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。     

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。     

塔克拉玛干沙漠中部部分地区风沙环境特征

通过对塔克拉玛干沙漠中部部分地区的气象资料分析、野外实地风沙观测和理论计算,对其风沙环境特征作出了一些初步分析。结果表明:沙漠边缘地区年起沙风时间数在2.70×10⁴ min左右,输沙总量为3800kg·m^-1·a^-1,年输沙总量与合成输沙总量的比值在1.83~2.39之间变化。而沙漠腹地塔中地区年起沙风时间数在4.61×10⁴ min以上,输沙总量为6100kg·m^-1·a^-1,最大输沙量为8000kg·m^-1·a^-1。年总输沙量与合成输沙量的比值在1.38~2.12之间变化。此外,其沙丘形态与Tomas(1991)所阐述的沙丘发育格局与模式并不完全吻合,亦与CoralSBreed等所认为的塔克拉玛干沙漠主要风沙活动集中在春季的论断有很大的偏差。     

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。     

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。     

巴丹吉林沙漠湖泊及地下水化学特征

通过对巴丹吉林沙漠丘间湖泊和古日乃、雅布赖、阿拉善右旗等地及其周围浅层地下水离子化学成分分析,探讨了沙漠地区湖水与地下水化学成分特点、水化学类型、空间变化和湖水补给来源。结果显示,巴丹吉林沙漠湖泊水的pH、盐度、TDS和电导率均远远大于地下水。湖水样品中Na⁺和Cl^-含量占绝对优势,大多数盐度较高的湖泊属于Na(K)-Cl-(SO₄) 型,个别盐度较低的微咸湖属于Na-(Mg)-(Ca)-Cl-(SO₄)-(HCO₃) 型。地下水的化学类型多数为Na-(Ca)-(Mg)-Cl-(SO₄)-(HCO₃)型,属微咸水,个别为Na-Cl-SO4型的咸水。沙漠东南部湖群水的pH值、盐度、TDS和电导率比较低,呈微碱性,属微咸湖;而北部湖群水的pH、盐度、TDS和电导率远远大于东南部湖群,呈中等碱性,为盐水湖。湖水离子化学特征显示沙漠东南部湖群自南向北的演化趋势为：微咸湖→咸水湖→盐水湖。湖水离子化学成分短时间序列变化指示,近9 年宝日陶勒盖、巴丹东湖、巴丹西湖、诺尔图、呼和吉林湖水中的大多数离子的含量有所降低,表明其近9 年来淡水补给量增多。湖水化学成分与湖水位高度显示,巴丹吉林沙漠湖群湖水流向是由东南流向西北。水化学成分和水位分布高度表明,该区沙漠湖水主要来自当地降水补给和来自沙漠东南缘雅布赖山和南缘的黑山头山地降水的补给,而来自祁连山区来水补给的可能性很小。     

格尔木河流域地下水生态功能及经济损益阈值解析

在西北内陆河流域，地下水是维系人类生存、生态环境和社会经济发展的重要水源，但这些流域生态环境脆弱。为保护地下水资源和脆弱的生态环境，亟待开展地下水合理开发利用研究。本文在分析格尔木河流域水文地质条件、环境地质问题基础上，采用遥感解译、野外调查和地下水动态监测的方法，界定了地下水的生态功能及阈值，即维系植被生态地下水埋深为0.5~10 m、减轻盐渍化程度的地下水埋深应大于3 m、减轻城市内涝的地下库容应大于3.42×10⁸ m³、维系达布逊湖面积的入湖流量应大于2.82×108 m³·a^-1。基于格尔木河流域生态系统服务价值构成，得到减轻城市内涝及减缓盐渍化程度的环境正效益值分别为8 000×10⁴元·km^-2和163×104 元·km^-2；地下水不合理开发利用导致植被退化、河湖面积萎缩的环境负效益值分别为191元·km^-2和1 032元·km^-2。本文研究成果可为流域内地下水资源开发利用和生态环境保护科学依据，同时也可为西北其他内陆河流域地下水合理开发利用借鉴。     

