20世纪下半叶开都河与博斯腾湖的水文特征

开都河属于雪冰融水和雨水混合补给的河流,流域共有冰川722条,冰川总面积为445km²,冰川总储量为22.4km³.开都河年径流补给源中,积雪和冰川及地下水补给占有相当大的比例.开都河是博斯腾湖的主要补给源,对博斯腾湖生态与环境起着至关重要的作用.1987年以来,由于开都河天然年径流量的大幅度增加,博斯腾湖水位不断持续上升回复到上世纪50年代水平,目前,已达到历史最高水位.     

2002年前后博斯腾湖水位变化及其对中亚气候变化的响应

通过对湖泊补给水量的分析,博斯腾湖2002年前后水位由高向低的转折变化是由开都河径流变化造成的.对2002年前后天山南北其它主要湖泊的水位和河流径流变化作了比较分析结论.由于山区河源径流补给组成不同,表现出在同一中亚气候背景下,即2002年前后该地区气温降低而降水东西各有差异,使得天山西段受降水补给为主的河流,2002年后径流仍有增加,具体反映在伊塞克湖、巴尔喀什湖等水位持续上升和托什干河等径流的偏丰;而天山东部的开都河,受降水减少和气温降低对冰川变化的双重影响,2003年以来径流明显减少,导致博斯腾湖的水位持续下降.     

气候变化对塔里木河来自天山的地表径流影响

塔里木河水资源主要来自天山南坡两条源流,选择西段阿克苏河和中段开都河-孔雀河作为研究区.1956-2003年研究河源山区气温呈持续升温且降水波动增加的趋势,其中1995-2003年升温强劲,升温速率高出48 a期间平均的3倍以上;降水自1986年后持续增加,20世纪90年代较80年代增幅达18%,并显示出河源山区湿岛向塔里木盆地扩展.因高山缺少气象观测,出山径流过程变化可以综合反映中高山带的气候变化.塔里木河来自天山的地表径流在1986-2003年间持续增长,以冰川融水补给为主的库玛拉克河,1994年以来年径流量增加已在前期平均值基础上提升了一个台阶;开都河以降水径流补给为主,1986-2002年出现了观测记录以来的丰水期,并使1986年后博斯腾湖水位快速上升,恢复到1958年记录的最高水位以上.两河年径流变化趋势基本相似,但也显示有西、中段的气候变化局部差异,出现丰枯水期的不一致;然而,在近16 a升温过程中,年径流增长幅度和快慢相近.     

有机质饱和烃和δ~(13)C_(org.)记录的博斯腾湖早全新世晚期以来生态环境演变

通过对新疆博斯腾湖湖芯沉积物中有机质饱和烃、有机质碳同位素组成(δ~(13)C_(crg))以及与前人得到的环境代用指标结果综合分析,重建了博斯腾湖从早全新世晚期以来古生态环境和湖泊水文的变化历史。结果表明,博斯腾湖大约在8130cal.a B.P.之前气候冷湿,湖泊不发育;约在8130~6400cal.a B.P.为暖湿的全新世适宜期,博斯腾湖流域降水和开都河径流量增加,湖泊水位上升外溢,水生植物及陆生植物发育;6400~5500cal.a B.P.左右冷湿,有效湿度较高,湖泊仍处于较高水位;5500~3000cal.a B.P.左右气候波动明显,为温干时期,而大约在4500—3900cal.a B.P.期间降温,为冷干环境;3000cal.a B.P.以来气温降低,2300~1250cal.a B.P.左右气温有所回升,大约自1250cal.a B.P.以来博斯腾湖地区自然环境逐渐干旱恶化,陆生植物发育较差,而湖泊中沉水植物发育较好。     

近期博斯腾湖水位变化及其原因分析

新疆博斯腾湖1987年以来湖泊水位的变化(上升)与主要补给河流开都河径流量的变化有直接关系, 而这与发源于天山中段降水和高山冰雪融水的河流, 受到气候变化影响很大有关. 全球变化研究结果显示, 中亚干旱区是全球温度上升幅度较大的地区. 当地的气象资料表明, 过去20 a年平均温度明显升高的趋势, 对水资源储量和补给来源影响深远.     

