Application of hydrological models in a snowmelt region of Aksu River Basin

This study simulated and predicted the runoff of the Aksu River Basin, a typical river basin supplied by snowmelt in an arid mountain region, with a limited data set and few hydrological and meteorological stations. Two hydrological models, the snowmelt-runoff model （SRM） and the Danish NedbФr-AfstrФmnings rainfall-runoff model （NAM）, were used to simulate daily discharge processes in the Aksu River Basin. This study used the snow-covered area from MODIS remote sensing data as the SRM input. With the help of ArcGIS software, this study successfully derived the digital drainage network and elevation zones of the basin from digital elevation data. The simulation results showed that the SRM based on MODIS data was more accurate than NAM. This demonstrates that the application of remote sensing data to hydrological snowmelt models is a feasible and effective approach to runoff simulation and prediction in arid unguaged basins where snowmelt is a major runoff factor.

2000—2020年阿克苏河流域植被动态变化及驱动机制

[目的]探究阿克苏河流域植被动态特征及其与潜在影响因子的响应关系,为干旱区生态环境保护和治理提供理论依据。[方法]基于MODIS归一化植被指数(NDVI)、气候、地形、土壤类型及土地利用等数据,利用趋势分析和地理探测器方法对2000—2020年阿克苏河流域植被动态及驱动机制进行分析。[结果]①2000—2020年阿克苏河流域NDVI呈显著增加趋势,增速为0.0032/a,且人类活动区增速显著大于非人类活动区。②潜在因子对NDVI变化的解释力存在时间和空间差异;土地利用转化是人类活动区NDVI变化重要驱动因子,海拔、土壤类型、距冰川积雪距离、距水体距离是非人类活动区NDVI变化重要驱动因子。因子间交互作用可以提高对NDVI变化的解释力,在人类活动区土地利用转化与土壤类型的相互作用对NDVI变化的解释力最强;背景因子、距补给水源的距离与其他因子的交互是非人类活动区NDVI变化的重要因子组合。③2000—2020年阿克苏河流域超过10%的面积发生土地利用转化,主要表现为裸地和草地的相互转化,耕地、林地、灌木地、人造地表面积显著增加。[结论]阿克苏河流域人类活动区和非人类活动区NDVI变化时空特征及驱动机制存在差异,应因地制宜,合理管理,促使该流域生态环境良性发展。

40年来新疆阿克苏河流域地下水流场演化及成因模式

西北干旱内陆河流域经历了水土资源的大规模开发,对区域地下水和生态环境产生重要影响,但地下水长期演化机制认识尚不够清晰。本研究以新疆阿克苏河流域为典型区,通过最新地下水位数据和历史数据对比,分析流域地下水流场和埋深时空变化历史过程、特征及成因模式,探讨该区地下水长期演化与土地利用变化之间的关系,揭示人类活动影响下的地下水演化机制。结果表明:1979年以来,随着耕地面积增加,区域地下水流场经历了近天然状态到人类活动强烈影响的历史过程,潜水位和承压水头均有不同程度下降,局部地区承压水流向以及与潜水的补排关系发生改变。承压水主要依靠侧向径流补给,但人工开采强度远远大于侧向补给量,导致承压水头明显下降。以研究区中部英艾日克乡-喀拉塔勒镇一线为界,北部地区潜水水位和承压水水头降幅均大于南部地区,原因在于土地利用变化造成地下水补排条件发生改变,北部地区潜水水质较好,被大量开采用于农业灌溉,而南部因地下水质较差,以引用地表水灌溉为主,地下水开采强度较低,因此南部地下水下降不如北部地区明显。研究成果可为新疆阿克苏河流域及类似地区地下水的可持续开发利用与生态保护提供科学依据。

