基于Landsat的巴音河流域生态环境综合演化分析

为揭示巴音河流域生态环境的综合演化特征,指导当地或类似地区土地利用和生态环境优化管理,选取2005—2020年12景遥感影像数据,基于研究区生态环境问题,引入地理探测器定量探究关键因子,结合生态系统服务和权衡的综合评估模型(integrated valuation of ecosystem services and trade-offs,InVEST),综合运用统计分析、叠加分析、层次分析等方法建立生态环境质量评价模型,揭示流域生态环境的综合演化特征。结果表明:影响流域生态环境质量演化的关键因子为人口数量、国内生产总值、高程和降雨量,流域生态环境质量综合评价值从0.455增至0.533,整体呈上升趋势。研究区内生态环境质量地域差异明显,14.9%的区域呈现退化状态,主要分布于巴音河流域附近及德令哈市区周边区域;33.6%的区域呈改善状态,分布于巴音河流域中下游湖泊以南区域。研究表明巴音河流域在未来生态环境保护与规划中应更注意城镇化过程中农业及其他生态用地与建设用地的平衡,科学地进行空间格局规划,实现经济与生态的协调发展。

巴音河冲洪积扇前缘地下水位上升灾害特征及影响因素

针对柴达木盆地巴音河冲洪积扇前缘地下水位上升,严重影响到该地区百姓日常生活及生命安全的问题,开展了水资源利用现状调查、水文地质补充钻探、水文物探及水土样测试等勘察工作,阐明了研究区地下水位上升的灾害特征,并从水文气象、地形地貌特征、水文地质条件和人类活动等方面,采用层次分析法计算导致地下水上升灾害的各影响因素权重。结果表明,研究区径流量、降水量、引水灌溉和地下水动力条件是地下水位上升的主要因素,4者权重之和为0.7642。

巴音河流域土地利用变化及驱动力分析

分析了近27 a青海省海西州巴音河流域土地利用时空变化,可为流域生态环境保护、土地利用方式优化和尕海国家湿地公园建设提供依据。在野外考察基本土地利用类型基础上,利用1990年、2000年、2010年和2017年Landsat卫星影像使用随机森林分类方法获取4期土地利用现状信息,通过运用转移矩阵、重心迁移模型定量计算,从面积变化、类型转化和空间格局变化三方面研究该流域土地利用变化时空特征,应用主成分分析方法定量确定了驱动因素。结果表明:在研究时间段内,林地、水域、草地面积先减少后增加;建设用地面积持续增加,耕地面积先增加后减少;耕地、建设用地、水域重心迁移明显,耕地、建设用地重心向西南方移动,水域重心向东北方移动。人类活动是流域土地利用变化最主要的原因,近年来温度升高和降水量的增加也是土地利用类型发生变化的重要因素。

巴音河流域植被与水文动态变化研究

近年来流域生态环境严重退化，成为我国区域生态环境演变研究的重点地区之一，而植被是生态环境中最重要、最敏感的自然要素，植被覆盖变化对区域生态环境质量有着重要影响。因此本文基于地理信息系统和遥感技术，采用一元线性回归分析方法，利用NASA全球数据中心16天合成全球250m的MODIS数据，分析了近11a来巴音河流域的植被分布及变化情况，并简单分析了植被生长的气候影响因素。结果表明，近11a来，巴音河流域7月份大部分地区植被的植被指数为0．1～0．4；植被指数变化率为0．04～0．04；植被生长与气温和降雨的相关系数分别为0．06和0．03；巴音河流域植被处于非常低的分布状态，而自然植被的破坏是造成水土流失的主要原因，因此该区域植被生态环境非常脆弱，亟待改善。

青海省巴音河流域地下水对河流洪水入渗的响应特征研究

为了防止青海省巴音河流域地下水位上升成灾,为合理配置与利用区内水资源提供指导,绘制了地下水位上升幅度分区图、河流径流量及地下水动态曲线图和多年年平均径流量曲线,采用点面结合的方式系统分析了巴音河流域地下水对洪水入渗的响应特征。结果表明:汛期内戈壁滩地下水位明显上升,距离巴音河河道越近,地下水响应越迅速,水位上升幅度越大,最大可以上升10 m以上;距离巴音河河道越远,地下水响应越滞后,水位上升幅度越小。确定了巴音河洪水致灾的流量临界值为4.07×10^(8)m^(3)。最后,提出了减少巴音河洪水的入渗量,增加地下水排泄量,实施节源开流的防治对策。