塔里木河流域2003年"四源一干"河川径流及输水运行分析

2003年塔里木河四条源流出山口天然径流量258.21×108 m3,偏多12.8%,属偏丰水年.阿拉尔站以上的三条源流(阿克苏河、叶尔羌河、和田河)出山口天然径流量为221.19×108 m3,偏多14.0%,属偏丰水年;开都河孔雀河为37.02×108 m3,偏多6.0%,属平略偏丰水年.四条源流入塔里木河总水量为47.66×108 m3,占出山口天然径流总量的18.5%.阿拉尔站以上三条源流入塔里木河水量为44.08×108 m3,占三条源流出山口天然径流总量的19.9%,叶尔羌河是惟一无水输入塔里木河的源流.2003年塔里木河干流上游段耗水量20.51×108 m3,是干流最大的耗水区段,中游段耗水量16.89×108 m3,下游段耗水量11.16×108 m3.上、中游耗水量在减少,下游耗水量在增加.从2003年3月3日至7月11日第5次应急输水历时132 d,从博斯腾湖调水入塔河干流水量3.58×108 m3,而塔河干流到达恰拉水量7.58×108 m3,干流来水量继2002年后再次超过了博斯腾湖调水量.可以确定,2002年塔里木河向下游输水属于由博斯腾湖调水为主转为干流为主的转折年份,但是2003年干流向下游输水的比例更高.2003年大西海子水库向最下游下泄水量为3.455×108 m3,首次打通了145 km的老塔里木河,采取其文阔尔河和老塔里木河双河道输水,水再次流到塔里木河尾闾--台特玛湖,加上车尔臣河水的汇入,年内在台特玛湖区最大形成了约200 km2的水面.长期确保向塔河下游输水以干流来水为主,加大对塔河的综合治理,特别要加大对干流上游段和主要源流区的综合治理.     

2002年塔里木河流域"四源一干"地表径流情势

2002年塔河流域内平原及山区气温都明显偏高, 平原降水偏多, 山区降水略偏多.3～10月 0 ℃层高度接近常年.塔里木河4条源流出山口天然径流量273.9×108m3, 比多年平均值227.0×108m3多46.9×108m3, 偏多20.7%, 属丰水年.其中发源于天山山脉的阿克苏河和开都河-孔雀河径流增幅大, 水量充沛, 属丰水年; 而发源于喀喇昆仑山脉的叶尔羌河和源于西昆仑山的和田河径流量保持多年均值年.4条源流入塔里木河水量为54.82×108m3.在塔里木河干流上游段耗水量25.42×108m3, 是干流最大的耗水区段, 中游段耗水量24.55×108m3, 下游段耗水量7.38×108m3.上、中游区间耗水量49.97×108m3, 占阿拉尔站年径流量的90.8%.从7月20日至11月10日共计114 d由博斯腾湖向塔里木河下游生态应急输水, 从博斯腾湖调水12.67×108m3, 恰拉水库分水闸向塔里木河输水2.339×108m3, 大西海子水库下泄3.313×108m3, 年内台特玛湖形成了28.74 km2的水域面积, 下游沿河地下水位普遍回升, 影响范围达800 km2, 生态效益十分显著.     

降水、河流径流量与开采对西安地区潜水流场影响分析

为定量分析降水、径流和开采对西安地区潜水流场影响程度,应用小波变换、最小二乘相关分析等研究方法,对区域平均地下水位,水源地漏斗中心水位及漏斗面积与降水、径流和开采变化之间的特征进行了研究。结果表明:1986—2010年期间,平均地下水位随降水量的增大呈线性函数递增趋势,降水量每增加100 mm,平均水位上升0.77 m,漏斗中心水位变化速率随降水量的增大呈直线下降趋势,年均降水量每增加100 mm,漏斗中心水位上升0.7 m(灞河水源地)、0.27 m(沣皂河水源地)和0.14 m(渭滨水源地);1986—2010年期间,径流量每增加1×10~8m~3,区域平均水位上升0.9~1.98 m,漏斗中心水位上升0.32~2.36 m,漏斗面积减小0.019~13.2 km2;1998—2010年期间,地下水开采量每增加0.1×10~8m~3,区域平均水位降幅达1.14~5.37 m,水源地漏斗中心水位降幅0.94~5.76 m,漏斗面积扩大0.44~27 km2;关联度分析表明,降水、开采是西安地区潜水流场变异的主导因素。     

2002年塔里木河流域四条源流区间耗水分析

2002年塔里木河四条源流出山口天然径流量273.9×108m3, 比多年平均值多46.9×108m3, 偏多20.7%, 属丰水年.其中发源于天山山脉的阿克苏河和开都河-孔雀河径流增幅大, 水量充沛, 属丰水年, 而发源于昆仑山脉的叶尔羌河和和田河径流量保持多年均值年.2002年度, 四条源流区总耗水量219.1×108m3, 占出山口天然径流量的80.0%.其中阿克苏河流域总耗水量为65.90×108m3, 占出山口天然径流量的60%; 叶尔羌河流域耗水量61.92×108m3, 年内无水量进入塔里木河干流; 和田河流域耗水量36.45×108m3, 占出山口天然径流量的80.9%.开-孔河流域内耗水54.76×108m3, 占出山口天然径流量的95.9%.     

