干旱区流域生态水文耦合模拟与调控的若干思考

系统识别全球变化和高强度人类活动影响下干旱区流域生态水文耦合作用机制及演变规律,并通过综合生态水文调控,构建健康水循环和生态安全格局,是干旱区流域亟待解决的关键科学问题。传统的基于水文过程与生态过程的分离模拟与调控,尚不能满足上述实践需求;需结合原型观测与实验,对大气模式、水文模型、生态模式(包括天然生态模拟模型和作物生长模式)进行耦合开发,构建具有统一物理机制的流域生态水文模型。以此为支撑,对干旱区流域生态水文过程演变规律及阈值特征进行系统识别;并结合水生态服务功能评价,提出流域生态安全修复及水资源合理配置与调度方案;制定有效的风险管理措施,对流域生态水文过程进行动态调控。

干旱区流域经济分析的初步研究

本文在阐述流域经济概念的基础上 ,分析了在我国进行干旱区流域经济研究的重要意义。详细分析了我国干旱区流域经济的一般特征 ,即 :生态环境状况与经济发展水平的错位 ,流域经济发展面临严重的生态退化问题 ,流域经济中心在历史上发生了变迁和流域经济的简单性等。指出干旱区流域经济实质上是干旱区流域生态经济。最后提出了干旱区流域经济应开展的重点研究内容。

干旱区流域生态经济人缺失与行为塑造研究

亚当·斯密提出的"经济人"假设具有逐利的本性,而且表现出行为外部性,这在干旱区塔里木河流域表现出"生态经济人"缺失现象。文章通过对塔里木河流域10个县和2个团场的750户农户进行问卷调查和实证分析,研究了干旱区流域"生态经济人"基本属性、缺失原因及塑造行为的途径。

干旱区流域水文-生态过程耦合分析与模拟研究框架

干旱区流域水资源短缺与生态恶化问题日趋严重,水文-生态过程耦合分析与模拟问题是实现干旱区流域水安全与生态安全亟待解决的核心科学问题。在总结国内外水文-生态过程耦合研究现状的基础上,探讨当前干旱区流域水文-生态过程耦合研究面临的关键科学问题,初步提出干旱区流域水文-生态过程耦合研究框架,包括水文-生态过程的作用机制、耦合关系和耦合模拟研究,旨在为干旱区流域水文-生态耦合研究提供参考。

试论水利历史研究在西部干旱区流域管理工作中的作用及开展对策

从水利历史研究在干旱区流域工作的特殊地位、当前干旱区流域水利历史研究的主要制约因素两方面进行分析,有针对性地提出了推进干旱区水利历史研究的基本对策。以史为鉴,有利于深入认识区域水环境的演化规律,更好解决当代河西走廊水资源保护与利用中的一系列流域水权体系改革、流域管理机制创新、生态保护政策制定、河长制推行等重大问题。

基于遥感影像的干旱区流域水资源监测及管理措施研究

为探索干旱程度、了解成因,提出基于遥感影像的干旱区流域水资源监测及管理措施研究。利用遥感技术获取流域影像,经过最小噪声变换完成去噪处理;设立流域基线,在NIR-Red特征空间内分析流域附近土壤光谱特征,构建水资源监测模型;将标准降水腾化指数引入到此模型中,得到水平衡值,使用概率密度分布函数得到不同区域旱涝等级;对于干旱严重地区,提出健全水法体系,使水资源得到有效管理。实验证明遥感监测技术应用到水资源监测中具有优质可行性,能及时了解流域干旱程度信息。

干旱区典型流域土壤微量元素的空间变异特征研究

采用地统计方法，以新疆三工河流域为例，研究了干旱区流域土壤微量元素的空间异质性特征。结果表明，四种微量元素为对数正态分布；流域内土壤微量元素的空间异质性明显，微量元素含量绿洲区普遍高于荒漠区；其中，有效铁和有效锌含量基本属正常范围，有效锰含量处于普遍缺乏状态，有效铜含量较高；微量元素变异系数在42．28％～83．24％；四种微量元素含量空间变异具有各向异性特征，为中等强度的空间自相关性，表现为二阶趋势效应。用简单克立格法进行最优内插，考虑各向异性及趋势效应，制作研究区土壤微量元素含量的等值线图，分析结果表明其具有明显的空间分布规律。利用地统计学方法，对认识本区土壤微量元素的空间变异结构，流域农业生产合理布局、土壤资源综合治理都具有重要的意义。

干旱区典型流域近30年土地利用／土地覆被变化的分形特征分析--以玛纳斯河流域为例

利用1976、1989、2005年三期遥感影像,运用GIS和分形理论研究干旱区典型流域——玛纳斯河流域近30年的土地利用/土地覆被变化的复杂性和稳定性。结果表明:玛纳斯河流域各时段的土地利用/土地覆被类型分布具有分形结构,土地利用/土地覆被类型形状复杂性和斑块的稳定性波动变化,1976、1989、2005年三时期的各种土地利用/土地覆被类型总平均分维值分别为1.394 0、1.363 4和1.389 9。总平均稳定性指数分别为0.606 0、0.636 6、0.610 1。三期土地利用/覆被类型平均稳定性排序为:沙地>未利用土地>居民点工矿用地>水域>林地>草地>耕地>盐碱地。耕地、林地、草地、盐碱地稳定性相对较差。通过对流域土地利用/土地覆被类型变化复杂性和稳定性的研究,可以为政府协调水土开发和调整土地利用结构提供支持。

