塔里木河干流区天然植被的空间分布及生态需水

塔里木河流域荒漠河岸林具有重要的生态、经济和社会效益。本文以塔里木河干流的荒漠河岸林系统为对象,借助于卫星遥感、GIS等技术,研究塔里木河干流区各河段天然植被分布特征,应用缓冲区梯度分析方法对林地分布结构和生态需水进行分析。结果表明： （1）塔里木河干流区天然植被面积为146.1×10⁴ hm²,占研究区总面积的35.18%;北岸天然植被面积较南岸多46.34×10⁴ hm²。（2）塔里木河干流区荒漠河岸林分布随距离河道的增加呈波动下降趋势。在影响保护带、基本保护带和重点保护带下,天然植被保护范围分别为4.7～30.1 km、2.2～24.2 km和0.8～12.3 km。（3） 塔里木河干流区天然植被总的生态需水量为21.932×10⁸ m³,在重点保护带、基本保护带和影响保护带下,生态需水量分别为9.56×10⁸ m³、14.97×10⁸ m³和19.08×10⁸ m³。根据荒漠河岸林的分布特征和保护目标,对塔里木河干流用水作统一规划和协调是符合实际的生态治理措施。     

塔里木河流域水资源变化的特点与趋势

通过时间序列分析了塔里木河流域山区1961~2002年的降水和温度变化, 源流干流水分的消耗, 并对这些指标进行了KENDALL秩次相关检验。结果显示: 塔里木河源流山区降水和温度均有增加,但是降水增加的趋势在?琢 = 0.05水平上不显著, 温度升高的趋势显著; 塔里木河流域几个源流水量增加, 特别是在1994~2002年,年平均径流量比多年平均增加了25.163×10⁸ m³/a, 而上游三源流补给干流水量只增加0.9985×10⁸ m³/a, 塔里木河干流沿程各站的径流量呈现显著的线性递减趋势, 表明连续十年的丰水期并没有改变干流生态环境恶化的局面; 如果三源流来水以正常年份计算 (1957~2003年平均来水量), 塔里木河干流来水量每年只有22.57×10⁸ m³, 那样塔里木河流域的生态安全将更令人担忧。     

塔里木河流域近期综合治理工程生态成效评估

基于源流下泄水量及生态输水变化、台特玛湖面积变化、土地覆被状况指数、植被净初级生产力等评价指标,对塔里木河流域近期综合治理规划工程生态成效及成因进行了评估。结果显示：塔里木河阿拉尔水文站年均径流量达45.76×10⁸ m³,台特玛湖水域面积2014年增加至415.67 km²,源流输水量及水流基本到达台特玛湖基本达到综合治理规划要求;整个流域耕地的增加对自然植被的影响较大,毁林开荒现象需要关注;源流区阿克苏河流域和叶尔羌河流域生态系统状况稳定性较好,和田河流域次之,开-孔河流域稳定性较差,开-孔河山区急需拟定应对生态状况变差的措施;塔里木河干流耕地增加较快,上游和中游生态系统结构在维持民生发展的前提下急需调整,下游生态系统结构好转。     

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。     

典型喀斯特地貌空间配置的洪水资源化机理——以贵州省为例

洪水资源化是解决喀斯特地区水资源严重缺乏的有效途径。文章在贵州省喀斯特地区选取40个流域作为研究样区,利用面向对象技术的监督分类型方法,提取典型喀斯特地貌类型;分析流域样区特征,利用系统聚类法,将其划分为6种流域类型,即是：喀斯特低中山型（Ⅰ）、峰丛谷地型（Ⅱ）、混合型（Ⅲ）、峰林盆地（溶原）型（Ⅳ）、峰丛洼地型（Ⅴ）和峰林地貌型（Ⅵ）;利用相关分析方法,分析不同地貌空间配置对洪水径流特征的影响,探索地貌空间配置对洪水的分配与承载规律,从流域结构角度研究地貌空间配置对洪水资源化的实现。研究表明：1）洪水径流模数、径流系数及其C_v值曲线呈现“双峰型”分布,且分别在峰丛谷地型流域（Ⅱ）和峰丛洼地型流域（Ⅴ）达极大值;2）不同流域类型实现洪水资源利用总量,从大到小排序为：Ⅴ（6.22×10⁸ m³）>Ⅰ（2.88×10⁸ m³）>Ⅵ（1.49×10⁸ m³）>Ⅱ（1.34×10⁸ m³）>Ⅳ（1.25×10⁸ m³）>Ⅲ（0.55×10⁸ m³）;3）除峰丛谷地型（Ⅱ）和混合型（Ⅲ）流域外,所有流域类型的地下洪水资源总量大于地表洪水资源总量。喀斯特流域的洪水资源化,深受喀斯特地表的起伏及其流域侵蚀基准面和溶蚀基准面的控制。     

