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。     

河西走廊中段临泽绿洲水资源供需平衡及承载力分析

水资源管理制度改革及种植业结构调整是提高西北干旱区绿洲水资源承载力的有效途径。结合2000-2015年临泽绿洲地表水与地下水资源利用、种植业分布格局、水利设施建设等资料,采用水资源承载力平衡指数（IWSD）和地下水开采潜力指数分析了临泽绿洲水资源供需平衡的年际变化,并利用适宜灌溉规模对绿洲水资源最大承载力进行了研究。分析得出：2000-2015年期间,在P=50%来水情况下仅蓼泉和板桥灌区能维持水资源供需平衡且地下水开采不超过最大允许开采量;受水资源管理改革、种植业结构调整等因素影响,绿洲单位面积耗水量下降0.35×10⁴ m³·hm^-2;优先保证绿洲内部生活、工业及生态用水,2020年规划下可承载灌溉面积为（3.51～3.91）×10⁴ hm²。适当缩减绿洲边缘灌溉面积,协调各灌区井渠灌溉是实现绿洲“水-生态-经济”可持续发展的有效途径。     

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。     

黑河流域水资源生态环境安全问题研究

对黑河流域水文资料进行分析计算发现, 由于有冰川补给流域水资源比较稳定, 最枯年和最丰年水资源量之比仅为1:2, 这在北方河流中是非常罕见的。多年平均水资源量为32.31亿m³·a^-1, 人均水资源量为1689m³·a^-1, 略低于国际上公认的人均水资源安全警戒线1000~1700m³·a^-1的上限。根据黑河流域水资源反复转化多次重复利用的特点, 扣除7.5亿m³·a^-1的生态用水量, 结合流域正在执行的综合整治和节水措施的推广, 目前水资源状况是安全的, 下游生态环境的危机可以通过水资源统一调配来解决。依据天然出山水资源变化和水土资源开发利用规模及额济纳旗生态环境状况, 在不增加土地灌溉规模并适当采取节水措施的前提下, 可以确定32.31亿m³·a^-1的天然来水量为流域水资源安全临界线, 28亿m³·a^-1的天然来水量为流域水资源安全警戒线。     

荒漠绿洲交错区绿洲扩张与主要水文过程

干旱区绿洲扩张主要发生在荒漠绿洲交错区（边缘区），绿洲空间变化对地表主要水文过程有直接影响。为了更好地了解这一变化机制，以绿洲与沙漠、荒漠、石质裸山交错分布的张掖绿洲边缘区为对象，采用F显著性检查和Mann-Kandell趋势分析对1987年以来绿洲与不同生态系统之间转化特点与趋势进行了研究，同时分析了绿洲扩张与主要水文过程关系。结果表明：1987—2017年来荒漠绿洲交错区不同生态系统空间变化主要发生在绿洲与沙漠和荒漠3种生态系统之间。转化以绿洲扩张为主要特点，累积扩张了1 696.86 hm²，平均每年56.56 hm²。其中，沙漠和荒漠分别转化了31.73 hm²·a^-1和24.83 hm²·a^-1。黑河中游干流用水量在研究时段内无显著性突变，多年平均为7.68×10⁸ m³，对绿洲面积扩张无显著性影响。但是地下水埋深在1998年发生显著性突变，突变周期发生在1997—2000年。总体来看，绿洲面积每增加520 hm²，地下水埋深下降1 m。地下水位埋深对绿洲扩张有显著性影响，是绿洲扩张最敏感的水文过程要素。     

红崖山水库径流量减少与民勤绿洲水资源危机分析

民勤绿洲是武威、金昌等重要经济区的生态屏障。近半个世纪以来,随着石羊河中游工农业经济的持续发展,用水量不断增加,致使红崖山水库入库径流量不断减少,进而引起了下游民勤绿洲一系列生态环境问题,已到了"崩溃"的边缘。本文在定量分析入库径流量减少原因的基础上,全面阐述了民勤绿洲生态环境恶化的严重程度,并以流域水资源承载能力为依据,提出了解决民勤绿洲水资源危机之途径。     

渭河与泾河流域水沙变化规律及其差异性分析

依据渭河和泾河流域1956—2016年实测水文资料、水利水保统计数据、TerraClimate年平均温度和Landsat地表反射率数据集,分析了流域水文要素、气温及植被覆盖度的历年变化规律,采用双累积值曲线法、累积距平法、有序聚类法、Lee-Heghinan法、秩和检验法等数理统计方法,确定了流域年径流量和年输沙量变化的突变年份,分析了降水和人类活动的减水减沙效应。结果表明:(1)渭河和泾河流域历年降水量、径流量、输沙量、含沙量均呈显著减少趋势,渭河流域的降水和径流比泾河流域减少较多,泾河流域的泥沙比渭河流域减少较多。(2)人类活动对2个流域径流泥沙量的影响均大于降水量对其的影响,且泾河流域受人类活动影响较渭河流域明显。(3)2个流域的水沙特征差异性较大,渭河的年径流量、年径流深、径流系数是泾河流域的2.0~2.4倍,渭河的年输沙量、年输沙模数、年均含沙量仅是泾河流域的1/2~1/5。2个相邻流域水沙特征差异性较大的主要原因是,流域气温、降水等气候条件不同,植被覆盖度等下垫面条件存在差异,水利水保措施、水资源开发利用程度等人类活动的影响所致。     

