西北内陆河流域水资源韧性配置与生态复苏的思考及建议

西北内陆河流域水资源极度短缺,长期的过度开发与不均衡利用,导致水资源供需矛盾突出、生态系统退化、经济社会发展受阻。围绕西北内陆河流域重要战略地位和河湖复苏实践现状,分析了西北内陆河流域高质量发展面临的水资源问题与挑战。研究提出了遵循“四水四定”和“以水定绿”原则,识别经济社会与生态环境用水特性与弹性空间,科学确定用水优先级和调控策略,构建水资源韧性配置模式,实现经济社会发展和河湖生态复苏的统一;基于上中下游空间关联,量化生态服务供需关系,优化人工绿洲和天然绿洲规模,确定适宜的生态格局,实现生态水量优化配置与高效利用;建立“天空地水工”全要素监测体系,构筑水资源管理数字孪生平台,发展水利新质生产力,增强内陆河流域水资源系统的适应性和应对外部压力的能力。

西北内陆干旱区生态环境及其演变趋势

定量分析了西北内陆区生态环境及其总体变化趋势。通过对生态环境现状的总体评价,研究了20世纪70～90年代西北内陆地区发生的景观变化;以335个县级区为基本数据信息单元、省级行政区为分析讨论的基本层面,进行了全西北、省、县3个层次的评价;从水分-植被相互作用机理入手,分析了水资源和土地开发利用对景观改变和生态环境演变趋势的影响;提出了西北内陆干旱区生态环境呈现荒漠化面积扩大、人工绿洲面积扩大而荒漠-绿洲过渡交错带面积缩小,且总体趋于劣化的演变趋势。

基于GYT双标图对西北内陆棉区国审棉花品种的分类评价

西北内陆棉区是我国最重要的主产棉区,对该棉区历年国审棉花品种进行科学分类和综合评价有利于国审品种资源的合理利用和棉花生产效率的提升。本研究采用GYT双标图分析对2003—2019年期间西北内陆棉区37个国审棉花品种的产量与霜前花率、纤维长度、比强度、马克隆值、枯萎病指数和黄萎病指数等性状的组合水平进行了综合分析和品种分类评价。结果表明,西北内陆棉区37个国审棉花品种可划分为3个特征明显的品种类型。其中,I型品种包括新陆早13号、中棉所49、新陆早21号、巴13222、新46、天云0769、Z1112、新石K18、J206-5、新石K21、禾棉A9-9、创棉508、H33-1-4、金科20、新K28、创棉512和J8031等17个品种,是产量与其余性状组合协调最好的品种类型,在生产上推广应用价值最高。II型品种产量和纤维品质表现一般,抗病性差,在当前生产上应用价值有限。III型品种的抗枯萎病性表现最好,但在其余性状上表现略差,综合生产应用价值有限,也许可作为抗病亲本应用。同时,根据各品种的理想指数筛选出创棉512、J8031、新K28、H33-1-4、金科20、新陆早13号和创棉508等综合表现优良的品种,也鉴别出新陆棉1号、新陆早33号、创棉501号和新陆早51号等综合表现相对略差的品种。本研究采用的GYT双标图分析方法是基于“产量-性状”组合水平对品种进行综合评价和分类研究,产量-性状组合之间的相关关系更加简单,多数组合间表现显著正相关,更适用于品种的多性状直观选择和综合评价,通常比先前的GT双标图解释的变异比率高,双标图模型拟合度更好,结果更可靠。本研究采用GYT双标图分析方法对西北内陆棉区国审品种的分类研究揭示了该棉区国审棉花品种的分类特征和应用价值,为本区的国家棉花品种试验审定提供了借鉴,也为其他作物品种的类似研究提供了范例。

