黑河流域中西部子水系水资源分布特征研究

根据研究区的气象、水文、地质和冰川等资料,结合野外调查,研究了黑河流域中西部子水系的降水资源、冰川资源、地表水资源、地下水资源、水资源总量及其时空分布特征.山区水资源主要由祁连山南部的降水、冰雪融水等形式补给,以冰川、地表水、地下基流形式存在,冰川融水补给量为0.5532×108m3,地表水资源量为11.64×108m3,出山口基流量为5.264×108m3.河流进入山前平原后,地表水与地下水多次重复转化,南盆地地下水资源量为8.74×108m3,北盆地地下水资源量为2.06×108m3.中游耗水量的增加,加剧了中游和下游地区用水矛盾.对河流水质现状进行了分析评价,中、下游受生活污水、工业废水、农业退水的影响,河流水质较差.随着张掖市节水型社会建设和黑河流域综合治理的逐步推进,黑河流域中西部子水系的水资源问题日趋突出,研究水资源的分布特征,可为区域水资源的管理调度、可持续利用提供科学的决策依据.     

黑河流域中游人工水循环系统在分水前后的变化

介绍了黑河流域中游人工水文循环过程及其中各系统之间的关系,目标是为黑河流域生态—水文过程模拟提供一套较准确的数据集。利用张掖市水利年报、莺落峡水文站资料以及张掖市水资源管理年报等调查数据分析了黑河分水前后,2000年和2010年黑河流域中游引水、输水和用水系统的变化过程,得出以下结论:①人工水文循环过程通过引水系统、输水系统、储水系统和用水系统来影响农业水资源在时空上的分配,它是人类活动影响下的中游水文循环过程的重要组成部分;②2010年比2000年引水口门减少了26处,渠道综合水利用率提高了3.6%;③与2000年相比,2010年地表水和地下水资源开发利用在空间上产生了很大变化,地表水引水量减少了1.05亿m3,地下水开采量增加了1.64亿m3。最后,从径流、地下水、大气水方面分析了人工水循环过程对自然水循环过程的影响。     

黑河流域水资源及现阶段合理开发利用

黑河是我国西部较大的一条内陆河,近30多年来,由于中游地区水资源开发利用程度不断提高,使进入下游额济纳平原的地表水逐渐减少,导致下游生态环境发生恶化.为了拯救下游绿洲,改善生态环境,自1992年起对黑河中、下游用水实行计划调度,1999年开始实施国家定量分水方案.根据近几年的最新调查研究成果,计算评价了黑河流域的总水资源、地表水资源、地下水资源、地表水和地下水的利用现状及开采潜力.在此基础上,提出现阶段中游以加强引输水工程改造、提高地表水资源利用率和推广田间节水灌溉工程,发挥水利用效益;下游以适度开发利用地下水、加强地表水和地下水综合开发利用,改善生态环境.为中、下游科学分配地表水资源和合理开发利用地下水资源提供科学依据.     

两千年来黑河流域水资源平衡估算与下游水环境演变驱动分析

利用地方史志、历史地理、树木年轮和近代器测记录相关的黑河流域历史时期人口变动、水土资源开发利用、下游湖泊变化、流域水资源和气候变化等资料, 通过对比上游出山水资源量、中游人类活动水资源利用量和下游湖泊面积变化, 在千年-百年时间尺度上对流域水资源平衡进行了估算, 并分析了历史时期各阶段下游湖泊水环境和天然绿洲演变过程和驱动机制. 研究结果表明: 在黑河流域, 气候变化条件下的上游山区水资源总量和中游走廊平原区绿洲人类活动用水后下泄的水资源量, 决定了下游水环境演变过程;在两千年来显现出不同历史阶段的流域水资源平衡模式和下游水环境演变特征, 以及气候变化和人类活动在不同历史时期的耦合驱动机制.     

