基于多源空间数据的塔里木河下游湖泊变化研究

利用历史图件、地形图及遥感数据监测塔里木河下游诸多湖泊水域面积并分析近一百多年的变化情况。根据湖泊水域及其变化,该区湖泊在100多年内变化过程可以分为3个时间段：① 20世纪60年代以前,该区水文条件较好,19世纪末20世纪初湖泊总面积超过2000 km²;20世纪60-70年代至20世纪末,随着水利设施的陆续兴建,湖泊水域缩小,甚至某些湖泊彻底干涸;21世纪随着塔里木河流域综合治理与下游生态输水工程的实施,该区水文条件有所好转,干涸多年的一些湖泊重新形成水域,2013年湖泊水域总面积达760 km²。② 根据湖盆成因及水域变化把该区湖泊分为：河道西侧的风成湖,河道网之间及东侧的河成湖及河道末端的构造湖等三类。③ 初步总结风成湖演变过程,发现该区风成湖与河成湖在形状、深度、水质、形成时间等方面有较大差异。④ 近代人为因素对湖泊水域变化的影响高于自然因素。     

20世纪50-70年代的围湖垦殖与江汉平原湖泊湿地演化

利用相关资料并借助RS/GIS方法对20世纪50-70年代的大规模围垦情况进行了初步分析。结果表明:20世纪50年代、60年代、70年代、80年代0.1km2以上的湖泊总量分别是1309个、611个、612个、838个,湖泊总面积分别是8503.7km2、5467.5km2、2934.3km2、2977.3km2。湖泊数量和面积减少与围湖垦殖关系密切,江汉湖区平均面积变化率为65.0%,围垦具有明显的区域差异特征。围湖垦殖与江汉平原湿地演化关系密切,围湖垦殖降低了江汉平原湿地演化的可持续性。     

塔里木河的水资源利用与生态保护

分析塔里木河1956~2000年间水资源开发利用过程中的生态与环境问题时发现,进入90年代,塔里木河源流区的山区来水量增加了约10.9 %,但是,源流区补给塔里木河干流的水量却减少了18.83 %。三源流灌区用水量的增加导致塔里木河干流区的来水量不断减少,而塔里木河下游来水量的大幅度减少,则是因塔里木河干流上中游耗水量的增加引起。塔里木河干流自身沿程水量变化对下游水量减少的影响,远大于塔里木河上游三源流来水变化对下游造成的影响;塔里木河下游来水量的锐减,造成下游河道断流321 km,尾闾湖泊干涸,地下水位下降,天然植被衰败,沙漠化过程加剧。     

30多年来柴窝堡湖演化特征及其环境效应

在对柴窝堡地区多期陆地资源卫星、中巴资源卫星以及Modis遥感影像解译基础上,结合器测气象资料、地下水以及湖泊水深等数据,对柴窝堡湖面积变化及其环境效应进行了研究.结果表明:20世纪70年代以来湖泊总体呈下降趋势,但到20世纪末至21世纪初期受流域降水增加影响,湖泊面积出现一定程度的扩展,面积最高达到约29.5 km2...     

锡林郭勒草原大型湖泊演替变化对比研究

为探究相似地理特征下湖泊变迁的差异,选择锡林郭勒草原达里诺尔湖及查干淖尔湖作为研究对象。以LandSat TM/ETM+遥感影像和20世纪70年代1∶10万地形图为数据源,统计1986—2016年两湖泊面积变化数据,并结合湖区附近气象站点的年均气温、年降水量数据,分析其近30年的变化特征。结果表明,达里诺尔湖从1986—2016年湖泊面积明显呈线性下降趋势,湖泊面积从228.3km~2减少到179.3km~2,共减少49km~2;查干淖尔湖从1986—2016年湖泊面积大致呈线性下降趋势,湖泊面积从103.8km~2减少到29.2km~2,共减少74.6km~2。分析湖泊面积变化与湖区附近气象站点的气象数据关系表明,气温升高和降水量减少与湖泊面积萎缩具有一定的相关性和一致性。对比研究在相似地理特征下的两湖出现了差别明显的演替变化,说明人为干预在一定时间内会对局部区域的湖泊变迁起主导作用。     

