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黑河流域生态水文传感器网络设计 总被引：6，自引：2，他引：4
在黑河上游八宝河流域和中游盈科灌区,以无线传感器网络为纽带,高效集成流域尺度内密集分布的、多源异构传感器的各种气象、水文及生态观测项目,建立自动化、智能化、时空协同的、各观测节点远程可控的生态水文传感器综合观测网络;通过优化地面采样方案,精细观测和准确度量流域尺度内空间异质性较强的关键水文生态要素的时空动态过程、时空变异性和不确定性;研究针对星载/机载遥感真实性检验的地面传感器采样方案,精细验证遥感反演精度,深入挖掘各种遥感手段在流域综合观测中的作用和潜力;全面提高流域水文生态过程的综合观测能力和观测自动化水平。 相似文献
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Water resource is the focus and hinge between ecological environment and socio-economic development. Watershed is the basic unit of hydrology and water resource studies. It is the current hotspot in water science research to carry out the integrated research of the hydrology and water resource at the watershed scale. The Heihe River Basin is the second largest inland river basin in northwestern China, which becomes one of the hot watersheds for its unique hydrological and geographical characteristics. Based on the Web of Science Core Collection, the scientific advances achieved in the Heihe River Basin were estimated from the new sight by combining disciplinary development and problem focus, time evolution and spatial variations. The results indicated that the Heihe River Basin has made positive contribution to the world science in remote sensing, evapotranspiration, water cycle, water resources management and utilization, and climate change research in arid areas. The great achievements has promoted the Heihe River Basin up to the same levels as the international typical basins in the past 30 years, especially after the performances of the major research program entitled “Integrated Study of Eco-hydrological Processes in the Heihe River Basin” (referred to as “Heihe River Program”) supported by a grant from the National Natural Science Foundation of China and large field observation experiments. The number of published articles has ranked the top 20 in the global watershed science research. Some important scientific achievements have been obtained at the mechanisms of eco-hydrological processes in inland river basins, which can actively serve the decision making of the water resource management and sustainable development in the Heihe River Basin. The data mining and contrastive study based on bibliometrics can afford scientific reference for the watershed science research. 相似文献
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数字黑河的思考与实践4:流域观测系统 总被引：2，自引：1，他引：1
数字化的流域观测系统是数字流域的重要组成部分.①首先介绍了水循环卫星遥感和地面观测的最新进展,以及航空遥感在流域观测中的重要作用.②介绍了对于流域观测系统的构想.认为流域观测系统应兼顾陆面过程、水文、生态观测的不同空间尺度和时间尺度,监测与控制试验并重,地面与遥感配合,重视采样设计,重视新兴观测手段,与信息系统扣模型高度集成,科学目标导向,模型需求驱动.③黑河流域观测系统由位于流域上中下游不同景观带的野外研究站、综合观测试验以及气象水文业务化观测网络组成,在流域内先后开展了HEIFE实验、金塔试验和黑河综合遥感联合试验.④介绍了对于流域观测系统的进一步构想:增强遥感观测能力是关键,集成遥感、地面观测和模型模拟才能更好地定量估计水循环,流域观测系统应和信息系统、综合模型等共同构成流域科学研究的信息基础设施,更好地为流域科学服务. 相似文献
