基于遥感和SEBAL模型的塔里木河干流区蒸散发估算

运用1985 年、2000 年和2010 年遥感资料与SEBAL 模型估算了塔里木河干流区蒸散发。结果表明：该区蒸散发量较大,介于0~5.11 mm/d之间;靠近河道区蒸散发明显大于远离河道区;各土地利用/覆被类型蒸散发大小依次为：水体> 耕地> 林地> 草地> 未利用地> 居工地,主要与其植被覆盖度和水分供给条件有关;而日总蒸散发大小顺序为：草地> 未利用地> 耕地> 林地> 水体> 居工地,这与各土地利用/覆被类型面积密切相关。在1985-2010 年间,塔里木河干流区日总蒸散发量先减小后增大;上游平均日总蒸散发量为中游和下游的1.27 倍和1.42 倍。2000 年塔里木河干流区日总蒸散发比1985 年减少了6.80×10⁴ m³,原因是中游和下游日总蒸散发减小,而上游日总蒸散发量却增加了3.02×10⁵ m³。2010 年干流区日总蒸散发比2000 年高6.78×10⁵ m³,其中上游和中游日总蒸散发量增加了1.19×10⁶ m³,而下游却降低了5.16×10⁵ m³,主要受中上游地区绿洲耕地面积扩张,水资源开发量过大,下游来水量减少的影响。     

气候变化背景下尼雅河流域生态基流研究

流域生态基流是河流生态系统健康稳定的关键,以新疆尼雅河流域为研究区域,根据民丰县气象站1958—2018年的气象数据与尼雅河4个水文监测断面1978—2018年的水文数据,运用趋势拟合、Tennant法、相关性分析和回归模型等分析流域气候变化、确定生态基流并探究其时空分异与保证率变化,揭示生态基流对气候变化的响应。结果表明：61 a来流域气温以0.22 ℃·(10a)^-1的速度增加,年降水量以3.8 mm·(10a)^-1的速度增加;尼雅水库、八一八渠首、尼雅水文站和尼雅渠首的年生态基流推荐值分别为：1.989 m³·s^-1、2.188 m³·s^-1、1.755 m³·s^-1、1.702 m³·s^-1;生态基流年际最大值出现在2010年,最小值在1980年,年内最大值在7月,最小值在1月或12月;空间上表现为上游高下游低,以八一八渠首处最高,尼雅渠首处最低;各站多年平均生态基流保证率分别为：50%、45%、50%、45%,且表现出汛期明显高于非汛期;逐年、逐月生态基流与气温、降水量均在0.01水平上显著相关,但在春夏季对气温敏感,秋冬季对降水量敏感,各水文监测断面的回归模型耦合效果相似,流域整体回归方程R²=0.365,且生态基流对气候变化响应具有整体性和衰减性。研究结果可为尼雅河流域生态调水和水生态修复提供参考。     

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。     

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。     

基于生态恢复的阿克苏河流域生态输水调度优化研究

生态输水调度是生态保护和恢复最有效的措施之一,实施生态输水对恢复干旱半干旱地区天然生态系统、维护绿洲生态系统健康具有重要意义。结合阿克苏河流域生态输水现状,在识别自然植被重点区和估算生态需水的基础上,建立了基于生态恢复目标的流域生态输水调度优化框架。首先采用高分系列影像识别自然植被信息,建立阿克苏河流域2015—2020年自然植被数据集,逐像元统计自然植被出现频次确定了艾希曼湖湿地区、第一师边缘胡杨林区、五团边缘胡杨林区3个自然植被重点区,面积达1257.69 km2;借助面积定额法和水量平衡法估算3个自然植被重点区的生态输水量分别为1.53×10⁸m³、2.73×10⁸m³、1.14×108m³;确定了流域生态输水的最佳时间为5—9月,单次或2次进行生态输水,建议单次生态输水量大于0.2×10⁸m³且输水天数大于10 d;渠系网络分析显示3个自然植被重点区设置的8个输水口可以作为今后生态输水路径的参考。研究结果对阿克苏河流域生态输水...     