基于水化学和稳定同位素定量评价巴音河流域地表水与地下水转化关系

以分析青海巴音河流域地表水与地下水转化关系为目标,2016年8月,沿巴音河采集了23组地表水样、13组地下水样和9组泉水样,室内分析得到了其对应的主要水化学离子和氘氧稳定同位素数据,运用统计分析、Piper三线图、Gibbs图分析了流域水化学特征;以溶解性总固体(TDS)、氯离子(Cl-)和氧同位素(δ^(18)O)作为示踪剂,定性分析了巴音河沿程地表水与地下水的转化关系;基于质量平衡法,运用δ^(18)O定量计算了巴音河沿程地表水和地下水之间的转化量。研究结果表明:TDS、Cl^-、δ^(18)O可用于定性分析巴音河流域不同河段地表水与地下水之间的转化关系,定量评估其转换强度;巴音河流域地表水和地下水的水化学类型主要为HCO_3·Cl^-Ca·Mg,地下水水化学类型更为多样,地表水受控于岩石风化作用,地下水与泉水受到岩石风化与蒸发作用的影响;地表水与地下水水力联系密切,沿巴音河流向,二者相互转化频繁,上游河段,地下水主要接受地表水渗漏和沿途侧向径流补给,补给比例分别为65.33%、34.67%,至黑石山水库上游,地表水接受上游地下水和溢出泉水的补给,补给比例分别为49.54%、50.46%;中游河段,地下水接受地表水和北部山区侧向径流补给,补给比例分别为65%、35%;下游河段,地表水接受地下水和泉水补给,补给比例分别为53.12%、46.88%。研究结果有助于建立流域水循环模式、揭示水资源形成机制,可以为巴音河流域水资源可持续开发利用和生态环境保护提供理论和技术支持。

青海柴达木盆地巴音河上游径流量对气候变化和人类活动的响应

基于1959-2013年径流量及气象数据,运用Mann-Kendall趋势检验、R/S分析、累积量斜率变化率等方法,分析了青海柴达木盆地巴音河上游径流的年际变化、年内分配、变化趋势及其周期性,定量评估了降水变化和人类活动对径流量变化的贡献率。结果表明:巴音河上游径流量以0.2×10~8m^3·(10a)^(-1)倾向率呈显著上升趋势,Hurst指数为0.78,存在20 a左右的丰平枯变化周期,21世纪流域进入丰水期;径流量变化以21~22 a的年代际变化周期最为显著,同时存在10~11 a的年际变化主周期;径流量年内分配不均匀,集中于夏秋两季,径流量呈现先增后减的单波峰分布特点,进入21世纪,年内最大月径流量呈现向后推迟的趋势,年内分配趋于集中;径流突变发生在2001年,降水对巴音河上游径流量增加的贡献率为83.06%,人类活动的贡献率为16.94%。因此,气候是影响巴音河上游河流径流变化的主要因素,人类活动的影响次之。研究结果对巴音河流域未来水资源开发利用和生态环境保护有一定的指导和借鉴意义。

近10年巴音河流域土地利用变化及驱动力分析

通过探究近10年巴音河流域土地利用变化特征,了解该流域土地利用时空演变规律,为评估社会经济对其所产生的影响提供科学依据。基于2006年、2011年、2016年Landsat TM遥感影像,利用GIS,RS技术手段及主成分分析等方法,定量研究了巴音河流域土地利用时空变化特征,定性分析了引起土地利用变化的驱动因素力。结果表明:(1)2006—2016年,巴音河流域耕地、裸地、盐碱地面积分别减少0.56%,2.8%,5.32%,水域、居民地、林地、草地面积分别上升1.43%,6.24%,0.09%,3.11%;(2)2006—2011年84.14 km^2的耕地转化为裸地及草地。2011—2016年,居民建设用地面积增长12.83 km^2,主要来源于裸地及草地,草地转林地的面积是林地转草地面积的2.2倍;(3)2006—2016年巴音河流域土地利用处于合理开发状态,2011年后土地利用程度综合指数的变化量仅为1.58,土地压力得以缓解;(4)巴音河流域土地利用格局的转变主要受人口增长、地区产业结构改变及政府政策强制性实施等因素的影响。近10年来巴音河流域土地利用变化是一个交替扩张和缩减的过程,但土地均处于合理开发利用状态,社会经济活动作为主要驱动力极大地影响着土地利用的演变过程。因此,在未来发展过程中如何协调处理好土地利用与社会经济之间的关系尤为重要。

