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地理科学进展 2024年第4期43卷 784-798页

作者：韩盼余国安侯伟鹏中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

冲积扇是山区河流(沟谷)出口常见的堆积地貌形态。发育成熟、稳定的冲积扇是山区生产生活的良好区域,但同时也是山洪、泥石流等灾害的潜在易发区。研究冲积扇的地貌特征及成因有助于山洪泥石流灾害合理防控和土—水资源的可持续利用,有... 详细信息

冲积扇是山区河流(沟谷)出口常见的堆积地貌形态。发育成熟、稳定的冲积扇是山区生产生活的良好区域,但同时也是山洪、泥石流等灾害的潜在易发区。研究冲积扇的地貌特征及成因有助于山洪泥石流灾害合理防控和土—水资源的可持续利用,有重要的科学价值和实践意义。论文以中国藏东南帕隆藏布流域冲积扇为研究对象,结合Google Earth、遥感影像以及野外踏勘调查,统计分析区域冲积扇地貌发育特征、空间分异及主要类型和成因,并探讨气候影响下区域冲积扇变化,结果发现:①帕隆藏布流域冲积扇面积较坡降空间波动剧烈,干流冲积扇整体较支流冲积扇小且陡;三大支流冲积扇从上游曲宗藏布到下游易贡藏布面积中值呈增大趋势,而坡降中值呈减小趋势;扇体面积与流域面积呈弱正相关,扇体坡降与流域面积呈负相关且与流域崎岖度呈正相关,4个分析区域冲积扇与流域形态参数之间的拟合关系存在明显差异。②流域内洪积扇、泥石流扇和坡积扇三类扇体地貌特征差异大,且与其来源流域的联系不同,表现为泥石流扇与流域形态参数之间的拟合相关性均最强,而坡积扇的相关性很弱。③扇体发育受降水、物源供给、主导动力机制及主河作用等因素影响,气候变化(如升温、强降雨事件增多等)背景下,流域不断新生冲积扇且原有冲积扇规模(甚至类型)发生变化。

关键词：冲积扇地貌特征空间分异发育成因帕隆藏布流域

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藏东南地区的河流水文研究:进展与挑战

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科学通报 2024年第3期69卷 394-413页

作者：余国安岳蓬胜张晨笛李志威侯伟鹏中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072

西藏自治区东南部地区(简称藏东南)是青藏高原的降水、产流和产输沙高值区,也是高原气候变化的敏感区,其河流水文过程不但受气候变化影响,还与区域植被、冰川、积雪、冻土、冰湖等下垫面变化和偶发自然地质灾害事件密切相关.深入认识藏... 详细信息

西藏自治区东南部地区(简称藏东南)是青藏高原的降水、产流和产输沙高值区,也是高原气候变化的敏感区,其河流水文过程不但受气候变化影响,还与区域植被、冰川、积雪、冻土、冰湖等下垫面变化和偶发自然地质灾害事件密切相关.深入认识藏东南地区河流水文特征、径流/泥沙产输机制和主要影响因子,明晰全球气候变化大背景下水文情势变化和未来趋势,对于区域水能及水资源合理开发利用、工程安全和长期运行,以及泥石流、山洪等自然灾害的科学防控,具有重要的科学价值和实践意义.新中国成立以来(尤其近50年来),通过青藏高原科考等野外综合科学考察和几代科学工作者的不懈努力,对藏东南地区的气候、水文、自然地理、地质地貌等开展了较为系统的调查分析和研究.本文梳理总结了藏东南河流水文研究的主要进展,包括区域气候变化及其影响、径流泥沙特征及变化等,并探讨目前研究面临的主要挑战和未来应加强的若干方面.藏东南地区的野外气象及水文监测依然薄弱,实测数据资料匮乏,这是未来区域河流水文研究应着力克服和解决的基础问题.

关键词：藏东南气候变化下垫面变化地质灾害径流泥沙

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中国水文地理研究的回顾与展望

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地理学报 2023年第7期78卷 1659-1665页

作者：周成虎于静洁中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

1949年以来中国水文地理研究经历了4个重要的发展阶段,分别为河流水文主导时期、区域水文与实验水文快速发展时期、水资源与水环境主导时期和水系统综合与学科交叉融合研究时期。中国水文地理研究在河流水文与水文区划、水文实验与水文... 详细信息

1949年以来中国水文地理研究经历了4个重要的发展阶段,分别为河流水文主导时期、区域水文与实验水文快速发展时期、水资源与水环境主导时期和水系统综合与学科交叉融合研究时期。中国水文地理研究在河流水文与水文区划、水文实验与水文分析、水循环机理与水文模型、水系统和社会经济综合研究等方面取得了系列原创性成果。本文梳理了水文地理学不同发展阶段的研究特点,以在学科发展和服务国家等方面起到重要作用的科研工作和系列成果为例,回顾中国水文地理研究的历程,希望以此启发当代水文地理学研究,促进水文地理青年学者的成长。

