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Spatiotemporal Variation of Riverine Nutrients in a Typical Hilly Watershed in Southeast China Using Multivariate Statistics Tools

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Journal of Mountain Science 2015年第4期12卷 983-998页

作者： NIE Xiao-fei LI Heng-peng jiang jia-hu DIAO Ya-qin LI Peng-cheng State Key Laboratory of Lake Science and Environment Nanjing Institute of Geography and Limnology Chinese Academy of Sciences University of Chinese Academy of Sciences

The water quality of lakes can be degraded by excessive riverine *** water quality generally varies depending on region and season because of the spatiotemporal variations in natural factors and anthropogenic *** water quality measurements of eight water quality variables were analyzed for two years at 16 sites of the Tianmuhu *** variables were examined using hierarchical cluster analysis(HCA) and factor analysis/principal component analysis(FA/PCA) to reveal the spatiotemporal variations in riverine nutrients and to identify their potential *** revealed three geographical groups and three *** drainages comprising towns and large villages were the most polluted, six drainages comprising widely distributed tea plantations and orchards were moderately polluted, and eight drainages without the factors were the least *** river was most polluted in June when the first heavy rain(daily rainfall > 50 mm) occurs after fertilization and the number of rainy days is most(monthly number of rainy days > 20 days).Moderate pollution was observed from October to May, during which morethan 60% of the total nitrogen fertilizer and all of the phosphorus fertilizer are applied to the cropland, the total manure is applied to tea plantations and orchards, and a monthly rainfall ranging from 0 mm to 164 mm *** remaining months were characterized by frequent raining(i.e., number of rainy days per month ranged from 5 to 24) and little use of fertilizers, and were thus least ***/PCA identified that the greatest pollution sources were the runoff from tea plantations and orchards,domestic pollution and the surface runoff from towns and villages, and rural sewage, which had extremely high contributions of riverine nitrogen, phosphorus,and chemical oxygen demand, *** tea plantations and orchards promoted by the agricultural comprehensive development(ACD) were not environmentally *** nitrog

关键词： Nitrogen Phosphorus Chemical oxygen demand Spatial variation Temporal variation Water quality Fertilization Tianmuhu watershed

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Analysis of deposition and erosion of Dongting Lake by GIS

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Journal of Geographical Sciences 2001年第4期11卷 22-30页

作者： Gao Jun-feng Zhang Chen jiang jia-hu huang Qun Nanjing Institute of Geography & Limnology CAS Nanjing China (GRID:grid.458478.2) (ISNI:***) World Wide Fund of Nature Beijing China (GRID:grid.458478.2)

The sediments of the Dongting Lake come from four channels (one of them was closed in 1959), connected with the Yangtze River, four tributaries (Lishui, Yuanjiang, Zishui and Xiangjiang) and local area, and some of them are transported into the Yangtze River in Chenglingji, which is located at the exit of the Dongting Lake, some of them deposit into drainage system in the lake region and the rest deposit into the lake. The annual mean sediment is 166,555x104 t, of which 80% come from the four channels, 18% from the four tributaries and 2% from local area, whereas 26% of the total sediments are transported into the Yangtze River and 74% deposited into the lake and the lake drainage system. Based on topographic maps of 1974, 1988 and 1998, and the spatial analysis method with geographic information system (GIS), changes in sediment deposition and erosion are studied in this paper. By overlay analysis of 1974 and 1988, 1988 and 1998, erosion and sediments deposition areas are defined. The main conclusions are: (1) sediment rate in the lake is larger than erosion rate from 1974 to 1998. The mean deposition in the lake is 0.43 m; (2) annual sediment deposition is the same between 1974-1988 and 1988-1998, but the annual volume of deposition and erosion of 1988-1998 is bigger than that in 1974-1988; (3) before the completion of the Three Gorges Reservoir, there will be 7.82x108 m3 of sediments deposited in the lake, which would make the lake silted up by 0.33 m; (4) in the lake, the deposition area is found in the north of the east Dongting Lake, the south-west of the south Dongting Lake, and the east of the west Dongting Lake; while the eroded area is in the south of the east Dongting Lake, the middle of the south Dongting Lake, the west of the west Dongting Lake, as well as Xiangjiang and Lishui river flood channels.

