中国西部特殊地貌区地下水开发利用与生态环境功能保护研究

西北内陆流域平原区降水稀少、蒸发强烈,近50 a来各流域下游区天然绿洲面积不断萎缩。以石羊河流域、艾丁湖流域为研究区,针对下游区天然绿洲退变主因与机制问题,基于农田面积、出山地表径流量及灌溉引用水量、地下水开采量和流入下游区地表径流量调查统计、潜水埋深及包气带水理指标原位监测和地下水水位统测,以及植被类型、分布范围、覆盖度和NDVI指数等遥感解译获得的资料,应用流域水循环和水量均衡理论、时间序列分析和地学多元相关分析方法开展研究,得出如下认识:（1）近50 a来,西北内陆流域下游区天然绿洲严重退化的根源是天然水资源匮乏,主因是人口数量不断增加和上、中游区拦用出山地表径流水量大。（2）灌溉耕地不断扩大是下游区天然绿洲面积萎缩的主要驱动因素,每增加1.0 km2灌溉耕地导致石羊河流域下游、艾丁湖流域平原区的天然绿洲面积分别减少1.35~2.07 km2和1.57~3.83 km2;气候越干旱、上游出山年径流水量越少,灌溉引用出山径流水量占当年总径流量的比率越大,流入下游区地表径流水量越少,由此造成下游区天然绿洲面积减少越大。（3）西北内陆流域天然绿洲退化可控,但是由于水资源不足,制约了天然绿洲退化的可控性。在水资源匮乏背景下,现状人口数量驱动的农田用水规模难以继续调减,需要有序促进经济社会用水规模与天然绿洲修复供水规模之间的和谐程度。因此,本研究成果为西北内陆流域水资源合理开发利用和天然绿洲退化修复提供了重要科学依据。     

基于RS和GIS的石羊河流域近50年土地覆被类型变化研究

选取石羊河流域为研究区,采用1970～2017年18期Landsat系列卫星遥感数据,通过数据处理、面向对象信息提取,获取了石羊河流域近50年土地覆被类型基础数据;运用转移矩阵、GIS分析手段,对石羊河流域不同土地类型时空变化特征进行了研究.结果表明：1）近50年来,石羊河流域自然绿洲面积总体呈逐年减少趋势,由1970年的35 717.53 km²减少到2017年的33 865.47 km²;人工绿洲面积相应增加,由5 355.79 km²增至7 208.70 km².2）耕地、天然林地、天然草地、建设用地总体呈增加趋势,耕地的增加主要由天然草地、未利用地及水域湿地转化而来,天然林地的增加主要由天然草地、未利用地转化而来,天然草地面积的增加主要由未利用地转化而来,建设用地的扩张以占用周围草地、耕地及未利用地为主.3）石羊河流域土地类型的演变,总体反映了石羊河流域生态环境趋好,绿洲区域逐渐增加.     

两千年来黑河流域水资源平衡估算与下游水环境演变驱动分析

利用地方史志、历史地理、树木年轮和近代器测记录相关的黑河流域历史时期人口变动、水土资源开发利用、下游湖泊变化、流域水资源和气候变化等资料, 通过对比上游出山水资源量、中游人类活动水资源利用量和下游湖泊面积变化, 在千年-百年时间尺度上对流域水资源平衡进行了估算, 并分析了历史时期各阶段下游湖泊水环境和天然绿洲演变过程和驱动机制. 研究结果表明: 在黑河流域, 气候变化条件下的上游山区水资源总量和中游走廊平原区绿洲人类活动用水后下泄的水资源量, 决定了下游水环境演变过程;在两千年来显现出不同历史阶段的流域水资源平衡模式和下游水环境演变特征, 以及气候变化和人类活动在不同历史时期的耦合驱动机制.     

1970-2009年纳木错湖泊面积扩张的遥感卫星观测证据及原因之商榷

基于不同时期的遥感影像、航测地形图和DEM, 运用GIS和RS技术对纳木错1970-2009年间湖泊面积变化进行了分析, 利用周边气象台站资料, 通过对纳木错湖面蒸发及降水、冰川融水、非冰川区径流补给的趋势性分析, 从流域水量平衡角度商榷了纳木错湖面扩张的原因. 结果表明: 近40 a来纳木错湖泊面积不断扩张, 尤其是近10 a来最为剧烈, 2001-2009年间湖面扩张超过50 km². 流域降水变化是纳木错湖泊面积扩张的直接原因, 另外伴随蒸发力下降, 湖面蒸发减少也是湖泊面积扩张的原因之一.     

