黑河流域额济纳绿洲生态保护措施及其效应分析

讨论黑河流域水资源开发利用以及引起的生态环境问题,分析额济纳绿洲生态保护措施及其效应。流域调水等治理措施使下游天然绿洲萎缩和生态退化的趋势得到一定程度的遏制;拟建的正义峡水库和输水渠道等水利工程可保护额济纳绿洲核心地带生态,但带来外围天然生态植被的退化,需要进行大时空尺度的生态影响分析论证。提出中游地区地表水和地下水联合开发利用,以提高水资源利用率,同时修建山区水库是提高水资源利用效率的理想方式;下游地区实施生态移民安置工程。     

胡杨(Populus euphratica)树轮记录的20世纪40年代前后黑河下游分水过程及其生态影响

黑河下游额济纳绿洲在20世纪40年代前后的东、西河分水是历史文献中记录的过去百年黑河流域人为分水的主要事件之一。在额济纳绿洲采集了覆盖绿洲范围的28个胡杨(Populus euphratica)样点,利用树轮学的方法,研究此次分水对河岸胡杨林径向生长的影响。结果表明:相较于1954—1989年的平均状况,1945—1950年东河附近径向生长量平均减少46%,西河附近平均增加16%。1948年为1900—1989年间绿洲内总体胡杨径向生长量最低的年份。所以,在额济纳绿洲内水量分配上,过于集中并不利于绿洲总体胡杨生长。由于受到人类活动的强烈影响及河岸林水分限制因子空间异质性的影响,绿洲内胡杨径向生长存在较大的空间异质性。     

1987-2008年额济纳绿洲土地覆被变化及其驱动机制

采用1987、1999年和2008年3期TM卫星数据, 对额济纳绿洲2000年黑河分水前后土地覆被变化进行了研究, 并分析了额济纳绿洲土地覆被变化的驱动因素。结果表明:(1)从不同覆盖等级的面积变化来看, 额济纳绿洲的主体是中植被覆盖区。1987-1999年额济纳绿洲的植被呈退化趋势。2000年黑河分水后至2008年, 额济纳绿洲植被退化的趋势已得到缓解。(2)从不同土地利用类型的面积变化来看, 额济纳绿洲的主体是戈壁。1987-1999年额济纳绿洲植被退化, 荒漠化趋势明显。2000年黑河分水后至2008年, 植被有所恢复, 退化趋势得到了遏制。(3)影响土地覆被变化的主要有3类因素。第一主成分与人为因素密切相关, 说明过去的十几年额济纳绿洲的土地覆被变化主要受到人类活动影响。第二主成分与地表径流量、年降水量、年均风速有较大的相关, 第三主成分与地下水埋深有较大的正相关, 表明气候因素对额济纳绿洲的土地覆被变化也有一定程度的影响。根据以上结果, 提出应对策略:(1)保证来自中上游的地表径流供给;(2)合理利用地下水资源;(3)增加技术支持, 实现宏观调控。     

基于生态恢复的阿克苏河流域生态输水调度优化研究

生态输水调度是生态保护和恢复最有效的措施之一,实施生态输水对恢复干旱半干旱地区天然生态系统、维护绿洲生态系统健康具有重要意义。结合阿克苏河流域生态输水现状,在识别自然植被重点区和估算生态需水的基础上,建立了基于生态恢复目标的流域生态输水调度优化框架。首先采用高分系列影像识别自然植被信息,建立阿克苏河流域2015—2020年自然植被数据集,逐像元统计自然植被出现频次确定了艾希曼湖湿地区、第一师边缘胡杨林区、五团边缘胡杨林区3个自然植被重点区,面积达1257.69 km2;借助面积定额法和水量平衡法估算3个自然植被重点区的生态输水量分别为1.53×10⁸m³、2.73×10⁸m³、1.14×108m³;确定了流域生态输水的最佳时间为5—9月,单次或2次进行生态输水,建议单次生态输水量大于0.2×10⁸m³且输水天数大于10 d;渠系网络分析显示3个自然植被重点区设置的8个输水口可以作为今后生态输水路径的参考。研究结果对阿克苏河流域生态输水...     