黑河流域水文特性

介绍了黑河流域基本概况,依据黑河流域多年水文资料,分析了黑河流域降水、蒸发、径流的年内分配、年际变化和地域分布。黑河流域降水稀少,蒸发量大,水资源短缺,植被稀疏,水土流失严重,生态环境极为脆弱。     

基于地表水循环遥感观测的黑河流域水平衡分析

流域内水循环各环节的水量及其时空分布是不断变化的,掌握流域水循环与水平衡状况是进行流域水资源合理开发利用的重要基础。以2000—2019年黑河流域水文显著变化期为研究时段,综合应用TRMM与GPM卫星观测的降水量、遥感估算的蒸散发量等数据并结合气象站点、水文站点等观测数据,对流域降水、蒸散发与径流等水循环要素的水平衡进行了分析。结果表明:祁连山区是主要产流区,向中游年均下泄水量约为45.11×108 m3。其中,消耗于中游的年均量约为29.92×108 m3,约占66%;补充下游的年均量约为15.19×108 m3,约占34%。民乐—张掖盆地是黑河中游水资源消耗的主要区域,年均消耗的上游来水和当地降水量达43.97×108 m3,约占中游消耗量的75%;中游农田蒸散发年均消耗水量约20.3×108 m3,占总消耗量的35%;上游区降水量增加是黑河干流出山口径流量增加的主因,对径流量增加的贡献率为96%,导致年均径流增加0.35×108 m3,潜在蒸散发对径流增加几乎没有贡献。根据目前黑河干流上游径流量变化与中游水资源消耗现状,如果未来水文周期变化导致上游径流减少,中下游用水矛盾凸显的风险较大。地表水循环遥感观测可作为流域水平衡分析的方法之一,分析流域地表水水资源的空间分布状况、揭示水资源变化趋势与原因,支撑水资源合理配置,陆面实际蒸散发是水平衡分析不确定性的主要来源,准确估测不同类型下垫面实际蒸散发量是提升分析可靠性的关键。基于互补相关的陆面实际蒸散发估算方法相对简单,但其中用于计算湿环境蒸散发量的Priestley-Taylor公式中乘性经验系数受地形影响空间变异很大,区域上采用统一数值会对结果造成不可忽视的影响。     

黑河流域山前绿洲水量转化模拟研究

利用数字高程数据、遥感解译成果、地下水和水文气象资料,建立了一个基于GIS网格的黑河中游山前绿洲地区分布式水文模型.模拟结果表明,黑河流域中游山前绿洲地带的降水几乎完全消耗于蒸散发,且大约70%的山区地表径流补给也消耗于蒸散发.蒸散发以中游森林为最多,草本植被蒸散发同植被覆盖度呈正比.天然植被覆盖度同降水量的多少呈正比,在当地气候条件下,降水是天然荒漠植被类型和分布的控制因子.     

河西内陆河径流对气候变化的响应及其流域适应性水资源管理研究

为探讨河西地区内陆河径流对气候变化的响应, 选取1955-2008年石羊河、黑河和疏勒河的河流流量资料进行计算和分析. 结果表明: 50多年来, 石羊河年径流总体呈明显下降趋势, 黑河呈略有增加趋势, 疏勒河呈明显增加趋势, 地域上呈现愈往西部的河流年径流量增加愈明显. 三大河流进入1990年代后有下降趋势, 进入21世纪均有明显增多趋势. 三大河流径流对气候变化有不同响应, 石羊河流域主要受季风气候影响, 气候变暖, 蒸发加剧, 水分散失量大, 是造成径流减少的主要原因;黑河和疏勒河流域主要受西风带环流影响, 径流增多的重要原因是气候变暖降水明显增多. 为减缓气候变化对流域水资源利用的不利影响, 在分析三大内陆河流量对气候变化响应特征的基础上, 提出了适应性水资源管理的建议. 建议应提高水资源利用效率;改变生产方式, 调整农业种植业结构与布局;加大祁连山自然保护区建设, 搞好水资源可持续利用;积极开发祁连山丰富的空中云水资源、哺育祁连山冰川等流域适应性水资源管理对策, 对流域进行综合治理与开发利用, 这些措施和对策将为流域水资源开发提供科学依据.     