关键词：水文地理实验水文河流水文水文模型水系统综合

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沙颍河典型河段河岸带土壤理化性质对地下水氮污染的影响

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中国环境科学 2024年第7期44卷 3955-3965页

作者：李宝玲杨丽虎宋献方秦明周河南大学地理与环境学院河南开封475004 中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101 中国科学院大学中丹学院北京101400

以沙颍河典型河段为研究对象,通过采集果园和农田河岸带的河水、土壤以及地下水样品,并进行理化指标分析,旨在深入探讨土壤理化性质对河岸带地下水氮浓度的影响机制.结果表明:农田河岸带土壤总氮(TN)含量明显高于果园河岸带,达到其TN的1... 详细信息

以沙颍河典型河段为研究对象,通过采集果园和农田河岸带的河水、土壤以及地下水样品,并进行理化指标分析,旨在深入探讨土壤理化性质对河岸带地下水氮浓度的影响机制.结果表明:农田河岸带土壤总氮(TN)含量明显高于果园河岸带,达到其TN的1.15倍,并均在距河岸约200m处达到最高值.河岸带地下水与土壤氮含量有一定的响应关系,呈现出相似的空间分布特征.农田河岸带地下水NO_(3)--N浓度(0.56~25.17mg/L)显著高于果园河岸带(0~0.97mg/L);远岸(>200m)地下水NO_(3)--N浓度均高于近岸(<100m).土壤氮素是河岸带地下水氮污染的主要来源之一.土壤中的黏土颗粒含量和施氮量较高,使得土壤颗粒更易于吸附NO_(3)--N,增加了河岸带地下水氮污染的风险.本研究揭示了河岸带土壤理化性质对地下水氮含量的影响机制,为河岸带地下水氮污染防控提供了参考依据.这些发现有助于制定可行的土地管理策略,以减缓或防止地下水氮污染的进一步扩散.

关键词：沙颍河河岸带土壤理化性质地下水氮含量影响机制

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西藏中部河湖岸带湿地植物优势种碳氮化学计量特征

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生态学报 2025年第6期45卷 2558-2570页

作者：柴思帆宋献方卜红梅中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程院重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

湿地植物碳氮化学计量特征的研究能够更好的理解湿地生态系统的功能、稳定性和对环境变化的响应。通过调查西藏中部河湖岸带湿地植物优势种,分析了其碳氮化学计量特征变化规律,探讨了植物碳氮化学计量特征与地理因子之间的关系,明确了... 详细信息

湿地植物碳氮化学计量特征的研究能够更好的理解湿地生态系统的功能、稳定性和对环境变化的响应。通过调查西藏中部河湖岸带湿地植物优势种,分析了其碳氮化学计量特征变化规律,探讨了植物碳氮化学计量特征与地理因子之间的关系,明确了湿地植物的生长策略和营养分配模式,揭示了地理因子对湿地植物的影响。结果表明:(1)湿地植物优势种的C、N含量均值分别为325.01和20.76 mg/g,δ^(13)C和δ^(15)N值的范围分别为-29.15‰—-12.49‰和-0.61‰—24.22‰。C含量大小受到当地非生物环境因素的影响;N含量偏高,主要与草本型植物的生活型有关,且受高海拔、低温度和干旱的环境影响。(2)方差分析表明,不同种类、不同生活型、不同采样点湿地植物的CN变量具有显著差异性,说明不同生活型的湿地植物之间存在显著的资源利用差异;植物化学计量特征的差异受到植物种类和生活型的影响,但大尺度上环境条件的变化一定程度上掩盖了植物功能群中碳氮化学计量特征的差异性。湿地植物C、N变量之间的相关及回归分析表明,湿地植物的化学计量特征与其特殊的生境条件以及植物的生活型密切相关。(3)湿地植物C、N变量及含水率与地理因子之间的相关关系表明,经纬度、海拔的变化引起了水热条件的改变,进而影响湿地植物的含水率和化学计量特征;湿地植物δ^(15)N值在地理分布上的变化可能受降水的影响,但不同海拔阶段限制作用的因子不同,其值对地理梯度变化也具有一定的差异性。

关键词：西藏中部湿地植物碳氮同位素化学计量地理因子

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黄河水源涵养区土地利用变化的区域分异特征及未来格局

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水科学进展 2024年第2期35卷 325-337页

作者：梁康公丽宋小青张永勇刘昌明中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101 中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院湖北武汉430074