关键词： Dongting Lake sediment deposition and erosion spatial distribution GIS

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应用最优控制理论自动率定二维浅水方程的糙率参数

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水科学进展 2008年第3期19卷 383-388页

作者：赖锡军姜加虎黄群中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室江苏南京210008

应用偏微分方程最优化控制理论,导出了二维浅水方程糙率自动率定的最优化系统,实现了二维水力学模型计算中分布式糙率参数的自动率定算法。结合实际应用的可操作性,按区块设定糙率,对恒定流和非恒定流两种流态分别进行了常数糙率和随水... 详细信息

应用偏微分方程最优化控制理论,导出了二维浅水方程糙率自动率定的最优化系统,实现了二维水力学模型计算中分布式糙率参数的自动率定算法。结合实际应用的可操作性,按区块设定糙率,对恒定流和非恒定流两种流态分别进行了常数糙率和随水深变化的糙率自动率定实验。数值实验表明,在观测数据包含足够的信息时,该方法不仅能够准确地自动率定出相关的糙率参数,还能成功地将糙率随水深的变化关系式识别出来。但是,糙率水深变化关系识别迭代收敛速度显著变慢,因此,建议采用相应的实现对策来考虑变糙率的洪水预测问题。

关键词：糙率自动率定参数识别最优化控制浅水方程

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洞庭湖淤积、围垦对湖区江湖洪水影响的模拟

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长江流域资源与环境 2006年第5期15卷 584-587页

作者：姜加虎黄群中国科学院南京地理与湖泊研究所江苏南京210008

应用数值模拟技术，通过建立洞庭湖与长江耦合的水动力学数值模型，并利用长江沿江的宜昌、枝江、沙市、监利、螺山和洞庭湖区沿湖的南咀、小河咀、沅江、鹿角、岳阳和城陵矶等水文测站的水文资料，开展洞庭湖区湿地恢复的洪水效应模拟... 详细信息

应用数值模拟技术，通过建立洞庭湖与长江耦合的水动力学数值模型，并利用长江沿江的宜昌、枝江、沙市、监利、螺山和洞庭湖区沿湖的南咀、小河咀、沅江、鹿角、岳阳和城陵矶等水文测站的水文资料，开展洞庭湖区湿地恢复的洪水效应模拟计算，选用1998年6月15日～8月31日洪水资料作为模型计算依据。通过模拟计算，对1952年以来洞庭湖淤积、围垦对江湖洪水的影响进行了定量评估。结果显示，1952～1998年的47年间，洞庭湖湖泊湿地围垦对江湖洪水位升高影响的相对量是湖泊淤积对江湖洪水位升高影响值的2～10倍。

关键词：洞庭湖洪水淤积围垦

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斜坡上异重流的三维数值模拟

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水科学进展 2006年第3期17卷 342-347页

作者：赖锡军汪德爟姜加虎黄群中国科学院南京地理与湖泊研究所江苏南京210008 河海大学环境学院江苏南京210098

针对异重流的流动特征,建立了适用于具有各向异性浮力紊动特征的三维异重流运动的数学模型,并模拟了异重流在15°斜坡底面上的潜行过程。计算结果准确地模拟了异重流的运动特征和形态,其前锋的潜行速度与实验结果相当吻合。该模型采用... 详细信息

针对异重流的流动特征,建立了适用于具有各向异性浮力紊动特征的三维异重流运动的数学模型,并模拟了异重流在15°斜坡底面上的潜行过程。计算结果准确地模拟了异重流的运动特征和形态,其前锋的潜行速度与实验结果相当吻合。该模型采用非结构同位网格上的SIMPLEC算法能适应复杂边界和地形,可应用于自然界实际环境中异重流的演进计算。

关键词：斜坡三维异重流紊流模型数值模拟

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近50年岱海生态与环境变化分析

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干旱区研究 2009年第2期26卷 162-168页

作者：周云凯姜加虎中国科学院南京地理与湖泊研究所江苏南京210008 中国科学院研究生院北京100039

岱海是我国北方地区的一个内陆湖,历史时期受构造运动和气候变化的影响,湖泊经历多次扩张和收缩,最大水域面积曾达到760 km2。近50年来,随着全球气候变暖及湖区农业活动的加强,岱海的补给水量急剧减少,自20世纪70年代以来,岱海水位持续... 详细信息

岱海是我国北方地区的一个内陆湖,历史时期受构造运动和气候变化的影响,湖泊经历多次扩张和收缩,最大水域面积曾达到760 km2。近50年来,随着全球气候变暖及湖区农业活动的加强,岱海的补给水量急剧减少,自20世纪70年代以来,岱海水位持续下降,且下降速度呈现出明显的加快趋势;与此同时,湖水的矿化度不断升高,咸化现象已十分明显;受农业活动和城镇生活的影响,岱海水体的富营养问题也日益突出;其原始的自然环境发生了巨大变化。通过对各影响因素进行分析,结果表明,近50年来岱海环境恶化主要是由人类对流域水土资源的过度开发利用和对污废水的不合理排放造成的,气候变化只是起到了加速强化的作用。

关键词：岱海生态环境演变气候变化人类活动

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洞庭湖地区水系水动力耦合数值模型

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海洋与湖沼 2008年第1期39卷 74-81页

作者：赖锡军姜加虎黄群中国科学院南京地理与湖泊研究所南京210008

针对洞庭湖地区复杂水系和复杂水情下的实际水流运动特征,建立了完全基于水力学方法的洞庭湖地区水系的一、二维耦合的全局水动力学模型,实现了不同水体数值模拟的自动有机衔接。模型包括湖泊、河网水系两部分。对长江干流荆江段、湘资... 详细信息