黑河流域水资源开发对额济纳绿洲的影响及对策

位于黑河下游的额济纳绿洲, 是我国北方的一道天然屏障, 更是黑河中上游的重要绿色生态屏障。近年来黑河流域水资源的开发已严重影响到额济纳绿洲的可持续发展, 生态环境急剧恶化, 经济增长缓慢, 社会发展停滞不前。作者通过分析黑河流域水资源利用现状及对额济纳绿洲生态环境、社会、经济发展的影响, 提出合理分配水资源, 严禁开荒, 退耕还林(草), 调整产业结构, 开展节水农业等可持续发展对策。     

应用同位素研究黑河下游额济纳盆地地下水

黑河下游额济纳盆地位于两北内陆干旱区,大部分地区为戈壁沙漠,降水稀少,蒸发强烈,生态环境脆弱。盆地内天然植被的生长发育主要依靠于区域地下水,研究盆地地下水形成和循环机制,对流域治理、生态环境建设具有重要意义。本文采用环境同位素示踪技术,结合水化学分析方法和区域水文地质条件,研究分析了盆地地下水循环特征、地下水与地表水的相互关系和流域不同地区地下水补给来源等,为黑河下游水利工程规划和水量调度提供科学依据。     

水在克里雅河流域生态地理环境中的作用

水是克里雅河流域生态地理环境的主导因素, 依水系分布形成的于田绿洲和天然绿洲共同构成了克里雅河流域生态系统。克里雅河为混合引给型河流, 冰川融雪补给占71%, 故径流年内变化大, 年际变化比较稳定, Cv=0.17。地下水天然补给量大部是地表水转化而来。水资源开发利用中, 既要分析上游绿洲开发对下游的影响, 又要考虑维护下游天然绿洲对上游人工绿洲开发的制约, 统筹兼顾。北部深入塔克拉玛干沙漠200多公里, 沿河阶地, 河漫滩及散流区宽5-10km的天然绿洲, 是保护于田绿洲稳定的前沿屏障, 有重要的社会生态意义。目前因水系变迁和洪水退缩, 植被衰败, 沙漠化过程发展。从环境、资源生态管理和保护出发, 宜建立克里雅河下游天然绿洲保护区, 确保下游干三角洲天然绿洲的稳定。天然植被的维护更殖再生, 应纳入整个流域水资源生态系统的总体管理之中。     

干旱内陆流域生态需水量及其估算──以黑河流域为例

在干县内陆流域生态需水量概念与分类的基础上,以黑河流域为例,讨论了生态需水量估算的方法。采用两种半经验潜水蒸发公式和直接植物蒸腾估算等三种方法,以1995年为基准,分别对流域中游防护林生态体系需水量和下游荒漠绿洲生态需水量进行了初步估算,结果表明:黑河流域中游人工防护林生态需水量约为2.1× 10⁸~2.16×10⁸ m³,下游荒漠绿洲生态需水量为5.23×108~5.7×10⁸ m³;为维持或稳定流域下游额济纳现有绿洲规模,狼心山断面过水流量不应小于5.8×10⁸m³。     

黑河下游绿洲NDVI对地下水位变化的响应研究

本研究选取黑河下游核心绿洲区作为研究区域,通过对绿洲区植被变化和地下水位的长期监测,分析黑河下游绿洲植被与地下水位的关系;通过表面分析以及空间分析方法,探讨地下水位变化对绿洲植被的分布格局的影响,揭示绿洲植被变化对地下水位的响应。结果表明：额济纳地区2001年归一化植被指数(NDVI)值整体上小于1990年NDVI值,植被生长状况较1990年差;2009年河道附近绿洲区局部NDVI值增加,但大部分NDVI值仍小于1990年。相较2001年,2009年西河中上段河道附近植被有明显改善,西河下段植被仍呈现退化趋势,这主要与东西河分水措施有直接关系;东河上段河道附近绿洲呈现明显好转,东河中段变化不大,而东河下段植被面积略微增加,东居延海周围植被明显好于2001年。通过比较1990年、2001年和2009年地下水位与NDVI值的关系发现,地下水较为适宜的水位仍保持在2~4 m之间,地下水位下降与植被退化或者植被盖度降低有直接关系。     