解析黄河水源涵养区历史和未来的土地利用/覆盖变化(LUCC)对于保护黄河流域水土资源和维系生态系统服务功能等具有重要意义。在研究区及其三大子区(Ⅰ黄河上游水源区、Ⅱ渭河南山区、Ⅲ伊洛河区),基于1990—2020年的土地覆盖产品数据,... 详细信息

解析黄河水源涵养区历史和未来的土地利用/覆盖变化(LUCC)对于保护黄河流域水土资源和维系生态系统服务功能等具有重要意义。在研究区及其三大子区(Ⅰ黄河上游水源区、Ⅱ渭河南山区、Ⅲ伊洛河区),基于1990—2020年的土地覆盖产品数据,采用转移矩阵、地理探测器、CA-Markov模型等方法,分析LUCC特征、探测驱动因素和预测未来期(2025年)空间格局。结果表明:自2000s以来,研究区及分区地类呈现退耕还林还草和建设用地快速增长的2条主线变化趋势,其中,全区LUCC主要受到粮食产量、高程和人口密度驱动,Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区LUCC的主导驱动因素分别是高程、人口密度和粮食产量。未来生态保护情景相对于自然发展情景,耕地和建设用地扩张将受到约束,能更好地保障生态用地面积以支撑水源涵养等生态服务功能。

关键词：水源涵养土地利用/覆盖变化地理探测器 CA-Markov模型黄河流域

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基于机器学习与再分析数据集的黄河水源涵养区蒸散发研究

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生态学报 2024年第18期44卷 8314-8325页

作者：张江蕾陈少辉中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

蒸散发是水循环的关键要素,分析其变化特征有助于理解区域水资源的时空分布格局。黄河水源涵养区是黄河流域重要的生态功能区,对该区域的蒸散发变化特征进行研究并归因分析,有助于缓解黄河流域的水资源供需矛盾。基于机器学习与ERA5-lan... 详细信息

蒸散发是水循环的关键要素,分析其变化特征有助于理解区域水资源的时空分布格局。黄河水源涵养区是黄河流域重要的生态功能区,对该区域的蒸散发变化特征进行研究并归因分析,有助于缓解黄河流域的水资源供需矛盾。基于机器学习与ERA5-land再分析数据集,探究黄河水源涵养区2000—2022年蒸散发时空变化特征及影响因素,利用驱动要素去趋势方法分析不同影响因素的作用区域。结果表明:(1)黄河水源涵养区蒸散发多年平均值分布区间为256.49—841.45 mm,空间分布特征为自东向西递减,整体呈增加趋势;(2)黄河水源涵养区蒸散发的主要影响因素是地表净太阳辐射、总降水量、相对湿度,不同子流域内的主导影响因素不同,主导影响因素与区域内的水热条件及下垫面状况有关;(3)ERA5-land再分析数据集有着较好的模拟精度,可以作为大空间尺度和长时间区间研究的数据来源,但是由于下垫面的复杂性,仍需要在研究区内开展适应性评估。

关键词：黄河流域蒸散发机器学习 ERA5-land再分析数据集影响因素

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城市水系统综合治理关键技术及其在长江经济带的示范应用

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地理学报 2024年第9期79卷 2163-2175页

作者：夏军张世彦张永勇佘敦先杨军吴胜军武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072 中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101 中国科学院城市环境研究所福建省流域生态重点实验室厦门361021 中国科学院重庆绿色智能技术研究院重庆400714

内涝、水污染与水体黑臭、河湖生态系统退化是城市面临的主要水问题,已成为限制长江经济带绿色发展的关键瓶颈问题之一。深入认识城市发展过程中水系统的演变规律以及各要素之间的相互影响,阐明城市水问题的形成机制,构建城市水系统综... 详细信息

内涝、水污染与水体黑臭、河湖生态系统退化是城市面临的主要水问题,已成为限制长江经济带绿色发展的关键瓶颈问题之一。深入认识城市发展过程中水系统的演变规律以及各要素之间的相互影响,阐明城市水问题的形成机制,构建城市水系统综合治理技术体系,是解决城市复杂水问题的根本途径。本文针对上述水问题,从水循环系统多过程耦合的角度出发,总结了城市水系统的概念和特征,提出了城市水问题系统治理关键技术体系,并以2016—2022年长江经济带城市(群)治理案例为例开展应用。研究表明:泵站抽排和海绵措施可有效减少武汉市发生极端降水时的严重内涝面积和消除成渝城市群内涝点;微生物—植物—水动力一体化协同调控组合工艺可以显著强化武汉市典型黑臭水体的氮磷去除效果;源头控制—路径耗散—末端治理的城市河湖生态综合修复体系使重庆市两河流域水体富营养化水平明显下降;实施上述治理技术体系后,长江中游城市群绿色发展指数平均提升4.8%。本文可为长江经济带绿色发展重大战略提供城市水系统理论和技术支持。

