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“97”分水方案适应性分析

黑河"97"分水方案自2000年实施以来,流入下游水量明显增加,缓解了下游生态环境恶化趋势,但在丰水年难以完成分水指标,其适应性受到各方关注。本文在分析"97"分水方案的技术特点及背景条件变化对分水方案适应性影响的基础上,通过构建黑河水资源配置模拟模型,对分水方案在不同需水条件和黄藏寺水库建成运行后长系列年(1958-2012年)实施情况进行了模拟,分析评价了黑河"97"分水方案的适应性。研究表明,由于分水方案制定和实施前后黑河经济社会、水系连通性等背景条件发生了较大变化,在现状工程和需水条件下,不能完成"97"分水方案的分水要求;在中游退耕至2000年水平和黄藏寺水库建成的情况下,虽然可以完成"97"分水方案的分水要求,但仍存在地下水超采情况,因此,基于20世纪80年代中期黑河经济社会和1955-1986年水文条件的"97"分水方案与黑河流域现状存在一定的不适应性。     

基于Kriging插值的黑河分水后中游地下水资源变化

水资源短缺是西北地区内陆河流域面临的共同难题.20世纪黑河下游地区河水注入量的持续减少,使得依赖河水补给的地下水相应减少,从而出现了一系列的生态环境问题.为了恢复黑河下游生态环境,从2000年开始了黑河生态应急输水工程,实施水量的统一调度.中游地表水利用量的减少无疑会对地下水资源产生影响.根据黑河中游地下水观测数据,运用普通Kriging插值法.对分水前的20世纪90年代和分水后的2004-2005年间的地下水位和储量变化进行对比分析,发现中游甘州区、临泽县和高台县地下水位不同程度上都在下降,其范围在1.3～2.68 m,地下水可开采储量也随之减少,估算减少总量约为8.23×108m3.究其原因,一方面是由于分水使得地表水转化为地下水的数量减少,占总减少量的60.8%;另一方面,河水供给的减少促使中游地区转而大量开采地下水.两方面共同作用,使得中游地区地下水资源量日益短缺.     

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。     

黑河下游地下水波动带地下水位动态变化研究

 黑河下游是生态环境特别脆弱的地区,地下水位具有重要的生态意义。研究该区域地下水位的波动变化,对于生态环境的恢复与管理具有重要的指导意义。以河流20 km缓冲区为研究区,基于观测数据对2006年地下水位与分水前（2000年）的地下水位进行对比,分析得出:随着生态输水工程的启动,地下水位在总体上得到明显升高,研究区北部横剖面线上地下水平均升高0.995 m,南部横剖面线上平均升高0.497 m。西河纵剖面上输水后地下水位在下游提升最为明显,平均水位上升2.41 m,中游提升不大,大约为0.22 m;东河纵剖面上下游水位提升比较明显,水位上升1.06 m,但中游地下水在分水后仍有显著下降,平均下降0.96 m,上游地下水位上升0.90 m。研究区不同区域地下水时间（1990—2010年）变化趋势不同。有持续上升型,有持续下降型,有下降转为上升型,2002年成为转折点;额济纳旗农业灌溉对局部地区地下水影响较大,农业用水与生态需水的矛盾逐渐显露出来。     

荒漠河岸林地下水位时空动态及其对地表径流的响应

荒漠河岸林是干旱地区重要的生态系统之一,受间歇性河流补给的浅层地下水是河岸林植物生存的主要水分来源。基于额济纳荒漠河岸林地下水位观测断面具有高时空分辨率的地下水位数据,分析了荒漠河岸林浅层地下水的时空变化及分水事件中河水对地下水的补给特征。结果表明：额济纳绿洲河岸林地下水位在季节尺度上具有植物生长季下降,非生长季上升的变化特征;在植物生长季内,地下水位具有白天下降,夜间上升的日周期变化特征,且日波动幅度主要受不同植被类型及植物不同生长期地下水蒸散速率的影响。黑河下游河水的河道渗漏是沿岸浅层地下水的主要补给来源,在分水过程中,距河道不同距离的地下水位对河水补给的响应时间随距离增加而增大,分水结束时的地下水位上升幅度随距离增加而减小,分水总径流量、分水持续时间和日均径流量是影响地下水补给宽度的主要因素。河道径流渗漏水量的绝大部分都通过蒸散发过程损失,从2013—2015年6次分水事件结束后,地下水估算补给量占其与蒸散量总和的平均比例为23.6%。     

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.     