新疆克里雅河流域绿洲适宜规模

利用克里雅河流域1957~2009年水文气象资料及2010年遥感影像数据,借助Z指数法及水热平衡模型分析了流域水资源在不同丰枯水平下的绿洲适宜规模。结果表明:克里雅河流域地表径流存在明显的丰枯变化;维持克里雅河流域下游天然绿洲稳定所需要的水资源为1.583亿 m3;现状面积下,克里雅河流域人工绿洲在丰水期处于稳定水平,枯水期与平水期皆为亚稳定水平;克里雅河流域人工绿洲在丰水期、平水期和枯水期的适宜规模分别为1 608~2 413 km2、1 157~1 736 km2和978~1 467 km2,而较高水资源保证度下最为适宜的规模应控制在978~1 736 km2。     

新疆绿洲格局变化与生态耗水结构分析

为准确评估新疆绿洲格局变化与生态耗水结构,综合应用遥感信息技术和统计学方法,从省域和水资源分区2个尺度系统研究20世纪90年代以来新疆绿洲的演变格局,分析绿洲生态耗水特性,揭示社会经济耗水与生态耗水之间的比例关系。结果表明,人工绿洲和天然绿洲的面积之比由0.625∶1演变为1.3∶1,其生态耗水总量分别由1990年的125.0亿m³和45.8亿m³增至2018年的182.2亿m³和71.9亿m³,呈波动增长的变化趋势;在空间上,绿洲耗水呈“北高-南低”的分布格局。新疆生态耗水总量为329.7亿m³,其中天然生态系统的耗水量为218.0亿m³,与总可利用水量之比分别为49.6%和32.8%。     

新疆艾丁湖区中全新世以来孢粉记录与古环境

内陆干旱、半干旱封闭湖泊对气候变化的响应十分敏感,是较为理想的古环境研究场所.艾丁湖位于新疆维吾尔自治区吐鲁番盆地南部,湖面海拔-154.4m,是全国最低的洼地,故艾丁湖特殊的地理位置与独特的地质环境,使其在西北干旱区环境变化研究中有着重要的意义.取自艾丁湖湖区东北方向中全新世以来两个剖面共计88个沉积物样品,通过对该剖面进行年代测定、粒度分析与孢粉鉴定统计后,根据其孢粉组合与粒度特征,发现艾丁湖中全新世的环境演变经历了两个干-湿的变化过程,并且艾丁湖地区受西风带影响明显,即中晚全新世以来气候相对比较湿润,尤其在小冰期时期受西风带影响降水增加,从而进一步揭示了西北干旱区生态演化过程以及干旱区湖泊的演化过程.     

祁连山与河西内陆河流域绿洲的大气水循环特征研究

祁连山和河西走廊地区为西风带、青藏高原季风、东南季风三个大气环流系统的耦合区,其内陆河流域的大气水循环特征受大气环流影响比较显著.根据已公布文献提供的资料,分析了祁连山区年平均降水与海拔和大气环流影响系统之间的关系,研究了祁连山发育的内陆河流域的绿洲水平空间尺度的分布特征,探讨了海拔和绿洲植被密集度对绿洲地表蒸发力的影响,揭示了绿洲单位面积耗水量与绿洲灌溉率之间的关系.最后,讨论了内陆河流域绿洲的特点以及开发和保护的思路.     

北疆玛纳斯河流域人工绿洲演变过程及其特点

利用历史文献资料、实地调查和监测资料, 并结合遥感影像解译数据, 分析了近2 000 a来玛纳斯河流域人工绿洲的演变进程, 探讨了人工绿洲扩展过程与水资源利用的关系以及绿洲扩张的特点. 结果显示: 近2 000 a来玛纳斯河流域人工绿洲的形成和演变可以分为4个时期: 17世纪以前以牧为主时期, 流域人工绿洲仅呈星点分布在交通要道和军事据点; 17世纪以后到1949年才进入半农半牧时期, 流域人工绿洲呈小块状分布在河、泉引水方便之处; 1949年以后玛纳斯河流域人工绿洲进入了以农为主时期, 人工绿洲由小片联接成大片, 扩大成新疆第四大绿洲群; 20世纪70年代以后城市化时期, 流域绿洲的二、三产业快速崛起.根据绿洲发展演变与水资源开发程度和灌溉水平将以农为主时期细分为4个阶段, 从4个阶段不同水利条件和灌溉水平下绿洲的规模可以看出人工绿洲的演变进程是与流域水资源利用水平紧密结合的; 玛纳斯河流域绿洲扩张的特点有: 人文因素对其有很大影响, 移民屯垦在绿洲发展中起了重要作用, 近60 a来人工绿洲面积成倍扩大, 尽管水利建设支撑绿洲发展, 但仍受到流域水资源的限制.     

