青海湖水量变化模拟及原因分析

为了探讨气候变化和人类活动对流域水文过程的影响,以分布式水文模型SWAT为基础,结合湖泊水量平衡模型,建立了青海湖水位(水量)模型,模拟了青海湖过去几十年水位变化过程。水文因子分析表明,20世纪80~90年代青海湖流域径流和湖泊水位变化的主要原因是气候变化。根据不同气候情景,对未来青海湖水位变化进行了预测。结果表明,未来30年径流增加的可能性比较大,青海湖水位下降速度将会减缓甚至出现上升趋势。这一结果将会缓解青海湖流域水资源日益紧张的局势,并有利于植被的恢复,减少土地沙化面积,对流域生态环境的改善和社会经济的发展将会有极大的帮助。     

洪湖湿地恢复中的生态水位控制与江湖联系研究

江湖阻隔造成洪湖湿地生态系统呈现出退化态势。维系洪湖湿地生态功能需要一定的水量与适宜的湖泊生态水位。根据洪湖湿地的综合生态功能对湖泊水位的不同要求,确定了洪湖合理的生态水位,以作为科学调度控制水位的重要依据,要建立有机的江湖联系机制,合理而科学地调节洪湖与长江的关系,有利于恢复洪湖湿地生境,保护流域内生物多样性。     

水位变化下菜子湖湿地多目标生态修复方案研究

水文过程塑造了湖泊湿地的主要生态结构和功能,筑坝拦蓄、跨流域调水和航运等人类活动对湖泊的水文节律产生了明显影响,开展水位变化下湖泊的多目标修复,能够使湖泊受到的破坏得到不同程度的恢复。在综述水位变化生态影响和湿地修复方法的基础上,提出了水位变化下的湖泊湿地多目标生态修复框架;在该框架的指导下,制定了引江济淮工程运行后菜子湖湿地的多目标生态修复方案;该方案能满足包括鱼类多样性保护、沉水植物恢复、泥滩和草本沼泽面积维持和水鸟多样性保护等多目标的湿地修复需求,在提高菜子湖湿地生态完整性、可持续性和生物多样性保护方面具有显著优势和可行性。     

天目湖水文特征变化及其对上游湿地和湖泊生态环境的影响

水文过程在湖泊和湿地形成、发育、演替甚至消亡过程中起重要作用,探讨天目湖水文特征变化及其对上游湿地和湖泊生态环境的影响有利于天目湖的保护和利用。利用1960~2001年实测的水文和气象资料,研究了天目湖的水文特征及其变化。42 a来,天目湖区的降水量略有增加,蒸发量逐渐减少,入湖水量不断增多,水位明显上升。采用吴淞高程对典型枯水年、平水年和丰水年天目湖湿地出露情况进行了分析,结果表明,枯水年17 m高程以下,平水年19 m以下,丰水年21 m以下为湿地,湿地面积在不同水分状况年份差别较大。水位上升引起的湿地面积增加丰富了湿地生态系统生物多样性。天目湖水文特征变化对湖泊水质有一定影响,一方面,由于径流量增加,入湖水携带了更多外界的污染物使湖泊污染加剧;另一方面,入湖水量增加和水位上升又会稀释湖中的污染物浓度。近年来天目湖水质总体上呈下降趋势。根据天目湖水文特征的变化和湖泊生态环境状况,提出了建立湿地公园、退渔还湖,调整湖泊水位等湿地管理和湖泊水质改善对策。     

湿地水文过程与植被响应研究进展与案例分析

生态水文学是20世纪90年代兴起的一门研究生态过程和生态格局水文机制的新学科。湖泊湿地作为中国5大类天然湿地类型之一,湖泊湿地生态水文学的研究业已成为生态水文学的研究的一个重要对象和分支,其核心在于研究湖泊湿地生态系统中多时空尺度的水文与生物格局、过程的耦合特征及其相互作用。论文首先概述了湖泊湿地生态水文学的研究进展,包括其基本理论,内涵、外延及其主要研究内容;凝练了湖泊湿地生态水文学研究的方法体系、思路及框架;针对目前湖泊湿地生态水文学研究中存在的问题及薄弱环节,提出了湖泊湿地生态水文学未来研究的发展趋势和亟需加强研究的重点方向。在此基础上,以长江中游的典型通江湖泊湿地——鄱阳湖湿地为例,通过开展的湖泊湿地生态水文过程与模拟研究的典型案例,阐述了鄱阳湖湖泊湿地生态水文过程的变化及其植被响应研究的最新进展和研究成果。论文对于构建涵盖湖泊湿地水资源、湖泊湿地生态景观格局与流域管理、湖泊湿地生物多样性保育以及湿地资源可持续利用与生态管理等方向在内的战略研究体系,完善湿地生态水文研究与流域生态与管理的技术支撑体系具有重要的指导意义和实践价值。     

