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.     

额济纳绿洲生态环境的历史演变及其受损因素分析

额济纳平原广大的戈壁滩植被极为稀少,绿洲主要分布在东、西两河的沿河地带以及古日乃湖盆地区,典型的干旱荒漠气候及地质地貌条件是额济纳平原绿洲生态环境退化的动力条件和物质基础。人为的破坏自然植被,减少河流来水量,是额济纳平原环境退化的根本原因。自本世纪六十年代以来,由于黑河进入额济纳平原区水量的不断减少,导致西居延海、东居延海相继干涸,绿洲面积不断减少,植被退化严重,从而引起生态环境的日趋恶化,产生和加剧了一系列的生态环境问题。概括起来,额济纳平原绿洲生态环境问题主要是:湿地减少、植被退化、土壤盐渍化以及土地沙化和荒漠化等。     

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。     

黑河调水以来额济纳盆地湖泊蒸发量

在GIS技术支持下结合气候条件的变化,对黑河调水以来额济纳盆地的湖泊面积变化和蒸发量变化进行分析.结果表明:额济纳盆地湖泊主要包括东、西居延海和进素土海子,各湖泊在2002年7月后陆续恢复,其中东居延海2004年后常年蓄水,进素土海子在2008年后常年蓄水,西居延海为季节性湖泊.盆地内湖泊总面积最大达到103.85 km²,年蒸发量最大达到1.79×10⁸ m³.湖泊除受地表调水补给外,还受地下径流补给,2005年后东居延海每年接受地下径流净补给量约2500×10⁴～3000×10⁴ m³.     

东居延海湿地恢复进程研究

利用比值阈值法解译2000-2015年东居延海Landsat影像,获取逐月湿地、挺水植物及裸水水域面积,分析生态输水以来东居延海湿地恢复进程。研究表明:(1)2002年生态输水进入干涸的东居延海,之后湿地面积迅速扩大,2015年湿地面积达54 km~2,较2002年扩大了近1倍;2009年前湿地面积快速增长,湿地组成以水体为主(占比94%);2010年后湿地面积增速减缓,变化稳定,维持在55 km~2左右,挺水植物面积已达9 km2(占比15%)。(2)湿地面积年内变化呈明显季节性特征,2002-2003年湿地季节性有水;2004年以后湿地常年有水,10-11月湿地面积最大,7-8月湿地面积最小而挺水植物面积最大。(3)东居延海湿地面积及其变化特征与入湖水量和时间密切相关,适宜的生态输水调度是东居延海湿地健康的重要保障。     

黑河下游额济纳绿洲生态需水关键期及需水量

黑河流域中生态最为脆弱、植被退化最为严重而对全流域生态治理目标的实现极为关键的地区在下游额济纳绿洲。黑河分水方案主要控制年总量,由来水过程确定分水时机,采用“全线闭口、集中下泄” 的分水方式,这容易导致分水与下游绿洲需水的时间错位。要实现黑河分水对下游天然绿洲的作用和意义,不仅要充分保证分水量,更要选择适宜的分水时间,如果分水错过了下游绿洲生态需水的关键期,将会直接影响绿洲植被的正常生长。要维持黑河下游额济纳绿洲健康、稳定和持续发展,确定生态需水的关键期是首当其冲的问题。本文通过对黑河下游额济纳绿洲地下水位时空动态变化过程、天然植被耗水过程和绿洲生态过程及水文过程的关系研究,确定了黑河下游额济纳绿洲生态需水的关键期。建议在生态关键期保障输送必需的水量,合理调节水库出水量与河道径流量,保障4月和8月关键期的需水量,其中4月至少要保证0.80亿m3的输水量,8月至少要保证1.08亿m3的输水量,确保下游绿洲植被的生理需水,同时考虑到前期缺水和随后的月份水量消耗,尽可能增加关键月的配水量。     

西北干旱地区水资源与生态环境保护

西北干旱地区的水资源主要是地表水。地表水具有时空分布不均、河川径流补给来源的多样性和与地下水转换频繁等许多特点。西北干旱地区的生态环境在人工绿洲内部有所改善 ,但在绿洲外 ,正在进一步恶化 ,包括土地沙漠化、冰川退缩、湖泊干涸、下游河道断流、沙尘暴频次增加、天然草地大面积退化、天然植被遭到破坏等。这些问题都需要用水来解决。当前生态环境恶化的典型事例有 3处 :塔里木河下游、黑河额济纳地区和石羊河民勤地区。     