基于Shannon-Wiener指数的艾丁湖流域植被分布及物种多样性研究

采用植被样地调查,应用植被种类、数量及长势统计结果计算流域尺度及单个样地的ShannonWiener指数,结合样地浅井采集的土壤易溶盐样、重量含水率样测试结果,初步建立了艾丁湖流域荒漠区及湖畔区天然植被群落盖度、物种空间分布与土壤含水率、含盐量之间的关系,对比分析了艾丁湖流域荒漠区及湖畔区不同生境条件下的物种多样性特征。研究表明:(1)研究区内共统计到天然植物19种,其中疏叶骆驼刺分布最为广泛,芦苇次之;(2)流域尺度植被物种香农多样性指数为1. 39,香农均衡度指数为0. 47,物种较少,均衡度差;(3)因地势、地下水、土壤理化性状和气象的差异,荒漠区和湖畔区植被分布在群落结构和物种组成上差异明显,表现为多样性和均衡度变化的不一致性。     

艾比湖流域水资源可利用量分析

艾比湖流域严重的生态环境问题，使得流域水资源可利用量随着经济社会的发展倍受关注。在考虑生态环境需水量的前提下，以艾比湖流域为研究对象，对流域地表水资源可利用量进行了分析探讨。采用倒算法，即采用从地表水资源量中扣除维护生态环境最小需水量的方法，分析计算了艾比湖流域水资源可利用量，并提出了天然生态植被和维护湖泊面积生态环境的最小需水量。     

黑河流域水环境演变及其驱动机制研究进展

基于近几十年来诸多学者对西北干旱区典型内陆河流域——黑河流域水环境演变诸方面研究成果,综述了上游山区成水环境、中游绿洲用水环境和下游荒漠天然绿洲水成环境在不同时间尺度上的演变过程及其驱动机制。通过对各种古环境代用指标的对比研究表明：在大尺度上,流域上下游表现出阶段性的一致性水环境演变趋势;在小尺度上,则表现水环境演变的时空异质性。驱动机制方面,在空间上,流域上、中、下游水环境演变的气候变化和人类活动影响驱动作用各有侧重;在时间上,表现为不同尺度上气候变化与流域人类活动耦合作用的驱动机制。     

石羊河流域中下游绿洲土地利用变化与水资源动态研究

根据1986年和2000年的TM影像数据,利用地理信息系统(GIS)技术通过景观斑块的转移矩阵计算,分析了石羊河流域凉州区和民勤两个典型绿洲近15年来的土地利用变化;并利用不同时期中下游绿洲水资源量和开发利用程度,结合种植业结构,分析了该区域水资源利用动态变化。结果表明,耕地大量增加,凉州区和民勤绿洲分别增加了6302 hm2和36434 hm2,民勤绿洲林地大面积减少,2000年林地面积仅为1986年的55%,绿洲面积减少了23365 hm2;而中游凉州区绿洲面积却增加了8167 hm2;上下游用水量之比从20世纪50年代的1.612急剧增大到90年代的8.33,用水矛盾日益突出,下游水库来水量40年来下降达63.1%;地下水开采强度日益增加,机井分布密集,地下水位大幅度下降;种植业结构不合理,耗水量较大的粮食作物所占的比例过大。     

新疆主要湖泊水域面积动态变化研究

近年来,许多学者提出中国西北特别是新疆地区气候由暖干向暖湿转型的观点,作为重要的转型信号之一,干旱区湖泊及其流域的生态环境变化倍受广泛关注,针对这些问题,本文选用20世纪80年代后期以来不同时期的LANDSAT卫星遥感影像,从新疆北、南、东和西北4个不同方向分别选择了乌伦古湖、博斯腾湖、艾丁湖和艾比湖等典型湖泊做为研究对象,对其湖泊水域面积的动态变化,展开了遥感监测与研究.结果表明,自80年代后期以来,新疆的湖泊水域面积呈现不同程度的扩大趋势,乌伦古湖水域面积由1989年的862.1km2扩大到2002年的899.3km2;与1990年相比,2000年的博斯腾湖水域面积增大了369.9km2;1999年的艾丁湖与1990年相比,约有16.7km2的新水域的生成;艾比湖的水域面积由1990年的547.6km2增加到2003年的1 029.2km2.在与新疆同期气象资料的分析对比后发现,湖泊水域面积的变化与气温和降水量的年度变化呈正相关,且变化的趋势有较好的吻合性.     