基于PLUS土地利用模拟的阿克苏河流域NEP时空格局研究

净生态系统生产力(NEP)是评估陆地生态系统碳吸收量的重要指标,而土地利用/覆盖变化(LUCC)是影响区域碳吸收量变化的主要因素之一,分析LUCC与NEP的变化趋势,对区域实现“双碳”目标具有重要意义。基于阿克苏河流域2000—2020年LUCC与MODIS遥感数据估算区域内各土地利用/覆盖类型的年均固碳速率,借助PLUS模型模拟未来40 a的LUCC,预测未来40 a流域NEP时空变化趋势。结果表明:(1)近20 a流域内总NEP呈上升趋势,上升速率为0.136 Mt C·(10a)-1,林地平均固碳速率最高;(2)未来40 a阿克苏河流域总碳吸收量在不断上升。林地面积的增加是阿克苏河流域碳吸收量上升的主要途径,生态保护工程的积极性对流域内碳吸收量起到关键作用。

2000—2020年阿克苏河流域土地利用强度变化及其对蒸散发的影响

深入挖掘土地利用类型内部转换过程信息,衡量土地利用变化强度对蒸散发的影响,准确评估实际蒸散发时空变化规律对流域水资源科学管理和高效利用具有重要意义。基于强度分析模型揭示2000—2020年阿克苏河流域不同层次土地利用类型强度变化特征及对流域实际蒸散发的影响,结果表明:(1)时间间隔层次上流域土地利用变化强度呈先增加后减小的趋势,2000—2005年变化最为活跃。地类层次上耕地、建设用地、水域、林地面积增减变化表现较为活跃。转移层次上耕地面积的增加主要来源于草地(占比54.31%)和未利用地(占比26.26%);(2)流域多年平均蒸散发为166.56 mm。年际波动较大,整体呈增加趋势,年增长率为3.68 mm·a^(-1)。年内4—10月蒸散发占全年蒸散发的71.76%。实际蒸散发高值区分布在山区林地和平原区耕地,低值区分布在山前荒漠区及绿洲与荒漠过渡带地区;(3)主成分分析结果表明,阿克苏河流域实际蒸散发变化的驱动力为草地、耕地、未利用地的转化强度,土地利用变化强度与实际蒸散发之间的相关系数为0.87,二者存在较强的相关关系。

2000—2020年阿克苏河流域土地利用时空变化图谱分析

基于2000—2020年阿克苏河流域Landsat遥感影像以及DEM数据,运用图谱理论探究其土地利用时空演变特征及规律。结果表明:(1)2000—2020年阿克苏河流域耕地呈扩张趋势,扩张面积为2951.58 km^(2),主要从草地、未利用地流入,在原有耕地内部及四周扩张,2015年后面积基本保持稳定;(2)建设用地呈现扩张趋势,扩张面积为206.84 km^(2),主要从耕地流入,在原有建设用地的基础上向四周扩张,2015年后面积基本保持稳定;(3)水域呈萎缩趋势,萎缩面积为1653.89 km^(2),主要流出为未利用地和草地,在温宿县冰川积雪处萎缩幅度最大,2015年后有所增长。总体来看,研究区由耕地开垦、建设用地增长的发展模式开始向兼顾生态文明建设的可持续发展方向转型,各主要地类的变化也由急剧发展转向基本可控。

1956—2006年阿克苏河径流变化及其对区域水资源安全的可能影响

应用新疆塔里木河流域天山南坡阿克苏河流域1956-2006年的实测径流资料,分析了阿克苏河流域各支流径流变化的特征与趋势.结果表明,近50 a来,阿克苏河流域径流量呈显著的增加趋势,其中冰川融水是其主要贡献量.径流量在1994年发生了增多的跃变,原因可能是气温持续升高引起冰川消融径流急剧增多,导致以冰川融水补给为主的河流径流量大增.这种趋势能够持续多久,取决于未来的气候变化及流域上游冰川系统的响应.随着冰川的加剧退缩和较小冰川的消失,短期内会给阿克苏河流域带来丰富的水资源;但是随着冰川补给峰值过后径流量逐渐减小,将会给塔里木河流域带来严重的水资源和生态安全问题.冰川的强烈退缩,还会带来一系列的洪水灾害问题.