黑河流域水循环演化与可持续利用对策

通过环境同位素研究和指数加权量化分析表明,黑河流域水循环演化主要受区域气候变化和人类活动影响,中游区人类活动对黑河径流水文过程变异影响强度达85％,以至成为下游区湖泊干涸、地下水位持续下降和生态环境退化的重要因素,由此提出如下论点：实现黑河流域水资源可持续利用和下游区生态环境有效保护、关键是规范中游区人类用水,使其符合黑河流域水循环自然规律,并建议正确处理兴修水利工程与地下水涵养的关系,着眼于整个黑河流域生活、生态和生产可持续发展的总目标,强化生态需水优先的可持续发展理念,充分发挥地下调蓄和地表—地丁水联合优化配置功能。     

干旱区典型植物生长与地下水位关系的模型研究

以生态适宜性理论为基础，根据塔里木河干流流域典型植物的随机抽样调查资料，建立了干旱区几种典型植物生长与地下水位关系的对数正态分布模型。根据建立的模型得出干旱区典型植物的最适地下水位、适宜地下水位区间及其对环境因子的忍耐度。与同是干旱区的黑河流域下游额济纳旗实测及调查资料进行比较分析，结果是合理的，因此模型也是合理的。最后，根据模型得出了对干旱区生态恢复和重建，实现干旱区经济、社会和生态环境协调可持续发展具有重要意义的结论和建议。     

黑河调水的生态经济思考

黑河流域由于人类在20世纪对水资源的非理性利用,使得水资源在生态环境系统和社会经济系统中的分配严重失调,生态经济问题突出。黑河分水的目的是遏制下游额济纳旗生态的进一步退化,本文以水资源为主线,对黑河分水后流域内社会经济和生态状况进行了分析,结果表明,由于流域综合治理和张掖市产业结构调整的保证,流域整体生态经济状况得到了一定的改善,符合帕累托改进原理,为流域生态和经济的良性发展提供了依据。     

近20 a塔里木河下游输水对生态环境的影响

塔里木河下游是新疆生态环境问题比较突出的地区。为改善该地区恶化的生态环境,国家自2000年起向塔里木河下游实施了18次以生态建设和环境保护为目的的生态输水工程。近20 a来,塔里木河下游地下水位随输水次数增加呈不断上升趋势,生态植被不断修复,生态环境逐步好转。尤其是2017年实施第18次生态输水后,下输水量及其影响范围取得较大突破,引起社会高度关注。通过近20 a的断面来水监测资料,从水量、水质、地下水变化、植被恢复等方面,初步分析输水对生态环境的影响。同时,对前人研究的成果进行梳理和延展,使其对今后塔里木河下游的生态调度和科学管理起到指导作用。经分析得出以下结论：（1）虽然生态输水量基本都补给了生态植被和河道两侧的地下水,但持续性输水才是保证下游脆弱的生态环境稳定好转的根本途径。（2）输水使下游生态环境得到改善,现生态植被正在恢复,地下水位逐步抬升,地下水质明显好转。（3）采用汛期输水和间歇机动式调度,可使输水效益达到最大化。     

张掖市黑河近期综合治理工程效益初步分析

黑河流域日趋恶化的生态环境,引起了政府及相关部门的重视。按照国务院指示,张掖市2000年启动了黑河中游水量调度方案,即当莺落峡来水15.8亿m3时,正义峡下泄水量9.5亿m3。2001年开始实施了黑河流域近期治理工程项目。通过介绍黑河近期（2000—2005年）综合治理工程的概况,并分析工程产生的效益,结果表明:中游实施调水6 a来,总计调入下游的水量53.42亿m3,调水次数23次,调水天数396 d;张掖市利用黑河干流的水量减少、地下水开采量增大、农业用水量降低、工业和生态用水量增加、下游生态环境逐渐得到了恢复。节水工程实施5 a来,张掖市工农业用水效率提高、粮经草种植比例由45∶48∶7调整为31∶50∶19、产业的经济结构由41∶24∶35调整为37∶25∶38、农民纯收入增加了28%、农业节水工程的节水效益明显。     

塔里木河下游地下水变化动态分析

由十塔里木河下游地下水位不断下降,而来水量却连年减少,与20世纪50年代相比平均下降了4～6m。随着大面积发展灌溉农业,排水洗盐改良土壤进程加快,相应地排入塔里木河的咸水也大大增加,塔河下游地下水水质也发生相应的变化。通过对塔里木河下游地下水变化动态以及来水量、农业灌溉对地下水的分析,也对沙漠化发展和分布对地下水的响应关系进行了探讨。     

