黑河流域节水生态农业与流域水资源集成管理研究领域

概述了中国内陆河流域面临的水问题和日益激化的用水矛盾,强调了内陆河地区支柱产业——绿洲农业应该坚持节水和生态的方向,流域集成管理是持续农业的基础。长期从事该方面研究的黑河流域是个较好借鉴,同时也提供了深入开展相关研究的基础,为此提出了以黑河流域为背景的四大研究流域：水文、生物、经济系统水循环与水资源形成演变,节水农业的生物学研究与抗旱品种繁育,农业节水新材料研发与工程节水技术集成,水资源合理配置与流域集成管理;并简述了各领域的主要方向。     

黑河流域生态—水文观测试验与水—生态集成管理研究

对黑河流域水—生态—经济系统研究的主要内容“流域生态—水文观测试验与流域水—生态集成管理”做了概要论述。认为流域水循环、生态水、集成水管理三大科学问题的解决必需加强该领域的研究;结合黑河流域的前期基础、研究现状和能力建设,提出了近期研究的4个领域：流域水循环、水平衡与可利用水资源;流域生态—水文过程与生态环境用水;人类活动驱动的流域水—生态系统演变;流域生态—水文野外平台与流域集成环境。对此进行了进一步的阐述,对该方面研究的方法论和技术难点亦做了简述。     

黑河流域中游水资源需求预测

通过对人口和经济这两大需水增长的内因分析,结合黑河流域中游目前社会经济环境的实际情况,分别建立宏观经济模型和人口模型,对流域中游各地区未来水平年２０２０年和２０５０年水资源需求进行了预测。在预测时,针对流域中游生态环境状况的盘点,生态环境需水中绿洲内部防风的护田林网建设需水作为外生变量处理;绿洲外围防沙的人工林、人工草场因经济价值体现的经济价值较直接,其需水纳入了需水模型体系。预测结果发现,在采取     

流域水资源实时调度研究--以黑河流域为例

系统地总结了流域水资源实时调度的研究现状和调度的基本理论依据。流域水资源实时调度以显式考虑人类活动影响的二元动态水资源演化模式为其理论基础,提出了“宏观总控、长短嵌套、实时决策、滚动修正”的流域水资源实时调度的模式。并以黑河流域为例,进行了应用研究,初步应用表明,该模式能满足流域水资源实时调度管理的需要,可为我国北方干旱半干旱地区流域水资源实时调度提供借鉴。     

黑河流域干流地区水资源宏观调控与优化利用

黑河流域地处西北内陆干旱区。近十几年来,由于中游地区经济发展,用水量增加,进入下游的水量大幅度减少,致使下游生态环境急剧恶化。本文依据分水目标,采用资料收集和实地调查相结合,应用优化配置理论,对水资源量进行了系统分析和评价,提出了切实可行的水资源宏观调控方案,阐明了中游应加强引输水工程改造、大力推广田间节水工程、充分利用巨厚含水层的调节功能,优化开采地下水,走开源与节流并举的道路。     

黑河流域水资源承载力的生态经济研究

西北干旱内陆河流域水资源是联系生态系统和经济系统的纽带,从生态经济的角度,给出了水资源承载力的概念. 在总结水资源承载力的特点和研究方法的基础上,将水资源承载力的研究纳入了生态经济系统的背景下进行综合集成研究. 以黑河流域中游为例,提出了研究水资源承载力的多目标模型和纳入生态价值模块的途径和方法,从价值量的角度对流域生态系统和经济系统进行了初步的耦合研究,并根据模型的优化分析结果分析了未来20 a黑河流域张掖地区的水资源承载力.     

数字黑河的思考与实践3:模型集成

介绍了"数字黑河"模型集成研究的进展.①流域科学研究中的模型集成由发展流域集成模型和建模环境这2个主题所构成,前者可概括为"水-土-气-生-人"集成模型,后者是支持集成模型的高效开发的软件工具,注重于应用先进的信息技术为建模提供支撑.②将模型集成分为知识途径和技术途径,讨论了建模环境在模型集成中的作用,以及科学模型和流域管理模型的关系.③回顾了黑河流域模型集成的总体目标是发展两种类型的集成模型,其中第一种回应科学目标,是地球系统模型在流域尺度上的具体体现,以建成能够综合反映流域水文-生态-经济相互作用的模型为标志;第二种集成模型回应管理目标,以建成空间显式的流域水资源决策支持系统为目标.④对黑河流域已有的水文、地下水、水资源、陆面过程、土地利用、生态、社会经济与生态经济建模工作做了系统的综述.⑤分析了黑河流域集成模型研究中存在的问题和所面临的挑战.     

