黑河流域土地利用变化对地下水资源的影响

土地利用与覆被变化对区域水文过程具有深刻影响。利用1960s以来的三期遥感数据和1980年以来的地下水长期观测数据, 从地下水补给和排泄系统两方面, 分析了近30年来甘肃省黑河流域中游地区土地利用与覆被变化对地下水系统的影响, 结果表明：以1985年为界, 随土地利用与覆被变化强度不同, 前后15年土地利用变化对地下水系统补给的影响分别达到2.602亿m³/a和0.218亿m³/a, 对排泄系统的影响分别为2.035亿m³/a和4.91亿m³/a, 在保持区域人工开采量不超过3.0亿m³/a的合理幅度下, 土地利用变化对区域地下水资源变化起着决定作用;在区域土地利用与覆被变化和近10年来人类较大规模开采影响下, 甘肃省张掖盆地地下水资源变化出现了显著的区域差异性。认识土地利用变化对流域地下水系统的作用与区域地下水资源的时空变化特征, 对流域水土资源合理利用规划与管理有重要意义。     

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。     

基于“水—能源—食物—生态”纽带因果关系和贝叶斯网络的锡尔河流域用水分析

跨界流域水资源利用系统因受气候变化、人口增长、政治博弈、生态反馈等许多因素的互馈影响,包含复杂的“水—能源—食物—生态”纽带因果关系,形成具有高度不确定性的复杂非线性系统。传统水资源规划方法中缺少对这种复杂纽带关系的约束,而目前研究这类纽带关系多基于耦合多个模型、集成建模的方法,数据需求大、对复杂因果关系的不确定性模拟能力不足。而贝叶斯网络能以概率分布代替参数确定值来模拟系统中因果关系的不确定性、同时减少数据需求。本文利用贝叶斯概率网络,选取锡尔河流域为研究对象,量化这一因不合理用水而导致咸海生态危机的跨界内陆河流域“水—能源—食物—生态”纽带中的因果关系。结果表明贝叶斯网络能有效地模拟纽带中因果关系的强弱与不确定性,分析1970—2015年间不同时期影响咸海入湖水量的主要因素。为用水预测与流域水资源利用管理提供了系统性认知的基础,并展现出在较低模型复杂度和成本下建模的潜力。苏联时期,咸海入湖水量对农业开发增长的灌溉用水、上游水库建设的蓄水过程和径流量等较敏感;苏联解体后,咸海入湖水量对下游国家不合理使用的灌溉用水及上游水库蓄水量等节点高度敏感。短期内,需提高洗盐与灌溉用水效率,改良种植结构、增加粮食作物占比,并预防干旱危害;长期而言,通过普及先进滴灌技术,能大幅节约农业用水,在50%和80%的滴灌普及率下,新增咸海入湖水量将达到6.4 km ³和9.6 km ³以上,有望逐步缓解咸海生态危机。     

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。     

渭河下游河流输沙需水量计算

基于对河流输沙运动特性的分析,认为最小河流输沙需水量是当河流输沙基本上处于冲淤平衡状态时输送单位重量的泥沙所需要的水的体积,通过河段进口即上游断面水流挟沙力 (S_u^*) 与含沙量 (S_u) 比较,分S_u ≤ S_u^*和S_u > S_u^*两种情况,分别建立了最小河段输沙需水量的计算方法。并应用该方法对渭河下游输沙需水量做了计算。计算的空间尺度为渭河下游的咸阳、临潼、华县三个断面,时间尺度为四个代表年的年内月均需水量,分p = 25% (1963年)、p = 50% (1990年)、p = 75% (1982年)、p = 90% (1979年)。计算结果分析表明：渭河各断面汛期月均输沙需水量大于非汛期月均输沙需水量。相较而言,在不同代表年的汛期和非汛期,从咸阳断面至华县断面输沙需水量在增加。在丰水年 (p = 25%),渭河下游咸阳、临潼、华县等3个断面年输沙需水量分别为63.67亿m³、97.95亿m³和103.25亿m³;在平水年 (p = 50%),渭河下游咸阳、临潼、华县等3个断面年输沙需水量分别为49.71亿m³、83.27亿m³和85.08亿m³;在枯水年 (p = 75%),渭河下游咸阳、临潼、华县等3个断面年输沙需水量分别为30.17亿m³、55.14亿m³和65.32亿m³;在特枯水年 (p = 90%),渭河下游咸阳、临潼、华县等3个断面年输沙需水量分别为23.96亿m³、37.91亿m³和38.92亿m³。由丰水年到枯水年,渭河下游各断面年输沙需水量变小。     