疏勒河中游绿洲天然植被生态需水量估算与预测研究

以疏勒河流域中游绿洲为研究区,借助统计分析法、遥感和GIS技术方法对2013年疏勒河中游绿洲遥感影像土地利用覆盖变化进行解译与分析,得出各种天然植被覆盖状况数据,利用典型的潜水蒸发模型—阿维里扬诺夫公式对研究区内各县区的天然植被生态需水量进行了估算,并对未来天然植被面积和生态需水量进行了预测,为区域生态环境保护与水资源合理分配提供参考。结果表明:疏勒河中游绿洲现状天然植被最小生态需水量为18 768.97×104m3,最大生态需水量为46 643.04×104m3,其中,天然林地生态需水量为1 187.71×104~2 898.72×104m3,天然草地生态需水量为17 581.27×104~43 744.32×104m3,瓜州天然植被生态需水量为9 685.06×104~23 392.09×104m3,玉门天然植被生态需水量6 552.11×104~17 133.45×104m3,敦煌天然植被生态需水量为2 531.80×104~6 117.50×104m3。2020年疏勒河中游绿洲天然植被生态需水量预测为20 655.96×104~66 614.75×104m3,其中,天然林地生态需水量为1 316.57×104~3 855.91×104m3,天然草地生态需水量为19 339.39×104~62 758.84×104m3;2030年疏勒河中游绿洲天然植被生态需水量预测为22 721.55×104~85 584.09×104m3,其中,天然林地生态需水量为1 448.22×104~4 970.08×104m3,天然草地生态需水量为21 273.33×104~80 614.01×104m3。研究结果对促进疏勒河流域生态水权研究、水量分配以及区域生态保护、水资源合理配置与经济社会协调可持续发展具有重要参考意义。指出未来应进一步加强人类活动影响下区域天然植被需水规律研究、不同生态功能区植被生态需水规律以及基于生态保护目标的区域生态需水量及阈值研究。     

武威绿洲城镇化的生态效应情景分析

绿洲是人地关系地域系统研究的典型地区,城镇化是影响绿洲生态系统稳定性的重要人类活动之一,选择合理的城镇化模式对绿洲地区可持续发展至关重要。本文以石羊河流域武威绿洲为研究区,采用情景分析方法,对该地区常规城镇化和快速集约型城镇化两种情景的生态效应展开系统动力学模拟。结果表明：在快速集约型城镇化情景下,到2025年,武威绿洲年农业用水将控制在6×108 m3以内,相比目前水平可节约3×108～4×108 m3,生产和生活对生态用水的占用也将相应减少,年总用水量将控制在8×108 m3以内,水资源供需矛盾可得到缓解,下游民勤绿洲生态退化可得到有效控制;而在常规城镇化情景下,水供需矛盾将继续恶化,无法遏制石羊河下游生态退化趋势。因此,快速集约型城镇化模式是维持武威绿洲及石羊河流域生态系统稳定性的可取城镇化模式之一。     

塔里木河下游生态需水估算

量化生态需水是流域水权分配的重要依据。以塔里木河下游大西海子水库至尾闾台特玛湖段为研究区,借助湿周法计算了该段河道内最小生态需水量,并基于2009年和2010年河段地下水分布特征,计算沿线河道两岸各1 km范围地下水恢复至目标埋深(5～4 m)的地下水恢复量,采用潜水蒸发法和面积定额法估算了沿线天然植被生态需水量。结果表明：（1）塔里木河下游大西海子-台特玛湖河道内年最小生态需水量为1.455×108 m3;（2）以5年为恢复期限,确定该河段地下水埋深恢复至5～4 m的年恢复需水量为0.608×108～1.466×108 m3;（3）取潜水蒸发法和面积定额法计算结果均值,确定研究区天然植被生态需水量为1.042×108 m3;（4）综合考虑,塔里木河下游大西海子-台特玛湖年生态需水总量为3.105×108～3.963×108 m3。     