近百年湖北省湖泊演变特征研究

利用20世纪初以来的地图、历史文献资料和1986～2005年期间7年不同时相的TM影像数据,采用遥感和地理信息系统技术和方法,分析近百年湖北省湖泊的时空演变特征。研究结果表明:①近100多年来,湖北省湖泊演化可以分为4个阶段,并且具有明显的地域差异性。②20世纪初期,湖北省湖泊面积约为26000km2,到2005年为3025.6km2,仅为百年前的11.64%;近百年来绝大部分湖泊面积都在缩小,部分湖泊因围垦或其他原因已完全消失或变为它用,部分湖泊形态发生了较大变化;人类活动是湖北省湖泊百年变迁的主导因素。③20世纪下半叶湖北省湖泊变化迅速,湖北省湖泊面积由50年代的约8503.7km2波动减小至80年代的约2977.3km2,发生在60～80年代的围垦是造成湖泊萎缩的主要原因;从90年代开始,因重视湖泊保护和退田还湖,使湖泊萎缩的态势得到遏制,局部湖泊面积有所恢复。     

藏南沉错地区近1400年来的介形类与环境变化

通过分析藏南沉错CC1孔的介形类动物群所提供的古环境信息，探讨近1400年来的湖泊演化。CC1孔介形类共计7属15种。据其属种，数量及生态特征，可划分为7个组合，同时发现1400年来沉错环境变化可分为3个时期：（1）公元6世末－14世纪下半叶沉错主要为较深水湖，其中大约在708－780年和1199－1213年湖泊迅速扩大加深；（2）14世纪下半叶－19世纪末沉错主要为浅水湖，其中大约在1454－1525年，1645－1670年和1803－1891年3个时段湖泊强烈退缩，环境极不稳定，而大约在1731－1803年湖泊发生逆向转化，湖水增多，湖面抬升；（3）19世纪末至今沉错由较深水湖转变为浅水湖，20世纪60年代以前为较深水湖，其中大约在1929－1935年湖泊急剧加深，20世纪70年代以来湖泊退缩，湖水变浅。     

咸海的生态危机及解决办法（译编）

咸海,又名内陆咸湖,是独联体位居里海之后的第二大湖泊,位于东经58°50′～62°1′,北纬43°25′～46°53′之间,是亚洲最大的湖泊。咸海是哈萨克斯坦和乌兹别克斯坦的共有水域。本世纪60年代以前,湖泊平均水位海拔53m。长428km,宽235km,最深处67m,平均水深16.1m,水域面积6.6万km~2,流域面积69万km~2,储水量1064km~3。咸海流域地处哈萨克、吉尔吉斯、土库曼、乌兹别克和塔吉克国家境内。流域地势东部高、西部低。东南部是山势高峻的西天山山脉、帕米尔高原和兴都库什山脉等;西北部是地势较低     

我国最大内陆淡水湖——博斯腾湖

博斯腾湖是我国最大的内陆淡水湖泊,湖面海拔1048米,平均水深达8米以上。其中大湖面积988平方公里,西南部的小湖区由16个小湖泊组成,大小湖总面积为1228平方公里。汇人湖泊的河流主要来自西北的开都河、马拉斯台河等,多年平均入湖径流量为26．8亿立方米。湖水经西南部的孔雀河排出,平均每年出流量为12．5亿立方米。博斯腾湖水域辽阔、烟波浩淼,被誉为沙漠瀚海中的一颗明珠。     

黑河调水对下游生态环境恢复效果的卫星遥感监测分析

利用2002年7月至2003年9月EOS/MODIS资料, 计算了黑河尾闾湖——东居延海重新出现后水域面积并分析其变化特征; 通过对2002和2003年6~8月黑河下游额济纳旗和古日乃绿洲植被指数的对比分析, 了解黑河调水对下游植被恢复的效果。结果表明: 东居延海重新出现后仍为季节性湖泊, 其面积2002年初冬最大, 2003年春季迅速减小并于6月6日干涸。随着中游地区再次向下游调水, 2003年8月中旬东居延海再次出现, 干涸时间为70d, 较前些年大大缩短。东居延海再现后对位于河道周围的额济纳旗绿洲植被恢复效果比较明显, 对远离河道的古日乃绿洲植被生长影响不显著。     