干旱区内陆河流域城乡聚落体系空间结构及影响模式研究——以石羊河流域为例

本研究以石羊河流域为研究区,选取2000、2006、2010年三期遥感影像为数据源,采用成本加权距离和城乡聚落体系潜能指数对传统的场强模型进行改进,综合利用扩张强度指数、扩张速度指数等分析研究石羊河流域内部城乡聚落体系空间结构分异。在此基础上,基于GIS技术并结合道路等级和长度计算流域内城乡聚落体系间最短时间距离来分析城乡聚落体系空间联系与空间相互作用,据此分析石羊河流域城乡聚落体系空间结构变化及影响模式。

干旱区内陆河流域取水总量控制风险分析方法

根据干旱区内陆河流域取水总量控制系统特点及其风险产生机理,给出了干旱区内陆河流域取水总量控制风险定义,从致险性、脆弱性和承险性三方面分析了干旱区内陆河流域取水总量控制风险构成框架,建立了相应的风险评价指标体系,引入综合风险指数表征干旱区内陆河流域取水总量控制风险,据此将风险分为5个等级,并以黑河中游为例验证了该方法的有效性、可行性,结果与实际相吻合。

干旱区塔里木河流域地下水生态调节与监测预警研究

[目的]干旱区流域地下水资源与生态环境具有紧密的响应关系。塔里木河流域是我国典型的干旱荒漠区,研究地下水对生态的调节功能以及对地下水的监测预警,对干旱区流域可持续发展具有重要的作用。[方法]根据流域地下水自动监测系统的长期监测,研究选取塔里木河上游阿拉尔、新渠满,中游英巴扎,下游恰拉、阿拉干共5个断面31眼监测井进行地下水位检测。[结果]监测显示,塔里木河流域上、中游的地下水位良好,下游地下水位较低,生态环境脆弱;地下水位最低值与最高值一般均出现在7~9月,对生态环境具有强烈的影响。[结论]根据对塔里木河流域地下水位的监测预警,为了更加有效地保护塔里木河流域地下水,要处理好流域地下水开发、保护与生产、生态用水之间的关系,提高用水效率,禁止开荒扩大生产,严格管理地下水开采,保护好地下水水质,加大对流域下游的生态输水,逐步恢复下游生态环境。

干旱区坎儿井与山前凹陷地下水库

在分析研究坎儿井主要技术特点的基础上,结合河流冲洪积扇地形地貌特征、储水构造以及水资源转化特点,提出了建设山前凹陷带"横坎儿井式"地下水库的具体思路,并以台兰河地下水库示范工程为例,对构筑"横坎儿井式"地下水库的可行性及其"引渗回补"调蓄系统、"横坎儿井"集水系统、"自流虹吸"输水系统三大工程组成部分的结构设计原理进行了初步的探讨。山前凹陷地下水库是非常理想的应急抗旱水源工程,其研究和示范工程,为干旱区内陆河流域地表水与地下水联合调度、水资源高效利用探索出了一种新模式。

先升后降:2000-2020年博尔塔拉河流域景观生态风险演变

博尔塔拉河流域是典型的干旱区内陆河流域,正面临着因气候变化、人为活动干扰所造成的生态环境恶化现象。景观生态风险评价是评估生态系统变化与城市建设发展相互作用的有效工具,对生态脆弱的西北干旱地区进行全面的景观生态风险评价以作为城市建设必不可少的依据。基于2000、2010、2020年3期土地利用数据和DEM高程数据,对博尔塔拉河流域进行流域划分,以子流域为景观生态风险评价单元,联用Arc GIS、Fragstats和Geo Da软件计算得到景观生态风险指数及其空间分布特征,构建景观生态风险指数评价模型,对博尔塔拉河流域进行景观生态风险综合评价。结果表明:2000—2010年,研究区内大面积草地、湿地、森林等类型的退化是造成景观生态风险恶化的直接原因,这和第一、二产业的快速发展、无序垦荒、过度放牧等人类活动干扰有极大的关系。2010—2020年,随着国家对生态治理的高度重视,多种防治手段并行,景观生态风险等级大幅度降低,整体景观生态风险指数值呈降低趋势。整个研究期间,生态环境局部改善与部分退化并存,博尔塔拉河流域的景观生态安全情况不容乐观。未来建议从改善产业结构、推动绿色经济体系发展入手,同时针对不同风险区制定合理改善策略。