近50 a博斯腾湖逐年水量收支估算与水平衡分析

据博斯腾湖流域1958-2010年期间主要河流开都河、黄水沟、清水河、孔雀河的逐年流量资料,结合焉耆盆地降水、蒸发要素的同期观测资料,对大湖区的逐年水量收支进行计算,并依据水量平衡原理对博湖大湖区残差水量进行了逐年分析。结果表明：（1）1958-2010年期间年均入湖水量14.34×10⁸ m³/a,其中入湖河水约占95%;年均输出水量13.96×10⁸ m³/a,其中大湖区输入孔雀河水量约占43%,湖面蒸发耗水量占57%;湖区年均蓄水量71.57±3.92×10⁸ m³10⁸ m³/a,湖水年均水位为1 047.01±0.94 m;（2）极端水文年度水量平衡分析指出：1986年为最枯年份,入湖河水是多年平均值的62%,而出湖河水量是多年平均值的153%,导致年内湖区水位下降0.94 m;2002年最丰年份入湖河水是多年平均值的2.6倍,致使年内水位上升0.80 m;（3）残差水量逐年“正负”变化指出,湖水与地下水之间存在互补关系,过去53 a间湖水补给地下水的年均水量为0.87×10⁸ m³/a。     

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。     

塔里木河中上游土地利用变化的径流响应

为了定量分析塔里木河中上游土地利用变化对径流的影响程度,基于塔里木河流域1980-2015年土地利用数据及相关水文系列资料,利用MIKE SHE分布式水文模型客观模拟评价了流域中上游土地利用变化下的水文响应过程。结果表明：MIKE SHE模型可以较好的模拟塔里木河流域中上游的日流量过程,在研究区具有良好的适用性;1980-2015年间流域土地利用变化导致流域地表日径流量减少了4.2 m³·s^-1。通过仿真模拟分析草地、林地、耕地三种土地利用情景,得到日均流量分别为147.56 m³·s^-1、141.80 m³·s^-1,144.72 m³·s^-1由此可见,该流域径流对不同土地利用类型的响应差异较大,产流量的总体趋势为草地>耕地>林地。研究成果对于流域土地利用格局的合理规划及极端水文事件的控制具有重要意义。     

青藏高原生态系统固碳释氧价值动态测评

本文旨在定量评价青藏高原生态系统的固碳释氧价值及其动态变化,为改善区域生态环境提供参考。基于MODIS/NDVI数据,利用光能利用率模型测算净第一性生产(NPP)物质量,并通过光合作用方程式换算成固定CO₂和释放O₂的物质量,以此为基础,采用造林成本法和工业制氧法对青藏高原固碳释氧价值量进行估算。结果表明:2000年、2005年和2010年固定CO₂的价值分别为384.36×10⁹元、393.23×10⁹元和356.41×10⁹元,释放O₂的价值分别为408.31×10⁹元、415.02×10⁹元和378.61×10⁹元。2000-2005年固碳释氧价值增加了15.58×10⁹元,2005-2010年下降了73.23×10⁹元,而2000-2010年下降了57.65×10⁹元。固碳释氧价值在空间上呈现出从东南向西北递减的趋势,这与青藏高原的水热条件分布基本一致。在价值构成中,草原>森林>草甸>其它类型>灌丛>农田。2000-2010年青藏高原生态系统固碳释氧价值呈现减小趋势,表明近年来气候变化和人类活动导致青藏高原的生态环境出现了退化趋势。     

城市湿地气候调节功能遥感监测评估

湿地是地球上最为重要而独特的生态系统类型,在缓解全球气候变化和调节区域气候特征方面具有重要作用。以北京湿地为研究案例,在分析湿地气候调节作用过程机理的基础上,综合运用遥感数据和常规气象站点监测资料,利用CASA模型和植被指数累积模型分别定量反演获得北京湿地年地上生物量和年蒸散量,基于价值量方法定量评估了北京城市湿地气候调节能力。结果表明:①北京湿地地上生物量吸收固定二氧化碳和释放氧气分别约为1.42×10⁸kg和1.03×10⁸kg,价值量分别约为2.83亿元和0.42亿元;②北京湿地蒸散发量约为4.16亿m³,价值量约为1.14亿元。③北京湿地通过固碳释氧和地表蒸散发等过程所形成的气候调节功能总价值约为4.39亿元。     

