1957-2006年塔里木河流域气候变化和人类活动对水资源和生态环境的影响

塔里木河是我国最大的内陆河,历史上是环塔里木盆地九大水系144条河流的总称,目前呈"四源一干"格局.依据1957—2006年近50a气象及水文监测资料,分析了气候变化和人类活动对塔里木河流域水资源的影响.虽然近50a来塔里木河流域山区与平原整体呈现气温升高、降水量增加特征,出山口径流量也呈增加趋势,然而在2000年前塔里木河流域生态环境急剧退化.其成因主要为:1)从20世纪50年代起到近2006年,四条源流入塔里木河水量50a减少了15.4×108m3;2)塔里木河上、中、下游耗水量比例的失调及区域水资源分配发生变化,造成塔里木河下游生态环境恶化;3)实施塔里木河综合治理后,即使进入塔里木河的下游的水量增加,中游段耗水量下降,但是上游耗水迅速增加且数量巨大,还是对塔里木河水资源综合利用、改善的下游生态环境产生负面影响.     

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.     

克里雅河绿洲的形成与演变

从８０００年前到现代，克里雅河流域孕育了原始绿洲、古绿洲、旧绿洲和新绿洲。旧绿洲是古绿洲的延续和发展，新绿洲是旧绿洲的扩大和外延。河流的自然改道，气候干旱和社会的长期动荡(战争)是促使河流下游古绿洲消亡的主要原因。在今后一段时期内，克里雅河上游地区的绿洲发展仍将是较缓慢的；中游地区的绿洲将进一步得到巩固和发展；下游地区的绿洲将向着退化的方向发展。     

额济纳绿洲生态环境退化及其原因分析

通过对额济纳绿洲生态环境退化及其原因分析,认为合理分配和综合治理水资源是遏制生态环境退化的必要手段。为维护生态环境良性发展,对黑河下游的人口数量、载畜量、工农业用水等方面进行合理的分配,旨在为下游的生态环境恢复、综合治理该地区的工作提供参考。     

绿洲演化与自然和人为因素的关系初探——以克里雅河下游地区为例

以位于塔里木盆地的克里雅河下游地区绿洲为例 ,论述了自然环境要素演变及人类活动对绿洲发育的重要作用。克里雅河下游地区的现代绿洲包括沿河岸分布的带状绿色走廊和河流终端干三角洲上的扇形牧业绿洲。依据对河流沉积物及古河道分析得出的结论是 ,在末次冰期晚期时 ,由于来自昆仑山的大量消融水的出现 ,克里雅河的绿色走廊横穿塔克拉玛干沙漠。类似的情况在距今约2 0 0 0年和小冰期时都出现过。这种大的变化是自然环境演变的结果。但是 ,近百年来特别是近 5 0年克里雅河下游牧业绿洲的严重退化是中游地区集中发展农业绿洲而增加引水量及下游地区过度砍伐所造成的。     

弹性波技术在探测塔里木河下游地下水位中的应用

保护塔里木河下游生态环境是塔里木河综合治理工程的重要目标。由于塔里木河下游地区人烟稀少、气候干燥、自然环境差, 因而试验研究一种方便快捷的的方法探测本地区地下水水位就显得尤其重要。介绍了使用SWS-3型工程勘探与工程检测仪在塔里木河下游地区探测地下水水位的应用效果, 并阐明了塔里木河下游地区潜水位面的变化规律。     

基于遥感分析的近20 a来人类活动对石羊河流域地表径流的影响研究

用归一化植被指数(NDVI)数据提取的农业绿洲NDVI累积作为人类活动因素综合,结合石羊河流域主要河流出山口水文站和下游控制站蔡旗水文站1981年10月至2003年9月平均径流资料,分析近20 a来人类活动,主要是中下游人工绿洲农业活动对石羊河流域地表径流的影响.结果表明: 近20 a来在出山口径流变化不大的情况下,下游蔡旗水文站的来水量明显减少;中游人工绿洲NDVI累积与蔡旗水文站径流量呈明显负相关,而与上下游径流差呈正相关,这表明可用NDVI累积数据代表人类活动因素分析其对径流变化影响的研究.1992年以后中游人工绿洲NDVI累积与上下游径流差相关关系明显好于1992年以前的关系,由此可见1992年以后人类活动对径流的影响要强于1992年以前.中游人工绿洲NDVI累积与上下游径流差呈正相关表明,中游人类活动直接导致下游径流量的减少,而下游绿洲NDVI累积的变化与下游河流来水量没有直接的关系,这可能与下游绿洲的发展依靠地下水的过渡开采实现,这种方式的绿洲发展可能难以长期维持.农业绿洲NDVI累积趋势分析表明,中游农业绿洲有向外扩张趋势,而下游民勤农业绿洲有东退西进之势.     