环境选择模型在生态系统管理中的应用—— 以黑河流域额济纳旗为例

以黑河流域额济纳旗生态系统的可持续发展管理为例，选取了水费、绿洲面积、水质、本地动物种类和数目作为额济纳旗牛态系统管理的5种属性，根据额济纳旗生态恢复和保护目标及社会经济发展目标确定了属性状态值，采用部分正交因子法设计了调查问卷，于2002年7月至8月间，在黑河流域随机抽样调查了1000户居民，以分析环境属性的价值和不同替代情景的补偿剩余价值。分析结果表明了主要环境属性的部分价值：面积为0．22元／km^2，动物类型为6．09元／种，动物数量为-7．11元／10^4头，水质从较差到一般状态为20．04元／户、水质从较差到较好为27．67元／户、水质从较差到好为38．87元／户。分析结果表明，对额济纳旗生态系统的管理而言，提高水质和增加动物的种类是合适的选择。最后，结合实证研究展望了选择模型研究应该解决的问题。     

黑河下游径流量与额济纳绿洲NDVI的滞后模型

将黑河下游年度均流量作为激励,将由NOAA/AVHRR卫星数据处理得到的归一化植被指数NDVI指标作为响应,建立起线性系统模型,从区域尺度模拟了额济纳绿洲植被发育相对于来水量的滞后过程。模型显示出,黑河来水对当年及后5 a的绿洲植被产生显著影响,其中对次年影响最大,并逐年递减,6 a后滞后效应不明显。分析认为滞后效应受含水层、包气带结构、绿洲范围等物理与几何参数因素控制,是绿洲生态系统具有自维持功能的一个体现。     

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。     

2000年来黑河中下游水土资源利用与下游环境演变

额济纳地区2ka来水系有自东向西迁移的过程, 主要受水尾闾湖从东部古居延泽向西部东、西居延海转移; 绿洲时空分布格局也随水系从古居延绿洲向额济纳绿洲发生迁移; 荒漠化过程则由古居延三角洲下部向中部和中上部扩展。     

额济纳盆地地下水补给机理研究

黑河下游的额济纳盆地,气候干旱,降雨稀少,盆地内分布着复杂的地下水含水层,濒临崩溃的生态系统靠其有限的地下水资源维持着,如何有效的评价地下水资源量,怎样合理的开发利用地下水资源,以及近期黑河治理规划工程实施后,对地下水资源产生何种影响,成为亟待解决的问题。对此,应用皮帕尔（Piper）图解法分析地下水的水化学特征类型,结合区域构造水文地质、地下水流场和环境同位素,分析盆地内不同地区的地下水补给机理：发现自流井区为一小区域的沉积中心,其来源不同于其他以黑河河水为补给源的地下水,而是来自中蒙边境山区的补给;古日乃草原地下水主要依靠黑河河水通过古河道渗漏的补给,而不是巴丹吉林沙漠的补给;赛汗桃来沉积中心的深层承压水来自其邻近上游地区潜水的侧向渗流补给。利用放射性同位素氚含量,初步估算出不同地区地下水的更新期,其地下水年龄均低于35 a。为评价黑河干流规划对地下水资源所产生的影响、合理开发利用地下水资源、保护脆弱的生态环境提供科学依据。     

额济纳天然绿洲景观变化及其生态环境效应

基于研究区1987年LandsatTM和2001年LandsatETM+遥感影像资料,综合运用遥感与GIS技术手段,结合景观格局分析软件APACK,就近15年来额济纳天然绿洲景观格局变化进行了分析,并进一步探讨了由此所引起的生态环境效应。研究结果表明:1)天然绿洲面积与水域面积急剧缩减,绿洲荒漠化程度加剧;2)绿洲景观与荒漠景观过渡地带为各景观生态类型相互转化最为剧烈的区域;3)景观多样性与景观异质性程度减小,景观稳定性降低;4)景观变化所引起的生态环境效应包括地下水矿化度升高、水质下降,植被退化与物种多样性降低,沙尘暴危害加剧以及生态难民数量增加等。     