适宜西北内陆区地下水功能区划的体系指标属性与应用

我国西北内陆平原区自然湿地和天然植被对地下水埋藏状况具有强烈依赖性,为增强对地下水“水位-水量”的管控能力,地下水功能区划成为迫切的需求。针对西北内陆各流域中下游平原区如何确定地下水的生态功能保护区、基本农田质量保护区和可开采资源功能区的需求,基于新创建的“干旱半干旱区地下水功能评价与区划理论方法”,本文详解了适宜西北内陆区地下水功能区划的体系指标属性组成、特征、内涵、区划原则和方法。在石羊河流域应用效验结果,一级功能区划的B1类面积占研究区总面积的30.60%、B2类面积占12.90%和B3类面积占56.50%;在B1类的一级功能区内地下水规模开采区面积占该功能区总面积的58.84%、适量开采区面积占41.16%,在B2类的一级功能区内自然湿地保护区面积占该功能区总面积的11.20%、天然植被保护区面积占48.39%、泉水水源保护区面积占9.58%以及耕地质量保护区面积占30.83%,结果符合当地地下水赋存条件和功能状况,有利于最严格水资源“水位-水量”双控管理。

TRMM月降水产品在西北内陆河流域的适应性定量分析

利用1998-2008年56个气象台站降水资料,结合TRMM月降水产品,通过对TRMM3B43降水数据在不同气候区、不同时空尺度的精度对比分析,探讨了卫星遥感反演降水产品在中国西北内陆河流域的适应性.结果表明:TRMM探测的月降水数据与实测月降水数据在整体上具有较好的一致性和线性相关性,相关系数为0.76,效率系数为0.58,其探测的降水量比观测值略大;TRMM在高原气候区月降水量的探测效果要优于在西风带区的;TRMM数据所反映的降水量的年内变化过程和实测降水量结果基本一致,但在具体的量上有一定的差异,表现为对降水相对集中的5-9月低估实测降水量,而在降水较少的10月-次年4月高估实测降水量,反映了TRMM对较大强度降水量的探测能力不足.流域多年平均降水量呈现南、北部大,中部小的格局,降水量的高值中心主要出现在高山地区,高达300 mm;而受西风环流影响的塔里木盆地东南面的且末-若羌一带、吐鲁番盆地和受高原区影响的柴达木盆地为极端干旱少雨区,降水量均不足100 mm.

西北内陆盆地冻结-冻融期的地下水补给与损耗

天山北麓平原区,每年冻结过程的时间远大于融化过程。在昌吉地下水均衡试验场,选择该平原的3种代表性土壤(粉质轻粘土、细砂、砂砾石),利用地中渗透仪观测冻结冻融期的地下水补给与损耗。根据不同岩性的地下水蒸发极限深度,设计了不同的地下水埋深。在冻结期,砂砾石、细砂岩性分布地区有利于浅埋型地下水资源的保护。在冻融期,无论何种地下水埋深水平,3种岩性的地下水都获得冻融水的补给,但细颗粒岩性的补给量相对较少且存在滞后效应,相反,粗颗粒岩性更有利于地下水资源的形成。冻结期一个月的地下水最大损耗量不超过25 3mm(砂砾石),而冻融期一个月的地下水最大补给量高达113 3mm(细砂),冻融期是年内地下水的重要补给时期。

西北内陆干旱区河流绿色走廊湿地景观格局变化及其生态效应研究——以车尔臣河下游为例

应用“3S”技术，通过选取景观的多样性、优势度、破碎度和斑块形状等空间格局指数对车尔臣河下游绿色走廊1975～2007年近32a问湿地景观格局变化进行研究，并对景观格局变化产生的生态效应进行了分析。结果表明：1975—2000年，湿地面积与斑块数量小幅度增大；2000～2007年，湿地面积与斑块数量大幅度减小，斑块平均面积与斑块密度持续减小，斑块形状趋于复杂，景观格局的多样性减小，优势度与破碎化程度增大。在各湿地类型中，河流湿地面积变化幅度较小，湖泊湿地面积大幅度增大，沼泽湿地面积大幅度减小。