Ecological water demand of natural vegetation in the lower Tarim River

We have appraised the relationships between soil moisture, groundwater depth, and plant species diversity in the lower reaches of the Tarim River in western China, by analyzing field data from 25 monitoring wells across eight study sites and 25 permanent vegetation survey plots. It is noted that groundwater depth, soil moisture and plant species diversity are closely related. It has been proven that the critical phreatic water depth is five meters in the lower reaches of the Tarim River. We acquired the mean phreatic evaporation of different groundwater levels every month by averaging the two results of phreatic evaporation using the Qunk and Averyanov formulas. Based on different vegetation types and acreage with different groundwater depth, the total ecological water demand (EWD) of natural vegetation in 2005 was 2.4×108 m3 in the lower reaches of the Tarim River. Analyzing the monthly EWD, we found that the EWD in the growth season (from April to September) is 81% of the year’s total EWD. The EWD in May, June and July was 47% of the year’s total EWD, which indicates the best time for dispensing artificial water. This research aims at realizing the sustainable development of water resources and provides a scientific basis for water resource management and sound collocation of the Tarim River Basin.     

张掖市黑河近期综合治理工程效益初步分析

黑河流域日趋恶化的生态环境,引起了政府及相关部门的重视。按照国务院指示,张掖市2000年启动了黑河中游水量调度方案,即当莺落峡来水15.8亿m3时,正义峡下泄水量9.5亿m3。2001年开始实施了黑河流域近期治理工程项目。通过介绍黑河近期（2000—2005年）综合治理工程的概况,并分析工程产生的效益,结果表明:中游实施调水6 a来,总计调入下游的水量53.42亿m3,调水次数23次,调水天数396 d;张掖市利用黑河干流的水量减少、地下水开采量增大、农业用水量降低、工业和生态用水量增加、下游生态环境逐渐得到了恢复。节水工程实施5 a来,张掖市工农业用水效率提高、粮经草种植比例由45∶48∶7调整为31∶50∶19、产业的经济结构由41∶24∶35调整为37∶25∶38、农民纯收入增加了28%、农业节水工程的节水效益明显。     

基于生态水文过程的塔里木河下游 植被生态需水量研究

根据2005年塔里木河下游8个断面25眼地下水位观测井和25个植物样地野外采集的数据,运用DPS统计软件计算植被物种多样性指数,进而对地下水、土壤水与植被的关系进行了分析,结果表明地下水位、土壤含水量与植被多样性之间都有极强的相关性,在此基础上确定出塔里木河下游潜水蒸发的极限埋深是5 m。并采用阿维里扬诺夫公式和群克水均衡场公式对塔里木河下游天然植被的月潜水蒸发量进行计算,将两者计算结果加以算术平均得到塔里木河下游不同埋深对应的潜水蒸发量;采用两种方法对植被面积进行分类,在此分类基础上计算生态需水量,将两个结果再次平均,得到天然植被全年最低需水量约为3.2×10⁸ m³。通过对月生态需水量的分析发现4月到9月的生态需水量占全年的81%,尤其是5、6、7三个月占全年总需水量的47%,是生态需水的主要时期。     

The research of three-dimensional numerical simulation of groundwater-flow: taking the Ejina Basin, Northwest China as example