塔里木河下游近20 a输水的生态效益监测分析

自2000年实施以抬升地下水位、拯救塔里木河下游"绿色走廊"、遏制生态持续恶化为目的的生态输水工程以来,截至2020年,已向塔里木河下游实施生态输水21次,累计输水量达84.45×10~8m~3。近20 a的监测结果分析显示:(1)在距河道100 m处,塔里木河下游的上段、中段、下段的地下水位埋深由输水前期2000年的7.76 m、9.31 m、7.82 m抬升至2020年的3.70 m、4.48 m、2.69 m,平均抬升幅度为4.06 m、4.83 m、5.13 m;在500 m处,地下水位埋深分别由输水前的8.21 m、9.45 m、9.08 m抬升至6.61 m、5.46 m、3.82 m。生态输水对塔里木河下游的上、中、下3个区段地下水位的影响范围均达到了1050 m,分别抬升了2.69 m、1.38 m、1.59 m。(2)地表水体面积由输水前的49.00 km~2扩大到2019年的498.54 km~2,尾闾湖泊—台特玛湖"死而复活",地表水体面积达到455.27 km~2。(3)输水后,地表生态响应敏感,在距河道2000 m范围内,塔里木河下游高植被覆盖度、归一化植被指数(ND-VI)、植被净初级生产力(NPP)、植被总初级生产力(GPP)分别增加了132 km~2、0.07、7.6 g C·m~(-2)和1221 g C·m~(-2)·季~(-1)。(4)输水对塔里木河下游地表植被的影响和改善面积达到1423 km~2,生态系统服务价值和功能大幅增加,碳汇区域由2001年占研究区的1.54%增长至2020年的7.80%,生态系统健康程度和生态恢复力大幅提升,土壤碳汇能力增加。近20 a的生态输水大幅抬升了塔里木河下游地下水位,沿河两岸以胡杨为主体的荒漠河岸林植被得到拯救和复壮,地表植被覆盖度增加,塔里木河下游生态退化趋势基本得到遏制。     

塔里木河中游河段水文要素分析——以乌斯满河口上下游河段为例

采取工程措施调整干流上、中、下游区水量泄放比例,完成塔里木河流域综合治理工程项目,实现塔里木河的综合治理生态河流目标。由于中游河道比降小、砂质河岸极易侵蚀,河床宽浅,河道行洪能力低下;该段是塔里木河冲积平原南北伸展最宽的地段,是塔里木河河道泛滥地段,洪水使河道改道频繁。为进一步论证塔里木河中游河段控制型拦河枢纽工程对上下游河段堤防和两岸生态闸的影响,进行塔里木河中游拟建枢纽工程上下游河段内的水文要素观测、测量实验分析,掌握河段各项水文要素变化特征,分析河段内洪水的水面线、糙率的变化情况和中游河段的年径流量、最大洪峰流量、泥沙含量、输沙量等水文要素衰减率,以及河道内断面冲淤变化等问题,是为进一步研究洪水冲刷对堤防、水利工程影响的基本资料,是流域综合治理工程项目论证工作的必要条件。     

湖泊集水域地表-地下径流联合模拟

研制了流域尺度的地表- 地下径流联合模拟的分布式水文模型。模型考虑了地表径流、土 壤水、地下水之间的相互作用和水量交换, 更真实地模拟径流系统。特别是, 考虑了湖泊- 流域系 统的特点, 例如, 多条入湖河流、直接入湖的坡面水流和地下入湖径流等, 使模型比现有水文模型 更适合于湖泊集水域径流系统的模拟。模型在云南抚仙湖集水域作了初步应用研究, 模拟结果与 河道径流、土壤含水量和地下水位等观测数据的比较显示, 模型模拟效果理想。此外, 模拟结果与 SCS 模型结果的对比分析, 进一步验证了模型的有效性。该模型可用于研究湖泊与流域的相互作 用、模拟流域水文过程对自然条件改变或人类活动的响应、探究地表径流- 地下水- 湖泊之间的相 互作用。模型也可用作湖泊- 流域系统水量平衡分析和水资源管理的有效计算工具。     