干旱区资料稀缺法流域日径流过程模拟

选取具有物理基础的分布式水文模型MIKE SHE来模拟大尺度资料稀缺地区水文过程.以塔里木河主要源区之一开都河流域为研究区域,将流域内气象水文站点观测数据与遥感数据相结合,运用GIS空间分析方法修正数据输入.利用气象、土壤类型、土地利用和地表覆盖、数字高程和降雨等资料,研究大气、陆面、地表水和地下水的相互作用机理,通过模型敏感性分析确定了5个"自由"参数,并依据出山口水文站数据对模型进行率定和验证.结果表明,MIKE SHE能在水文、气象站点稀少,土壤及水文地质数据缺乏的条件下,模拟开都河流域的日径流过程,模型效率系数达到0.7以上,率定期与验证期水量平衡误差均小于3%,模拟径流与实测径流高度相关.     

黑河流域中游盆地地下水动态特征及其调蓄能力分析

40 多年来,我国西北地区大规模的地下水开发利用造成了部分地区地下水水位持续下降甚至泉水干涸,部分地区地下水仍能维持动态稳定,判断这类地区水资源开发利用是否具有可持续性是必须解决的重大科学问题。以黑河流域中游盆地作为研究对象,采用MK检验和连续小波分析等方法,分析长时间序列地下水水位数据的变化特点,研究区域地下水动态特征;结合区域水文地质条件,综合划分黑河流域中游盆地地下水补排平衡区与非平衡区;利用克里金插值法估算1990—2020 年盆地含水层对水资源的调节水量,并评价不同动态平衡区的调蓄能力。结果显示,黑河流域中游盆地地下水水位动态类型有:水文型、水文-开采型、开采型和蒸发-开采型4种长周期动态稳定型,过量开采型或上游过度引用地表水型2 种长周期持续下降型。黑河-梨园河倾斜平原、酒泉盆地和黑河中游下段侵蚀堆积平原的大厚度含水层是黑河流域中游盆地的地下水补排平衡区,其在1990—2001 年共输出地下水12.06×108 m3,2001—2020年共储存地下水9.06×108 m3。大厚度含水层为地下水的长周期调蓄提供了充足的空间,在合理控制开采量的前提下,该类含水层的天然调蓄能力可满足生产生活和下游生态用水需要。盆地地下水补排非平衡区,如黑河以东诸河倾斜平原、盐池盆地和榆木山山前诸小河流域等地区,目前的地下水开发利用方式和强度是不可持续的,应适当减少地下水开采量,调节盆地上游的引水量和开采量,抑制地下水资源枯竭。本研究成果可为西北干旱内陆地区水资源管理和持续开发利用提供参考。     

干旱灾害和我国西北干旱气候的研究进展及问题

首先阐述了自然灾害中干旱灾害的严重性和复杂性；接着从西北干旱气候的时空分布特征、形成原因、干旱气候的比较以及监测和预测等方面回顾了近20年来我国西北干旱气候研究的进展；最后提出了西北干旱气候待研究的问题。     

黄土作为西北地区填埋场覆盖层的可行性及设计厚度分析

中国西北地区气候以干旱和半干旱为主,黄土广泛分布。首先介绍了西北地区3个代表性城市近50 a的气候条件和3类黄土的粒径分布及储水能力,在此基础上利用Chen、Benson等提出的水量平衡分析方法对黄土土质覆盖层在我国西北地区应用的可行性进行了探讨,并计算分析了单一型黄土覆盖层的设计厚度。分析结果表明: 西北地区夏季高温多雨植被生长茂盛而冬季降雨较少,降水和腾发作用有较好的同步对应关系,适合土质覆盖层的应用。采用黄土作单一型土质覆盖层的设计厚度在0.54～1.92 m之间,从干旱、半干旱到半湿润气候区,设计厚度逐渐变厚,其具体设计厚度与气候条件和黄土种类密切相关;在同一气候区采用粉性黄土所需厚度最薄,而采用砂性黄土则最厚。西北地区采用黄土作填埋场终场土质覆盖层具有技术可行性和良好的经济效益,值得进一步开展工程实践和更深入的研究。     