历史时期以来人类活动与江汉湖群生态环境演变

在收集历史文献和大量前人研究基础上,详细论述了江汉平原历史时期以来人类活动的不同阶段及其对湖泊生态的影响,重建了5个时期人-地相互作用的特征及其表现:新石器时代为人类活动影响微弱期,楚文化-隋朝为人类活动渐强期,唐-明朝为人类活动增强期,清-民国为人类活动强烈期,1949年至今为人类活动强烈干扰期.由于大规模围湖造田,湖群急剧萎缩、水量剧减、水体污染、生物多样性锐减.本文研究表明最近几百年来,人类活动已经成为江汉湖群生态环境演变的主导因子,在人类活动的强烈冲击下,湖泊生态系统在面积、数量、群落结构、生物多样性、营养状态等方面发生了深刻变化,江汉湖群生态处于脆弱状态,严重制约了地区可持续发展.反思人类活动对江汉湖群的影响历史.正确处理"人-湖"关系,不仅要保护和合理利用湖泊资源,而且要与退化湖区生态恢复并重.     

黑河流域地下水循环演化规律研究

大量野外调查研究表明，气候变化和人类活动对黑河流域地下水循环和更新演变具有重要影响；平原区浅层地下水主要是现代水补给，35％来自祁连山区基岩裂隙水通过地表径流转化补给，其他是降水和冰雪融水在山前戈壁带入渗补给，具有较强的更新能力；深层承压水主要形成于地质历史时期区域性补给，与现代水循环有联系；中游区人类活动是造成下游区地下水补给能力减弱、地下水水位持续下降和生态环境退化的重要因素。因此强化中游区人类活动的科学调控，是实现黑河流域地下水可持续利用和下游区生态环境有效保护的关键。     

塔里木河流域适应气候变化和人类活动的应对措施

自2001年开始实施塔里木河流域近期综合治理工程,提出了以强化流域水资源统一管理和调度为核心,以源流区节水改造和干流河道治理为重点进行综合治理,积极稳妥地进行经济结构调整,实施退耕封育保护,有效保护好现有天然林草植被.通过向塔里木河下游生态输水,干涸近30a的台特玛湖于2001年11月16日开始有水,使塔里木河下游绿色走廊得到初步复苏等,流域生态环境得到极大的恢复.然而,自2007年以来,塔里木河向下游输水已大为减少,仅能输水到中游,特别是2009年水文干旱,塔里木河干流断流达1 100km多,使下游绿色走廊再度陷入生态危机.为此,需要重新审视塔里木河流域的综合治理,从加强源流治理开始,来巩固干流治理成果.认真总结10a来治理经验与教训,针对人类活动和气候变化对源流与干流造成的影响程度,积极采取应对措施.     

新疆塔里木河下游物种多样性变化与地下水位的关系

根据塔里木河下游9个断面40眼地下水位观测井和8个植物样地野外采集的数据，运用物种多样性指数对塔里木河下游物种多样性与地下水位变化进行了分析计算。研究表明，塔里木河下游物种多样性与地下水位变化有着密切的关系，地下水位对物种多样性的变化起着主导作用。塔里木河下游浅层地下水位埋深较大，并且表现为由上游段至下游段逐渐加深这样一个明显的递减变化。塔里木河下游物种多样性指数较低，Shannon Weiner指数和Simpon指数分别变化在1.93~0.53之间和0.82~0.35之间；随着由上游段至下游段地下水位埋深的加大，塔里木河下游植物种类减少、群落结构简单、物种多样性指数和丰富度指数呈明显降低的态势。反映了干旱区水分胁迫对生态系统的强烈影响。     

The influence of water conveyances on restoration of vegetation to the lower reaches of Tarim River

Because of long-term stream-flow cut off in the lower reaches of Tarim River, environmental degradation has become the most severe and widespread environmental problem in Tarim River basin. Nine ecological water conveyances to the lower reaches of Tarim River made ecological environment change a lot. 3S technology was used to monitor dynamic change of ecology. However, remote sensing area index cannot analyze ecological restoration degree of Tarim River precisely because the time of each water conveyance is short, the change of vegetation area is not obvious, and there exists visual interpretation error. In this paper, remote monitoring datum of high temporal resolution and high spatial resolution were used to research the relationships between normalized difference vegetation index (NDVI) and the groundwater depth, between NDVI and the surface vegetation coverage, and between the groundwater depth and the surface vegetation coverage. The growth and restoration of the vegetation in different periods were evaluated by investigative analysis of the change trend of NDVI. The conception of relative restoration degree was proposed and the response of vegetation restoration to the water conveyance was evaluated. The evaluation result suggests that: first, the response of vegetation to the water conveyance concentrates within 1,000 m of both riversides, and the range of influence becomes smaller along the lower reaches of Tarim River. Second, influenced by the groundwater recharge, the vegetation coverage shows decreasing trend with the increase of off-river distance. Third, the vegetation coverage shows decreasing trend along the watercourse influenced by the water consumption. Finally, in spatial, original scattered meadow of low coverage transforms to high coverage gradually in research region. Vegetation response to the water conveyance expands to both sides with the watercourse being the axis, and expanding scale increases continuously.     