塔里木盆地北缘南华纪—寒武纪构造背景及构造-沉积事件探讨

以塔里木盆地西北缘和东北缘南区南华系—寒武系野外地质调查为基础,结合古地磁成图及前人研究资料,针对构造-沉积事件等探讨盆地北缘南华纪—寒武纪成盆演化过程。研究区保存了完整的南华纪—寒武纪地层,其中塔东北缘以冰碛岩、碎屑岩(富含有机质)和碳酸盐岩为主,夹多层火山岩;塔西北缘以碎屑岩和碳酸盐岩为主,冰碛岩及火山岩夹层少。塔里木陆块从属于罗迪尼亚超大陆,其北缘邻近澳洲西缘,南华纪—震旦纪发生深度裂解。在它的东北缘和西北缘发育两支裂谷,形成厚层裂谷-被动边缘沉积。南华系—中奥陶统为盆地残留的较早的裂谷-被动陆缘盆地沉积,可划分为南华纪断陷期(超大陆裂解期)和震旦纪-中奥陶世沉降期(板块漂移期)。

阿克苏河流域的面雨量序列及其与径流关系

以数字高程模型(DEM)的1km×1km网格数据为基础,对阿克苏河流域14个气象站和水文站的1961～2000年的年降水资料进行了自然正交分解(EOF),通过回归分析,建立主要特征向量与地理因子的插值模型,给出了一个面雨量序列的计算方法,为建立气候要素的区域平均序列提供了一个有效的解决方案,并由此推算出年阿克苏流域平均年降水量的空间分布以及面雨量序列。径流量与面雨量之比(R/P)平均为0.43,最高为0.69(1997年),最低为0.30(1963年)。计算出的阿克苏河流域面雨量序列与阿克苏河实测径流量序列的趋势变化率分别为5.79×108m3/10a和4.29×108m3/10a,两者均表现出增加趋势,但面雨量的增加速率要比径流量大一些,年际变化幅度也要大,面雨量和径流量的变差系数Cv值分别为0.17和0.13。阿克苏河年径流量的变化与夏季0oC层高度、年面雨量有着十分密切的关系,表明20世纪90年代以来新疆气候的变化是阿克苏河流域径流稳定增加的一个非常重要的因素。

1396-2005年天山南坡阿克苏河流域降水序列重建与分析

利用2005年采自天山南坡阿克苏河流域的树轮样本,建立了该流域6个树轮年表.相关计算表明,天山南坡阿克苏河流域英阿特河树轮标准化年表与该区域上年8月到当年4月的降水相关最为显著.利用该年表较好地重建了阿克苏气象站1396—2005年上年8月到当年4月的降水序列,经多方面验证表明其具有较好的可信性.分析表明:在过去600 a中,天山南坡阿克苏河流域降水以2~2.5a、12~13 a、45 a、50 a、58 a的周期最为显著;在1584年,1615年,1685年,1722年和1753年前后曾发生了突变,15、19、20世纪天山南坡阿克苏河流域的降水相对稳定.在1416—1990年经历了9个偏湿期及9个偏干期,阿克苏河流域过去600 a来降水有增加的趋势;降水年际变化极不均匀,洪水、干旱、雪灾等自然灾害频繁发生.

塔里木盆地肖尔布拉克剖面奇格布拉克组层序界面与沉积相研究

震旦纪是塔里木盆地被动大陆边缘盆地重要的发育期。通过对阿克苏肖尔布拉克剖面上震旦统奇格布拉克组的实测及综合分析认为:奇格布拉克组的底、顶部分别发育Ⅲ级沉积间断的岩相转换面和Ⅱ级海侵上超层序不整合界面;内部发育加深间断面、向上变浅的Ⅳ至Ⅴ级层序界面,发育了受海平面变化控制的环潮型(向上变浅、变细、变薄)至潮下型(向上变浅、变粗、变厚)的碳酸盐岩米级旋回,叠层石相对发育,可能由多种形态的微生物席构成。奇格布拉克组可划分为下、中、上3个岩性段:其中,下亚段为潮上至潮间、潮间下部至潮间、潮间至潮上的振荡变化,中段为潮间下部至潮下带的频繁、振荡变化至潮下稳定的沉积环境;对应的碳同位素呈底部较强烈正偏,中上部较为稳定,且上部稍弱正偏的特征;海平面具有下部频繁变动、中上部稳定下降的变化趋势。