巴音河流域德令哈市气象站近60年来降水变化特征分析

基于1956-2013年德令哈气象站逐月降水资料,借助标准化降水指数(SPI)表征干旱,运用线性趋势分析、Mann-Kendall趋势检验、Mann-Kendall突变检测、滑动t突变检验、Morlet小波变换、R/S分析等方法,分析近60年来其降水及干旱特征。结果表明:20世纪80年代之前处于降水偏少期,20世纪80年代至今处于降水偏多期,且呈现出上升趋势,冬季降水变化相对平稳,秋季降水波动较大;近60年来,年及各季节降水量呈显著上升趋势,年降水量上升率为21.16 mm/(10a),夏季降水量上升趋势明显,上升率为12.35 mm/(10a);年及各季降水量存在显著的3~9年的短周期和18~28 a的长周期变化;降水距平和SPI显著相关,干旱呈减弱趋势,干旱变化的周期为5 a和18 a。巴音河流域降水量的变化具有持续性,未来降水将保持增多趋势,干旱呈减弱趋势。

巴音河流域水文干旱对气象干旱的响应

通过巴音河流域1961—2019年逐月降水量和径流量数据计算标准化降水指数和标准化径流指数,进而对巴音河流域气象和水文干旱的演变以及突变进行分析,并探析流域水文干旱对气象干旱的响应。结果表明,1961—2019年巴音河流域气象干旱与水文干旱呈减缓态势,流域降水增多,有变湿趋势,气象干旱湿润化表现尤为显著。巴音河流域水文干旱对气象干旱的响应表现出时滞性,在1、3、6、12个月的时间尺度下,12个月的气象干旱指标与水文干旱指标相关性最强,水文干旱滞后于气象干旱1~2个月;水文干旱对气象干旱的季节性响应在春、夏、秋、冬分别滞后5、6、9、8个月,在春夏的滞后时间短于秋冬的滞后时间。

巴音河流域气象要素变化特性探析

开展气象要素演变特征分析,对于高效利用当地水电、光热等清洁资源具有重要意义。利用德令哈气象站1956—2016年气象资料,采用趋势法、Mann-Kendall法、标准降水蒸发指数法等方法,分析了巴音河流域年和季节的平均气温、总降水量、降水日数和干旱情况的变化特征。结果表明:整体干旱趋于变缓;年和四季的平均气温、降水量以及SPEI值的Hurst指数H均大于0.5,即巴音河流域气温、降水和干旱变化存在着相同的持续性规律。

青海省巴音河流域节水前后灌溉回归水计算

为了解巴音河流域灌区工程节水措施对灌溉回归水的影响程度以及灌溉回归水与灌溉总水量、灌溉面积等的关系,并了解滴灌比例对灌溉回归水的影响程度,对不同年份的灌溉回归水量进行了计算分析,计算出2011年和2014年巴音河流域灌区灌溉回归水量分别为6170.2万m3和3736万m3。根据2011年和2014年这两个不同年份的灌溉回归水量,将滴灌和漫灌两种造成回归水量变化的灌溉方式考虑在内,确定出灌溉回归水量方程式。

巴音河中下游农业灌溉对地下水补给量与排泄量的影响

为揭示农业灌溉对柴达木盆地东北部内陆河—巴音河地下水补给量与排泄量的影响,采用SWATMODFLOW耦合模型,在保证其模拟精度的前提下,模拟了巴音河中下游有无农业灌溉条件下的地下水循环。结果表明,空间上,持续灌溉使得下游的地下水向地表水排泄比例从0.32%增加到0.70%,并持续到灌溉停止后的第3个月。季节尺度上,农业灌溉使研究区地下水补给量和排泄量增加,农业灌溉对地下水补给量的影响夏季汛期时较小,秋季河道径流量较小时最大,冬季最小。农业灌溉对地下水的补给作用具有一定滞后性,停止灌溉后3个月内补给仍在进行。相对于地下水补给量,地下水排泄量受农业灌溉影响亦在增加,但增量较稳定,稳定在60000~70000 m^(3)/d之间。年际尺度上,地下水补给量和排泄量在农业灌溉影响下均有所增加。其中,降水量较多年份农业灌溉对地下水补给量影响较小。农业灌溉影响下地下水向地表水排泄量的年际变化不大,变幅为-2%~2%。