中国西北地区干旱气象灾害监测预警与减灾技术研究进展及其展望

干旱灾害是制约中国西北地区社会经济发展、农业生产和生态文明建设的重要自然灾害,而且随着气候变暖西北地区极端干旱事件发生频率和强度均呈增加趋势,影响不断加重。"中国西北干旱气象灾害监测预警及减灾技术研究"成果是在数十个国家级科研项目的支持下,经过过去20年的理论研究和应用技术开发所取得的一系列创新性成果。该成果对西北干旱形成机理及重大干旱事件发生、发展的规律取得了新认识,尤其是发现了形成西北干旱环流模态的4种主要物理途径;研制了西北干旱预测的新指标、干旱监测的新指数及监测农田蒸散的新设备,明显提高了干旱监测准确性和针对性;提出了山地云物理气象学新理论,研发了水源涵养型国家重点生态功能区——祁连山空中云水资源开发利用技术;发现了干旱半干旱区陆面水分输送和循环的新规律,揭示了绿洲自我维持的物理机制;认识了干旱气候变化对农业生态系统影响的新特征,建立了旱作农业对干旱灾害的响应关系;开发了旱区覆膜保墒、集雨补灌、垄沟栽培、适宜播期等应对气候变化的减灾技术,为西北实施种植制度、农业布局及结构调整和农业气候资源高效利用提供了科学方案。该成果的完成提升了中国干旱防灾减灾技术水平,培养了中国干旱气象科技队伍,推进了西北地区干旱气象业务服务能力,对西北地区社会经济发展、农业现代化和生态文明建设等方面起到了重要的促进作用。在此基础上,展望了西北地区干旱气象科学研究中迫切需要、有可能突破的主要领域。     

冰川加剧消融对我国西北干旱区的影响及其适应对策

西北干旱区是我国生态最脆弱的地区之一, 也是国家安全和生态安全的核心区.冰川是西北干旱区的"固体水库", 高山冰雪融水一直是当地赖以生存和发展的重要水源, 是该地区独特的绿洲经济的命脉.在气候变暖的大背景下, 西北干旱区冰川加剧消融退缩, 冰川数量和规模均呈减少趋势.未来冰川将进一步萎缩, 冰川融水对河流补给将有显著变化.冰川加剧消融已严重影响到该地区水资源变化格局、 农业可持续发展和生态系统稳定, 对现有水资源管理与灾害防治等对策与措施提出巨大挑战.应采取从转变经济发展用水和管理理念, 到提高适应冰川消融的水利建设、 加强防灾与预测技术研究等方面的积极探索适应对策, 以应对气候变暖背景下冰川加剧消融给西北地区带来的挑战.     