1957—2007年阿克苏河流域绿洲耕地变化及其河流水文效应

在阿克苏河流域土地利用变化对河流水文过程产生了深远影响,最主要的土地利用类型是绿洲耕地.根据1957—2007年阿克苏河流域各县市的绿洲耕地数据和各主要水文站的实测数据,分析近51a来流域绿洲耕地面积的变化趋势、变化速度、区域差异及其河流水文效应.结果表明:阿克苏河流域绿洲耕地面积呈现波动增加的态势,年均增长率0.77%,其中阿瓦提县最大为2.55%,而乌什县呈减少趋势,为-0.56%;与绿洲耕地总面积增长趋势的相反,人均耕地面积继续减少,年均减少率为1.15%;绿洲耕地空间变化的区域差异明显,水土资源相对丰富的阿瓦提县变化最大为3.32,而水土资源较缺乏的柯坪县变化最小,为0.65.绿洲耕地利用变化引起的河流水文效应显著,随着流域绿洲耕地面积的扩大,消耗水量同步增加,51a间绿洲耕地面积增长为38.48%,同期消耗水量增长约40.05%.与此同时,河流水质恶化和水体污染问题日益严重,逐渐成为制约流域社会发展的瓶颈.为了保障流域的可持续协调发展,必须长期坚持流域的综合治理,建立流域水资源的统一管理体制,确保流域水资源的合理配置和利用.     

水资源约束下的阿克苏河流域适宜绿洲规模分析

阿克苏绿洲是中纬度干旱区典型的绿洲灌溉系统,制定绿洲适宜发展规模、明确适宜耕地面积,可为实现绿洲的生态稳定与可持续管理提供科学依据。以中国西北干旱区的阿克苏河流域为研究对象,基于作物需水量和绿洲适宜面积模型的水热平衡法,借助典型绿洲结构模型,计算了阿克苏绿洲的适宜耕地面积。结果表明：2010-2015年阿克苏灌区的作物需水量高达740.3 mm,较20世纪60年代的539.6 mm增加了37.2%;考虑到山区来水和下泄塔里木河干流的水量要求,阿克苏绿洲的可用水量为42.6×10⁸ m³;阿克苏河流域绿洲已处于不稳定状态,耕地面积超过了水资源承载能力。计算得出绿洲适宜规模为12 430 km²,与现有水平相当。基于作物需水量和绿洲适宜面积模型的水热平衡算法计算的阿克苏绿洲的适宜耕地面积分别为4 674 km²和4 211 km²,需要在当前耕地水平上退耕18%至26%。     

吐鲁番沙漠研究站

吐鲁番盆地素有“火洲”、“风库”之称。特别低洼的地形、极端干旱、高温、多风的气候条件,使吐鲁番盆地成为一个独具特色的地理单元。除鄯善县城南面积达2500平方公里的库姆塔格沙漠外,在绿洲边缘和内部也分布了许多片大小不等的流沙。其中,位于吐鲁番市恰特喀勒乡、艾丁湖乡和亚尔乡之间的一片广达6000公顷的风蚀流沙,严重威胁着绿洲的农业生产和人民生活。6米高的新月型沙丘,在这里平均每年前移28米,最多时达50米。1972年,新疆生     

包气带岩性结构对地下水生态功能影响特征

西北内陆流域下游区天然植被对地下水生态功能具有强烈依赖性,而包气带岩性结构对地下水生态功能具有明显影响,但是在目前的研究中,缺乏定量分析评判。以甘肃石羊河流域下游天然绿洲区为研究区,基于包气带岩性结构野外调查、室内土柱试验和Hydrus1-D数值模拟,研究包气带岩性结构与地下水耦合作用的生态效应,分析不同岩性结构包气带...     

干旱区绿洲空间分异演化研究--以黑河流域绿洲为例

对干旱区绿洲的物质和能量空间分异现象和规律的研究,有助于深刻了解不同类型绿洲形成和演化的自然背景和农业资源组合的特点,为农业生产的合理布局和农业自然资源的优化配置提供理论依据. 以黑河流域绿洲为例,在综合分析影响绿洲空间分异的气候、地质构造和地貌演化、地表水和地下水水文化学性质、土壤性状和水资源供应状况等自然地理要素基础上,将黑河绿洲划分为高位绿洲、中位绿洲和低位绿洲等不同类型. 在此基础上,分析了黑河流域不同类型绿洲主要农作物气候适宜性的空间分异,为绿洲农业资源的优化配置提供了重要的理论依据.     

人类活动在干旱区绿洲地区环境退化中的作用─—以黑河下游为例

绿洲是干旱区最重要的景观类型,由于气候干旱、水资源贫乏,系统往往具有生态脆弱性质。作者通过对黑河流域的野外考察和分析认为,人类活动在干旱区绿洲地区环境退化中起重要作用。黑河发源于祁连山,全长821km,干流穿过河西走廊,向北注人居延海。流域位于河西走廊中段,由三个景观单元组成：1）上游祁连山区,由山地森林、灌丛和草地景观构成;2）中游走廊地区,以平原绿洲景观为主;3）下游金塔盆地及阿拉善高原,以高平原荒漠景观为主,沙漠、戈壁广布,有小面积绿洲分布。黑河原属外流河,中更新世晚期以来水量逐渐减少,变为内陆河…