塔里木河下游生态输水对地表水体面积变化的影响

以河湖为主体的塔里木河下游地表水体的面积受到输水工程的影响,在区域水循环、调节水平衡中扮演着重要角色。基于近20 a塔里木河下游Landsat 5、Landsat 7和Landsat 8影像资料和生态输水数据,综合采用Google Earth Engine(GEE)计算平台和多元统计分析方法,对地表水体面积变化及其对生态输水的响应进行了系统分析。结果表明:(1)2000—2019年,塔里木河下游区域的地表水体、季节性水体和永久性水体的面积均呈现波动上升趋势,速率分别为15.54 km~2·a~(-1)、7.12 km~2·a~(-1)和8.41 km~2·a~(-1);塔里木河下游上段(大西海子水库—英苏,不包括大西海子水库)、中段(英苏—阿拉干)和下段(阿拉干—台特玛湖)区域的季节性水体和永久水体面积也均呈现波动增加趋势,其中下段区域的增加速率最大,其值分别为5.23 km~2·a~(-1)和8.24 km~2·a~(-1)。(2)生态输水引起的地表水体面积增加主要表现在台特玛湖湖区,2019年台特玛湖湖区的地表永久水体和季节性水体面积分别约为267.27 km~2和188.00 km~2,总体水面积约为455.27 km~2,相比2000年(约38.19 km~2)增加了417.08 km~2(约10.92倍)。(3)近20 a来,研究区域地表水体面积,尤其是永久水体面积变化与塔里木河下游生态输水量密切相关;2007—2009年输水量下泄水量较少,直接导致研究区域在2009年地表水体和季节性水体的面积均减少到最低点。研究结果有助于全面理解塔里木河下游生态输水对地表水体变化的影响,为区域水生态保护提供科学依据。     

艾比湖水量平衡计算与分析

50年代以来,由于人类活动的影响,艾比湖发生剧烈的变化,从1950年至1977年,平均每年湖泊水域而积缩小20.3km~2,引起湖周地下水位下降,部分植物衰亡,沙暴和浮尘日见增多,环境恶化。有关方面十分关注,提出要保持艾比湖一定的水域面积,保护湖区的生态环境。为此,了解入湖水量及其消耗,对艾比湖水量平衡进行分析计算,显然十分必要。     

博斯腾湖向塔里木河生态输水效果及风险

为了挽救濒临毁灭的塔里木河下游生态环境,中国政府2000~2003年实施5次向塔里木河下游生态应急输水,结束塔里木河下游300 km河道近30年的断流历史。文章基于大量数据资料,简单介绍塔里木河断流过程;再分析近期博斯腾湖向塔里木河下游输水效果;最后从博斯腾湖来水水文特性分析、博斯腾湖调节计算和输水风险分析等方面,阐述博斯腾湖向塔里木河下游输水的风险及控制措施。     

18世纪以来塔里木河干流河道变化及其与人类活动的关系

 塔里木河是南疆主要的经济生活水源,其河道变化会引起绿洲变化,从而导致人类活动发生变化。学者虽对历史时期的塔河变化有研究,但对18世纪以来的河道变化缺乏细致的研究,这一时期是人类活动对环境影响日益增多的时期。在野外考察基础上,借助历史文献、历史地图对塔河干流沙雅以上和以下段分别进行研究,结果显示,18世纪20年代,塔河干流分南河、北河; 18世纪50年代,南河与北河合为一条,沿北河位置行水; 至19世纪10年代,塔河干流南移,在南河(即大干河)位置行水; 以后至20世纪10年代,沙雅及其以上河段再次北移,沿北河位置行水,以下河段仍沿南河位置行水,称叶尔羌河或塔里木河。至迟在40年代中期,沙雅以下河段向北迁移,沿渭干河行水,形成现代塔里木河河道。20世纪以前河道变化主要受自然气候变化所导致的河水量变化及河流自身运行规律影响比较大,在河道淤积基础上,水量变化是河流改道的主要原因; 以后受人类农业生产的影响日益加大。     