基于SEBS模型的干旱区流域蒸散发估算探究

水资源在干旱区的经济社会发展中占据着举足轻重的地位,被利用的水资源通过蒸散发进入大气,定量估算区域的蒸散发对区域的水资源分配管理、旱情监测等具有一定的指导意义。应用SEBS模型估算了2015年5~9月艾比湖流域的蒸散发,按照流域的分水岭划分研究区范围,根据土地覆被类型将研究区划分为乔木林地、灌木林地、牧草地、耕地、水域及其他6大类,分析了流域内蒸散发的时间与空间变化以及不同土地覆被的蒸散发情况。结果表明：（1）整体而言,流域范围内日均蒸散量在生长季内呈单峰型分布,7月中旬达到顶峰,平均值为4.35 mm·d^-1,最大值为5.63 mm·d^-1,对气温的变化最敏感。（2）研究区蒸散发的高低分布与土地覆被类型分布存在高度一致性,日均蒸散量大小依次为：水域 > 耕地 > 牧草地 > 乔木林 > 其他 > 灌木林。（3）蒸散发在不同土地覆被具有不同的峰值分布,乔木林的峰值分别出现在1.20 mm和6.80 mm左右,灌木林的峰值分别出现在3.5 mm和6.00 mm左右,牧草地分别出现在4.00 mm和6.80 mm左右。耕地、水域的峰值分别在6.60 mm、7.20 mm左右。（4）SEBS模型在干旱区流域具有较高应用价值。     

基于MOD16监测陕西省地表蒸散变化

基于MOD16数据产品结合气象数据,统计分析了陕西省2000-2013年地表蒸散的时空分布特征,研究表明MOD16蒸散产品能够满足陕西省地表蒸散时空分布研究的要求,结果对陕西省水资源的有效利用具有重要的理论和实践意义。主要结论:(1) 2000-2013年蒸散(ET)、潜在蒸散(PET)年际波动不大,全省ET平均值在490 mm左右, PET平均值在1550 mm左右,年平均ET与PET的差距说明陕西省较为干旱缺水。全省ET、PET的年内变化都呈单峰分布趋势,两者变化存在差异, 6月两者差距最大,此时最为缺水。(2)陕西省不同区域蒸散有明显的空间分布差异,陕西南部水分较为充足,而在陕西北部较为缺水。陕西中西部区域干旱有所缓解,中东部区域干旱加重。(3)各功能区年平均ET与PET大小顺序正好相反,干旱程度顺序为防风治沙工程区>陕北退耕还林区>渭北退耕还林区>关中农业生产区>陕北天然林保护区>陕南退耕还林区>陕南天然林保护区。各功能区年内ET月平均变化差异明显,可分为三类,单峰型、波动型、双峰型。(4)蒸散的时空变化与气候特点,特别是水热条件的时空变化有很高的相关关系,而与植被的分布和生长状况也紧密相关。     

艾比湖流域植被生态需水量

基于遥感数据,通过SEBAL模型估算蒸散量,计算艾比湖流域不同植被类型下植被生长季（59月）的生态需水量。结果表明：研究区植被主要为牧草地、灌木林地、耕地、乔木林地,面积分别为13 944km²（50%）、8 071km²（29%）、5 022km²（18%）、566km²（2%）。SEBAL模型估算的日蒸散量7月最大,为4.36mm。5、6、8、9月日蒸散量分别为4.26、4.07、4.24、4.15mm。SEBAL模型估算结果整体相对误差在10%以内,在允许范围内。20002015年生长季植被生态需水量整体上呈现出增加-减少-增加的变化趋势,2000、2005、2010、2015年分别为151.003×10⁸、149.611×10⁸、144.431×10⁸、136.374×10⁸m³。各植被类型下的生态需水量相比,牧草地 > 灌木林地 > 耕地 > 乔木林地,牧草地约占总生态需水量的53%～55%,而灌木林地、耕地的生态需水量分别占21%～25%、19%～20%,乔木林地的生态需水量所占比例最小,仅为2%～3%。     