不同情景下干旱区尾闾湖泊生态水位与需水研究——以黑河下游东居延海为例

水位作为湖泊重要的水文要素之一,在反映湖泊水量变化,指示湖泊湿地生态环境状况等方面都有重要的生态意义。选取黑河下游尾闾湖东居延海为研究区域,采用湖泊形态学法对湖泊最小生态水面和最低生态水位进行了研究。依据水量平衡原理,结合已有研究对不同情景下的生态需水量进行了估算。最后结合黑河输水河道耗水规律,提出不同情景（水文频率）下各水文断面需下泄水量。研究结果对于干旱区流域湖泊湿地的保护和水资源的合理利用都有重要意义,同时也为黑河流域生态输水工程的实施提供现实的科学依据。     

基于雷达遥感的内蒙古额济纳旗东北部中晚早更新世古水系演化

Radar remote sensing can acquire information of sub-surface covered by sand in arid area,detect surface roughness and vegetation coronet′s layer and linear feature such as linear structure and channel sensitively. With sediment facies analysis, this paper studies the features of environmental evolution in mid-late Epipleistocene (60 ka BP-20 ka BP) in northeastern Ejin Banner. The conclusions are listed as follows: (1) The evolution of the three lakes, i.e. Gaxunnur, Sugunur and Tian′e lakes, are dominated by faults and regional climate. (2) By analyzing sedimentary section of old Juyanze Lake,the three lakes used to be a large outflow lake before 50 ka BP in northeastern Ejin Banner, and at 50ka BP, temperature declined rapidly in northwestern China. The event caused the lake′s shrinkage. (3)By fault activity uplift in the northern part of old Juyan Lake and depression in the southern part, the lake′s water followed from north to south at around 35 ka BP, old Juyanze fluvial fan was formed. At the same time, Juyan Lake separated from Sugunur Lake and Wentugunr old channel was abandoned.(4) In recent 2000 years, Ruoshui River is a wandering river, sometimes it flows into Juyan Lake and sometimes Sugunur and Gaxunnur lakes. Due to human activities and over exploitation, the oasis ecosystem is rapidly degenerated in 15 years (1986-2000).     

黑河下游典型植被下垫面与大气间能量传输模拟研究

在分析过去地-气间相互作用的物理过程、研究进展基础上,探讨了土壤、植被、大气系统中水分与能量的传输过程在模型中不同的计算方法。同时对不同计算方法进行对比,确定了分析土壤、植被、大气系统中水分和能量传输方法的优缺点。利用黑河下游额济纳地区绿洲试验区2003年9月的大气资料作为陆面模式的强迫场,研究陆面过程模式（LSM）在极端干旱地区的模拟能力。模拟结果表明,在观测资料的强迫下,LSM能够较好地模拟出地表特征量的变化趋势。根据实际情况,定义额济纳地区绿洲的植被覆盖率为0.7, 叶冠高度为1.5 m,位移高度为0.64 h,Karman常数取0.4。通过对比试验发现,采用LSM模型模拟的空气温度和地面蒸发比实际蒸发少,但地表潜热通量、辐射和土壤热通量的模拟结果与实测值的比较吻合。如果地表和植被的参数选择较好,采用LSM模型模拟本地区的陆面过程将有较好的结果。     

额济纳盆地地下水盐化特征及机理分析

运用水文地球化学方法,分析额济纳盆地不同含水层地下水盐化特征及其机理。结果表明:额济纳盆地地下水受水文地质条件的制约,潜水的盐化自沿河主要补给区到蒸发排泄区具有明显的分带性,由河流主要补给区向北和向东西两侧,至居延海,进素土海子和古日乃湖中心洼地地下水,地下水由淡水,逐渐过渡为微咸水、中度咸水及极度咸水、盐水;承压水属于微咸水。依据地下水中各离子含量的比值特征的分析结果,控制本区地下水盐化的主要因素为硅酸盐矿物溶解和蒸发沉积作用,硅酸盐矿物溶解主要发生在沿河的地下水补给区;蒸发沉积作用主要发生在地下水径流-排泄区。深层地下水埋藏较深,蒸发的作用大大减弱,因而含盐量少,水质较好。