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第一部分 基本循环过程、相关理论及其研究的技术方法1

1海河流域降水演变研究进展1

1.1降水形成机制1

1.1.1降水的形成过程1

1.1.2降水形成的主要影响因子2

1.1.3降水模拟模型研究进展2

1.2海河流域降水的主要特征及影响因子4

1.2.1海河流域不同区域降水特征4

1.2.2海河流域不同季节降水特征4

1.2.3海河流域降水的主要影响因子4

1.3气候变化对降水的影响8

1.3.1气候变化影响降水的事实8

1.3.2大气环流对降水的影响9

1.3.3气溶胶对降水的影响10

1.3.4气候变化条件下海河流域降水演变特征10

1.4人类活动对降水的影响11

1.4.1下垫面变化对降水的影响11

1.4.2城市化对海河流域降水格局的影响12

1.5降水监测与时空展布13

1.5.1降水监测方法13

1.5.2降水空间展布方法15

1.5.3降水时间展布方法18

参考文献19

2蒸发过程23

2.1蒸散发理论研究进展23

2.1.1蒸散发机理的研究23

2.1.2蒸散发的测定25

2.1.3蒸散发的两个假设27

2.2蒸散发的模拟现状研究30

2.2.1分布式水文模型对蒸散发的模拟30

2.2.2陆面过程模型对蒸散发的模拟32

2.3基于Budyko假设的流域水热耦合规律研究33

2.3.1 Budyko假设的提出34

2.3.2 Budyko理论框架下的研究35

2.4海河流域蒸散发研究现状41

参考文献43

3地表过程研究综述49

3.1产流机理49

3.1.1简述49

3.1.2蓄满产流模式51

3.1.3超渗产流模式53

1.4混合产流模式54

3.1.5不同产流模式对比55

3.2汇流模拟方法55

3.2.1水文学方法56

3.2.2水动力学方法60

3.2.3其他水流演进方法62

3.3径流变化的主要研究方法64

3.3.1径流变化周期的研究方法64

3.3.2径流变化趋势的研究方法65

3.3.3径流突变点的研究方法66

3.4人类活动对海河径流演变的影响67

参考文献69

4地下水文过程73

4.1概述73

4.1.1地下水的重要性73

4.1.2研究的主要任务74

4.1.3地下水研究的历史进展74

4.1.4当前研究的关键科学问题76

4.2地下水文过程77

4.2.1地下水的补给77

4.2.2地下水的排泄80

4.3地下水评价方法81

4.3.1经验方法82

4.3.2数值模拟法86

4.3.3有关问题的探讨92

4.4海河流域地下水演变95

4.4.1海河流域地下水概况95

4.4.2人类活动下的地下水演变101

参考文献105

第二部分 水循环的二元演化及其伴生过程109

5流域水环境演化机制与水污染控制109

5.1流域水环境演变的特征与机理分析109

5.1.1流域水环境演变的发展特征109

5.1.2海河流域水环境剧烈变化的现状115

5.1.3流域水环境演变的应对措施119

5.2流域水污染及其控制研究现状与趋势120

5.2.1流域水污染及其控制研究现状120

5.2.2流域水污染识别与污染特征122

5.2.3流域污染负荷总量控制123

5.2.4污染源的控制措施与对策126

5.2.5流域水污染识别与调控研究的趋势128

5.3流域水体水环境承载力130

5.3.1水环境承载力研究简述130

5.3.2水环境承载力研究的发展134

5.3.3水环境承载力研究的方法138

5.4流域水环境系统模拟143

5.4.1流域水环境系统模拟简述143

5.4.2水质模型研究综述144

5.4.3流域水环境系统模拟简述146

5.4.4流域系统模型研究147

参考文献155

6水生态演变159

6.1水生态系统演变160

6.1.1水循环过程中的生态效应160

6.1.2海河流域水生态系统二元演化驱动力研究161

6.1.3海河流域水生态系统演变过程研究168

6.2生态需水计算理论170

6.2.1河道内生态环境需水171

6.2.2河道外生态环境需水173

6.2.3海河流域生态环境需水计算理论175

6.3水生态系统保护与修复178

6.3.1生态水文分区178

6.3.2水生态系统保护与修复的时空尺度183

6.3.3水生态系统服务功能185

6.4总结191

参考文献192

7农业水循环195

7.1农业水循环演变195

7.1.1雨养农业196

7.1.2灌溉农业198

7.1.3节水农业199

7.2农业水循环通量200

7.2.1农业水循环通量核算200

7.2.2农田蒸散发核算201

7.3农业用水量209