不同补水条件下黄河三角洲湿地恢复情景模拟

针对黄河三角洲湿地退化现状,设计了三种湿地修复水量预案。利用水文模型SOBEK和地下水模型Visual Modflow对不同补水预案下湿地水文过程进行模拟,将水文模拟结果与湿地立地条件、植被条件在景观决策支持模型LEDESS框架下进行集成,对三种补水预案下湿地修复情景进行模拟和评价。研究表明,对黄河三角洲湿地的恢复,根据区域湿地条件差异,其恢复目标及所需要的适宜水量也有所不同。一千二管理区宜采用最大引水预案,提高涉禽鸟类的生境适宜性;黄河口管理区宜采用最小水量预案,同时应降低生境干扰以改善栖息地质量;对于大汶流管理区,中等水量对于涉禽类和游禽类的生境都有较大改善。本研究将水文过程与景观过程进行集成,利用情景模拟方法,为湿地恢复决策提供一种新的尝试。     

青海湖水文特征及水位下降原因分析

青海湖自有记载以来,湖水位一直处于下降之中。通过分析流域内的各项水文因子的特征及湖泊水量平衡,看出流域内降水有逐步变小的趋势;湖泊长期处于水量收支负平衡中,致使湖水水位下降。降水变小及湖水位下降又改变了流域水文环境,使径流变小、径流系数下降。通过进一步分析发现,青海湖对降水变化的敏感性要大于其它因子的变化。     

缺测站干旱流域生态输水遥感监测与农业节水效益分析

生态输水与农业节水是实现内陆干旱流域可持续发展的重要手段,连续水文观测资料的缺乏制约了生态输水与农业节水效益评价。为此,以中国甘肃敦煌疏勒河流域下游为例,基于遥感水文站与谷歌地球引擎进行2016—2020年月尺度的生态输水遥感监测,在此基础上结合蒸散发和土地覆盖类型等多源遥感数据评价生态输水与农业节水效益,分析两者之间在水资源方面的平衡关系。结果表明：（1） 遥感水文站与谷歌地球引擎（Google Earth Engine, GEE）能够为生态输水遥感监测与农业节水效益评价提供可靠的数据支撑。（2） 2017—2020年生态输水能够为下游湿地与河道平均每年提供2.50×10⁸ m³生态用水,其中30.06%的水量到达下游湿地,18.47%的水量被下游河道周边的植被所利用,且使下游河道周边植被面积增加112.25 km²。（3） 农业节水在保持耕地面积维持上升趋势的前提下,2017—2020年平均每年降低耕地的蒸散发量0.395×10⁸ m³;耕地蒸散发减少量平均占生态输水量的14.22%,农业节水有效缓解了内陆干旱流域农业用水挤占生态用水的问题。本文将为内陆干旱缺测站流域的生态输水遥感监测与农业节水效益评价提供新的思路,以期为未来的生态输水与农业节水工程的实施提供理论支撑。     

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...     