塔里木河下游输水20 a的生态响应

为了补给塔里木河下游断流的河道和挽救濒死的荒漠群落,自2001年塔里木河实施了生态输水工程,流域生态环境得到初步改善,实现了流域经济社会发展与生态环境保护的双赢。在生态输水20 a之际,为了评估输水的生态效应,基于多源遥感数据MOD13Q1和MCD12Q1数据,通过数学统计方法调查了塔里木河下游归一化植被指数(NDVI)和植被覆盖度的时空变化。结果表明:经过近20 a的生态输水,塔里木河下游的NDVI从2000年的0.14增大到2020年的0.21,增幅达33.3%,植被面积从2000年492 km~2扩大到2020年的1423 km~2;其中,低、中、高植被覆盖度的面积相较于2000年分别增多了277 km~2,537 km~2和132 km~2,增幅分别达到20.8%,448.0%和190.0%,中段的植被面积和植被覆盖度的增幅均高于上、下段区域的增幅。NDVI和植被覆盖度均表现为距离河道2 km范围内的值较大,且增幅也较大,2 km以外NDVI和植被覆盖度逐渐变小,且增幅也较小。空间上来看,约有57.1%的区域NDVI和植被覆盖度呈现显著增加趋势,显著减小的区域都不超过2.0%。Hurst指数表明超过75.0%以上的区域这种变绿的趋势会在未来继续保持,仅有6.1%的区域生态会继续恶化。综合评估塔里木河输水工程的生态效应,对于干旱区荒漠的保育恢复治理、生态水资源管理等方面具有重要的科学意义。     

长江中游四湖流域湖泊变迁与湖区土壤空间格局的关联分析

分析了20世纪20年代以来长江中游四湖流域湖泊阶段性变化特征,并结合湖区土壤空间分布数据,重点探讨现代土壤空间格局与湖泊的阶段性变化是否存在关联。研究结果表明,从20世纪20年代至今,江汉平原四湖流域湖泊经历了由扩大到缩小至稳定的阶段性变化过程;通过湖泊变迁序列与湖区土壤格局的综合分析,发现四湖流域湖泊变化范围内的土壤空间分异与20世纪20年代以来湖泊变化历程具有密切关系。20世纪20年代以来,四湖流域湖泊变化范围集中分布了全流域67%以上的潜育型水稻土和沼泽型水稻土;在四湖流域自20世纪40年代起的湖泊萎缩阶段,湖泊变化时间距今愈近,相应湖泊变化范围中沼泽型水稻土和潜育型水稻土面积比例愈大,淹育型水稻土和潴育型水稻土面积比例则愈小。在湖泊变化不同时间组合所对应的空间范围中,各类型水稻土所占面积比例随时间变化而表现的规律性,在一定程度表现出人为耕作及土壤性质改良对土壤性质转变的影响作用;而根据沼泽型水稻土转变速率的空间差异性,可推测湖区脱沼泽过程与地形地貌分异相关。     

塔里木河下游生态输水对植被碳源/汇空间格局的影响

基于2000年以来塔里木河下游生态输水资料、气象数据、土地利用/覆被变化数据等,结合修正的CASA(Carnegie-Ames-Stanford approach)模型和土壤微生物呼吸模型(Heterotrophic respiration,R_H)估算了2001—2019年植被净生态系统生产力(Net ecosysterm productivity,NEP),分析了植被碳源/汇空间分布变化,探讨了塔里木河下游生态输水对植被碳源/汇变化的影响。结果表明:(1)随着2000年以来塔里木河下游生态输水,下游退化的生态系统有一定程度的恢复,植被碳汇区域呈现扩大的趋势。2001—2019年NEP以0.541 g C·m~(-2)·a~(-1)的速率呈现上升趋势,其中夏季增加速率最大,为0.406 g C·m~(-2)·a~(-1),增加的区域主要位于大西海子水库北部、英苏、博孜库勒湿地、喀尔达依湿地以及台特玛湖。碳汇面积从2001年的71 km2增加至2019年的355 km~2,增加了4倍。(2)在季节变化上,夏季碳汇面积为109 km~2,在四季中占比最大,春秋次之,冬季无明显碳汇面积。(3)塔里木河下游生态系统碳汇面积变化次序为:草地林地耕地未利用地水域建设用地。此外,林地和草地年平均变化率最高,分别为2.69 km~2·a~(-1)和3.57 km~2·a~(-1)。生态输水量与碳汇面积有很好的线性关系,碳汇面积变化存在约1 a的滞后效应。