酸盐指数受浮游植物繁殖影响,部分时段超标,总氮质量浓度偏高,总磷质量浓度和粪大肠菌群数部分时段较高,铁质量浓度的上升趋势应重点关注；表层监测难以全面体现分层对水质的影响,应增加垂向监测,全面掌握水库水质风险；利用由总磷、铁、高锰酸盐指数、氨氮和硝酸盐氮组成的主要污染指标水质综合指数模型可有效进行水质评价和管理。

摘要:针对城市景观水体流动性差,往往处于封闭或半封闭状态,容易造成富营养化的问题,以典型城市景观水体山东郓城南湖为研究对象,基于MIKE21软件构建了湖区水动力-水质耦合模型,对湖区流场与水质情况进行了模拟计算。为改善湖区流场和水质状况,提出增设水源热泵回水口的优化方案,并根据模型模拟结果,对不同方案流场改善效果进行了分析比较。结果表明:增设水源热泵回水口能有效改善南湖流场分布与湖区水质；以氨氮为评价指标,沿湖岸设置4个回水口的方案与原方案相比较,观测点的氨氮质量浓度平均降低了59.7%,对水质的改善效果最好。

摘要:为更好地模拟水污染事件中多组分污染物输移及衰减反应过程,全面耦合了基于图形处理器(GPU)加速技术的二维水动力模型与多组分污染物输移及衰减反应模型,通过改进模型源代码并在污染物输移控制方程中嵌入衰减项与反应项,建立了一个可应用于大区域复杂地形河道洪水演进全过程及多组分污染物输移和衰减反应的高性能耦合模型,同时引入GPU技术提升计算效率。将耦合模型应用于理想地形静水和两个复杂地形河道入流与溃坝算例的水质模拟,结果表明:多组分污染物输移及衰减反应过程在理想算例中的数值解与解析解基本吻合,在入流与溃坝算例中的模拟结果符合实际物理过程,模型运行速度快且计算效率高,可高效地模拟各类突发水污染事件并进行预警和评估。

摘要:为评估玉米芯作为生物滞留设施中填料土添加剂的可行性,通过理化性质测试、摇床淋出试验、等温吸附试验,与现有添加剂柳木屑、陶粒、稻壳生物炭进行对比,研究玉米芯的理化性质和营养素的淋出及吸附特性。结果表明:玉米芯轻质多孔,具有较大的比表面积和阳离子交换量,其氮磷含量低,有丰富的含氧官能团；以玉米芯作为添加剂,在去离子水的淋洗作用下,氮磷营养素淋出量低、淋出速度快,在降雨径流中氮磷营养素淋出量降低,淋出速度减缓；在营养素质量浓度为2mg/L的典型降雨径流中,玉米芯可吸附25mg/kg的NH⁺₄和79mg/kg的PO3-₄,相较于其他材料,玉米芯吸附效果突出。玉米芯可作为填料土添加剂用于生物滞留设施中,施用玉米芯可降低填料土营养素淋出风险,提升生物滞留设施对降雨径流中污染物的吸附和去除效果。

摘要:基于构建的中国南部伶仃洋二维水动力及水质模型,从潮流场、换水周期和污染带变化分析了粤港澳大湾区东部典型研究区大铲湾在突堤码头根部开槽的水环境响应。结果表明:大铲湾湾尖区域相对封闭,水流运动缓慢,受入湾河流陆源排污影响,水污染问题较为突出；开槽后,由于增加了新的潮汐通道,湾尖区域的涨落潮动力提高,换水周期明显缩短,污染带范围显著缩小,湾尖污染带面积占比随着开槽宽度的增加表现为先快速下降、后趋近平缓的特点；综合考虑海湾水环境改善效果和工程经济性,认为合理的开槽宽度为60~100m。

摘要:以固体废弃物牡蛎壳为原料,利用水热法制备出高纯度的纳米羟基磷灰石(HAP),负载磷酸银(Ag₃PO₄)制备出具有高效光催化性能的HAP/Ag₃PO₄纳米复合物。采用FT-IR、XPS、XRD和SEM对其晶型、化学结构和形貌进行了表征,证实Ag₃PO₄被成功负载在源于牡蛎壳的HAP上。在此基础上研究了HAP/Ag₃PO₄纳米复合物在水污染治理领域的应用,发现模拟日光照射4min、纳米复合物用量为1.5g/L、对初始质量浓度为20mg/L的罗丹明B溶液的降解率达到94.2%,表明制备的HAP/Ag₃PO₄纳米复合物是一种高效光催化剂,可以快速高效地降解水中的有机污染物。