基于气候变化和人类活动影响的土地利用分析——以新疆阿克苏河流域绿洲为例

以1990、2000、2010年3期Landsat TM影像为土地利用基础数据,结合1990年以来的社会经济资料和反映气候变化的气温、降水数据,对1990年以来阿克苏河流域绿洲土地利用变化进行了分析.结果表明:1990-2010年期间,耕地、建设用地以单向转入为主,耕地对绿洲"扩张"贡献最大,前期(1990-2000年)的贡献率为129.1%,后期(2001-2010年)的贡献率提高到142.5%;草地、水域以单向转出为主,草地对绿洲"萎缩"贡献最大,前期的贡献率是-39.8%,后期是-34.8%;其次是水域,前期对绿洲的贡献率是-1%,后期是-9.3%;河漫滩、林地、湿地在前期对绿洲的"扩张"贡献率分别是7.5%、0.3%和5.1%,后期对绿洲的"萎缩"贡献率分别是-2.4%、-0.02%和-0.4%.近20a来流域绿洲规模整体上持续扩张.通过分析绿洲土地利用驱动力系统可以看出,绿洲土地利用类型变化主要受人类活动影响,气候变化起基础性作用.

区域气象干旱特征多变量Copula分析——以阿克苏河流域为例

根据阿克苏河流域及其周边区域9个站点1960~2010年日降水资料,以降水距平百分率(Pa)指数表征气象干旱状况,构建了3种Archimedean Copula函数,通过4种方法(RMSE、AIC、BIC、Bayes)的检验,选出GH Copula作为最合适多变量干旱特征联合分布函数,并开展了研究区干旱特征两变量联合分布及重现期研究。结果表明:1 3种Archimedean Copula函数中GH Copula函数对研究区域干旱联合重现期分布的拟合效果最优;2研究区整体上干旱风险较大,东部比西部干旱风险高,南部高于北部;3发生中等干旱和严重干旱时,阿拉尔和柯坪干旱风险增大,整体上'且'与'或'联合重现期的分布大体一致,发生长历时干旱时,干旱的严重程度也大,说明此区域的干旱特征对开展风险管理及应对很不利。

阿克苏河流域土壤湿度反演与监测研究

以新疆阿克苏河流域为研究区,以GF-1 WFV和Landsat8 OLI两种高分辨率遥感影像为数据源,结合102个不同深度层的土壤湿度实测数据,选择垂直干旱指数(PDI)、改进型垂直干旱指数(MPDI)和植被调整垂直干旱指数(VAPDI),对土壤湿度指数反演的效果进行比较和验证。结果表明,两种数据源下的PDI、MPDI、VAPDI与土壤湿度实测含水量的决定系数较高,尤其是0-10 cm的相关性最强,平均决定系数达到0.68,说明基于光学遥感影像近红外和红光波段反射率构建的反演指数对近地表层土壤湿度信息更敏感,但对地下较深层次的土壤湿度反演精度略低;MPDI和VAPDI能够在一定程度上克服混合像元对土壤湿度光谱信息的影响,反演的精度要比PDI高,尤其是高植被覆盖度区,采用垂直植被指数(PVI)修正的VAPDI反演精度最佳;基于两种遥感数据源的土壤湿度空间异质性基本一致,但空间分辨率较高的GF-1 WFV模拟的土壤湿度空间分异更加精细和明显。研究结果可为"一带一路"背景下干旱半干旱地区大范围和动态监测土壤湿度、开展定量节水灌溉等提供理论基础和实践参考。

近40年阿克苏河流域径流变化特征及影响因素研究

利用1961-2000年近40a的气温、降水、冻土深度等逐月资料及年蒸发量资料和20世纪50年代初或中期建站起到90年代中期径流逐月实测资料,分析20世纪下半期阿克苏河流域径流变化特征及其与气候变化的关系,同时分析人类活动对径流变化的影响作用。研究表明:阿克苏河流域普遍存在升温的变化趋势,尤其是冬季升温明显;同时导致冻土层温度的升高和冻土退化;流域内降水增加趋势明显。1990年以后径流增加趋势更加明显,从年内变化分析来看,流域内各水文站春、夏季径流有明显的增大趋势;秋、冬季径流减少明显;分析径流的变化特点,主要还受到流域地表状况变化、大面积开荒及上游水库调节等人类经济活动作用的影响。