祁连山黑河径流变化特征及影响因素研究

基于黑河流域径流、气象和土地利用类型等资料,采用弹性系数等方法研究了黑河径流变化特征及影响因素。结果表明：（1） 1990年后黑河流域径流量增加趋势明显加速,并且在黑河干流表现最为明显,1957—1990年莺落峡站径流量增加速率为0.75×10⁸ m³·(10a)^-1,而1991—2020年其增加速率为2.60×10⁸ m³·(10a)^-1,后者是前者的3.47倍,并且黑河全流域1990年后径流量增加主要发生在夏季和秋季,较1990年前分别增加了7.07%和26.58%。（2） 径流对气候变化的响应在夏季最为敏感,并且降水是导致径流增多的主要气候因素,夏季降水量增多1.000%,同期径流量平均增多0.741%（P<0.01）。（3） 2020年较1980年黑河流域耕地和建设用地面积相对增幅分别为24.20%和71.43%;草地和未利用土地面积相对降幅分别为1.30%和5.28%。径流量与林地面积、建设用地面积呈正相关,而径流量与草地面积呈负相关。研究结果可以为黑河流域水资源的科学管理、优化配置和后续生态工程的实施提供参考。     

扎龙盐沼湿地对乌裕尔流域径流变化的水文响应

乌裕尔河流域水环境的变化导致下游湿地迅速退化。探讨了近65 a（1951—2015）扎龙湿地系统对乌裕尔河流域径流量变化的响应。结果表明：乌裕尔河中下游的径流量急剧减少给下游湿地的演替带来明显的影响，上游来水供给不足导致湿地长期处于干旱缺水的状态，湿地水面面积与蓄水量显著减少，并导致扎龙湿地地下水位显著降低（P<0.05）。湿地持续干旱缺水引发此区域大面积的沼泽退化并发生次生盐渍化。近年来，扎龙湿地发育的盐渍土面积达到250 km²以上，并且向核心区蔓延。湿地持续退化对在湿地栖息和繁殖的珍稀水禽带来巨大的冲击。     

塔里木河干流径流损耗及其人类活动影响强度变化

依据塔里木河干流1957-2008 年的年径流量监测数据,计算出干流年径流损耗量,利用线性回归法,对干流年径流损耗量时间序列变化趋势进行分析,建立影响径流损耗的社会经济指标体系,运用层次分析法和权重加权法剖析人类活动影响强度变化趋势,并探讨人为径流损耗的主要原因。研究结果表明：① 近50 多年来,塔河干流年径流损耗量表现出递减变化趋势,但上、中、下游存在差异,上游增加显著,增速约为2.09×10⁸ m³/10a,而中、下游递减趋势显著,减速分别为1.61×10⁸ m³/10a 和2.30×10⁸ m³/10a;② 干流来水量与径流损耗量之间呈明显的正相关,R² = 0.9996,可认为来水量减少是诱发径流损耗量减少的直接原因;③ 人类活动强度指数与人为径流损耗量之间亦呈显著的正相关,R² = 0.9822,说明自20 世纪70 年代中期开始,随着人类活动强度的逐渐增大,人类活动对径流损耗的干扰就处于一个扩大和加重的过程;④ 人口增长、产业结构调整、居民对物质经济的追求等社会经济活动是引起人为径流损耗量增加的主要原因。     

黑河干流正义峡-狼心山段河道渗漏量计算及模拟

综合考虑来水条件和渗漏容量,利用平均水面宽度与渗漏率的乘积求得单位长度渗漏量,采用水面宽度的变化表征渗漏面随水流起伏变化,建立了黑河正义峡-狼心山段河道渗漏模型,模拟了2005-2013年河段渗漏量变化;并以此建立了河道前期过水和未过水条件下正义峡流量和正义峡-狼心山段渗漏量之间的关系。结果表明：（1）强烈渗漏条件下天然河道水流演进模型对正义峡-狼心山段渗漏模拟效果较好,总体误差小于5%;（2）模型模拟的2005-2013年年均渗漏量为2.69×10⁸ m³,与以水量平衡计算的年均2.84×10⁸ m³大致相当,绝对误差为0.15×10⁸ m³,表明模型模拟的结果较好;（3）正义峡流量和正义峡-狼心山段河道渗漏量呈显著的指数关系,实际调度工作中,可利用该模型计算渗漏量并预测下游的来水过程。     

