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—巴尔喀什湖流域实际蒸散发时空变化特征及其环境影响因子

基于多种遥感数据,运用Mann-Kendall法、Theil-Sen median趋势分析、Pearson相关分析、水量平衡原理,探讨2000—2020年伊犁河—巴尔喀什湖流域实际蒸散发时空变化规律及其主要影响因素,并讨论了流域生态系统水资源供给量的变化。结果表明:(1)流域上、中、下游的多年平均年蒸散发量分别为439.0 mm、317.9 mm、201.1mm;其中上、中游在夏季的日蒸散发量最大,而下游在春季最大;流域上、中游蒸散发量的年内分配均为“单峰型”,峰值分别在7月与6月,下游为“双峰型”,峰值分别在3月与11月。(2)流域上、下游的年蒸散发量均呈现显著的上升趋势,显著区域主要分布在上游的伊犁河谷、天山山脉与下游的伊犁河三角洲附近;相对2000—2010年,2010—2020年伊犁河谷和伊犁河三角洲地区多年平均年蒸散发增加超过10%。(3)流域上、中游蒸散发与气温和NDVI呈现较高的正相关性;流域下游蒸散发与土壤湿度呈现较高的正相关性。(4)流域生态系统的水资源供给服务总量在2000—2020年有所下降,其中上游已多次出现缺口,中、下游在2020年开始出现缺口,需通过控制用水总量、提升用水效率保障水资源供需平衡。

近60 a巴尔喀什湖水量平衡变化及其影响因素

本文基于水文观测和遥感监测数据,获取近60 a巴尔喀什湖面积、水位变化信息,重建湖泊水量变化时间序列,探明巴尔喀什湖水量变化特征;依据湖泊水量收入(入湖径流、降水)支出(湖面蒸发)建立巴尔喀什湖水量平衡模型,分析巴尔喀什湖水量平衡要素变化特征,定量解析气候变化和人类活动对巴湖水量变化的影响。结果表明:(1)1961—2020年,巴尔喀什湖水量以1987年为拐点先急剧减少后波动增加;入湖径流变化与湖泊水量变化过程基本一致,年均入湖径流量约为14.04 km^(3)·a^(-1);湖区降水以0.28 mm·a~(-1)的速率波动增加;水体年均蒸发量约17.95km^(3)·a^(-1),其中,1987年最小为16.10 km^(3),2008年最高达20.30 km^(3)。(2)过去60 a年,地下水与湖泊互为补充,其中20世纪70年代和80年代地下水补给湖泊水量较多,补给量约为1.91 km^(3)。(3)在湖区尺度上,入湖流量与巴尔喀什湖水量显著相关,是影响湖泊水量变化的主导因素;在流域尺度上,气候波动对入湖流量长期变化的贡献率为71.67%,人类活动耗水的贡献率为28.33%;1970—1985年卡普恰盖水库蓄水及周边耕地扩张对入湖水量锐减的贡献率达47.47%,人类活动明显加剧了这一时期湖泊水位下降的进程。

伊犁河⁃巴尔喀什湖流域生态系统水分利用效率时空演变特征及其影响因素

水分利用效率(water use efficiency,WUE)是联系生态系统水碳循环耦合关系的重要指标,探明生态系统水分利用效率时空演变特征及其影响因素,对优化区域水、碳资源综合管理和提升生态系统生产力至关重要。基于MODIS遥感数据、CRU气象数据以及CCI土地利用数据,利用MK检验与Sen趋势分析以及偏相关分析,探讨了伊犁河⁃巴尔喀什湖流域不同时空尺度生态系统WUE的空间分布与时间变化规律,讨论了其影响因素。结果表明:流域春秋两季与多年平均WUE值从东南部至西北部呈现先增后减再增的变化特征,但夏季恰好相反,而冬季绝大部分区域都接近于0;全流域四季的多年平均WUE由高到低依次为夏季、春季、秋季、冬季;全流域年平均WUE呈略微上升趋势,上升区域主要集中在WUE较低的下游;全流域90%以上区域的夏季年平均WUE呈下降趋势,其中巴尔喀什湖、伊犁河谷与天山山脉附近区域下降趋势显著(P<0.05);上中下游年尺度WUE值依次由高到低变化,且它们的年际变化程度和趋势均不明显;上中下游夏季WUE值的排序与年尺度正好相反,且均呈下降趋势,其中上下游的下降趋势显著(P<0.05);不同区域WUE的年内分配极不均匀,峰值均出现在8月;就影响因素而言,总初级生产力和降水对WUE的影响要分别大于蒸散发和气温。

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.

巴尔喀什湖流域水化学和同位素空间分布及环境特征

巴尔喀什湖位于哈萨克斯坦境内,是世界上最大的湖泊之一.伊犁河是巴尔喀什湖的主要补给河流,也是中哈两国重要的跨境河流.通过数理统计、Piper三线图、Gibbs模型和主成分分析(PCA)等方法,对巴尔喀什湖流域不同水体的化学参数和氢氧稳定同位素(δD和δ18O)进行分析,初步研究了该区域水化学类型和同位素空间分布特征,探讨了其形成原因和环境意义.结果表明,不同水体的水化学类型不同,湖泊水体的主要化学类型为SO4-Na和Cl-Na,入湖河流的水化学类型为HCO3-Ca型,其中伊犁河水化学类型从上游到下游由重碳酸盐型过渡到硫酸化物型、氯化物型;Gibbs图显示湖泊水体离子组成位于蒸发作用区,河流水体离子组成位于蒸发作用和岩石风化作用之间,伊犁河从上游到下游向蒸发控制带偏移,反映了上游河水受降水、冰雪融水的补给影响较大,而下游水体受蒸发作用影响较大;此外,PCA分析指示人类活动对湖泊、伊犁河中下游和其他入湖河流水化学的影响.湖泊和河流水体的氢氧同位素组成变化差异较大,湖泊水体氢氧同位素偏正,位于全球大气降水线和哈萨克斯坦地区蒸发线之间,氘盈余小于全球降水线,反映了较强的蒸发作用导致湖水同位素富集;河流水体的氢氧同位素位于全球降水线附近,河流水体的氢氧同位素关系方程的斜率(伊犁河:5. 7,其他入湖河流:3. 1)均低于全球降水线(8),表明降水和蒸发过程影响河流水体同位素组成.湖泊水体化学参数和同位素显著相关,尤其是东部水体,表明强烈的蒸发作用同时导致水体同位素的富集和水化学离子的浓缩.