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。     

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。     

近50年来中国天山冰川面积变化对气候的响应

基于1960 年以来中国天山各流域冰川面积变化的统计分析,系统地研究了中国天山冰川面积变化对气候的响应情况。结果表明,近50 年来中国天山冰川的面积缩小了11.5%,对研究时段统一化后发现面积年均退缩率为0.31% a^-1。各流域冰川面积退缩速度存在一定差异,但冰川加速消融趋势明显。天山地区14 个气象站的气温与降水量倾向率平均值分别为0.34 ^oC·(10 a)^-1与11 mm·(10 a)^-1,气温在干季增幅大而在湿季增幅略小,降水量在干季增长缓慢而在湿季增长显著,这样的气候变化趋势有助于天山冰川的退缩。     

塔里木河中上游土地利用变化的径流响应

为了定量分析塔里木河中上游土地利用变化对径流的影响程度,基于塔里木河流域1980-2015年土地利用数据及相关水文系列资料,利用MIKE SHE分布式水文模型客观模拟评价了流域中上游土地利用变化下的水文响应过程。结果表明：MIKE SHE模型可以较好的模拟塔里木河流域中上游的日流量过程,在研究区具有良好的适用性;1980-2015年间流域土地利用变化导致流域地表日径流量减少了4.2 m³·s^-1。通过仿真模拟分析草地、林地、耕地三种土地利用情景,得到日均流量分别为147.56 m³·s^-1、141.80 m³·s^-1,144.72 m³·s^-1由此可见,该流域径流对不同土地利用类型的响应差异较大,产流量的总体趋势为草地>耕地>林地。研究成果对于流域土地利用格局的合理规划及极端水文事件的控制具有重要意义。     

黄淮海平原河道基本环境需水研究

针对我国北方地区水环境中最突出的污染问题,以满足河流最基本的稀释自净功能为目的,提出了一种计算河道基本环境需水量的方法,即月(年)保证率设定法,并以黄淮海平原为例,进行实证分析。结果是黄淮海平原总的河道环境需水最小为2176亿m³,约占多年平均径流量的15%,其中海河流域309亿m³、黄河下游52亿m³、淮河流域片1347亿m³。通过Tennant法验证,说明计算结果可靠。本文的研究不仅丰富了生态(环境)需水的理论内涵,为河道生态(环境)需水的进一步研究打下了良好的基础,同时为研究区水资源规划、水环境保护提供了有力的依据     

1992-2015年中亚五国土地覆盖与蒸散发变化

1991年苏联解体,中亚五国独立使得土地覆盖与蒸散发格局发生深刻变化。以中亚五国为研究区,采用欧空局气候变化项目（CCI）土地覆盖和全球陆地数据同化系统（GLDAS）蒸散发数据,分析1992-2015年土地覆盖与蒸散发时空变化特征,进一步研究耕地蒸散耗水特征。结果表明：① 中亚五国土地覆盖变化具有阶段性特征,耕地扩张引起土地覆盖格局变化。1992-2003年耕地快速增加（1.1万km ²/a）,林地和草地大幅减少。2003-2015年耕地增速趋缓（0.3万km ²/a）,林地和草地有一定恢复,裸地和水体持续减少,城镇用地持续增长。耕地共增加12.3万km ²,林地和草地分别减少4.0万km ²和2.3万km ²,且集中于哈萨克斯坦中北部。裸地减少3.5万km ²,集中于哈萨克斯坦西南部,水体减少3.1万km ²,集中在咸海湖泊。乌兹别克斯坦耕地减少、裸地增加,吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦和土库曼斯坦土地覆盖变化幅度较小;② 中亚五国蒸散发变化与土地覆盖格局基本一致。蒸散发总体呈增加态势（6 mm/a）,1992-2003年快速增加（11.3 mm/a）,2003-2015年缓慢上升（2.4 mm/a）。中亚五国年蒸散发达到276.8 mm,东南部的吉尔吉斯斯坦（347.3 mm）和塔吉克斯坦（302.9 mm）最高,中北部的哈萨克斯坦（297.9 mm）次之,西南部的乌兹别克斯坦（211.0 mm）和土库曼斯坦（150.0 mm）最低;③ 中亚五国蒸散耗水结构受耕地面积大小的影响。中亚五国耕地蒸散耗水的贡献由24.7%增至27.9%,土库曼斯坦耕地蒸散耗水仅占本国的11%,其他国家均超过25%。草地、林地和裸地的蒸散耗水贡献降低,但哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦仍以草地和林地蒸散耗水为主（≥ 50%）,土库曼斯坦（61.3%）和乌兹别克斯坦（46.4%）的裸地蒸散耗水占绝对优势。本文明确了中亚五国土地覆盖连续动态变化过程,细化各国土地覆盖与蒸散发特征及差异,增强对土地覆盖与蒸散发现状的认识,可为水土资源管理和生态环境保护提供数据参考。     