摘要:为充分利用湿地的净化功能,以某城市湿地公园为例,构建了二维水动力模型并引入水龄计算模块,取网格尺寸3～5m,对湖区进行了精细化概化,并对不同工程分布方案下湖区水动力状况及水体交换特性的计算结果进行了对比分析。结果表明:方案2和方案3中湖区水体流动性及水动力状况空间分布相对较优,仅在中部湖区和多塘净化3区的中部局部水域存在滞水区；为进一步改善这些局部区域的水动力状况,建议在水体相对滞缓的水域布设推流曝气设备,加强水体流动和水体交换能力。通过数学模型计算,结合其他因素可确定具体的调度方案,为湖区水系连通及生态补水提供决策支撑。

摘要:在对河道生态需水特点进行分析和总结的基础上,提出了基于变化范围法和多种水文学法计算成果的河道内生态需水计算方法——下包线法,建立了考虑径流资料精度的评价体系。结合一致性审查、河道内生态需水计算和评价,构建了考虑径流非一致性的河道内生态需水计算框架,并应用于陕西省引汉济渭工程。结果表明:河道内生态需水过程具有波动性、季节性、时效性和区间性；在生态需水阈值区间内,下包线法同时满足维护河道生态和保证兴利效益的目的,可在较高生态需水标准基础上进一步压缩生态需水总量；下包线法和Tennant法中Tennant-好、Tennant-差所得生态需水过程分别为引汉济渭工程理想、适宜和最低生态需水过程。

摘要:针对引水式电站改变河流的水文水力学特性、地形地貌等天然状况,在电站与引水坝之间形成减脱水河段,使河流生态环境遭到破坏的问题,选取长江二级支流后溪河镇泉大坝下游作为研究河段,通过实地调研与资料收集,以当地土著、重点鱼类齐口裂腹鱼作为指示性物种,考虑其全生命周期的生态过程,归纳得到产卵期水深、流速适宜性曲线。在识别研究河段现状地貌单元分布的基础上,考虑水深、流速阈值与底质特征,建立了水深、流速与水力单元的关系,识别了不同流量下索饵场、越冬场面积变化,并结合蒙大拿法,分时期、分阶段确定了减脱水河段的最佳、适宜、最小生态流量。

摘要:为探究城市河道形态改造的有效性,根据河道自然修复理念,采用正弦函数对典型城市渠化河道的河宽、水深和蜿蜒度等地形几何变量进行振荡波动,并借助数字河道合成技术生成6种河道数字地形模型,在此基础上采用二维水动力模型考察不同河道形态改造对河床干扰度、水力形态多样性指数和浅滩缓流生境面积等生态水力指标的影响。结果表明:研究河段城市渠化河道生态水力性能随地形几何变量的振荡波动而变化,且河道空间形态越复杂,河道生态水力性能越好；在高流量(8~12m³/s)下,“深潭-浅滩”形态构造下河床干扰度平均减少88.2%,水力形态多样性指数平均提高37.4%,而浅滩缓流生境面积增加24.9倍,表明河流生态水力性能得到显著改善；城市河道近自然形态重构能大幅降低河道对于流量变化的敏感性,并显著提高河道生态结构稳定性,有助于河流生态系统的恢复。

摘要:运用系统动力学方法构建水源区生态产业与环境的耦合模型,结合南水北调中线水源区丹江口库区渠首河南淅川的基础数据,分析了南水北调中线水源区生态产业与环境耦合机制,在此基础上设计了4种情景方案进行仿真模拟。结果表明:投资增强型方案中,经济与产业发展有明显的改善趋势,GDP增长了9%,产业聚集度的平均增长幅度为10%；节约资源型方案2054年的资源使用总量为203.97万m³,比初始方案减少46.3%,废弃物直排量同比减少48.5%；经济发展型方案前期效果较好,GDP提高了30%,但后期存在发展停滞的问题；综合协调型方案总体上效果最好,其GDP和资源循环利用率分别提高了21.2%和16.7%,体现了产业与环境可持续发展的优势。未来,南水北调中线水源区应向调整产业结构、加强产业科技环保投资、增强节约和环保意识等方向综合发展,并辅以科学管理方法,以实现生态产业与环境的耦合协调。

摘要:为了解汉江上游干支流沉积物细菌多样性以及确定性过程和随机性过程在沉积物细菌群落构建过程中的相对重要性,基于Illumina高通量测序技术,分析了环境因子对细菌群落组成的影响,采用非度量多维尺度(NMDS)排序探究了季节之间沉积物细菌群落的差异,并结合中性群落模型和标准化随机率量化了确定性过程和随机过程对群落构建的影响。结果表明:汉江上游及其支流细菌群落主要由变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、蓝藻门(Cyanophyta)、浮霉菌门(Planctomycetes)和酸杆菌门(Acidobacteria)等组成；细菌群落在不同季节有显著差异；地理距离和环境因子对细菌群落结构影响较小,确定性过程并未在细菌群落组成中起到主导作用；随机过程很大程度上影响了群落在秋季和春季的组成,是沉积物细菌群落构建的主导因素。