中国西北干旱区降雪和极端降雪变化特征及未来趋势

降雪是中国西北干旱区水文系统中关键的组成要素, 同时也是对气候变化极为敏感的因子。利用中国西北干旱区的89个气象站点逐日气象资料结合IPCC-CMIP5气候情景数据, 研究了该区域降雪和极端降雪的时空变化特征, 并分析了其对气候变化的响应机理及未来变化趋势。结果表明： 1971—2010年, 我国西北干旱区年降雪量显著增加, 但降雪次数却明显减少; 年极端降雪发生次数占总降雪次数的比例不足3%, 但其对年降雪量的平均贡献可达1/4, 且极端降雪量和发生次数的增加是近40年西北干旱区降雪总量增加的主要原因。极端降雪发生时的气温要比非极端降雪发生时的气温平均高3.3 ℃; 当气温在1 ℃以下, 降雪强度随气温升高而增大, 该变化特征基本符合克劳修斯-克拉伯龙方程理论, 气候变暖是导致极端降雪显著增加的主要原因。在RCP4.5气候情景下, 我国西北干旱区未来年降雪次数将大幅减少, 年降雪量将在（2040±5）年前后达到峰值随后下降, 年极端降雪量和发生次数预计（2060±5）年左右达到峰值; 相比基准期, 2050s西北干旱区所有站点的年降雪发生次数都将明显减少, 区域平均年降雪量将减少5%, 而年极端降雪量和发生次数有微弱的增加, 分别增加约2%和4%。     

西北半干旱地区岩屑地球化学异常提取方法的研究

西北地区主要发育残山丘陵地貌。风成砂、急雨过后的黄土硬壳以及下伏膏岩层的普遍发育在一定程度上影响了地球化学勘查数据的代表性,也给异常的提取和解释带来了困难。针对这种特殊的自然景观和地质背景,以西北半干旱地区——阿拉善某地为例,介绍了工作区地质特征,用传统的统计学方法、趋势面法、滑动平均法提取相关元素地球化学异常,在此基础上结合地质矿产资料进行综合对比,探讨了较为适合半干旱地区地球化学勘查数据处理的方法。     

干旱灾害对干旱气候变化的响应

通过分析中国北方50 a来的降水资料,结果表明:干旱气候变化的主要特征表现在20世纪90年代夏季降水量有明显的减少趋势,干旱化趋势主要发生在北方,主要包括河北、山西、山东和西北地区东部.西北地区西部降水有明显增多趋势,西北地区东部降水量持续偏少,干旱连年发生.干旱气候的产生带来了严重的干旱灾害,无论从全国或甘肃省的近50 a来干旱灾害可以看出,90年代的干旱发生最为频繁,干旱灾情最为严重,2000年是干旱最严重的一年.干旱气候变化引发干旱化趋势明显,其影响程度非常严重和深远,应重视和加强干旱气候与干旱灾害的监测预测和防御对策的研究.     

西北干旱区土建筑遗址加固概述

西北干旱区土建筑遗址很多, 有些还是世界文化遗产。由于风蚀风化作用强烈, 西北干旱区大批的土建筑遗址已破坏严重, 因而开展土建遗址加固研究十分必要。钾水玻璃 (PS)是一种水溶性的无机胶结加固材料, 本文全面详尽地总结了PS加固土建筑遗址技术, 就加固机理作了初步探讨。认识到PS是西北干旱地区土遗址加固的一种有效方法, 可达到较理想的加固效果。     

西北干旱地区的水分评价问题

指出了用水文统计法确定的“水资源总量”难以将西北干旱地区与我国东部地区水资源作出合理的比较分析.只有考虑了土壤水这一重要水资源分量才能予以改进,因为两地的土壤水在水文统计中有不同的含义.在干旱地区,土壤水主要来自灌溉水,即“水资源总量”的一部分;而在华北等地,它主要来自降水,未能统计在“水资源总量”中.     

西北干旱区石窟遗址保护

我国的石窟研究遗址主要分布于西北干旱区。由于独特的自然条件,风蚀风化作用强烈,大批遗址已破坏严重。因而开展石窟遗址防风化加固和岩体裂隙灌浆研究十分必要。钾水玻璃(PS)是一种水溶性的无机胶结加固材料,试验证明经PS-C材料加固后的岩体强度成倍增长,耐风蚀能力、耐水能力明显提高。论文全面详尽地总结了PS-C材料加固石窟遗址技术,认识到PS-C是西北干旱地区石窟遗址加固的一种有效材料,可达到较理想的加固效果。