新疆博斯腾湖水质水量及其演化特征分析

于2008年8月对博斯腾湖进行了系统的水质和水量监测,并结合近50 a来气候水文资料,进行了博斯腾湖演化过程和阶段特征分析。结果表明,目前湖泊最大水深为13.9 m,湖泊面积928 km2,蓄水量52.65×108m3,湖水体矿化度平均1.48 g/L。近50 a来,博斯腾湖水质水量经历了3个明显的不同时期。1966年以前,湖泊处于1 048 m以上的高水位,矿化度低,湖泊受人类活动影响弱。第二个时期为1966~1996年,湖泊水位低,矿化度高,其中1987年湖泊水位处于历史低值而矿化度为最高。随后,湖泊水位明显上升、矿化度下降,湖泊扩展水体淡化。第三个时期为1996~2005年,湖泊水位处于历史高值段,矿化度有所下降但不明显。期间,人类活动对湖泊的影响显著,除流域农业用水影响外,城市和工业用水的影响也明显增加。最近几年,湖泊水位快速下降,并于2007年出现历史的低水位,湖泊矿化度也呈现升高趋势,鱼类种群和产量受人类强烈干预。另外,流域社会经济发展带来的城市化和工业化,也导致湖泊污染和富营养化,引起水质进一步恶化,湖泊面临新的生态环境压力。     

Assessing spatial and temporal variability in water consumption and the maintainability oasis maximum area in an oasis region of Northwestern China

Water consumption is a key role in improving the efficiency and sustainability of water management in arid environments.In this study, we explored an approach based on meta-analysis, MODIS NDVI products, land-use spatial distribution, and soil water physical parameters to gain insight into long-term and large scale distribution of land use and water consumption, maintain maximum Zhangye Oasis area according to Heihe River runoff, and suitable water resource management in Zhangye Oasis. This approach was initiated in order to improve the efficiency of irrigation and water resource management in arid regions. Results showed that Heihe River runoff can maintain a maximum Zhangye Oasis area of 22.49×10~4 hm~2.During the 2000-2016 growing seasons, actual oasis water consumption ranged from 11.35×10~8 m~3 to 13.73×10~8 m~3, with a mean of(12.89 ± 0.60)×10~8 m~3; if maintaining agricultural production and oasis stability was chosen, oasis water consumption ranged from 10.24×10~8 m~3 to 12.37×10~8 m~3, with a mean of(11.62 ± 0.53)×10~8 m~3. From the perspective of water resources management and ecosystem stability, it is necessary to reduce the area of Zhangye Oasis or choose the minimum water consumption method to manage the oasis, to ease the pressure of water shortage and maintain stable and sustainable development of the Zhangye Oasis. These results can provide future practical guidance for water resource management of coordinated development of the economy and the environment in an arid area.     

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。     

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。     

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。     

河西走廊中段临泽绿洲水资源供需平衡及承载力分析

水资源管理制度改革及种植业结构调整是提高西北干旱区绿洲水资源承载力的有效途径。结合2000-2015年临泽绿洲地表水与地下水资源利用、种植业分布格局、水利设施建设等资料,采用水资源承载力平衡指数（IWSD）和地下水开采潜力指数分析了临泽绿洲水资源供需平衡的年际变化,并利用适宜灌溉规模对绿洲水资源最大承载力进行了研究。分析得出：2000-2015年期间,在P=50%来水情况下仅蓼泉和板桥灌区能维持水资源供需平衡且地下水开采不超过最大允许开采量;受水资源管理改革、种植业结构调整等因素影响,绿洲单位面积耗水量下降0.35×10⁴ m³·hm^-2;优先保证绿洲内部生活、工业及生态用水,2020年规划下可承载灌溉面积为（3.51～3.91）×10⁴ hm²。适当缩减绿洲边缘灌溉面积,协调各灌区井渠灌溉是实现绿洲“水-生态-经济”可持续发展的有效途径。     

2002-2010年长江流域GRACE水储量时空变化特征

利用高斯平滑滤波对2002年4月-2010年12月逐月GRACE卫星的时变重力场数据反演得到长江流域大尺度陆地水储量变化,对其时空变化进行研究,并将结果与全球陆面同化数据(GLDAS)模拟结果进行比较。其结论为:根据GRACE数据反演与GGLDAS模拟得到的水储量结果在大多数区域变化趋势相同,两者具有一致性,相关性达到0.89(P<0.05)。GRACE水储量研究结果表明:①2002-2010年长江流域水储量呈增加趋势,平均增长速率为0.43mm/月,相当于约95.04亿m³/年。长江上游增长速率为0.53mm/月,相当于约67.13亿m³/年;中游增长速率为0.51mm/月,相当于25.73亿m³/年;下游增长速率为0.36mm/月,相当于9.14亿m³/年。近9年长江流域水储量共增加约855.33亿m³。②从多年平均水储量空间分布来看,长江流域冬季月份(12、1、2、3月)水储量处于亏损状态,7-9月水储量处于盈余状态,4-6月下游至上游地区由亏损向盈余状态过渡,而10-11月则从上游至下游地区由盈余向亏损状态过渡。③全流域、上游及中游水储量逐月增长速率最大值出现在9月,分别为1.01cm/a、1.37cm/a、1.05cm/a;而下游地区则出现在7月,增长速率为1.62cm/a。     