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随着黑河流域时空数据的快速增长,已有的黑河信息系统在共享效率、数据分析及平台架构等方面存在缺陷,已无法满足现实的需要。本研究针对目前平台的缺陷重新设计新版数字黑河信息系统（NDHRIS）的整体框架,从观测、数据及模型三个角度实现新版数字黑河信息系统的新功能。首先从基础设施、服务及应用三个层面介绍系统整体设计,其次详细阐述系统实现的关键技术及功能改进,最后,讨论了该系统仍然存在的问题及未来发展方向。目前该系统已业务化运行,数据量超过5 T,共1 058条元数据,向大约100个研究所和50个项目提供了大约8 TB数据集和5 000个数据服务,有效提升了黑河流域科学数据的共享效率,支撑全球寒区监测计划的实施。 相似文献
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水文数据建模和数据共享是流域科学研究的重点工作, 也是"数字流域"研究的基础.目前集成观测数据和环境信息的流域信息基础设施已经成为"数字地球"技术在流域科学方面的重要应用.以水文数据模型和"协同促进水文科学发展大学联盟"水文信息系统(CUAHSI-HIS)为原型, 设计一个适合于黑河流域的集流域地理数据库、 观测系统数据库和数据共享发布系统于一体的流域水文信息系统.系统实现集成各种观测数据类型、 数据来源及观测数据的流域观测数据库, 通过统一地表和地下水的通用数据模型实现流域地表水和地下水信息的一体化存储管理, 同时存储、 组织和在线共享发布流域相关的观测数据和空间数据, 为流域科学研究提供在线生态环境数据的网络服务以及相应的流域观测数据服务, 有效的推动流域科学计划的研究. 相似文献
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A distributed water-heat coupled model for mountainous watershed of an inland river basin of Northwest China (I) model structure and equations 总被引：1，自引：0，他引：1
Ren-sheng Chen Shi-hua Lu Er-si Kang Xi-bin Ji Zhihui Zhang Yong Yang Wenwu Qing 《Environmental Geology》2008,53(6):1299-1309
It is absolutely necessary to quantify the hydrological processes in earth surface by numerical models in the cold regions
where although most Chinese large rivers acquire their headstreams, due to global warming, its glacier, permafrost and snow
cover have degraded seriously in the recent 50 years. Especially in an arid inland river basin, where the main water resources
come from mountainous watershed, it becomes an urgent case. However, frozen ground’s impact to water cycle is little considered
in the distributed hydrological models for a watershed. Took Heihe mountainous watershed with an area of 10,009 km2, as an example, the authors designed a distributed heat-water coupled (DWHC) model by referring to SHAW and COUP. The DWHC
model includes meteorological variable interception model, vegetation interception model, snow and glacier melting model,
soil water-heat coupled model, evapotransporation model, runoff generation model, infiltration model and flow concentration
model. With 1 km DTM grids in daily scale, the DWHC model describes the basic hydrological processes in the research watershed,
with 3∼5 soil layers for each of the 18 soil types, 9 vegetation types and 11 landuse types, according to the field measurements,
remote sensing data and some previous research results. The model can compute the continuous equation of heat and water flow
in the soil and can estimate them continuously, by numerical methods or by some empirical formula, which depends on freezing
soil status. However, the model still has some conceptual parameters, and need to be improved in the future. This paper describes
only the model structure and basic equations, whereas in the next papers, the model calibration results using the data measured