7.3.1作物需水量210

7.3.2非耕地与人畜用水量211

7.3.3农业用水量核算与预测212

7.3.4海河流域农业用水量216

7.4农业用水效益和效率219

7.4.1农业用水效益219

7.4.2农业用水效率222

7.4.3高效用水224

7.4.4节水潜力的计算227

7.5农业生态系统的服务功能229

7.5.1农业生态系统的内涵229

7.5.2农田生态系统服务功能价值评价231

参考文献237

8城市水循环243

8.1城市化的水循环效应243

8.1.1城市化对自然水循环的影响243

8.1.2城市化对社会循环的影响247

8.1.3城市化的虚拟水效应248

8.2城市二元水循环过程及其演变249

8.2.1城市二元水循环过程249

8.2.2城市二元水循环过程的水量演变254

8.3城市水循环系统健康状态评价及调控机制262

8.3.1城市水循环系统状况表征262

8.3.2城市水循环系统健康评价研究263

8.3.3健康目标下的城市水循环系统调控机制研究265

8.4基于二元水循环的城市和农村水资源联合调控270

8.4.1以水源类型为区分的取水调控270

8.4.2以侧支水循环为基础的用水调控273

8.5展望275

参考文献276

第三部分 二元水循环的先进技术方法及应用研究279

9流域下垫面数据获取技术279

9.1地形数据及其处理279

9.1.1地形数据279

9.1.2地形数据DEM的获取方法280

9.1.3地形数据DEM在流域水文的应用280

9.1.4强人类活动干扰下的平原区数字水系提取实例应用281

9.2土地利用和土壤数据获取与处理286

9.2.1土壤数据获取与处理286

9.2.2土地利用数据获取与处理290

9.3人工用水数据获取与处理293

9.3.1人工用水过程293

9.3.2人工用水数据处理及展布294

9.4小结295

参考文献296

10分布式水文模型技术297

10.1分布式水文模型综述297

10.1.1国外研究进展297

10.1.2国内研究进展298

10.2流域分布式水循环模型WEP299

10.2.1 WEP模型的发展299

10.2.2 WEP模型结构300

10.2.3 WEP模型特点302

10.2.4海河流域WEP模型302

10.3 SWAT模型306

10.3.1 SWAT模型的发展306

10.3.2 SWAT模型结构306

10.3.3 SWAT模型特点307

10.3.4 SWAT模型应用进展309

10.3.5海河流域强人类活动地区SWAT模型310

参考文献316

11区域目标ET控制技术319

11.1区域ET研究进展319

11.2区域目标ET计算322

11.2.1区域目标ET的制定原则322

11.2.2区域目标ET分类322

11.2.3区域目标ET的计算方法323

11.3区域目标ET的调控措施330

11.3.1合理调整种植结构331

11.3.2推广抗旱节水品种331

11.3.3测墒灌溉332

11.3.4秸秆覆盖332

11.3.5灌溉设施节水332

参考文献332

12地下水CFCs定年和环境示踪技术335

12.1概述335

12.2 CFCs定年方法及原理337

12.2.1数学物理模型337

12.2.2地下水CFCs年龄计算337

12.2.3地下水补给温度估算338

12.2.4地下水CFCs比值年龄339

12.2.5地下水混合比估算339

12.3影响CFCs地下水定年的主要因素340

12.3.1温度对CFCs定年的影响341

12.3.2过量空气341

12.3.3不饱和带厚度341

12.3.4土壤吸附341

12.3.5生物降解341

12.3.6污染342

12.4地下水CFCs定年和示踪若干应用342

12.4.1降水垂直入渗速率估算342

12.4.2岩溶水与河水的关系343

12.4.3农灌水入渗评价343

12.5北京平原区地下水CFCs年龄和可更新能力344

12.5.1研究区概况344

12.5.2研究方法345

12.5.3平原区水文地质条件345

12.5.4第四系浅部含水层分布特征346

12.5.5第四系深部含水层分布特征347

12.5.6同位素组成及特征348

12.5.7地表水δ18O和δ2H同位素349

12.5.8浅层地下水年龄353

12.5.9深层地下水年龄355

12.5.10地下水年龄与可更新能力评价357

12.5.11结论363

12.6河水与地下水关系应用研究——以关中盆地为例364

12.6.1研究区概况364

12.6.2采样和测试364

12.6.3结果分析365

12.6.4结论366

参考文献367