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。     

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。     

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。     

基于SWAT-MODFLOW耦合模型的巴音河中游泽令沟盆地地表水−地下水转换关系研究

为准确刻画资料缺乏、地表水–地下水转换频繁的泽令沟盆地地表水?地下水不同时空尺度上的转换关系,利用河道径流数据、遥感蒸散发数据、地下水位观测数据等对SWAT-MODFLOW耦合模型进行率定和验证,在此基础上对泽令沟盆地水循环过程进行模拟分析。结果显示：① SWAT-MODFLOW耦合模型模拟效果较好,率定期和验证期月径流量的R²≥0.73,NSE≥0.67,PBIAS在?20%~20%。其各子流域实际蒸散发的R²均大于0.91,NSE均大于0.85,PBIAS在?10%~10%。此外,模拟地下水位与实测值误差在0.6 m以内,R²为0.94。② 地表水补给地下水的河道占整个河道长度90.31%,年平均补给量占年总交换水量的50.20%;季节尺度上,补给的最大值出现在7月,为331043.31 m³/d,最小值出现在12月份,为41208.33 m³/d。地下水对地表水的补给量较为稳定,季节性变幅在?2.5%~2.5%,年际变幅处于?6.5%~0.6%之间。     

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。     

输水漫溢对塔里木河中游胡杨林恢复的影响

生态输水是胡杨林保护专项行动的重要举措,分析输水漫溢对胡杨林恢复的影响是评估生态修复成效的关键。以塔里木胡杨国家级自然保护区为研究对象,采用密集时序遥感技术对2016年胡杨林保护专项行动实施以来的生态输水进行动态监测,定量分析漫溢水面和漫溢频次对胡杨林植被盖度变化的影响。结果表明：(1)漫溢水面主要存在于8—9月,年漫溢面积最大为246.7km²,最小为70.5 km²,在空间分布上呈现北多南少、下游大于上游的格局。(2)2016—2021年保护区胡杨林植被盖度从18.88%增加至19.61%,其中输水漫溢面占比65%的塔里木河北岸呈增加趋势,而南岸呈减小趋势。(3)输水漫溢区植被盖度的平均增长速率最高可达未输水区的4～5倍,当输水漫溢频次为3次时,植被盖度的增长速率显著提高。     

2013—2020年塔里木河流域胡杨林生态恢复成效评估

生态输水是塔里木河流域退化胡杨林生态恢复的主要措施,及时监测和准确评估其恢复成效是优化输水策略、完善胡杨林修复体系的关键。以2013年以来8个胡杨林区为研究对象,基于中高分辨率遥感数据监测不同胡杨林区生态输水前后植被面积、长势及植被覆盖度的时序变化,探讨胡杨林恢复与生态输水的关系。结果表明：（1） 2016年以来整个流域累计漫溢水面为2172.96 km²,占林区总面积的4.39%,主要分布在输水通道两侧及末端10 km范围内。（2） 输水前后林区植被整体呈现由退化到恢复的转变,林区生态恢复水平与年最大漫溢面积显著正相关。（3） 生态恢复成效评估表明,生态恢复最显著的区域是塔里木河中上游和叶尔羌河下游的夏马勒林场,但整个流域远离输水通道的胡杨林仍有退化趋势。合理规划输水通道建设,扩大胡杨林区的受水范围是退化胡杨林生态恢复的关键。     

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%。     

大型输水工程的生态效益与社会经济效益评价——以塔里木河下游为例

基于塔里木河下游2000年、2010年、2016年3期的遥感资料,对区域内的土地类型进行分类,评估整个区域的生态系统服务价值变化特征,并应用主成分分析法等估算区域的社会经济评价分值。结果表明：① 自生态输水以来,塔里木河下游地区的未利用地面积变化不大,水域面积增加最显著,耕地和建筑用地面积有所增加,林地和草地的面积有所减少。② 2000~2016年,塔里木河下游生态系统各项服务功能价值有所增加,其中以提供美学景观价值和气体调节的价值增加最大,增加率分别为318.35%,312.94%;生态系统服务总价值增加率约为69.57%。③ 影响塔里木河下游经济发展的因素可以概括为经济地理因素与农业发展水平。     

内陆河流域治理政策的生态环境效果评价——以民勤绿洲为例

西北内陆河流域治理政策作为国家重要生态环境治理政策受到广泛关注。以石羊河流域生态环境退化最为严重的民勤绿洲为研究区,结合历史文献数据、问卷调查数据、遥感影像数据,运用描述性统计分析和土地荒漠化遥感监测,对比分析石羊河流域治理政策实施初期和实施7 a后农户开荒、用水、种植行为的变化以及生态环境对农户行为变化的响应。结果表明：（1）政策实施7 a上游来水量累积增加了4.44亿m³;农户停止了开荒行为,人均耕地由≥ 0.33 hm²减少到 ≤0.17 hm²,农户用井水灌溉的比例减少17.9%,灌溉方式向更节水的沟灌、膜上灌、喷灌发展;农户减少耗水作物小麦与籽瓜的选择频数和种植面积;生态移民迁出1.05万人,平均每年输转农村剩余劳动力5.61万人。（2）近60%的农户认为该区整体生态环境变好,且荒漠化遥感监测显示2013年该区重度、中度和轻度荒漠化面积分别减少0.24%、5.35%、3.5%。近90%的农户认为环境的改善与流域治理有关。     