1992-2015年中亚五国土地覆盖与蒸散发变化

1991年苏联解体,中亚五国独立使得土地覆盖与蒸散发格局发生深刻变化。以中亚五国为研究区,采用欧空局气候变化项目（CCI）土地覆盖和全球陆地数据同化系统（GLDAS）蒸散发数据,分析1992-2015年土地覆盖与蒸散发时空变化特征,进一步研究耕地蒸散耗水特征。结果表明：① 中亚五国土地覆盖变化具有阶段性特征,耕地扩张引起土地覆盖格局变化。1992-2003年耕地快速增加（1.1万km ²/a）,林地和草地大幅减少。2003-2015年耕地增速趋缓（0.3万km ²/a）,林地和草地有一定恢复,裸地和水体持续减少,城镇用地持续增长。耕地共增加12.3万km ²,林地和草地分别减少4.0万km ²和2.3万km ²,且集中于哈萨克斯坦中北部。裸地减少3.5万km ²,集中于哈萨克斯坦西南部,水体减少3.1万km ²,集中在咸海湖泊。乌兹别克斯坦耕地减少、裸地增加,吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦和土库曼斯坦土地覆盖变化幅度较小;② 中亚五国蒸散发变化与土地覆盖格局基本一致。蒸散发总体呈增加态势（6 mm/a）,1992-2003年快速增加（11.3 mm/a）,2003-2015年缓慢上升（2.4 mm/a）。中亚五国年蒸散发达到276.8 mm,东南部的吉尔吉斯斯坦（347.3 mm）和塔吉克斯坦（302.9 mm）最高,中北部的哈萨克斯坦（297.9 mm）次之,西南部的乌兹别克斯坦（211.0 mm）和土库曼斯坦（150.0 mm）最低;③ 中亚五国蒸散耗水结构受耕地面积大小的影响。中亚五国耕地蒸散耗水的贡献由24.7%增至27.9%,土库曼斯坦耕地蒸散耗水仅占本国的11%,其他国家均超过25%。草地、林地和裸地的蒸散耗水贡献降低,但哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦仍以草地和林地蒸散耗水为主（≥ 50%）,土库曼斯坦（61.3%）和乌兹别克斯坦（46.4%）的裸地蒸散耗水占绝对优势。本文明确了中亚五国土地覆盖连续动态变化过程,细化各国土地覆盖与蒸散发特征及差异,增强对土地覆盖与蒸散发现状的认识,可为水土资源管理和生态环境保护提供数据参考。     

基于Landsat8与GEOEYE-1数据融合的天山北坡县域蒸散量计算——以呼图壁县为例

基于Landsat 8与GEOEYE-1遥感数据,使用多尺度遥感方法,以新疆呼图壁县为例,利用SEBS模型计算天山北坡县域蒸散量,服务小流域和县域为管理单元的最严格水资源管理。针对军塘湖河流域耕地、呼图壁河流域耕地和北部荒漠-绿洲过渡带,应用2 m分辨率GEOEYE-1影像计算得NDVI和基于NDVI-T_R法模拟的地表温度。将获得的地表温度和NDVI作为SEBS模型的重要参数计算地表蒸散量,采用自制小型蒸渗仪观测数据对估算结果进行评估。结果表明:在使用中分辨率影像Landsat 8估算地表蒸散量过程中加入GEOEYE-1反演的个别参数,大部分估算结果更加接近自制微型蒸渗仪测定值,估算绝对误差最大值出现在裸地,为28.5%,远低于使用Landsat 8影像的54.8%,说明高分影像的参与有助于提高模型估算效率。     

气候变化和人类活动对中国地表水文过程影响定量研究

利用中国372个水文站月径流数据（1960-2000年）及41个水文站年径流数据（2001-2014年）,采用基于Budyko假设的水热耦合平衡方程,构建气候变化和人类活动对径流变化影响定量评估模型,在Penman-Monteith潜在蒸发分析基础上,进一步分析气象因子对径流变化的弹性系数,量化气候变化和人类活动对径流变化的影响。结果表明：① 中国北方地区流域径流变化对各气象因子弹性系数明显大于中国南方地区。就全国而言,径流变化对各因子的弹性系数为：降水>土地利用/土地覆盖变化（LUCC）>相对湿度>太阳辐射>最高气温>风速>最低气温;② 1980-2000年,气候变化总体上有利于增加中国年径流量,而降水对年径流量增加的贡献最为显著;③ 1980-2000年,中国南方流域中,气候变化对年径流变化的影响以增加作用为主,而北方流域,以减少年径流作用为主。对中国大多数流域径流变化而言,人类活动的影响主要以减少年径流量为主。2001-2014年,气候变化以减少径流量为主,人类活动对径流变化的影响程度明显增强,气候变化与人类活动对径流变化的贡献率分别为53.5%、46.5%。该研究对气候变化与人类活动影响下,中国水资源规划管理、防灾减灾及保障水资源安全具有重要理论与现实意义。     