at meteorological stations, together with Mesoscale Model version 5 (MM5) outputs, will be further introduced. 相似文献
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基于网格化模型的黑河流域中游历史时期耕地分布模拟 总被引：4，自引：0，他引：4
黑河流域悠久的农业开发史和历史文献为研究历史时期耕地空间分布格局变化提供了有利条件.根据黑河流域历史时期土地开发利用的特点,深入分析了海拔、坡度、土壤、人口等自然及人文主导因子与耕地分布的关系,遴选出对耕地分布具有明显作用且易量化的影响因子,并以此为依据设计了一套历史耕地数据网格化模型,模拟了黑河流域历史时期耕地分布趋势.采用人均耕地面积与粮食单产2种途径,估算了明代以前黑河中游耕地面积总量.基于该模型并结合古遗址、遥感影像判别的结果,重建了黑河流域中游地区明代以前耕地的空间分布. 相似文献
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基于回归克里格的生态水文无线传感器网络布局优化 总被引：2，自引：1，他引：1
在黑河上游八宝河流域建立自动化、时空协同、智能观测的生态水文无线传感器网络,实现分布式的地面观测,对于定量刻画流域尺度时空异质性较强的生态水文要素的动态特征及其不确定性具有重要意义。在观测网设计过程中,节点的空间布局将直接影响到无线传感器网络的观测水平。为准确捕捉流域内关键生态水文要素的时空变异性和场分布,探讨了一种基于回归克里格模型的空间采样布局优化方法,并以地表温度观测网优化为例,应用到八宝河流域生态水文无线传感器网络布局方案设计中。研究结果表明,该优化方法同时考虑了目标变量与环境变量之间的相关关系以及残差在空间上的自相关特征,可以同时优化目标变量的地理空间和属性空间。优化后的无线传感器网络可以较好地捕捉流域内生态水文要素的时空动态特征。 相似文献
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基于分布式水文模型的长江上游水资源时空变异性分析 总被引：2，自引：1，他引：2
本文首先分析了长江流域内154个气象站降水量和26个干支流水文站流量在1950～2000年期间的变化趋势。为定量分析长江上游地区降水量时空变化对水资源量的影响,构建了基于物理机理的分布式水文模型,模拟再现了天然河道条件下的水文过程。有别于传统的河道径流性水资源评价方法,本文尝试用径流深的空间变化来探讨水资源分布及演变态势。并以渠江罗渡溪水文站为个案,剖析了90年代秋季流量大幅减少的主要缘由。结果表明:受降水在时空分布上存在变异的影响,长江上游局部地区夏季径流深比率呈增加趋势,而秋季则相反;导致嘉陵江渠江水系秋季流量减少的主要原因是降雨,其次才是人为因素。 相似文献
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数字黑河的思考与实践1:为流域科学服务的数字流域 总被引：7，自引：5，他引：2
多学科数据的收集和积累、多学科模型的集成以及现代化的观测系统是发展流域科学的必要前提。"数字黑河"是为黑河流域科学研究和流域集成管理而搭建的集数据、模型和观测系统于一体的信息化平台,是"数字地球"在流域尺度上的一次实践性尝试。数字黑河由数据平台、模型平台和数字化观测系统组成,其核心是观测、数据和模型平台中的信息基础设施建设,但同时也外延而扩展为以流域综合模型为骨架的各种应用。"数字黑河"已阶段性地完成了数据集成,在线数据量超过1 000 GB,并实现了完全共享,有力地支持了黑河流域的各项研究工作;在模型集成方面已初步建成了流域综合模型和空间决策支持系统。"数字黑河"的进一步构想是在e-Science的框架下将数据系统、观测系统、模型系统、信息发布系统、高性能计算及科学计算可视化集成为一个整体。 相似文献
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Shattri Mansor Nader Saadatkhah Zailani Khuzaimah Arnis Asmat Nor Aizam Adnan Siti Noradzah Adam 《Natural Hazards》2018,93(2):739-764
The objective of this paper is to develop a spatial temporal runoff modelling of local rainfall patterns effect on the plant cover hilly lands in Kelantan River Basin. Rainfall interception loss based on leaf area index, loss/infiltration on the ground surface, and runoff calculation were considered as the main plant cover effects on the runoff volume. In this regard, a hydrological and geotechnical grid-based regional model (integrated model) was performed using Microsoft Excel® and GIS framework system for deterministic modelling of rainfall-induced runoff by incorporating plant cover effects. The infiltration process of the current model was integrated with the precipitation distribution method and rainfall interception approach while the runoff analysis of integrated model was employed based on loss/infiltration water on the ground surface with consideration of water interception loss by canopy and the remaining