基于遥感和 GIS 的洮河流域面源污染流域尺度模拟及防治对策研究

基于遥感与GIS技术的研究进展，采集洮河流域高程数据、土地利用类型、土壤类型特性、气象数据等，在SWAT模型中模拟与面源污染有关的降水、地表径流、壤中流、下渗和蒸散发等水文过程，计算侵蚀量、总氮和总磷等面源污染负荷，研究洮河流域面源污染特征。结果表明：洮河流域多年平均侵蚀量为0.70×10⁸ t，多年平均总氮面源污染负荷为244.11 t，洮河流域多年平均总磷面源污染负荷为27.91 t，洮河流域1967—2017年多年平均侵蚀量、总氮面源污染、总磷面源污染负荷总体呈不明显的波动减少趋势，同时提出了改变土地利用方式、设置植被过滤带、坡改梯等面源污染防治对策及建议。     

Areas Benefiting from Water Conservation in Key Ecological Function Areas in China

Ecosystem services are transferred from the service-providing area to the service-benefiting area to satisfy human needs through some substance, energy or information. Most studies focus on the provision of ecosystem services and few focus on the demands on ecosystem services and their spatial distribution. Here, on the basis of the flow of water conservation services from the providing area to the benefiting area, the benefits produced by water conservation service are investigated and the benefiting areas are identified. The results indicate that in 2010 the water conservation service of key ecological function areas provided irrigation water for 1.67×105 km² of paddy fields and 1.01×10⁵ km² irrigated fields, domestic water to urban residents and industrial water to factories, mines and enterprises of 2.64×10⁴ km² urban construction land and domestic water to rural residents across 3.73×10⁴ km² of rural settlements and formed 6.64×10⁴ km² of inland water which can be used for freshwater aquaculture, downstream regions comprise 1.31×10⁴ km of navigable river, which can be used for inland shipping. The benefit areas of the key function areas located in the upper and middle reaches of the Yangtze River are greater and more influential benefit areas. To protect these key function areas, more attention should be paid to the maintenance and improvement of water conservation. Some benefit areas have access to the benefits produced by water conservation of nine key ecological function areas and cover 17% of the overall benefit area and the length of their channels benefited accounts for 7%. Multiple key ecological function areas should be taken into account equally in the formulation of ecological compensation policies. These research findings can serve as a scientific basis for the compensated use of and ecological compensation for ecosystem services provided by key ecological function areas.     

30年来武昌湖湿地退化过程与原因

湖泊湿地是敏感脆弱的生态系统,极易受气候变化和人类活动的影响。通过对长江中下游沿岸武昌湖湿地1980-2010年生态系统变化进行分析,具体包括：(1) 选择Landsat MSS影像进行遥感解译,结合GIS技术分析武昌湖集水区的景观变化情况;(2) 统计研究区1980年以来的气象水文数据,分析湿地生态系统主要气候因子的变化趋势;(3) 结合气候因子和土地利用变化,初步分析武昌湖湿地生态系统变化的自然-人工原因。结果表明,1980年以来,湿地景观发生较大程度的变化：湖域面积减少了近40%,尤其是下湖青草湖水域面积从52.76 km²减少为13.92 km²,萎缩约73.62 %。跨湖公路建成以后,集水区内与人类活动关系密切的建设用地面积显著增加。武昌湖湿地温度呈明显的上升趋势,而降雨、蒸散发等气候变量变化趋势均不显著。建设用地、气温与湿地退化的相关性显著,降雨和蒸散发与湿地退化无明显相关性,公路的跨湖修建加速了湿地的退化速度。     

2000—2020年江苏省如东海岸线与滩涂围垦时空演变及影响机制

利用8景遥感影像及土地利用数据,基于DSAS数字岸线分析法、改进的水体指数法（MNDWI）等,分析了江苏省如东县2000—2020年海岸线及滩涂围垦时空动态特征,结合围垦地区土地利用方式变化提取了海岸线与围垦变化的相关性,并阐述了其变迁原因与影响机制。结果表明：在自然与人为因素共同作用下,2000—2020年如东县海岸线整体呈现增长趋势,21年来海岸线延长了18.79 km,同时以63.84 m/a（EPR）和74.47 m/a（LRR）的速度向海扩张。至2020年为止如东县共围垦滩涂及海域46359.53 hm²,陆地面积增加9089.25 hm²,2010—2015年陆地面积扩张速度最快。围垦面积与海岸线长度呈显著正相关关系,港口建设是影响海岸线变化最显著的土地利用方式,其次为未利用地、盐场和养殖用地。