数字黑河的思考与实践1:为流域科学服务的数字流域

多学科数据的收集和积累、多学科模型的集成以及现代化的观测系统是发展流域科学的必要前提。"数字黑河"是为黑河流域科学研究和流域集成管理而搭建的集数据、模型和观测系统于一体的信息化平台,是"数字地球"在流域尺度上的一次实践性尝试。数字黑河由数据平台、模型平台和数字化观测系统组成,其核心是观测、数据和模型平台中的信息基础设施建设,但同时也外延而扩展为以流域综合模型为骨架的各种应用。"数字黑河"已阶段性地完成了数据集成,在线数据量超过1 000 GB,并实现了完全共享,有力地支持了黑河流域的各项研究工作;在模型集成方面已初步建成了流域综合模型和空间决策支持系统。"数字黑河"的进一步构想是在e-Science的框架下将数据系统、观测系统、模型系统、信息发布系统、高性能计算及科学计算可视化集成为一个整体。     

黑河流域水资源转化特征及其变化规律

黑河流域水资源主要以冰雪水资源、 地表水资源与地下水资源的形式存在.上游祁连山区分布有现代冰川428条, 发育大小河流共计29条, 多年平均出山径流量37.83×10⁸m³·a^-1; 中下游走廊平原由松散沉积的第四系盆地组成, 接受出山河水及引灌河水的入渗补给, 是地表水资源的重复表现形式, 地下水补给量为25.637×10⁸m³·a^-1.受构造-地貌条件的制约, 自南部山区至北部盆地, 地下水与河水之间经过5个不同地带有规律的、 大数量的、 重复的转化过程, 形成完整统一的"山区地下水-出山地表水-中游盆地地下水-中游盆地地表水(泉水)-下游盆地地下水"水资源循环转化系统.     

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.     

关于黑河流域洪水资源化问题的分析探讨

黑河是我国第二大内陆河,流域内水资源短缺、生态环境恶化、水事矛盾尖锐。对黑河干流莺落峡站最大30d、60d洪量对年径流量的比率和洪水水资源比率与日均流量倍比关系作了分析研究,并提出了洪水资源利用的思考,这对深入认识黑河流域洪水资源,加快洪水资源化进程是十分有益。     

Dust emission from desertified lands in the Heihe River Basin,Northwest China

The annual and seasonal dust emissions were calculated for eight types of desertified lands at 120 sites in the Heihe River Basin of northwestern China. The results showed that dust emission rates increased from the middle to the lower reaches of the river by a factor of up to 10³. There two strongest areas of dust emission are the dried-up Gaxun Lake with a dust emission rate of 1.6 t ha⁻¹ year⁻¹, and the desertified grassland areas around the abandoned Heicheng City, with a dust emission rate of 0.6–0.7 t ha⁻¹ year⁻¹. The total annual dust emissions with their particle diameters less than 50, 30, and 10 μm were 1.71 × 10⁶, 1.11 × 10⁶, and 0.555 × 10⁶ t, respectively. Dust emission rates showed striking seasonal variations, with the maximum value (45%) occurring in spring and the minimum value (13.5%) in summer. The mineral aerosol-size distributions were also measured and the results showed that the size distributions for dust and non-dust events were both trimodal, in contrast with the widely accepted view that primary particles such as aeolian dust are coarse, whereas particles less than 1 μm in diameter are mainly secondary particulate substances such as ammonium nitrate, ammonium sulfate, and organic matter.     

Groundwater Recharge and Mixing in Arid and Semiarid Regions: Heihe River Basin, Northwest China

A sound understanding of groundwater recharged from various sources occurring at different time scales is crucial for water management in arid and semi-arid river basins. Groundwater recharge sources and their geochemical evolution are investigated for the Heihe River Basin(HRB) in northwest China on the basis of a comprehensive compilation of geochemical and isotopic data. Geochemical massbalance modeling indicates that mountain-block recharge accounts for a small fraction(generally less than 5%) of the shallow and deep groundwater sustaining the oasis, whereas infiltration of rivers and irrigation water contribute most of the groundwater recharge. Dedolomitization is the primary process responsible for the changes in groundwater chemical and carbon isotope compositions from the piedmont to the groundwater discharge zone, where the dedolomitization is very likely enhanced by modern agricultural activities affecting the shallow groundwater quality. Analysis of radioactive isotopes suggests that these primary recharge sources occur at two different time scales. Radiocarbon-derived groundwater age profiles indicate a recharge rate of approximately 12 mm/year, which probably occurred during 2000–7000 years B.P., corresponding to the mid-Holocene humid period. The recharge of young groundwater on the tritium-dated time scale is much higher, about 360 mm/year in the oasis region. Infiltration from irrigation canals and irrigation return flow are the primary contributors to the increased young groundwater recharge. This study suggests that groundwater chemistry in the HRB has been influenced by the complex interaction between natural and human-induced geochemical processes and that anthropogenic effects have played a more significant role in terms of both groundwater quantity and quality.     