Water is a primary controlling factor for economic development and ecological environmental protection in the inland river basins of arid western China. And it is groundwater, as the most important component of total water resources, that plays a dominant role in the development of western China. In recent years, the use-ratio of surface water has been raised, the groundwater recharge rate from surface water has been reduced, and groundwater has been exploited on a large scale. This has led to the decline of ground-water levels and the degradation of eco-environments in the Heihe watershed. Therefore, the study on the change in groundwater levels in recent years, as well as simulating and predicting groundwater levels in the future, have become very significant for im-proving the ecological environment of the Heihe River Basin, to coordinate the water contradiction among upper, middle and lower reaches of Heihe River Basin and to allocate the water resources. The purpose of this study is to analyze the groundwa-ter-level variations of the Ejina region based on a large scale, to develop and evaluate a conceptual groundwater model in Ejina Basin, to establish the groundwater flow model using the experimental observation data and combining Modular Three-Dimensional Groundwater Flow Model (MODFLOW) and GIS software, to simulate the regional hydrologic regime in re-cent 10 years and compare various water-delivery scenarios from midstream, and to determine which one would be the best plan for maintaining and recovering the groundwater levels and increasing the area of Ejina oasis. Finally this paper discusses the pos-sible vegetation changes of Ejina Basin in the future.     

黑河中游地区水资源供需状况分析及对策探讨

在分析黑河中游地区水资源及其开发利用现状基础上,以2002年为现状年,以2006年和2010年为预测年,对本地区未来需水量进行预测和供需平衡分析。结果显示:未来黑河中游地区水资源需求量将呈不断增加趋势,供需矛盾将会越加突出。2006年和2010年,在75％和90％的保证率下,现状水资源工程均无法满足各类用水需求,约有3.38～4.72亿m3和3.93～5.27亿m3的缺口,缺水率将达16.58%～23.16%和18.78%～25.18%。为保证黑河中游地区水资源能够持续开发利用,社会和经济持续稳定发展,从目前来看,主要在农业节水和开发祁连山空中云水资源等方面下功夫,从长远来看,需要加强在流域虚拟水方面的研究。     

黄河下游生态需水量及其估算

通过分析黄河下游1958－2000年实测生态可用水，探讨生态需水量内涵，根据黄河特殊性及黄河生态需水量的研究现状，将维持和保护河流功能的黄河下游生态水量分为污期输运水量和非汛期生态基流量，在平滩流量输运能力最强的前提下，估算黄河下游汛期输运水量为80－120亿m^3，根据实测资料估算作为黄河下游水量控制断面花园口水文站和作为河口地区水量控制断面利津水文站的非汛期生态基分别为80－100亿m^3和50－60亿m^3，同时指出对黄河下游水沙调控和黄河流域水资源“准市场”的形成，是黄河下游生态需水量实现的保证。     

额济纳绿洲植物群落种间关系和生态位研究

根据61个天然植物群落样地的野外调查资料,采用生态位测度、方差比率法和基于2×2列联表的χ2检验、Ochiai关联指数、Pearson积矩相关系数和Spearman秩相关系数等方法,对额济纳绿洲植物群落主要物种进行了生态位和种间关联分析。结果表明：（1）胡杨（Populus euphratica）、柽柳（Tamarix ramosissima）、苦豆子（Sophora alopecuroide）生态位宽度值大,分别为该区的泛化种和乔木层、灌木层及草本层的优势种;（2）额济纳绿洲植物群落物种的总体联结性为不显著的正联结,大多数种对间呈中性联结（χ2<3.841,p>0.05）,物种趋向于独立分布。（3）种间联结系数（Ochiai指数）与生态位重叠之间极显著正相关,而生态位宽度与生态位重叠之间并无直接线性关系。     

黑河下游植被对调水的响应

由于黑河下游来水量的减少,黑河下游绿洲面积急剧退化.为了改善黑河下游的生态环境问题,遏制绿洲进一步退化的趋势,国务院批复于2000年开始对黑河下游进行调水,通过9年调水,黑河下游水资源时空分布发生了很大变化.为了客观评价黑河下游植被对调水的响应,本文通过实地调查、遥感等手段,分析了黑河下游1995-2004年地下水埋深、典型植被、景观类型及东居延海在调水以来的变化情况.研究结果表明:黑河下游生态环境对调水响应明显,下游生态环境向良好的方向转变.