巴西土地利用/覆盖变化时空格局及驱动因素

土地利用/覆盖变化(LUCC)是全球变化研究的热点问题之一。本文采用人机交互方法基于2005 年基准年的Landsat TM/ETM遥感影像修正欧空局GlobalCover 2005 年土地利用数据,进而采用逆时相目视解译法从1980年基准年的Landsat MSS/TM遥感影像数据提取1980-2005 年土地利用/覆盖变化信息,分析其变化的时空格局及驱动因素。结果表明:1980-2005年的25年间,巴西土地利用/覆盖变化面积达79.43万km²,占土地总面积的9.33%。其中,单纯耕地像元面积增加了20.18 万km²;耕地/自然植被镶嵌混合像元区面积增加了10.70 万km²;林地面积减少了53.12 万km²;灌丛与草地净增加21.10 万km²;水体面积增加0.46 万km²;城乡建设用地面积增加7573.87 km²。由此导致热带和亚热带湿润阔叶林生态地理区、热带和亚热带干旱阔叶林生态地理区、热带及亚热带草原生态地理区、草原和沼泽湿地生态地理区、沙漠和旱生植物生态地理区以及红树林生态地理区内分别呈现不同的土地利用/覆盖变化特征。近25 年间,地形地貌、气候、植被等自然地理条件深刻影响着土地利用的宏观格局,而土地利用政策调控、经济及对外贸易发展、人口增加及空间迁移、道路修建等是导致巴西土地利用变化的主要原因。     

毛乌素沙地中部地表水体1999-2015时空动态变化特征及驱动分析

地表水体对于毛乌素沙地的经济发展和生态保护具有重要作用。利用1999、2006、2013、2015 年Landsat TM/ETM+遥感影像,获取了毛乌素沙地中部近16 a 来地表水体面积的时空变化特征。结果表明：水体面积以2006年为界呈先萎缩后回升的变化特征,1999-2006年地表水体总面积从368.52 km²缩减到了242.81 km²,缩减了129.53 km²（34.1%）。2013 年和2015 年水体面积回升,但2015年仍比1999年减少18.6%。研究区地表水体的变化在北部主要受煤炭开采大幅增加（2 252.2%）的影响,而南部主要受灌溉面积增加（92.4%）和畜牧量大幅增加（24 614.7%）的影响。以伊旗查干淖尔为代表的天然水体尽管受采矿用水增加等的影响,但在严格的水资源保护制度下面积变化不大,而以伊和日淖尔为代表的天然水体面积缩减显著,表明地表水体需要积极调控和适应才能维持稳定。     

大凌河流域土地利用/覆被变化及其对气候变化的响应研究

基于Landsat遥感影像提取大凌河流域1986~2014年7期土地利用/覆被变化信息,并结合1986~2014年流域气候变化情况,发现大凌河流域土地利用变化对流域气候变化具有负面影响。研究表明：① 近30 a大凌河流域土地利用/覆被变化情况表现为：建设用地和农林用地的大幅度扩张,面积分别增加了322.30 km²和1 504.94 km²,并伴随着水域和旱地及其他未利用地面积的显著减少,面积分别减少了102.42 km²和1 724.61 km²;② 大凌河流域近30 a来土地利用变化导致流域平均年降水量、平均相对湿度及平均风速小幅度下降,分别减少了14.94 mm、0.2%和0.04 m/s,平均气温缓慢上升,增长了0.1℃;③ 退耕还林还草及成立凌河保护区等工作能提高流域植被覆盖面积、使流域水域面积得以回升,从而可以缓解城市热岛效应带来的温度升高,提高流域生态环境质量。     

清代青藏高原东北部河湟谷地林草地覆盖变化

河湟谷地是青藏高原东北缘典型的农牧交错区,清代以来耕地的扩张导致林草地覆盖发生明显变化。本文在现代植被图的基础上,选取土壤、地形因素,并依据历史文献数据,重建河湟谷地潜在林地草地格局,在此基础上结合清代耕地变化的重建结果,推算出清代河湟谷地林草地覆盖的变化状况。结果显示：①清代耕地扩张之前,其林、草地分布与现今各类植被类型的空间分布格局基本一致,林地分布范围比现代略大,灌木林地在空间上连续性更强,草地分布区域更广;②估算出河湟谷地潜在林地、灌木林地、草地面积分别约为0.28×10⁴、0.93×10⁴、2.1618×10⁴ km²,由于耕地开垦,至清代末期,河湟谷地草地、灌木林地、林地面积分别累计减少5180.41、1330.35、441.31 km²,其中草地被垦殖占用的面积最大,程度最深,减少的区域主要集中在湟水谷地中游的乐都盆地、西宁盆地以及黄河谷地的尖扎盆地、化隆盆地等;③清代河湟谷地中人类垦殖原始覆盖类型的差异性不仅受自然环境的限制,同样受到社会政策因素的影响。     