塔里木河干流上游中、下段河床淤积和耗水对生态环境的影响

塔里木河干流上游中、下段河床一直呈淤积状态, 新渠满站1965-2007年总淤积厚度达120 cm, 平均年淤积3.0 cm. 其中: 1965-1990年25 a淤积50 cm, 年均淤积2.0 cm, 1991-2007年17 a中河床淤积加快, 总淤积70 cm, 年均淤积4.7 cm. 由于河床淤积, 河道行洪断面缩水, 洪水漫溢不断增大, 导致上游段耗水量呈不断增加趋势, 2001年起上游段己成为干流最大的耗水区. 阿克苏河、和田河和叶尔羌河3条源流出山口多年平均年输沙量为6310×10~4t, 进入塔里木河干流龙头站--阿拉尔站多年平均年输沙量为2050×10~4t, 干流上游段多年平均年泥沙淤积量为1462×10~4t, 占塔里木河阿拉尔站多年平均年输沙量的71.3%, 是干流最大的泥沙淤积区, 也是现今最大的洪水漫溢区和耗水区. 塔里木河干流上、中、 下游各水文点年输沙量呈急剧減少趋势, 泥沙淤积河道主要是上游段的沙雅二牧场至英巴扎318 km河段. 塔里木河上游段河长495 km, 多年平均区间耗水量14.48×10~8m~3, 占阿拉尔站多年径流量的31.5%;中游河长398 km, 多年平均区间耗水量24.84×10~8m~3, 占阿拉尔站年径流量的54.0%;下游河长428 km, 多年平均区耗水量6.68×10~8m~3, 占阿拉尔站年径流量的 14.5%. 上、 中游段多年平均区间耗水量39.32×10~8m~3, 占阿拉尔站年径流量的85.5%. 上游耗水量从2001年起成为塔里木河干流最大的耗水区, 导致2002、 2005和2006年上、中游耗水量达到50.0×10~8m~3, 占阿拉尔站年径流量的88%, 成为历史最大值.     

加强塔里木河阿拉尔生态系统综合监测

塔里木河流域是我国最大的内陆河流域,流域总面积102×10⁴km²,水资源总量为429×10⁸m³,水资源相对贫乏,生态环境十分脆弱.阿拉尔生态系统监测站位于阿克苏河、叶尔羌河、和田河三河和塔里木河交汇处的肖夹克,是平原区重要区域代表站,其生态环境直接关系着塔里木河干流上、中、下游生态和环境安全.查阅模清该区域的生态环境的基本特点、变化规律和演变趋势,对指导塔里木河综合治理,以及当地社会经济和谐发展极其重要.该站始建于1996年7月,监测项目有水文气象;地下水动态;乔、灌、草;土壤、水盐;沙漠化动态5类监测项目.野外监测设施有河道水文断面、气象观测场、第一监测剖面(长22 km).除水文气象监测项目在综合系统监测站附近外,其余4个监测项目均在第一剖面进行.     

塔里木河的变迁与罗布泊的演化

干旱区河流及湖泊变化是环境演变的最重要标志之一。本文根据实际调查、历史记载和遥感图像解译,论证了塔里木河河道变迁及水量变化与罗布泊的演化关系。魏晋及其以前,塔里木河与孔雀河合流从北面入罗布泊,当时上游农业规模小,入湖水量多,罗布泊水域面积达到5350km2。此后,孔雀河入塔里木河,从南面经喀拉和顺入罗布泊,由于绿洲面积扩大,引水增加,到了清末罗布泊水域明显缩小,但还没有干涸。1921～1952年塔里木河再度与孔雀河汇流,又从北面入罗布泊,湖面扩大到1900km2,代表了这一时期的罗布泊水域,因此罗布泊不是20世纪30年代末40年代初干涸。1952年塔里木河与孔雀河分流,孔雀河单独入湖,水量减少,使湖面缩小,但直至1959年中国科学院新疆综合考察队对罗布泊进行考察时仍有广阔的水面,1961年仍未干涸。孔雀河灌区为扩大灌溉面积,于1958年和1962年,分别在普惠和阿克苏甫修了拦河大坝和水库引起下游断流。因此,罗布泊应在1962年以后逐渐干涸,直到1972年美国第一颗地球资源卫星照片上才得到反映。同时,还根据塔里木盆地绿洲发展、水资源利用及水系关系,分析了罗布泊干涸的原因及与塔里木河开发有着必然联系,主要是人类活动改变了地表径流的地域分配,上中游引水过多,造成下游断流和尾闾湖干涸。     