The research of three-dimensional numerical simulation of groundwater-flow: taking the Ejina Basin, Northwest China as example

Water is a primary controlling factor for economic development and ecological environmental protection in the inland river basins of arid western China. And it is groundwater, as the most important component of total water resources, that plays a dominant role in the development of western China. In recent years, the use-ratio of surface water has been raised, the groundwater recharge rate from surface water has been reduced, and groundwater has been exploited on a large scale. This has led to the decline of ground-water levels and the degradation of eco-environments in the Heihe watershed. Therefore, the study on the change in groundwater levels in recent years, as well as simulating and predicting groundwater levels in the future, have become very significant for im-proving the ecological environment of the Heihe River Basin, to coordinate the water contradiction among upper, middle and lower reaches of Heihe River Basin and to allocate the water resources. The purpose of this study is to analyze the groundwa-ter-level variations of the Ejina region based on a large scale, to develop and evaluate a conceptual groundwater model in Ejina Basin, to establish the groundwater flow model using the experimental observation data and combining Modular Three-Dimensional Groundwater Flow Model (MODFLOW) and GIS software, to simulate the regional hydrologic regime in re-cent 10 years and compare various water-delivery scenarios from midstream, and to determine which one would be the best plan for maintaining and recovering the groundwater levels and increasing the area of Ejina oasis. Finally this paper discusses the pos-sible vegetation changes of Ejina Basin in the future.     

塔里木河下游生态输水对沙漠化逆转的影响

塔里木河下游是我国沙漠化最严重的地区之一。由于人类不合理的资源开发, 导致320km河道断流、大面积湿地消失、地下水位大幅度下降、天然植被全面衰败, 沙漠化程度加重。作者结合塔里木河下游生态输水和近3a的实地监测资料, 分析输水前后塔里木河下游典型地区沙漠化程度的变化, 并就生态输水对塔里木河下游沙漠化逆转的影响进行了讨论。结果表明, 生态输水后, 河道附近地下水位大幅度抬升, 植被种类和盖度明显增加, 部分地区沙漠化得到逆转。从实现逆转的沙漠化土地的空间分布看, 在纵横两个方向上表现出明显的变化规律, 在纵向上表现为上游土地沙漠化逆转的强度和范围较下游大; 在横向上, 表现为距输水河道越近变化越明显的特点。考虑到输水影响范围较小, 建议对现行的输水方式和输水规模进行适当调整。     

塔里木河下游植被和沙漠化对输水前后地下水变化的响应分析

由于近50 a来人类对水土及生物资源的不合理开发利用,导致塔里木河下游河道断流近30 a,使本来就处于干旱环境中的塔里木河下游朝着更加干旱的方向急剧发展,地下水埋深由20世纪50年代的3～5 m逐年下降至2000年的8～12 m, 由此而引起下游天然植被面积逐年减少,仅严重退化的草地面积占下游草地面积的57.5% ,沙漠化面积逐年增加,沙漠化程度也在不断增强。从2000年5月至2007年10月10日,曾9次向塔里木河下游进行生态应急输水,输水后,河道附近地下水位不同程度地得到提高,整个下游天然植被面积不断增加,在下游植被响应最明显的地区,植被覆盖度已超过90%,活植株种类从输水前的 3～4种增加到输水后的10种以上。随着生态输水的实施,原先引起沙漠化的一些环境因子出现了大的变化,由此而引起沙漠化面积的减少和程度的减轻。     

塔里木河下游绿色走廊生态输水对沙漠化逆转的影响

自2000年起实施向塔里木河下游应急生态输水以来,通过修建从博斯腾湖引水的第二输水系统和上、中游综合治理与灌区节水改造,5 a累计从大西海子水库输水17\^64亿m3,沿河自上至下改善生态面积达800 km2,补给地下水11亿m3,实现了下游河道季节流水和尾闾的积水,并使地下水位回升,初步恢复了塔里木河下游水流系统。这是下游绿色走廊在极端干旱荒漠生态系统中维持稳定的重要因子,为使其充分发挥生态功能,还需期待绿色走廊的生态植被复苏和扩展,为此,仍需每年继续输水,才能直接发挥防沙治沙效益。