黑河流域水资源系统演变和人类活动影响

黑河流域降水集中于山区,平原稀少。50多年来,除了20世纪70—80年代上游的中东部地区降水偏多外,其它区域为正常变化;蒸发量从山区向平原逐渐增大,除了中游蒸发量显示稳定变化外,山区和下游区表现为减少趋势;黑河多年出山径流量呈现稳定变化,但在中下游盆地间的正义峡水文站,径流量自20世纪80年代中期以来,出现了非常明显的减少过程:这是受到中游地区地下水开采量增加、补给量减少和水位下降的影响,主要是中游地区人口数量增多、大规模扩耕灌溉和水工建设作用的结果。计算表明,人类活动影响强度:20世纪50年代占18%,60—70年代占28%,80—90年代占54%;上游占1%,中游占87%,下游占12%。这说明黑河中游80—90年代是人类活动影响强度达到最大的地区。因此,提出了充分认识流域水资源系统演变规律性,约束人类活动的影响,均衡保护利用流域水资源的有关建议。     

优化的NSGA-Ⅱ方法在马莲河流域水资源综合管理中的应用研究

根据马莲河流域水资源总量极端贫乏、年际年内分配不均、常规水资源量低、水污染问题较严重等特点,利用系统分析理论和优化技术建立了流域的大系统、多目标水资源优化配置模型,并利用优化的NSGA-Ⅱ方法进行求解,得到流域2020年期望水资源配置下的最佳分配方案为:流域总供水量57 086×104m3,工业供水量21 690×104m3(总产值约为144.6亿元),能源基地供水量4 329×104m3(总产值约为346.32万元),农业供水量20 840×104m3,生活供水量9 452×104m3,生态供水量811×104m3。对比期望方案供水量增加了6 710×104m3,综合缺水率减少了11.41%。并根据预测的流域的分配方案和预测的流域需水量,进行了流域的水资源平衡分析,通过平衡分析的结果进行流域的综合管理研究。2020年在最优水资源分配方案下,工业缺水率3.21%、减少了4.51%;能源基地缺水率0.00%;农业缺水率4.64%、缺水率增加26.17%;生活缺水率0.00%;生态缺水率1.00%、缺水率增加了1.00%。配置方案实现了流域内水资源的最佳分配,使宝贵、有限的水资源产生最大的社会、经济及环境效益,为流域经济、能源产业的快速发展提供水资源保障。     

数值模型在黑河干流中游水资源管理中的应用

以黑河干流中游水资源管理为例,利用地下水数值模型研究了天然和人工活动作用下泉水、地下水向地表水排泄量的变化规律;预测分析了不同情景下的水资源开发利用状况.研究表明,地下水向河-泉的排泄量呈衰减趋势,且地下水的增采量和渠系防渗节约的水量主要来源于地下水储存量的消耗;指出在目前有限的水资源条件下,为保护生态地质环境,必须限制地下水的持续超采.     

中国西北内陆河水问题及其应对策略——以黑河流域为例

中国被联合国列为13个贫水国之一,占国土面积1/3的内陆河地区先天性的水资源不足,再叠加不合理的利用,使得水问题成为西北内陆河流域经济发展和生态保护的关键性问题.以黑河为例论述了流域尺度的水、土、生态、环境及管理问题;提出缓解流域水资源矛盾必须在流域尺度提高水效益的适应对策;讨论了绿洲灌区水资源利用率提高的4个环节,即灌溉水向土壤水转化、土壤水的生物利用、生物水的生产率以及市场需求的产业配置;展示了水源涵养、节水型绿洲建设、生态水利用率提高的部分实例;分析了水资源的社会化管理的阶段、问题与途径,强调流域虚拟水配置战略,指出提高流域水-生态-经济综合效益仍有较大潜力.     

黑河流域径流演变规律及区域性水资源优化配置分析

经对黑河流域径流演变趋势分析研究得出结论：径流的年际变化因受降水、冰川融水、地下水三种类型混合补给，其年际变化较小，有利于水资源的利用；而径流的年内分配因受季风气候的影响，水热同步，是农业灌溉非常优越的条件，但春季来水较少，经常出现卡脖子旱。过去50年径流的总体趋势是在波动中缓慢增大，未来10年径流仍将继续缓慢增大。根据黑河中下游地区社会、经济持续发展对水资源的需求，提出了区域性水资源优化配置建议。     

黑河流域中上游地区降水中氢氧同位素研究

根据黑河流域中上游地区取得的降水水样和气象资料,分析了该区域地区降水线和降水中氘盈余分布特征,为同位素技术在黑河流域水循环研究中的应用提供科学依据.结果表明:受降水再次强烈蒸发同位素动力分馏效应影响,地区大气降水线(LMWL)δD=4.1447δ18O-20.6852(‰)的斜率很低,符合干旱区降水线斜率很低的规律.冬秋两个季节降水线的斜率明显高于春夏季节,氢氧同位素的相关性也远高于春夏季节.降水中氘盈余(d)变化幅度较大,呈现山区高平原低和冬季高夏季低的时空分布规律.