塔里木河流域2004年"四源一干"河川径流情势及输水运行分析

2004年塔里木河流域平原的年平均气温特高,山区偏高.平原与山区年降水量均正常略偏多,流域内春夏季0℃层高度偏低.2004年塔里木河四条源流出山口天然径流量224.0×108m3,属平水年.天山南坡的河流水量偏丰,阿克苏河偏多15.9%,为丰水年;开都河-孔雀河偏多4.2%,为平略偏丰水年.而喀喇昆仑山及昆仑山北坡的河流水量均少于多年均值,如叶尔羌河偏少10.8%,为偏枯水年;和田河偏少17.9%,为枯水年.四条源流阿克苏河、和田河、叶尔羌河、开都河-孔雀河入塔里木河总水量为27.02×108m3,占四条源流出山口天然径流总量的12.1%,叶尔羌河全年无水输入塔里木河.2004年塔里木河干流上游段阿拉尔-英巴扎耗水量为19.19×108m3,是干流最大的耗水区段;中游段英巴扎-恰拉耗水量为7.530×108m3,为治理前的30.3%,是输水堤工程竣工和加强管理的效益.2004年4月22日至6月25日,实施了第6次从博斯腾湖向塔里木河下游应急输水,历时65 d从博斯腾湖调出水量1.600×108m3,大西海子水库泄洪闸向下游输水量1.020×108m3,水头再次到达台特玛湖,多年来的调水已使下游河段两岸生态环境有了明显改善.     

新疆开都-孔雀河流域绿洲需水量与稳定性分析

水是绿洲存在和发展的核心, 干旱区绿洲稳定性与水密切相关. 根据2000-2009年资料, 采用蒸发系数法和定额法估算开都-孔雀河流域绿洲自然生态系统和社会经济系统综合需水量, 并对水资源约束条件下的绿洲稳定性进行初步探讨. 结果表明: 2000-2009年, 绿洲年均总需水量理论值约为54.80×10⁸ m³, 其中开都河绿洲总需水量约为20.55×10⁸ m³, 孔雀河绿洲总需水量约为21.90×10⁸ m³, 博斯腾湖区耗水量约为12.35×10⁸ m³, 与绿洲10 a平均供水量相比, 供需表现出极大地不平衡性. 水资源可承载绿洲面积(不含博斯腾湖)约为3139.66 km², 其中可承载灌溉地面积约为1395.41 km², 与绿洲10 a平均面积5 248 km²相比, 差别较大, 绿洲处于不稳定状态, 现状绿洲面积应适当收缩. 最后, 对博斯腾湖最低生态水位进行讨论, 初步把大湖最低水位定为海拔1 045 m, 小湖最低生态水位定为海拔1 046.5 m.     

中国西北气候由暖干向暖湿转型的特征和趋势探讨

由于全球显著变暖和水循环加快,使得中国西北主要是新疆地区于1987年气候发生突然变化,随着温度上升,降水量、冰川消融量和径流量连续多年增加,内陆湖泊水位显著上升,洪水灾害也迅猛增加,同时,植被有所改善,沙尘暴日数锐减,从而改变了19世纪末期至20世纪70年代的变暖变干趋势.以降水量增加超过蒸发量增加所导致的径流量增长及湖泊水位上升作为气候向暖湿转型的主要标准,西北地区目前的气候变化可分为3个区域,即1)显著转型区;2)轻度转型区;3)未转型区.作者初步认为,西北气候向暖湿转型可能是世纪性的,预期西北东部在21世纪上半期也会向暖湿转变,但预测有较大的不确定性.     

基于长时间序列遥感数据的鄱阳湖水面面积监测分析

国产高分辨率卫星的快速发展可有效弥补遥感湖泊监测中影像分辨率不足的问题,更加及时、准确地实现湖泊动态监测。利用1996～2012年155景Landsat影像和2013～2016年34景GF影像为数据源,结合湖口站水位监测数据,分别选用改进的归一化差异水体指数MNDWI和归一化差异水体指数NDWI方法提取卫星遥感影像的水体信息,同时采用统计分析的方法建立了4个时间段的鄱阳湖水体面积-水位关系模型。结果表明:在空间上,鄱阳湖水体面积整体呈现缓慢缩小的趋势;在时间上,除秋季鄱阳湖面积有明显下降趋势外,其他季节整体趋势变化不大;经验证,鄱阳湖四季水体面积-水位呈现二次函数关系。     