不同水平年塔里木河流域“四源一干”可承载灌溉面积研究

利用水量平衡原理,基于流域水资源量及水资源利用水平、灌溉定额等资料,计算探讨了塔里木河流域“四源一干”现状水平年（2010年）和规划水平年（2020年、2030年）可承载灌溉面积、不同来水频率下规划年灌溉面积超载和生态水保证情况。结果表明：（1）现状水平年,流域可承载灌溉面积为129.06×10⁴ hm²,除和田河流域外其它区域均超载,超载面积为41.7×10⁴ hm²。（2）2020年,25%来水频率下,除开都-孔雀河流域其他区域均不超载。在50%与75%来水频率下,流域规划灌溉面积超载较大,分别为10.21×10⁴ hm²与28.05×10⁴ hm²,管理部门应对规划方案进行科学论证。75%来水频率下,流域生态水保证率为76%,表明枯水期生态水供应存在压力。（3）2030年,25%来水频率下,除开都-孔雀河流域其他区域均不超载。在50%与75%来水频率下,流域规划灌溉面积超载较大,分别为7.06×10⁴ hm²与24.09×10⁴ hm²。75%来水频率下,流域生态水保证率为81%,表明枯水期生态水供应仍然存在压力。研究结果为流域水资源配置及区域可持续发展提供了重要数据支撑与理论依据。     

基于水资源约束的中国城镇化SD模型与模拟

中国城镇化正处于快速发展阶段,尽管经济和社会发展主控要素还在发挥重要作用,但水资源在生产、生活和生态方面发挥主控作用的局面愈益明显。在中国城镇化系统动力学（system dynamics,SD）模型基础上,从水资源供给、需求和水环境等层面将水资源作为主控要素嵌入原有模型中,拓展出基于水资源约束的中国城镇化SD模型,并对水资源利用进行了多情景模拟。结果表明：① 系统存流量和灵敏度检验证明模型模拟效果良好,具有可操作性。② 部门用水效率一定时,产业发展对水资源供需平衡的影响比人口增长更为明显。③ 在实行节水农业、节水工业、高生活需水、高生态环境需水和高再生水利用的综合协调方案中,2050年中国城镇化的发展约共需6789.70亿 m³水资源,基本实现水资源供需平衡。     

塔里木河近期治理评估及对编制流域综合规划建议

从2001年《塔里木河近期治理规划》经国务院批准实施以来,取得了显著成效。累计向大西海子水库以下输水43.0×10⁸ m³,平均每年下泄3.3×10⁸ m³,累计补给地下水25.0×10⁸ m³,使地下水埋深由8~12 m上升到4.0 m以内,达到适合天然植被生长的深度。乔、灌、草面积分别增长2.4倍、0.36倍和1.8倍,2006年恒定植被面积达到570 km²,2010年植被覆盖面积为1000 km²;植物种类由输水前的9科13属17种增加到输水后的15科36属46种。水域面积明显扩大,进水河道长度增加156.2 km,河水漫溢面积174.6 km²,连续干涸17 a的台特玛水域面积189.7 km(2包括康纳克湿地)。沙漠化得到逆转,由以前的年增长0.27%变为-0.30%,使塔克拉玛干沙漠和库鲁克沙漠已不可能合拢,218国道基本无沙害,畅通无阻。为了使现正在编制的流域规划能够顺利通过国家评审、立项和实施,建议规划中应强调流域生态环境脆弱和社会经济发展滞后,干旱、风沙、盐碱危害严重,是国家级连片扶贫区,这些问题都必须通过合理规划水资源利用、提高用水效益,强化管理和调控来解决。     

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。