surface water. In the following, the spatial temporal analysis of rainfall-induced runoff was performed using 10 days of hourly rainfall events at the end of December 2014 in Kelantan River Basin. The corresponding changes in pressure head and consequent rate of infiltration were calculated during rainfall events. Subsequently, flood volume is computed using local rainfall patterns, along with water interception loss and the remaining surface water in the study area. The results showed the land cover changes caused significant differences in hydrological response to surface water. The increase in runoff volume of the Kelantan River Basin is as a function of deforestation and urbanization, especially converting the forest area to agricultural land (i.e. rubber and mixed agriculture). 相似文献
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40 多年来,我国西北地区大规模的地下水开发利用造成了部分地区地下水水位持续下降甚至泉水干涸,部分地区地下水仍能维持动态稳定,判断这类地区水资源开发利用是否具有可持续性是必须解决的重大科学问题。以黑河流域中游盆地作为研究对象,采用MK检验和连续小波分析等方法,分析长时间序列地下水水位数据的变化特点,研究区域地下水动态特征;结合区域水文地质条件,综合划分黑河流域中游盆地地下水补排平衡区与非平衡区;利用克里金插值法估算1990—2020 年盆地含水层对水资源的调节水量,并评价不同动态平衡区的调蓄能力。结果显示,黑河流域中游盆地地下水水位动态类型有:水文型、水文-开采型、开采型和蒸发-开采型4种长周期动态稳定型,过量开采型或上游过度引用地表水型2 种长周期持续下降型。黑河-梨园河倾斜平原、酒泉盆地和黑河中游下段侵蚀堆积平原的大厚度含水层是黑河流域中游盆地的地下水补排平衡区,其在1990—2001 年共输出地下水12.06×108 m3,2001—2020年共储存地下水9.06×108 m3。大厚度含水层为地下水的长周期调蓄提供了充足的空间,在合理控制开采量的前提下,该类含水层的天然调蓄能力可满足生产生活和下游生态用水需要。盆地地下水补排非平衡区,如黑河以东诸河倾斜平原、盐池盆地和榆木山山前诸小河流域等地区,目前的地下水开发利用方式和强度是不可持续的,应适当减少地下水开采量,调节盆地上游的引水量和开采量,抑制地下水资源枯竭。本研究成果可为西北干旱内陆地区水资源管理和持续开发利用提供参考。 相似文献
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黑河流域中下游地下水系统受上游冰冻圈融水和降雨的补给,由气候变暖导致的冰冻圈萎缩致使中下游地下水系统的稳定性面临更多的风险。地下水模型是地下水系统稳定性评估的有效手段,但是地下水模型参数往往存在较大的不确定性。为此,本文提出了基于数据同化算法的不确定性分析方法,通过包含观测资料信息减小模型不确定性。采用所提方法分析了(基于MODFLOW构建)黑河流域中游地下水模型中13个参数的不确定性,讨论了算法超参数的影响及其最优取值,分析了地下水模型参数的不确定性。实验结果证明数据同化算法可有效减小地下水模型参数的不确定性,观测资料的种类与数量对参数不确定性的减小起到重要作用;不同地下水模型参数的不确定性不同,地表水与地下水相互作用频繁的区域参数不确定性较大;含水层渗透系数、含水层给水度以及灌溉回流系数对模型输出的地下水位输出影响显著,河床水力传导系数对模型输出的河流流量影响较大。本研究将为地下水研究提供更加可靠的模型方法,为西北内流区地下水哺育的绿洲生态系统稳定可持续研究提供重要支撑。 相似文献
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数字黑河的思考与实践3:模型集成 总被引：3，自引：0，他引：3
介绍了"数字黑河"模型集成研究的进展.①流域科学研究中的模型集成由发展流域集成模型和建模环境这2个主题所构成,前者可概括为"水-土-气-生-人"集成模型,后者是支持集成模型的高效开发的软件工具,注重于应用先进的信息技术为建模提供支撑.②将模型集成分为知识途径和技术途径,讨论了建模环境在模型集成中的作用,以及科学模型和流域管理模型的关系.③回顾了黑河流域模型集成的总体目标是发展两种类型的集成模型,其中第一种回应科学目标,是地球系统模型在流域尺度上的具体体现,以建成能够综合反映流域水文-生态-经济相互作用的模型为标志;第二种集成模型回应管理目标,以建成空间显式的流域水资源决策支持系统为目标.④对黑河流域已有的水文、地下水、水资源、陆面过程、土地利用、生态、社会经济与生态经济建模工作做了系统的综述.⑤分析了黑河流域集成模型研究中存在的问题和所面临的挑战. 相似文献
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黑河流域中游盆地水文地球化学演化规律研究 总被引：1，自引：0，他引：1