青藏线伏沙梁段风沙危害及其防治

伏沙梁地段的主要风向为WNW、W、NW和NE,8~15m/s的起沙风在3~8月盛行,风沙流运动呈摆动式,4月份风沙活动最强烈,合成风向为WNW,其合成输沙量为9.970 m³·a^-1·m^-1。当地以12 m/s、13 m/s两风速的输沙量最大,分别为2.556 m³·a^-1·m^-1和2.538 m³·a^-1·m^-1。纵向沙垄年前移量为2~5 m,沙垄脊线向南偏移,年偏移量为0.2~0.5 m。阻固结合的工程措施是当前采用的最有效措施。     

近50 年来天山地区典型冰川厚度及储量变化

冰川储量变化与冰川水资源量变化以及冰川对河川径流的贡献量密切相关。在GPR-3S技术支持下, 本研究基于雷达测厚数据、不同时期的高分辨率遥感影像、地形图及实测资料, 分析了天山三个典型地区四条代表性冰川近期厚度及储量变化特征, 并通过对比探讨了造成变化差异的可能原因。结果表明, 1962-2006 年乌鲁木齐河源1 号冰川厚度平均减薄0.15m a^-1, 冰储量亏损26.2×10⁶ m³, 冰川末端平均退缩3.8 m a^-1;博格达峰南坡的黑沟8 号冰川在1986-2009 年间, 冰舌平均减薄0.57 m a^-1, 冰储量损失了25.5×10⁶ m³, 末端平均退缩11.0 m a^-1;位于博格达峰北坡的四工河4 号冰川在1962-2009 年间冰舌平均减薄0.32 m a^-1, 冰储量亏损14.0×10⁶ m³, 末端平均后退8.0 m a^-1;1964-2008 年间, 托木尔峰青冰滩72 号冰川冰舌平均减薄0.22 m a^-1, 由此至少造成冰储量亏损14.1×10⁶ m³, 末端退缩达40.0 m a^-1。对比分析显示, 青冰滩72 号冰川消融退缩最为强烈, 黑沟8 号冰川次之, 与乌鲁木齐河源1 号冰川、科其喀尔冰川相差不大, 稍大于四工河4 号冰川和哈密庙尔沟冰川。这种差异可能与区域气候变化和冰川物理特征有直接关系。     

基于Budyko假设和分形理论的水沙变化归因识别——以北洛河流域为例

全球气候变化及人类活动深刻影响了区域水文过程,进行水沙变化归因识别对流域生态保护和高质量发展尤为重要。基于Budyko假设和分形理论,采用弹性系数法,对北洛河流域上（丘陵沟壑区）、中（土石山林—高塬沟壑区）、下游（渭北旱塬农区）3种不同地貌和植被类型区1959—2019年的水、沙通量变化进行归因分析。结果表明,北洛河上、中、下游径流量均显著减少,由20世纪60年代的35 mm、32 mm、34 mm,减少到21世纪10年代的19 mm、24 mm、6 mm,60 a减少率分别为0.3 mm a^-1、0.2 mm a^-1、0.4 mm a^-1。上游输沙量极显著减少,中游降低趋势不显著,下游显著减少,由20世纪60年代的99×10⁶ t、8×10⁶ t、3×10⁶ t,减少到21世纪10年代的10×10⁶ t、3×10⁶ t、0.3×10⁶ t,60 a减少率分别为1.5×10⁶ t a^-1、0.04×10⁶ t a^-1、0.1×10⁶ t a^-1。20世纪70年代以来,上游径流变化逐渐受人类活动影响,且影响程度逐渐增强,21世纪10年代人类活动贡献率达66.3%;气候变化是中游径流变化的主控因子,21世纪10年代降雨和潜在蒸散发的贡献率分别为77.0%和20.2%;下游径流减少主要为人类活动影响,21世纪10年代其贡献率为64.3%。对比20世纪60年代流域输沙量变化始终受人类活动主导,21世纪10年代人类活动对上、中、下游输沙量减少的贡献率分别为80.7%、59.2%和92.7%。上游人类活动对输沙量减少的贡献中,退耕还林等沟坡措施和沟道工程措施分别为39.0%、42.7%,中、下游人类活动贡献的估算结果反映出高植被覆盖区和农区汲水灌溉对区域水、沙的影响特征。     