基于SWAT-MODFLOW耦合模型的巴音河中游泽令沟盆地地表水-地下水转换关系研究

为准确刻画资料缺乏、地表水–地下水转换频繁的泽令沟盆地地表水-地下水不同时空尺度上的转换关系,利用河道径流数据、遥感蒸散发数据、地下水位观测数据等对SWAT-MODFLOW耦合模型进行率定和验证,在此基础上对泽令沟盆地水循环过程进行模拟分析。结果显示:(1)SWAT-MODFLOW耦合模型模拟效果较好,率定期和验证期月径流量的R~2≥0.73,NSE≥0.67,PBIAS在-20%~20%。其各子流域实际蒸散发的R~2均大于0.91,NSE均大于0.85,PBIAS在-10%~10%。此外,模拟地下水位与实测值误差在0.6 m以内,R~2为0.94。(2)地表水补给地下水的河道占整个河道长度90.31%,年平均补给量占年总交换水量的50.20%;季节尺度上,补给的最大值出现在7月,为331043.31 m~3/d,最小值出现在12月份,为41208.33 m~3/d。地下水对地表水的补给量较为稳定,季节性变幅在-2.5%~2.5%,年际变幅处于-6.5%~0.6%之间。

青海省巴音河流域LUCC遥感调查及驱动分析

利用1988年、2006年的LandSat-TM遥感数据及气候因子数据,用灰色关联度法分析了青海省巴音河流域土地利用/土地覆盖现状、18a来的变化趋势及其气候驱动,并定性分析了社会驱动。结果表明,1980—2007年间年降水量以12.9mm/10a的幅度波动增加;日照时数以83.3h/10a的幅度减少;年平均气温、地温分别以0.6℃/10a和0.8℃/10a的幅度波动升高。在这样的气候背景下,未利用土地分布最广,占面积的71.43%。1988年至2006年间,土地利用/土地覆盖变化为城镇用地、农业用地和天然草地面积增加;未利用土地面积也增加,其中裸岩、荒地、盐碱地、沙地面积明显增加,分别增加6.28km2.a-1、5.82km2.a-1、2.76km2.a-1和0.21km2.a-1;而不同类型的湿地生态面积呈退缩趋势,其中冰川、湖泊、苇地、沼泽、河流的面积退缩明显,分别减少12.13km2.a-1、0.43km2.a-1、0.41km2.a-1、0.27km2.a-1和0.21km2.a-1。可以看出,生态环境呈退化趋势。日照时数和降水与各类型生态面积的关联度变化大,分别在0.667～0.997和0.668～0.986之间,气温次之,关联度在0.669～0.835之间,地温最小,在0.667～0.856之间。大部分类型的生态面积变化其驱动因素主要为降水,其次为日照时数,气温和地温影响较小。不合理的社会用水促进了土地的荒漠化。

青海德令哈市巴音河流域水资源开发利用

巴音河流域水资源总量4.87×10~8m^3,其中地表水资源量4.15×10~8m^3,地下水资源量3.70×10~8m^3,现状开采利用量2.61×10~8m^3,现状年水资源开发利用量已达53.61%。随着地区社会经济快速发展,工农牧业对水资源的需求与日俱增,作为柴达木盆地主要循环经济试验区之一的德令哈市水资源供需矛盾日益突出。中上游水资源大量开发利用,导致流域下游湖泊积水面积缩减,生态用水严重不足。近、远期工农牧业需水量为2.77×10~8m^3和2.56×10~8m^3,加之生态用水3.40×10~8m^3,流域有限的水资源愈显不足。为了科学合理的开发利用巴音河流域有限的水资源,使自然环境和社会经济得以可持续发展,需要对流域水资源进行全面系统的分析,以期达到科学合理开发利用水资源的目的。