缺测站干旱流域生态输水遥感监测与农业节水效益分析

生态输水与农业节水是实现内陆干旱流域可持续发展的重要手段,连续水文观测资料的缺乏制约了生态输水与农业节水效益评价。为此,以中国甘肃敦煌疏勒河流域下游为例,基于遥感水文站与谷歌地球引擎进行2016—2020年月尺度的生态输水遥感监测,在此基础上结合蒸散发和土地覆盖类型等多源遥感数据评价生态输水与农业节水效益,分析两者之间在水资源方面的平衡关系。结果表明：（1） 遥感水文站与谷歌地球引擎（Google Earth Engine, GEE）能够为生态输水遥感监测与农业节水效益评价提供可靠的数据支撑。（2） 2017—2020年生态输水能够为下游湿地与河道平均每年提供2.50×10⁸ m³生态用水,其中30.06%的水量到达下游湿地,18.47%的水量被下游河道周边的植被所利用,且使下游河道周边植被面积增加112.25 km²。（3） 农业节水在保持耕地面积维持上升趋势的前提下,2017—2020年平均每年降低耕地的蒸散发量0.395×10⁸ m³;耕地蒸散发减少量平均占生态输水量的14.22%,农业节水有效缓解了内陆干旱流域农业用水挤占生态用水的问题。本文将为内陆干旱缺测站流域的生态输水遥感监测与农业节水效益评价提供新的思路,以期为未来的生态输水与农业节水工程的实施提供理论支撑。     

塔里木河流域白杨农田防护林蒸散量估算模型

以水面蒸发量为基础,利用多年的白杨农田防护林试验资料,建立了塔里木河流域白杨农田防护林蒸散量的两种估算模型,并利用白杨林实际蒸散量的测量值,分别对两种模型进行了验证。结果表明,从总体上来说,模型(Ⅰ)计算精度较高,但两种模型的相对误差都不是很大,都可以作为计算塔里木河流域白杨农田防护林蒸散量的方法而使用,但要根据具体情况加以应用。     

绿洲-荒漠过渡带芨芨草地SPAC系统蒸散与多环境因子关系分析

利用波文比能量平衡法对天山北麓绿洲荒漠过渡带芨芨草地的夏季蒸散量进行测定,采用通径分析与相关分析相结合的方法探讨了蒸散与主要环境因子之间的关系,建立了适合该地区的蒸散预测模型。结果表明：（1）各种环境因子对蒸散影响的大小排序为：净辐射Rn）>土壤热通量（G）>空气温度（T_气）>空气相对湿度（RH）>5 cm土壤温度（T_{土-5 cm}）>实际水汽压（ea）>风速（V_wind）>5 cm土壤含水率（S_{土-5 cm}）;（2）各因子通过[Rn]对蒸散产生的间接作用都大于其自身直接作用,反映出净辐射是制约蒸散大小的主导因子,是决定干旱区蒸散量的关键;（3）土壤热通量对蒸散的直接负效应远小于通过其他因子的间接正效应,出现其直接负效应与综合效应相反的结果;（4）建立并经过检验的蒸散预测模型表明：与温暖湿润区蒸散依靠水、热并重情况不同的是,极端干旱区主要依靠热量因子强度的增加,才能有较大的蒸散量。     

塔里木河干流年径流量变化及其人为驱动因素关联分析

根据塔里木河干流1957～2008年的年径流量监测数据,利用线性回归法,对干流年径流量时间序列变化趋势进行分析,并借助相关分析和主成分分析法甄别影响径流变化的主要人为驱动因素。结果表明:近50多a来,塔河干流的年径流量呈显著递减趋势,与干流来水量变化趋势一致;人类活动自1975年左右开始明显的影响径流量,有效灌溉面积、农业人口、耕地面积和一产比重与径流变化相关程度最强,以引水灌溉为主体的农业经济活动成为影响径流变化的最重要因素;人类活动对径流变化的影响程度沿河道自上而下表现出逐渐增强的趋势。