The influence of 10 years of water conveyances on groundwater and juvenile Populus euphratica of the lower Tarim River

The changes in the depth of groundwater were studied from the period before water conveyance through 2010, and the TDS of groundwater was analyzed in the lower reaches of the Tarim River during the period 2001–2010. Besides, the numbers of juvenile P. euphratica were investigated in the lower reaches of the Tarim River during the period 2001–2010. The findings indicate that: (1) the hydrological environment of the lower reaches has slowly deteriorated again; and (2) few juvenile P. euphratica were observed along the channel. These results show that the positive influence of the ecological water conveyance project on the ecosystem of the lower Tarim River should be beneficial in the long term; however, the long-term stability of the ecosystem cannot be achieved by the current water diversion scheme.     

塔里木河流域气候与径流变化及生态修复

从20世纪90年代中期开始,塔里木河流域气温上升、降水增加,阿克苏河、开都河等主要河流几乎同步进入持续的丰水周期时段,为塔里木河流域生态修复创造了绝好的“天时”和历史性机遇.这种大区域的气候异常变化现象引起了国内外广大学者的广泛关注,区域气候异常变化是全球气温上升影响盆地气候向温湿转型,还是一个世纪性的水文周期变化现象,一时间成为了学术界的热点议题.系统分析了塔里木河流域山区水文气象站近50 a来的气温、降水、河川径流以及塔里木河来水量变化,并系统评价了利用开都河丰水期的有利时机,向塔里木河下游应急输水及其生态修复情况.     

Desert riparian forest colonization in the lower reaches of Tarim River based on remote sensing analysis

The ecological water conveyance project that pipes water from Daxihaizi reservoir to lower reaches of Tarim River has been implemented ten times since 2000. After ecological water conveyance, restoration has taken place for vegetation along the dried-up lower reaches of the Tarim River. The changes of vegetation fluctuated yearly due to ecological water conveyance. In order to reveal the detailed process of vegetation changes, remote sensing images from 1999 to 2010 were all classified individually into vegetated and non-vegetated areas using the soil-adjusted vegetation index threshold method. Then inter-annual changes of vegetation over a period of 12 years were obtained using a post-classification change detection technique. Finally, spatial–temporal changes distribution of vegetation cover and its response to ecological water conveyance were analyzed. The results indicate: (1) vegetation area increased by 8.52 % overall after ecological water conveyance. Vegetation between 2003 and 2004 increased dramatically with 45.87 % while vegetation between 2002 and 2003 decreased dramatically with 17.83 %. (2) Vegetation area gain is greater than vegetation loss during 1999–2000, 2001–2002, 2003–2004 and 2009–2010 periods. Although vegetation restoration is obvious from 1999 to 2010, vegetation loss also existed except for the periods above. It indicates that vegetation restoration fluctuated due to ecological water conveyance. (3) Spatial distribution of vegetation restoration presented “strip” distribution along the river and group shaper in the lower terrain area, while spatial distribution of vegetation loss mainly located in the upper reaches of river and area far away from the river. (4) Vegetation restoration area had a positive relative with total ecological water conveyance volume. The scheme and season of ecological water conveyance had also influenced the vegetation restoration. The vegetation change process monitoring, based on continuous remote sensing data, can provide the spatial–temporal distribution of vegetation cover in a large-scale area and scientific evidences for implementing ecological water conveyance in the lower Tarim River.     

基于流域水资源合理配置的塔里木河流域生态调度研究

塔里木河流域近期综合治理已近尾声,众多山区水库及水电开发建设将大规模展开,开展流域生态调度对巩固综合治理已取得的成效,强化水资源统一管理,构建和谐流域具有重要的现实意义. 基于流域已确定实施的水资源分配方案和近10 a来的生态输水实践,分析了生态调度与水资源合理配置的关系以及流域生态调度关键问题、主要技术路线和基本框架结构,计算了流域生态调度关键控制断面阿拉尔断面生态流量,探索了源流区、干流中上游、干流下游生态调度的目标和措施,提出了源流"集中同步组合"、干流"分段耗水控制"、干流下游"地下水位调控"的生态调度方案,以期为流域水资源统一管理、控制性水利工程运行管理和流域生态环境保护提供参考依据.