西北内陆河流域地下水循环特征与地下水资源评价

在系统梳理前人调查研究成果基础上,总结了西北内陆河流域主要的含水层特点,对山区、平原区和沙漠区的地下水循环特点进行了分析,着重对平原区地下水水流系统进行了讨论。由于西北内陆河流域地下水与地表水关系密切,形成了具有密切水力联系的含水层-河流系统,不论是上游开发地表水还是地下水,都会引起整个流域内地下水资源的强烈变化。地下水资源评价表明,西北内陆河流域地下水资源量为783亿m^(3)/a,其中平原区的地下水资源量为487亿m^(3)/a,山区与平原区的地下水资源重复量为199亿m^(3)/a,现状开采量为128亿m^(3)/a。地下水开发潜力分析表明,除柴达木盆地、塔里木盆地南缘等地区外,其他地区的地下水开采潜力有限,应通过提高水资源的利用效率来提高其承载能力。今后应加大(微)咸水资源化、地下水水库的调查研究,加强地下水的生态功能和生态需水量评价,为地下水资源的合理开发利用提供技术支撑。

西北内陆河灌区节水灌溉模式及节水效果分析

根据西北内陆河地区的自然条件,充分考虑灌区作物种植结构及管理水平等,提出了渠灌、田间工程、喷灌和微灌4种节水灌溉模式,并对各种模式的适应性进行了分析。以黑河中游灌区为例,对各种节水灌溉模式节水效果进行了评价,结果表明:微灌的节水效果最为显著,节水量可达5581.5 m3/hm2,喷灌为3793.5 m3/hm2,田间工程综合节水量为623 m3/hm2,渠灌渠系防渗衬砌工程节水量为4.4万m3/km。

西北内陆盆地地下水资源可持续利用战略分析

西北内陆盆地气候干旱,水资源缺乏,而地下水分布较广泛,开采方便,在经济建设和环境保护中具有不可替代的作用。结合水资源开发引起的生态环境问题,对地下水可持续利用战略进行了分析,强调西北内陆区地下水开发要与生态建设相协调,保证生态用水,实施科学用水。

西北内陆灌区土壤次生盐渍化与地下水动态调控

土壤次生盐渍化其成因与地下水水位抬升存在密切关系。土壤次生盐渍化防治的根本措施是调控地下水位。本文在分析灌区土壤次生盐渍化发育特点的基础上,指出地下水临界深度不应是一成不变的,应该采用地下水动态临界深度。文中以天山北麓平原灌区为例,根据多年来土壤改良试验成果,确定灌区地下水临界深度为:解冻始2.0—2.5m,春灌始2.5—3.0m,春灌头水末1.2—1.5m,夏灌末2.0—2.5m,冬灌始2.5—3.0m,冬灌末1.3—1.5m。

变化环境下我国西北内陆河区洪灾综合应对

在剖析西北内陆河区的洪水主要特征和成因基础之上,探讨变化环境下的综合应对措施及关键技术问题,制定洪水风险区划,建立"天地一体化"的监测评估体系,实施面向洪灾过程的水资源合理调配,并提高应急管理能力,综合各种措施应对洪水灾害。

2019-2021年西北内陆棉区棉花生产表观成本、产值和收益监测报告

以新疆为主的西北内陆棉区已成为全国棉花生产的重心。研究西北内陆棉区棉花产量、产值和收益,对了解新时代全国棉花生产状况和评价竞争力都具有重要的现实意义。监测结果表明,2019年、2020年和2021年,该区每666.67 m^(2)棉花生产(不包括轧花加工)表观总成本分别为2184.96元、2220.47元和2346.34元,每666.67 m^(2)籽棉产量和皮棉产量分别为375.94 kg和144.74 kg、402.59 kg和161.04 kg、354.81 kg和136.60 kg,每666.67 m^(2)主产品表观产值分别为2263.27元、2789.56元和3724.65元,每666.67 m^(2)生产性表观纯收益分别为78.31元、569.09元和1378.31元,加上政策性补贴和自用工劳动报酬的每666.67 m^(2)表观总收益分别达到1207.20元、1372.20元和1605.08元,呈现典型的高投入、高产量、高产值和高收益特征,但受气候和市场变化年际间波动大。2019年、2020年和2021年,西北内陆棉区每千克皮棉表观总成本分别为15.15元、13.79元和17.57元;每千克皮棉表观物化成本分别为9.36元、8.54元和11.07元,呈现波动,其中2020年高产年景为最低;每千克皮棉表观人工费用相对其他棉区偏低,分别为4.50元、3.54元和3.96元;每工日皮棉产量相对较高,分别为21.23 kg、27.46 kg和26.34 kg。结果表明,西北内陆棉花具有较强的竞争力,尤其是北疆亚区和甘肃河西走廊亚区,是在全国率先建设高品质棉花种植带的最佳产区。新疆生产建设兵团具有经营规模适度、条田平整、农机装备先进、灌溉设施完善、农业社会化服务体系健全、劳动者素质高的综合优势,所产棉花呈现更强的竞争力。未来西北内陆棉区棉花要走稳走准适度规模、质量兴棉、绿色兴棉的可持续发展道路,进一步提高国内外市场竞争力,在加快建设棉花强国中发挥引领作用。