黑河是我国第二大内流河,研究其水化学演化规律,对于区域水资源科学利用与管理、保障饮水安全和下游生态安全都具有重要作用。本文利用2014—2018年在黑河流域开展1∶50 000水文地质调查所获取的资料,研究了黑河干流和丰乐河两个典型剖面的水化学和同位素变化规律。结果表明,黑河中游盆地地下水主要来源于祁连山区大气降水补给,黑河干流区地下水氘氧同位素比丰乐河流域更为富集,反映了氘氧同位素的高程效应。在丰乐河流域排泄区发现了非现代气候条件下形成的古水,说明现在的盐湖盆地早期就是地下水滞留区。山前戈壁带含水层经长期淋滤作用,地下水溶解性总固体(total dissolved solids,TDS)较低,水化学类型以重碳酸型为主。溢出带以北下游地区TDS逐步增高,地下水类型以硫酸型、硫酸-氯型为主,具有两种地下水化学背景和演化模式:一种是石膏溶解-碳酸盐沉淀析出-氯化物溶解-缓慢的硅酸盐非完全溶解和阳离子交换反应模式;另一种在此基础上增加硫酸钠溶解演化模式。流域补给区和径流区地下水TDS升高的主要原因是溶滤作用。丰乐河排泄区地下水TDS升高的主要原因仍是溶滤作用,溶滤盐分的来源是表层的盐分,以石盐为主。黑河干流排泄区由于含水层较薄,水位埋深较浅,蒸发对地下水咸化的影响更大。 相似文献
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Haiyang Xi Qi Feng Wei Liu JianHua Si Zongqiang Chang Yonghong Su 《Environmental Earth Sciences》2010,60(5):953-963
Water resources is a primary controlling factor for economical development and ecological environmental protection in the
inland river basins of arid western China. Groundwater, as the important component of total water resources, plays a dominant
role in the development of western China. In recent years, with the utilization ratio of surface water raised, the groundwater
recharge rate has been reduced by surface water, and groundwater was exploited on a large-scale. This has led to the decline
of groundwater levels and the degradation of eco-environments in the lower reaches of Heihe watershed, especially. Therefore,
the study on the groundwater-level change in recent years, as well as simulating and predicting groundwater levels changes
in the future is very significant to improve the ecological environment of the Heihe River Basin, coordinate the water contradiction,
and allocate the water resources. The purpose of this study is to analyze the groundwater-level variations of the Ejina region
basin on a large-scale, to develop and evaluate a conceptual groundwater model in Ejina Basin; according to the experimental
observation data, to establish the groundwater flow model combining MODFLOW and GIS Software; simulated the regional hydrologic
regime in recent 10 years and compared with various delivery scenarios from midstream; determined which one would be the best
plan for maintaining and recovering the groundwater levels and increasing the area of Ejina Oasis. Finally, this paper discusses
the possible vegetation changes of Ejina Basin in the future. 相似文献
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变化环境下水文资料序列的可靠性与一致性分析 总被引：3，自引：2，他引：1
由于气候变化和人类活动的双重影响,实测水文系列会发生一定程度变化,而水文资料的非一致性直接影响到水文模型参数的代表性,影响到水文模拟的精度和可靠性。选择黄河流域和淮河流域的两个典型支流,采用有序聚类法和Mann-Kendall检验法对其水文序列资料进行突变检测,结果表明,黄河流域黑石关站的水文序列在1969年以后发生了较大的变化,而淮河流域息县站的水文序列未发生明显变化,说明黑石关站水文系列自1969年以来受气候变化和人类活动等因素的影响比较大,在一定程度上破坏了该站水文序列的一致性。相比而言,息县站流域受气候变化和人类活动的影响比较小,水文序列的稳定性较好。 相似文献
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祁连山黑河干流山区水文模拟研究进展 总被引：2，自引：1，他引：1
流域水文模拟是在认识水文规律的基础上, 对流域水文过程的一种数学描述.黑河流域作为典型的内陆河流域历来是研究寒区、 旱区水文过程的热点区域.祁连山黑河干流山区的水文模拟研究也备受学者们的关注, 经验模型、 概念模型和分布式水文模型在该区域均有应用, 虽然都对出山径流做出了准确的模拟, 但是引进的模型对高寒山区水文过程的刻画不够详细.内陆河高寒山区流域的水文模拟要充分考虑冰川、 积雪、 冻土等因素所引起的特殊寒区水文过程, 准确刻画这些水文过程是高寒山区流域水文模拟成功的关键.今后应该继续加强野外观测, 深入开展冻土水文过程、 冰雪水文过程的模拟研究, 发展真正适合于高寒山区流域水文过程的分布式水文模型. 相似文献