针对洞庭湖地区复杂水系和复杂水情下的实际水流运动特征,建立了完全基于水力学方法的洞庭湖地区水系的一、二维耦合的全局水动力学模型,实现了不同水体数值模拟的自动有机衔接。模型包括湖泊、河网水系两部分。对长江干流荆江段、湘资沅澧四水、三口分流河道,运用能够反映河道主槽和边滩不同行洪特征的扩展一维水量模型进行模拟;对于洞庭湖湖区部分,采用二维非结构的有限体积法建立水动力模型;应用重叠投影法实现模型的耦合。模型具有动边界的自动处理,河道分区计算,分洪、溃堤过程实时模拟等功能。剖分的网格较为细致地刻画了湖区的地形,使模型能够模拟"高水湖相、低水河相"的湖流特征。运用1996年7月的实际洪水过程,进行了模型的验证,较为准确地模拟了实际水流特征。

关键词：洞庭湖一维二维水动力学模型

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含苦草水流紊流结构典型剖面的象限分析

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水动力学研究与进展（A辑） 2015年第5期30卷 526-532页

作者：张英豪赖锡军姜加虎中国科学院南京地理与湖泊研究所中国科学院流域地理学重点实验室南京210008 中国科学院大学北京100049

该文以含苦草水流的实验室水槽实验数据为基础,选取典型流速剖面,利用象限分析法,从紊流质点的角度分析了含苦草水流的动量传输特征。分析发现,苦草冠层顶部附近水流紊动掺混剧烈,雷诺应力在冠顶处达到最大值,且水流在冠顶以上及以下区... 详细信息

该文以含苦草水流的实验室水槽实验数据为基础,选取典型流速剖面,利用象限分析法,从紊流质点的角度分析了含苦草水流的动量传输特征。分析发现,苦草冠层顶部附近水流紊动掺混剧烈,雷诺应力在冠顶处达到最大值,且水流在冠顶以上及以下区域分别以"喷射"与"下扫"流态为主;冠层内部,水流紊动掺混明显减弱,雷诺应力较小,受时均流速逆梯度的影响,雷诺应力出现负值及局部最大值,且水流在雷诺应力局部最大值出现位置以上及以下区域分别以"外向交互"与"内向交互"流态为主。冠顶附近水流强烈的紊动掺混决定了整个剖面紊流的动量传输特征,且苦草冠顶以下所形成的下扫流有利于水体中黏性泥沙的沉积,降低水体浊度。

关键词：水生植被紊流结构雷诺应力象限分析

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植物对水流和泥沙运动影响研究进展

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湿地科学 2014年第5期12卷 669-676页

作者：张英豪赖锡军姜加虎湖泊与环境国家重点实验室中国科学院南京地理与湖泊研究所江苏南京210008 中国科学院大学北京100049

植物对水流和泥沙运动有重要影响。在回顾国内外主要研究成果的基础上,将植物对水流和泥沙运动影响(含植物水流问题)研究归纳为三方面,即植物对水流阻力、紊流结构和泥沙运动的影响研究;考虑到问题的重要性,单独讨论了植物的消波与捕沙... 详细信息

植物对水流和泥沙运动有重要影响。在回顾国内外主要研究成果的基础上,将植物对水流和泥沙运动影响(含植物水流问题)研究归纳为三方面,即植物对水流阻力、紊流结构和泥沙运动的影响研究;考虑到问题的重要性,单独讨论了植物的消波与捕沙作用;详细总结了含植物水流问题研究的研究方法和重要结论;指出了当前研究中存在的不足,展望了未来研究趋势。

关键词：植物水流阻力紊动结构泥沙运动河流

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东洞庭湖湿地景观变化研究

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长江流域资源与环境 2007年第6期16卷 732-737页

作者：王红娟姜加虎黄群中国科学院南京地理与湖泊研究所

在遥感和地理信息系统的支持下，对东洞庭湖1989和2001年两个时段的TM（ETM）卫星影像进行了遥感解译。应用景观生态学的理论和方法，对不同景观类型的斑块和面积大小、形状特征进行分析，计算了湿地景观多样性、优势度、均匀度、破碎... 详细信息

在遥感和地理信息系统的支持下，对东洞庭湖1989和2001年两个时段的TM（ETM）卫星影像进行了遥感解译。应用景观生态学的理论和方法，对不同景观类型的斑块和面积大小、形状特征进行分析，计算了湿地景观多样性、优势度、均匀度、破碎度及斑块分形维数。定量分析和研究了1989-2001年东洞庭湖湿地景观的动态变化，结果表明，由于泥沙淤积，东洞庭湖湿地的面积正在日益缩小，湿地景观多样性和均匀度下降，景观优势度和破碎化程度增加，说明东洞庭湖部分湿地景观逐渐从以小斑块、多种景观类型共同控制的景观格局向大斑块、类型较单一的景观格局演变。

关键词：东洞庭湖湿地景观景观格局变化

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