新疆宁家河流域洪水类型及成因浅析

我国西北干旱内陆河流域,水资源时空分布不均,生态环境脆弱,高山冰川及融雪是流域主要的补给来源,因此,与其他河流洪水成因相比,更加具有融雪性洪水特征。通过对新疆宁家河流域洪水形成特点和规律的分析,进一步阐明研究区洪水形成的主要原因,并提出有效的防洪措施。这对于干旱区流域的洪水防治工作具有积极的指导意义。

巴音河流域水化学与氢氧同位素特征研究

【目的】分析巴音河流域水化学与氢氧同位素特征,揭示流域内不同水体间的转换关系。【方法】结合水化学与稳定同位素技术,分析巴音河流域不同水体的水化学特征,探讨水体中离子来源及控制因素,进而识别不同水体间的补给机制。【结果】流域水体pH平均值、TDS平均值及DO平均值分别为7.53、399 mg/L和5.46 mg/L;河水、泉水中阴离子以SO_(4)^(2-)为主,地下水中阴离子以Cl^(-)为主;所有水体阳离子均以Ca^(2+)为主。水体中Na^(+)(/Na^(+)+Ca^(2+))的比值点主要分布在蒸发-结晶作用带和岩石风化带之间,远离大气降水带;巴音河流域水体蒸发线的斜率(4.94)显著小于当地及全球大气降水线斜率;河水氢氧稳定同位素的平均值介于流域北部山区大气降水和地下水的氢氧稳定同位素平均值之间。【结论】蒸发结晶作用和岩石风化作用是控制流域水体水化学特征的主要因素,且蒸发岩和碳酸盐的风化溶解是流域水体离子的主要来源。上游地下水接受地表水渗漏和侧向径流补给,比例分别为43.36%、56.64%;中游地下水接受地表水和河流上游补给,比例分别为69.51%、30.49%;下游地表水接受地下水和泉水补给,比例分别为10.26%、89.74%。

基于胡杨年轮的塔里木河下游地下水埋深历史重建

【目的】采用树木年轮技术重建塔里木河下游地下水历史变化动态过程,以期弥补塔里木河下游地下水埋深历史数据资料的不足,为干旱区内陆河流域地下水埋深重建研究提供一个新方法。【方法】以荒漠河岸林建群植物胡杨为对象,于2015年9月在塔里木河下游英苏断面共钻取胡杨年轮样芯58个,经Cofecha交叉定年程序和Arstan软件,选用48个样芯建立胡杨年轮宽度年表。采用滑动t-检验、M-K趋势检验、累积曲线分析胡杨轮宽指数和地下水埋深变化趋势,采用频率分布、方差分析、相关分析和线性回归,分析轮宽指数与气温、降水量、径流和地下水埋深关系。【结果】塔里木河下游英苏断面的胡杨树龄为40~80年,超过60年的树木均有不同程度的心腐现象,未发现100年以上木质部保存完好的胡杨;塔里木河下游胡杨年表突变时间分别为1957,1967,1975和2000年;区域气温和降水量对胡杨年轮宽影响并不显著;采用胡杨年轮宽度重建了塔里木河下游英苏断面近83年来的地下水埋深历史变化,其重建结果与区域水文记录基本一致。【结论】塔里木河下游胡杨年轮的形成受气温和降水量的影响不显著;胡杨年轮可作为研究塔里木河下游地下水位变化过程的一个新生态指标。

荒漠河岸林植物木质部导水与栓塞特征及其对干旱胁迫的响应

以同处于干旱区的塔里木河下游(铁干里克)和黑河下游(乌兰图格)断面为研究区,比较了荒漠河岸林主要建群种胡杨(Populus euphratica)、柽柳(Tamarix spp.)、疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia)和花花柴(Karelinia caspia)在长期遭受不同干旱胁迫下的根、枝条木质部导水力和栓塞化程度的变化特征,并分析了木质部导水对干旱胁迫的响应及适应策略。结果表明:1)黑河下游荒漠河岸林植物的导水能力显著高于塔里木河下游,其中柽柳、胡杨、疏叶骆驼刺和花花柴根木质部的初始比导率(Ks0)分别高11.97、6.74、7.10和3.73倍,枝条的Ks0分别高9.48、3.65、2.07和1.88倍,地下水埋深导致的干旱胁迫程度不同是诱发荒漠植物导水能力差异的根本原因;2)柽柳耐干旱能力最强,适应范围较宽,而花花柴、疏叶骆驼刺的耐旱性相对较弱,适生范围较窄,这可能与植物的根系分布有关;3)干旱胁迫较轻时,枝条木质部是荒漠河岸林植物水分传输的主要阻力部位,干旱胁迫严重时,根木质部是限制植株水流的最大阻碍部位;4)荒漠河岸林植物主要通过调节枝条木质部的水流阻力来适应干旱胁迫,且其适应策略与干旱胁迫程度有关,干旱胁迫轻时,植物通过限制枝条木质部水流来协调整株植物的均匀生长;干旱胁迫严重时,植物通过牺牲劣势枝条、增强优势枝条水流来提高植株整体生存的机会。