中美巴印过去300年耕地时空变化的比较研究

本文利用长时间序列数据,对中、美、巴、印四国过去300 年耕地时空变化特征及驱动因素进行了比较分析。结果表明:①四国耕地总量在过去300 年均呈持续增长态势。中国和印度土地垦殖历史悠久,其中,中国在1700-1980s 耕地面积增加了68.21×10⁴ km²,印度在1700-2000 年增加了131.28×10⁴ km²,为中国的1.92 倍;美国和巴西虽然农业起步较晚,但发展迅猛,其中,美国在1700-1950 年的250 年间耕地面积增长了190.87×10⁴ km²,分别是中国、印度增量的2.80 倍和1.46 倍;巴西在1700-2000 年增加了64.57×10⁴ km²,其中近百年的增量为62.82×10⁴ km²,超过了同期其他三国的增加量。②从空间格局变化特征看,近300 年来,中国和印度均是在已有耕地分布格局的基础上向高原及山地丘陵地区扩展;而美国在“西进运动”的影响下,耕地大规模向中西部拓殖;巴西随着向北西部开发的推进,北部、西部地区的耕地急剧增加。③过去300 年推动四国土地垦殖发展最直接的驱动因素是国家政策,但就根本驱动因素而言,中国和印度是人口,而美国和巴西则是国家财政;在农技发展取向方面,中国和印度选择了精耕细作以提高土地生产率;而美国和巴西则选择了机械化以提高劳动生产率。     

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。     

中蒙俄经济走廊土地利用变化格局及其驱动因素研究

中蒙俄经济走廊战略地位显著,研究其土地利用格局变化与机理,对亚欧大陆复杂巨系统的生态环境保护和社会经济可持续发展意义重大。本文基于全球土地覆盖遥感数据和实地考察,对自苏联解体及蒙古私有化以来的1992—2019年,中蒙俄经济走廊土地利用格局及其驱动因素和时空变化规律进行了研究。结果表明：①1992—2019年,中蒙俄经济走廊土地利用变化活跃,土地转换面积为361954 km²,主要表现为林地持续下降,建设用地、耕地面积迅速扩张。② 中国部分的林地呈现先减后增的趋势,2000年后东北平原北部林地增加显著,灌丛与草地、裸地分别净减少13325 km²、16632km²;蒙古国部分的林地、灌丛与草地均呈现先减后增的趋势,而裸地面积先增后减,苏赫巴托尔省、肯特省、东戈壁省和戈壁苏木贝尔省四省交界地带裸地增加明显;俄罗斯部分的林地持续下降,共减少46742 km²,耕地面积增加8478 km²,贝加尔湖周边裸地增加41417 km²;俄蒙边境、色楞格河流域以及中蒙俄铁路沿线地区存在沙漠化风险。③ 人口、经济、产业结构以及政策等是中蒙俄经济走廊土地利用变化的主要因素。2010—2018年,人口密度对转为林地的土地影响最大,其解释力q值为0.2597,GDP总量对转为建设用地、裸地、耕地的影响最大,其解释力q值分别为0.9094、0.2234、0.5518。就三国而言,中国部分主要受人口和经济因素以及退耕还林政策的影响,而蒙古国部分则受私有化后超载过牧及开垦耕地的影响,俄罗斯部分主要是砍伐林地和开垦耕地的影响。本研究结果旨在为中蒙俄经济走廊土地资源可持续利用和管理提供科学依据。     

珠江口湾区海岸线及沿岸土地利用变化遥感监测与分析

利用遥感、GIS技术对珠江口湾区1960~2012年海岸线以及海岸带土地利用进行监测,通过定量化、空间化方法监测海岸线和土地利用的时空变化,并分析二者的关系,进而探究珠江口湾区海岸线变迁的原因。研究结果表明,1960~2012年,珠江口湾区海岸线长度由1 134.95 km增至1 508.02 km,在此期间,湾区新增的陆地面积为878.11 km²;从空间上看,广州、珠海及深圳市在珠江口五市中不仅海岸线增长幅度较显著,新增陆地面积也较大; 1960~2012年,珠江口湾区建设用地扩张幅度非常大,增长了33.05倍,城镇建设和农业发展等人类活动是52 a来珠江口湾区海岸线发生显著变化的重要原因。