三峡水库运行前后洞庭湖水资源量变化

为研究三峡水库运行前后洞庭湖水资源量变化情况,通过利用1994-2019年165个时相的多平台中高分辨率（15~30 m）卫星遥感数据,城陵矶多年日观测水位数据和洞庭湖区降水量、蒸发量等资料,采用掩膜处理、K-Means聚类分析提取水面信息,结合观测数据进行统计分析,研究了1994年以来洞庭湖水面面积与湖容变化情况.结果表明:三峡水库运行后洞庭湖年均水面面积由1 077.46 km2减少到857.13 km2,减幅达20.45%,但是2011年后当城陵矶水位大于26.34 m时水面有所增加;三峡水库对下泄量的调控在缓解洞庭湖洪涝灾害隐患的同时,也使得低枯水位提前1个月,且对洞庭湖枯水期的补给水量极其有限;三峡水库运行后洞庭湖湖容明显减小,且当城陵矶水位越高时,洞庭湖湖容减幅越大;当水位小于20 m时三峡水库运行前后两个时段的湖容逐渐接近.洞庭湖水资源量变化主要受出入湖径流影响,"四水"径流是影响洞庭湖水资源量的主要因素,"三口"径流的减少也对洞庭湖水资源量的变化起着重要作用.同时,湖区年均降水量的减少和蒸发量的增加也是引起洞庭湖水资源量减少的原因之一.研究成果为三峡工程运行后治湖思路调整、洞庭湖区水资源保护和长江流域生态修复提供了客观资料.      

近60a来洞庭湖水位演变特征及其影响因素

基于1956-2015年洞庭湖主要控制站实测水文数据,运用Mann-Kendall检验法、主成分分析法对比分析了近60 a来洞庭湖东、南、西三个湖区水位演变特征及其影响因素。结果表明：从调弦口堵口至葛洲坝截流后,南咀和城陵矶站同流量下水位均升高,但南咀站平均水位受三口分流能力减弱而下降（0.03 m）,城陵矶站平均水位受湖盆泥沙淤积和长江干流顶托作用而上升（1.33 m）;三峡水库运行后,湖盆冲淤基本持平,湖泊同流量下水位基本不变,由于该时段长江流域整体为相对枯水期,因而与葛洲坝截流后相比湖泊年平均水位下降约0.31~0.58 m。近60 a来南咀站平均水位呈显著下降趋势（p<0.05）,而城陵矶站水位呈显著上升趋势（p<0.01）,说明湖泊水位影响因素作用存在空间异质性。洞庭湖年内水位存在涨（4-5月）~丰（6-9月）~退（10-11月）~枯（12月-次年3月）的变化特征,葛洲坝运行期丰水期水位上涨明显,三峡运行期各月水位均有下降,受水库调度方式影响7-10月水位降幅最大。洞庭湖流域降水量、四水入湖和出湖径流大小以及长江干流水情是洞庭湖水位变化的主要影响因素,三口来沙变异条件下的洞庭湖冲淤量变化是湖泊水位变化的次要因素。     

巴尔喀什湖水量平衡研究

巴尔喀什-阿拉湖流域是中亚地区重要和独特的景观生态系统,巴尔喀什湖是该区域的核心,其水位变化作为巴尔喀什湖流域生态系统及其保护的主要指标,向来备受世人关注.研究巴尔喀什湖水量平衡,对合理确定巴尔喀什湖生态系统保护目标及保护措施,具有十分重要的理论与现实意义.在明晰巴尔喀什湖水系、水位影响因素的基础上,构建了巴尔喀什湖水...     

长江中下游河湖水量交换过程

长江中下游的河湖水交换关系典型且复杂,为描述河湖水量相互交换过程,提出了河湖水量交换系数的概念,即某一时段内由支流汇入湖泊的径流量与湖泊泄入干流径流量的比值,表示河湖水量交换的激烈程度。根据水量平衡原理推导出河湖水量交换系数计算的经验公式,并把河湖水量交换过程分为3种状态:“湖分洪”、“稳定”和“湖补河”。近60多年来河湖水交换系数年际变化趋势表明:洞庭湖与长江干流的水交换状态从“湖分洪”到“稳定”,再到“湖补河”状态发展;鄱阳湖与长江干流的水交换系数在稳定状态附近波动,河湖水交换状态无明显趋势性变化,河湖系统演化稳定。河湖水交换系数与长江干流径流量相关性良好,而与湖泊支流径流量相关性较差,表明长江干流径流量的大小是河湖水量交换过程的主控因素。