西北内陆干旱区水资源可利用量计算方法研究

对西北内陆干旱区水资源形成和消散过程进行分析,结合生态、生产、生活用水的要求,将水资源复合系统划分为既相互独立又相互作用的社会经济系统和生态环境系统.以多年平均水资源总量为限制条件,利用大系统、多目标优化方法对两大系统进行优化研究,建立协调模型.通过引进向量,把多目标问题转化为单目标问题.分别给出图解法和库恩塔克条件法两种模型求解方法,计算出社会经济需水量(包含河道外生态环境耗水量)即水资源可利用量的大小.

西北内陆高台盐池孢粉组合与古气候变化

通过甘肃盐池盐矿地层剖面早更新世～全新世孢粉分析，将更新世以来的孢粉划分为4个组合带。根据孢粉组合特征，探讨了盐池矿区近1．6万年由荒漠草原-疏林草原-灌丛荒漠草原的古植被演替与冷干-暖湿-冷干的古气候演变特征，揭示了该地区湖泊趋于干涸，浅层地下水成化，向干旱化发展的气候因素，这对西北内陆水资源和生态环境变化研究具有重要意义。

西北内陆区农业生态系统资产负债研究--以甘肃省凉州区为例

本文以甘肃省凉州区为例,分析了其绿洲农业区1949～2005年生态系统可持续发展能力的资产负债动态变化,探究西北内陆区绿洲农业生态系统可持续发展能力,预测其可持续发展程度及未来趋势。结果表明:甘肃省凉州区农业生态系统的资产在1949～1970年为急速下降阶段,由14.14下降至4.93,下降65.13%;1970年以后为缓慢增长阶段,至2005年增长到33.33。负债自1949年以来,一直呈负增长趋势,由?0.91增长至?56.67,负增长了61.27倍。净资产也呈明显的先降后升趋势,1949～1970年,以环境资产占优势,表现为资产盈余,且呈递减趋势,至20世纪70年代初期,净资产接近于0;1970年以后,以负债量占优势,表现为资产赤字,且呈递增趋势,尤其在20世纪80年代后期以后,几乎呈直线上升,但自2000年以后,负债量有所减少。2005年凉州区农业生态系统可持续发展能力资产负债分布表的结果表明,生存、发展、环境、社会和智力5大支持系统的共30项源指标中有10项列入"资产"栏目,17项列入"负债"栏目,凉州区净资产为?23.34。本研究结果表明,凉州区农业生态系统处于不可持续状态,但其生态环境的自然资产库存量已经开始增加,人类再次向可持续发展方向迈进。

