Evaluation of the water conservation function in the Ili River Delta of Central Asia based on the InVEST model

The Ili River Delta(IRD)is an ecological security barrier for the Lake Balkhash and an important water conservation area in Central Asia.In this study,we selected the IRD as a typical research area,and simulated the water yield and water conservation from 1975 to 2020 using the water yield module of the Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs(InVEST)model.We further analyzed the temporal and spatial variations in the water yield and water conservation in the IRD from 1975 to 2020,and investigated the main driving factors(precipitation,potential evapotranspiration,land use/land cover change,and inflow from the Ili River)of the water conservation variation based on the linear regression,piecewise linear regression,and Pearson's correlation coefficient analyses.The results indicated that from 1975 to 2020,the water yield and water conservation in the IRD showed a decreasing trend,and the spatial distribution pattern was"high in the east and low in the west";overall,the water conservation of all land use types decreased slightly.The water conservation volume of grassland was the most reduced,although the area of grassland increased owing to the increased inflow from the Ili River.At the same time,the increased inflow has led to the expansion of wetland areas,the improvement of vegetation growth,and the increase of regional evapotranspiration,thus resulting in an overall reduction in the water conservation.The water conservation depth and precipitation had similar spatial distribution patterns;the change in climate factors was the main reason for the decline in the water conservation function in the delta.The reservoir in the upper reaches of the IRD regulated runoff into the Lake Balkhash,promoted vegetation restoration,and had a positive effect on the water conservation;however,this positive effect cannot offset the negative effect of enhanced evapotranspiration.These results provide a reference for the rational allocation of water resources and ecosystem protection in the IRD.

伊犁河三角洲水资源条件变化对景观格局演变的影响

在分析1992—2020年伊犁河三角洲水资源条件和定量评估研究期内土地利用变化的基础上,选取景观类型水平和景观水平指数解析景观格局变化特征,采用皮尔逊相关系数分析了水资源条件变化对景观格局指数的影响。结果表明:乌斯热尔玛水文站年径流总体偏大,巴尔喀什湖年平均水位在2002年发生突变,三角洲水资源补给总体处于增加状态;湿地和稀疏植被面积增大且聚集性增强,裸地向稀疏植被转化且优势度不断下降,林地破碎程度剧烈;景观水平指数在时程上呈阶段性变化,2016年伊犁河三角洲破碎化程度最低,在空间上伊犁河沿岸连通性增强,巴尔喀什湖沿岸景观多样性增加;景观水平指数与巴尔喀什湖年平均水位相关性最高,与乌斯热尔玛水文站年径流量的相关性次之,与伊犁河三角洲年降水量的相关性最低,且景观水平指数对三角洲水资源条件变化存在迟滞响应。

伊犁河三角洲景观结构的影响机制研究

在遥感和水文数据的支持下,根据伊犁河三角洲作为典型的中亚干旱区内陆河流域尾闾区域特点,确定了伊犁河三角洲的景观分类系统。通过采用景观结构梯度分析法、景观干扰度指数和景观Kappa指数等方法,系统地分析了近32a(1975-2007)伊犁河三角洲景观结构的时空演变特征,并对景观结构的影响机制做了充分地探讨。结果表明:(1)沿着一定的地形梯度和水文梯度,伊犁河三角洲流域景观表现出特殊的纵向结构、横向结构的梯度特征和景观内部特征,与地表水直接关联的景观类型表现尤为明显,如湖泊、沼泽、漫滩。(2)在人为活动和自然环境的双重影响下,近32 a伊犁河三角洲景观结构的空间变化具有一定的周期性和不稳定性,主要体现为景观类型面积和空间位置的变化,其中以湿地景观类型的变化最为显著。(3)生态干扰对景观结构的影响因景观类型的不同存在显著的差异性和时空变异性,以湖泊和沼泽受干扰作用最为明显。高、中、低三种干扰强度区域的空间分布及面积变化同样具有一定的周期性和不稳定性。(4)水利工程建设和自然环境是影响伊犁河三角洲景观结构的主要驱动力。水利工程对伊犁河的拦蓄引起景观结构变化的作用最为深远,它通过改变三角洲上游的水文情势直接影响整个区域的景观结构。而自然环境因素中的地形和水文条件主要影响湿地景观类型的时空分布,气候因子则直接影响河川径流量。

伊犁河下游三角洲生态耗水研究

伊犁河三角洲是巴尔喀什湖流域重要的生态系统,其耗水也是影响巴尔喀什湖水量平衡的重要因素,研究三角洲生态耗水是巴尔喀什湖研究的关键问题之一.基于前人研究的部分成果及最新资料,结合统计学方法与4个年段的遥感解译资料,计算1936-2008年间的三角洲生态耗水系列,分析其年际变化规律,探讨中游卡普恰盖等水利水电枢纽建设、人为调控三角洲顶端径流大小及过程对三角洲生态环境的影响,分析三角洲耗水量与其顶端各月来水量的互动关系,分段论述了人类活动对三角洲生态环境的影响.结果表明,三角洲多年平均耗水量约为30.5×108 m3,但年际变化较大,受1970年后人类活动的剧烈影响,三角洲耗水年际变化趋缓,灌区开发、卡普恰盖水利枢纽是三角洲耗水变化最为重要的影响因素,它们大大改变了三角洲顶端的来水量与来水过程,三角洲"河床阶段"与"湖泊阶段"的更替趋频,更迭期缩短,直接导致1970-1990年间三角洲生态系统的迅速恶化.限制开荒、建设反调节水库、制定和实施综合的水资源保护规程对三角洲生态系统的恢复十分必要.

基于CA_Markov模型的伊犁河三角洲景观格局预测

在遥感和水文数据的支持下,结合伊犁河三角洲的区域特点,确定了伊犁河三角洲的景观分类系统.通过景观生态学的定量分析和CA_Markov模型模拟方法,系统分析了1975—2007年伊犁河三角洲景观格局的时空演变特征,并对2020年景观格局的情景进行了模拟与预测.结果表明:在人为间接干扰和自然环境的双重影响下,1975—2007年伊犁河三角洲的景观格局变化具有一定的周期性和不稳定性;对CA_Markov模型的可利用性进行分析与检验,1990—2007年伊犁河三角洲景观变化符合CA_Markov模型应用的条件;2020年,研究区景观的斑块破碎化严重,连通性趋于弱化,与水密切相关的湖泊、沼泽和漫滩的时空变化存在很大的不确定性;分别基于1990—2000年和2000—2007年概率转移矩阵预测的2020年研究区景观格局存在显著的差异性,不同景观类型的差异程度和表现形式各异,原因在于这两个时段自然条件的非一致性和不稳定性以及各景观类型的转移方式和方向不同.