国际及省际贸易视角下的中国虚拟水和隐含能源流通规律分析

核算了世界各国（地区）与中国,以及中国省际间的资源流通量,量化了贸易视角下水资源与能源的相互消耗量,从“源”与“汇”的视角描绘了各类资源从自然界进入经济系统到最终使用的整个过程。结果表明：① 中国虚拟水呈净流出状态,国际虚拟水贸易加重了中国的水资源压力;国际隐含能源贸易抵消了虚拟水净出口量的三分之一,缓解了中国的水资源压力。② 中国隐含能源呈净进口状态,国际隐含能源贸易缓解了中国的能源使用压力;国际虚拟水贸易加重了中国的能源使用压力,但影响程度较弱。③ 虚拟水主要通过农业和制造业进入社会经济系统,隐含能源主要通过矿业和制造业进入社会经济系统;固定资本形成和城镇生活消费是虚拟水和隐含能源的主要最终使用方式,数值分别为1735.42亿m³和2117.24亿m³,6.25×10⁷ TJ和2.73×10⁷ TJ。④ 中国各省份最终使用的水耗能源总量为8.73×10⁶ TJ,占隐含能源总量的3.27%,低于能源耗水在虚拟水中的比重（9.63%）。能源省际贸易相比于水资源而言更为活跃,能源耗水在水?能纽带关系中起主导作用。     

基于水资源约束的中国城镇化SD模型与模拟

中国城镇化正处于快速发展阶段,尽管经济和社会发展主控要素还在发挥重要作用,但水资源在生产、生活和生态方面发挥主控作用的局面愈益明显。在中国城镇化系统动力学（system dynamics,SD）模型基础上,从水资源供给、需求和水环境等层面将水资源作为主控要素嵌入原有模型中,拓展出基于水资源约束的中国城镇化SD模型,并对水资源利用进行了多情景模拟。结果表明：① 系统存流量和灵敏度检验证明模型模拟效果良好,具有可操作性。② 部门用水效率一定时,产业发展对水资源供需平衡的影响比人口增长更为明显。③ 在实行节水农业、节水工业、高生活需水、高生态环境需水和高再生水利用的综合协调方案中,2050年中国城镇化的发展约共需6789.70亿 m³水资源,基本实现水资源供需平衡。     

巴丹吉林沙漠地下水流场的宏观特征

黑河流域下游盆地与周边地区的水力联系是当地生态建设的关键问题。巴丹吉林沙漠与黑河流域下游盆地存在长达180 km的交界线,由于水文地质调查程度低,其地下水的流场不清楚,黑河流域下游天然水均衡账本中存在不确定因素。针对这个问题,在已有水文地质调查基础上,开展了巴丹吉林沙漠区域尺度的水位调查和钻孔勘探,获得461个已知水位点和63个水位约束点,绘制出巴丹吉林沙漠浅层地下水一级近似等水位线图。结果表明:研究区地下水位具有东南高、西北低的特点,水力梯度0.6‰~4.0‰,沙漠东南部地区的湖泊对地下水流场具有扰动作用,但没有改变宏观的地下水流向;第四系松散砂层是巴丹吉林沙漠浅层地下水的主要含水层,根据现有钻孔和物探资料,第四系沉积物在沙漠腹地较厚、边缘较薄,覆盖厚度普遍超过100 m,联通了沙漠和黑河流域下游地区的地下水;巴丹吉林沙漠的地下水补给黑河下游的古日乃湖、额济纳旗平原和拐子湖地区,地下水侧向出境流量为(0.61~1.97)×10⁸ m³·a^-1,其中进入古日乃湖平原的流量达到(0.33~1.06)×10⁸ m³·a^-1。计算结果仍然受到一些不确定因素的影响。     

疏勒河干流径流变化特征研究

选取疏勒河干流昌马堡、潘家庄和双塔堡水库站多年实测月、年天然径流作为数据资料，利用线性倾向、Mann-Kendall等方法，研究干流径流量年、年内、年际、季节变化和突变特征。结果表明：1956—2016年干流年径流呈现昌马堡站［1.075×10⁸ m3·（10 a）^-1］>双塔堡水库站［0.253×10⁸ m³·（10 a）^-1］>潘家庄站［0.126×10 m³·（10 a）^-1］的线性倾向率，且呈现增加变化趋势；径流年内分配极不均匀，径流主要集中于5~9月，占年径流量的50%以上；径流年际变化均低于和高于多年平均值分别在20世纪70~90年代和21世纪00~10年代；径流不同站点和不同年代平均径流距平呈现差异性季节变化特征，夏季径流量增加对各站点年径流量影响最大；径流突变时间和特征因不同站点呈现不同变化特征，3个水文站突变点分别为1998年、2012年和2006年。研究结果对促进区域水资源综合管理与科学调配，指导区域中长期水资源综合规划与社会经济发展提供科学依据和技术支撑。     