西北内陆流域下游区天然绿洲退变主因与机制

西北内陆流域平原区降水稀少、蒸发强烈,近50 a来各流域下游区天然绿洲面积不断萎缩。以石羊河流域、艾丁湖流域为研究区,针对下游区天然绿洲退变主因与机制问题,基于农田面积、出山地表径流量及灌溉引用水量、地下水开采量和流入下游区地表径流量调查统计、潜水埋深及包气带水理指标原位监测和地下水水位统测,以及植被类型、分布范围、覆盖度和NDVI指数等遥感解译获得的资料,应用流域水循环和水量均衡理论、时间序列分析和地学多元相关分析方法开展研究,得出如下认识:(1)近50 a来,西北内陆流域下游区天然绿洲严重退化的根源是天然水资源匮乏,主因是人口数量不断增加和上、中游区拦用出山地表径流水量大。(2)灌溉耕地不断扩大是下游区天然绿洲面积萎缩的主要驱动因素,每增加1.0 km^(2)灌溉耕地导致石羊河流域下游、艾丁湖流域平原区的天然绿洲面积分别减少1.35~2.07 km^(2)和1.57~3.83 km^(2);气候越干旱、上游出山年径流水量越少,灌溉引用出山径流水量占当年总径流量的比率越大,流入下游区地表径流水量越少,由此造成下游区天然绿洲面积减少越大。(3)西北内陆流域天然绿洲退化可控,但是由于水资源不足,制约了天然绿洲退化的可控性。在水资源匮乏背景下,现状人口数量驱动的农田用水规模难以继续调减,需要有序促进经济社会用水规模与天然绿洲修复供水规模之间的和谐程度。因此,本研究成果为西北内陆流域水资源合理开发利用和天然绿洲退化修复提供了重要科学依据。

近40年来中国西北内陆5个典型湖泊面积变化遥感分析

在全球气候变暖的背景下,研究中国西北内陆地区湖泊的面积变化不仅对水资源管理和可持续发展战略有着重要意义,也为评价气候变化与人类活动对湖泊的影响提供参考。以中国西北内陆区5个典型湖泊为研究对象,利用1970-2015年的Landsat MSS/TM/ETM+/OLI影像数据,利用归一化差异水体指数(Normalized Difference Water Index,NDWI)和改进型归一化差异水体指数(Modified Normalized Difference Water Index,MNDWI)分别提取5个典型湖泊边界并获取湖泊面积,同时利用5个典型湖泊周边的气象站降雨量、蒸发量等气象数据,尝试分析湖泊面积发生变化的原因。结果表明:红碱淖近30年来面积呈减小趋势,入湖河流拦蓄和煤炭地下开采等是导致面积减少的原因;博斯腾湖近40年来的面积呈先增加后减少的趋势,其面积变化主要受地表径流和积雪融水的影响;呼伦湖近40年来面积呈减少的趋势,其面积变化主要受入湖径流量的影响;贝尔湖近30年来呈相对稳定的趋势,其面积变化主要入湖径流量的影响;青海湖近40年来面积呈现先减小后增大的趋势,其面积变化主要受区域降水和入湖径流量的影响。

西北内陆河流域典型生态系统通量数据空间代表性研究

涡度通量数据的空间代表性问题是影响其数据质量不确定性的重要原因。选取了我国西北地区具有代表性的四个通量观测站生长季数据,采用FSAM模型对各站点通量贡献源区范围以及通量贡献最大值点进行了计算,给出了在不稳定与稳定两种大气层结条件下各站点源区的主要分布范围（P=80%）：盈科站源区范围相对最小（90-200 m）;阿柔站源区范围约为（120-140 m）;关滩站源区范围约为（500-600 m）;敦煌站源区范围约为（140-280 m）。同时结合各站点仪器架设高度以及不同的下垫面生态环境等因素,对通量源区的变化进行了初步分析,仪器的架设高度直接影响涡度源区范围;不同的下垫面生态环境形成不同的近地面湍流状态进而对通量源区的分布产生间接影响。结果表明各站点观测的通量信息基本均来源于所感兴趣的研究区域。

西北内陆地区微咸水交替灌溉试验研究

我国西部内陆地区淡水资源紧缺,微咸水的开发利用成为缓解农业水资源紧缺的重要措施。本研究在西部内陆地区进行了不同矿化度的微咸水交替灌溉试验,采用在玉米生育中期进行咸水灌溉的措施,研究了交替灌溉对当地土壤水盐运移规律以及作物产量的影响。研究结果表明依据农民的灌溉习惯,土壤水分能较好的满足玉米生长的需求;在灌溉淋洗及蒸发积盐的双重作用下,收获后各处理的土壤含盐量均较播种前有所降低;3 g/L和5g/L的微咸水灌溉处理条件下玉米的产量下降均小于10%。