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。     

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。     

新疆孔雀河流域生态基流与天然植被需水量研究

研究和确定流域生态基流及天然植被需水量是为了遏制因河道断流或流量减少而造成的生态环境退化,以确保流域生态系统健康发展。根据孔雀河流域植被类型分布及多年径流状况,将河道分为A、B两部分,A段为孔雀河上游塔什店至第三分水枢纽常年未断流河道;B段为第三分水枢纽以下天然植被主要分布区。基于塔什店水文站近50 a水文数据,结合Tennant法等4种方法对A段河道生态基流进行估算;选择潜水蒸发法、定额法对B段距河道1 km辐射范围内的天然植被需水量进行计算。结果表明:Tennant法估算的年均生态基流为9.13 m³·s^-1,对应基本生态水量为2.88×10⁸ m³·a^-1,满足A段河道2000—2018年多年平均河损,且近10 a(2009—2018年)塔什店实测年均流量均可满足此生态基流标准;B段河道辐射范围内天然植被总面积为4.66×10⁴ hm²,生态需水量为0.95×10⁸ m³·a^-1,以孔雀河生态输水工程为例科学调控水资源,在满足A段基本生态基流的同时兼顾B段天然植被需水量。研究结果对实现孔雀河河道修复和不同水平年下生态供水具有一定的意义。     

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。     

基于水化学和同位素评价马莲河下游地下水补给河水的时空变化

准确评价地下水对河水的补给量是流域水资源量管理和合理利用的基础。在马莲河流域下游采集不同季节地表水和地下水样品75组，利用Cl^-、电导率（EC）和D、¹⁸O同位素多方法联合评价，识别了地下水补给河水的位置、补给量及其季节变化。结果表明：马莲河水EC和Cl^-质量浓度沿着流向均呈降低趋势，δD和δ¹⁸O值沿流向减小。雨季EC和Cl^-质量浓度最低，δD和δ¹⁸O值最高。地下水各组分浓度均低于河水，时空变化不明显。地下水单宽排泄量存在时空变异，上段和下段为地下水强排泄区，中段地下水排泄较弱，不同季节地下水排泄量占总排泄量的72.20%～95.07%。雨季地下水单宽排泄量显著降低，河水中基流比例由雨季前期的68.89%降至29.43%。整体上，地下水补给河水季节变化明显，而空间变化规律较为稳定。研究成果有利于深入认识河水和地下水的相互作用机制，并为当地水资源利用提供基础依据。     

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。     

Assessing spatial and temporal variability in water consumption and the maintainability oasis maximum area in an oasis region of Northwestern China

Water consumption is a key role in improving the efficiency and sustainability of water management in arid environments.In this study, we explored an approach based on meta-analysis, MODIS NDVI products, land-use spatial distribution, and soil water physical parameters to gain insight into long-term and large scale distribution of land use and water consumption, maintain maximum Zhangye Oasis area according to Heihe River runoff, and suitable water resource management in Zhangye Oasis. This approach was initiated in order to improve the efficiency of irrigation and water resource management in arid regions. Results showed that Heihe River runoff can maintain a maximum Zhangye Oasis area of 22.49×10~4 hm~2.During the 2000-2016 growing seasons, actual oasis water consumption ranged from 11.35×10~8 m~3 to 13.73×10~8 m~3, with a mean of(12.89 ± 0.60)×10~8 m~3; if maintaining agricultural production and oasis stability was chosen, oasis water consumption ranged from 10.24×10~8 m~3 to 12.37×10~8 m~3, with a mean of(11.62 ± 0.53)×10~8 m~3. From the perspective of water resources management and ecosystem stability, it is necessary to reduce the area of Zhangye Oasis or choose the minimum water consumption method to manage the oasis, to ease the pressure of water shortage and maintain stable and sustainable development of the Zhangye Oasis. These results can provide future practical guidance for water resource management of coordinated development of the economy and the environment in an arid area.