甘宁蒙陕农牧交错区的水资源及节水研究

甘宁蒙陕农牧交错区干旱缺水,黄河是惟一的过境河流和水源,但河水资源在该区已开发,利用过度,已造成了断流灾害和一系列重大环境问题。"南水北调"西域工程调入黄河的水量,主要是保证黄河流域社会经济结构调整和生态环境保护重建的需水,水源分配也基本上未考虑农业用水(兰州-河口镇段只安排了2亿m³农业用水)。显而易见,该区水资源的利用,主要是节水。尤其在甘宁蒙陕农牧交错区建成的几处扬黄灌区,普遍存在重开源轻节流,重骨干工程轻田间配套工程建设,重工程轻管理的思想,起点低工程不配套,水资源浪费损失严重,利用率低。     

Estimation of areal precipitation in the Qilian Mountains based on a gridded dataset since 1961

Based on a 0.5°×0.5° daily gridded precipitation dataset and observations in meteorological stations released by the National Meteorological Information Center, the interannual variation of areal precipitation in the Qilian Mountains during 1961-2012 is investigated using principal component analysis (PCA) and regression analysis, and the relationship between areal precipitation and drought accumulation intensity is also analyzed. The results indicate that the spatial distribution of precipitation in the Qilian Mountains can be well reflected by the gridded dataset. The gridded data-based precipitation in mountainous region is generally larger than that in plain region, and the eastern section of the mountain range usually has more precipitation than the western section. The annual mean areal precipitation in the Qilian Mountains is 724.9×10⁸ m³, and the seasonal means in spring, summer, autumn and winter are 118.9×10⁸ m³, 469.4×10⁸ m³, 122.5×10⁸ m³ and 14.1×10⁸ m³, respectively. Summer is a season with the largest areal precipitation among the four seasons, and the proportion in summer is approximately 64.76%. The areal precipitation in summer, autumn and winter shows increasing trends, but a decreasing trend is seen in spring. Among the four seasons, summer have the largest trend magnitude of 1.7×10⁸ m³×a^-1. The correlation between areal precipitation in the mountainous region and dry-wet conditions in the mountains and the surroundings can be well exhibited. There is a negative correlation between drought accumulation intensity and the larger areal precipitation is consistent with the weaker drought intensity for this region.     

新疆和田地区地下水资源及其可持续开发利用

和田地区地下水具有一定的开发潜力,但地下水的可开采资源量依地表水的开发程度不同而变化。如果地表水引水率维持现状,则地下水最大可开采量为地下水天然补给量的55.8%,截取的蒸发蒸腾量为604%,同时泉水的消减率为35.56%。若地表水的引水率达80%,渠系利用系数提高到0.55时,地下水最大可采量为天然补给量的59.7%,截取的蒸发蒸腾量为70%,而泉水的消减率为49.4%。地下水的开发必须与保护并重,首先应加强昆仑山区的冰雪资源和水源涵养林的保护,合理开发平原区地下水与地表水;其次应积极预防地下水的污染及可能产生的生态环境负效应;同时必须加强基础建设和能力建设,提高全民节水意识。     

疏勒河下游生态保护研究

通过对河西地区疏勒河下游的生态环境的恶化,终端湖泊的后退,湿地萎缩,生物多样性减少,土壤盐渍化及土地沙漠化扩展的主要原因的调查分析研究,提出了生态环境保护的关键问题,并对最低水资源需求量及未来水资源保证状况进行了预测。研究结果表明,为保护和维系现存林地、草地、湿地、湖泊等生态环境不继续恶化,约需水2.92亿m³,其中安西1.5217亿m³,敦煌1.4306亿m³。但昌马水库只能提供2.4058亿m³的生态用水,还缺0.52亿m³,需通过流域实施农业节水和全面建立节水型社会解决。     

黑河流域近60年来径流量变化及影响因素

基于莺落峡、正义峡水文站径流量数据及相关气候资料,借助小波分析、小波神经网络模型和GIS空间分析方法,研究黑河干流径流量变化周期、突变、趋势及原因。结果显示:1944~2005年莺落峡年均径流量变化长周期约7和25年,变化总体呈增加趋势,增加率约1.04m³/(s·10a);1954~2000年正义峡年均径流量变化长周期约6和27年,变化总体呈减少趋势,减少率约2.65m³/(s·10a);2006~2015年莺落峡年均径流量呈增加趋势,增加率约2.04m³/(s·10a);莺落峡径流量的增加主要与黑河流域上游气候向暖湿型转化有关,而正义峡径流量的减少与中游水资源利用量的迅速增加有关。