阿克苏河塔里木裂腹鱼生物学初步研究

采用常规生物学方法,对阿克苏河塔里木裂腹鱼的形态特征、体长与体重关系、肥满度、食性、繁殖等个体生物学特征进行了观测研究。结果表明,塔里木裂腹鱼体长与体重的相关表达式为:W=0.020L2.8886(r=0.992);杂食性,喜食水生昆虫。在体长30cm以内,随着体长的增加,肥满度逐渐降低。Ⅴ期时绝对怀卵量平均为3784粒,相对怀卵量平均为23粒/g。成熟卵卵径为1.51～1.83mm。种群性比(♀∶♂)为1.0∶1.4;繁殖群体性比(♀∶♂)为1.0∶1.5。雄性最小性成熟个体体长77mm、体重7.0g;雌性最小性成熟个体体长133mm、体重36.0g。每年4～5月,当水温达到12℃时,开始溯河繁殖。

新疆阿克苏河流域水资源承载力变化分析

为合理利用、优化配置阿克苏河流域水资源,提高流域水资源承载力,采用主成分分析法定量衡量阿克苏河流域2006~2015年影响水资源承载力的15个指标,并根据主成分的得分贡献率,计算综合得分,以判定水资源承载力年际变化的规律。结果表明,影响阿克苏河流域水资源承载力的主要因素为人口、经济、水资源总量和农业用水。其中,2006年阿克苏河流域水资源承载力最小,综合得分为-25.053,随后为区间波动但总体上升的变化趋势,直至2015年承载力达到最大,综合得分为30.555。因此应加强水资源的管理和规划,实行严格的用水定额管理,以加强本流域的水资源承载力。

阿克苏河径流演变及其对气候变化的响应

气候变化深刻影响着径流变化过程,是造成我国西北干旱区水资源短缺和生态环境荒漠化等问题的重要原因。以阿克苏河流域上游水文站1961-2014年的月径流资料和气象网格数据为基础数据,通过线性回归法、Mann-Kendall非参数检验法和Pearson相关系数法,分析了阿克苏河流域径流演变规律并进一步探讨了径流对气候变化的响应。结果表明:近54年来,阿克苏河流域径流量呈现显著的上升趋势,且研究区内气候增暖增湿趋势明显;径流量和气候要素在时间上有良好的一致性,突变时间均发生在20世纪90年代,径流量的突变时间略滞后于气温和降水量;经相关统计检验分析,阿克苏河流域出山口径流量受到了气温和降水的双重影响,托什干河径流对气温更为敏感,而库玛拉克河则是降水对径流的影响占主导作用。

树轮记录的天山南坡阿克苏河流域2-3月平均气温

利用阿克苏气象站2-3月的平均气温与阿克苏河流域树轮标准化序列,可较好地重建该区域近378年2-3月的平均气温。重建时段具有明显的树木生理学意义,经过多方面验证,重建结果是可信的。对历史时期阿克苏河流域的平均气温进行了分析,发现阿克苏河流域过去378年的2-3月平均气温具有3.6,42和50.4年的准周期变化,平均气温重建序列在1719年和1827年前后发生突变;过去378年的2-3月平均气温大体经历了9低9高的变化阶段,其中1911-1922年是最冷的阶段,比平均值偏低1℃以上,而1640-1651年是最暖的阶段,比平均值偏高1℃以上。20世纪初-10年代中期气温持续下降,1915-1921年间平均气温维持在近百年来最低水平,其中平均最小值出现在1916年。20世纪20年代初-30年代末气温缓慢上升,40年代初—70年代初气温缓慢回落,70年代中后期到现在温度持续上升。

阿克苏河流域土地利用变化与动态监测分析

根据1990年和2000年两期土地利用数据,应用GIS空间分析方法和数理统计方法,分析了阿克苏河流域1990年和2000年土地利用现状,研究了1990～2000年间阿克苏河流域土地利用的变化,揭示了该流域各类土地利用数量变化的幅度、速度以及空间变化的方向,阐明了该流域土地利用变化的特点。同时,建议加强阿克苏河流域水资源的设施建设和治理,改善流域生态环境。