关键词：城市水系统水环境绿色发展内涝城市群长江经济带

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1990—2020年天山北坡地下水储量估算及其时空演变规律

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地理学报 2023年第7期78卷 1744-1763页

作者：王宗侠刘苏峡中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049 中国科学院大学中丹学院北京100049

天山北坡位于中国新疆,地处亚欧桥的国门,社会经济发展迅速,其绿洲经济和灌溉农业对地下水资源的依赖程度高。揭示1990—2020年地下水储量的演变规律对维持区域可持续发展具有重要意义。但由于长时序和较高分辨率的区域地下水观测数据匮... 详细信息

天山北坡位于中国新疆,地处亚欧桥的国门,社会经济发展迅速,其绿洲经济和灌溉农业对地下水资源的依赖程度高。揭示1990—2020年地下水储量的演变规律对维持区域可持续发展具有重要意义。但由于长时序和较高分辨率的区域地下水观测数据匮乏,使得该任务又极具挑战性。本文基于重建的陆地水储量(TWS)变化数据、ERA5-Land再分析数据和其他相关的土壤质地、海拔高程、植被指数和冰川分布等辅助数据,建立了随机森林降尺度模型,据此估算了天山北坡1990—2020年的8 km分辨率地下水储量(GWS)变化,分析了天山北坡GWS的时空演变规律。估算的GWS变化与实测地下水位序列的时间变化具有较高的一致性,二者的相关系数最高达到0.68。天山北坡GWS具有明显的年内变化和年际变化。GWS在夏季和春季较高,在秋季和冬季较低,峰值出现在6月,最低值出现在10月。1990—2020年天山北坡有85%以上的地区GWS发生了显著下降,全区平均的变化趋势为-0.38 cm/a。其中,艾比湖水系和中段诸河区GWS下降最剧烈,额敏河流域下降速率最小;耕地下降速率最大,草地次之,裸地下降速率最小。日益增强的农业耗水活动是1990—2020年天山北坡GWS持续下降的主要驱动因素。相比于季节变化和亚季节变化,长期趋势性变化是天山北坡GWS时间变化的主导模式。但对于额敏河流域,GWS变化由三者共同主导。特别值得指出的是,在冰川覆盖区联合重力卫星与水储量组分方程开展GWS估算工作面临的挑战之一是缺乏长序列、高分辨率的冰川水储量数据,以往大部分研究忽视了冰川覆盖的影响。本文研究表明,若忽视冰川的影响,将导致天山北坡的平均GWS变化速率至少高估27.56%,应引起重视。

关键词：地下水储量陆地水储量 GRACE 降尺度天山北坡

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观测不确定性影响下黄河水源涵养区径流情势变化特征

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地理学报 2025年第1期80卷 28-40页

作者：张永勇韩冰曹灿翟晓燕中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 中国水利水电科学研究院水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心北京100038

径流观测不确定性是水文学研究领域尚未解决的关键问题之一。当前研究多集中于观测不确定性的来源及其影响解析等,但关于观测不确定性对径流情势特征指标变化趋势的影响研究较少。本文利用1971—2020年黄河水源涵养区5个水文站(黄河源... 详细信息

径流观测不确定性是水文学研究领域尚未解决的关键问题之一。当前研究多集中于观测不确定性的来源及其影响解析等,但关于观测不确定性对径流情势特征指标变化趋势的影响研究较少。本文利用1971—2020年黄河水源涵养区5个水文站(黄河源区黄河沿、唐乃亥和兰州站,渭河咸阳站和伊洛河黑石关站)日径流观测序列,结合正态分布误差模型和趋势检验,检测了观测不确定性影响下五大径流情势特征(量级、事件发生频率、变率、历时和出现时间)16个指标的变化趋势,并采用不确定性宽度、指标斜率显著性变化的个数占比、变异系数和偏离程度量化了观测不确定性的影响。结果表明:①所有站点径流情势呈现低流量显著增加,高流量、平均流量、变率和历时显著减少的特征;黑石关站平均流量和高流量量级、变率和历时显著减少,频率显著增加;咸阳站低流量量级和出现时间显著增加,高流量量级、频率和变率显著减少;黄河源区低流量量级和高流量出现时间显著增加,低流量频率、高流量量级和变率显著减少。②观测不确定性对28.75%的径流情势特征指标的变化趋势影响明显,其中11.25%的指标变化趋势由显著变为不显著和17.5%的指标由不显著变为显著;对其他指标的变化趋势没有影响,其中变化趋势仍保持显著的指标占比为18.75%,变化趋势仍不显著的指标占比为52.50%。③观测不确定性对频率指标的变化趋势影响最大,影响次之为历时指标、变率指标和出现时间指标,而对量级指标的影响最小。

关键词：观测不确定性径流情势正态分布误差模型趋势检测黄河水源涵养区

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