塔里木河流域土地利用及人类活动强度的时空演化特征研究

【研究目的】人类活动引起的土地利用/覆被变化是全球环境变化的重要组成部分,旱区土地利用对区域水文和生态的影响尤为显著,探究土地利用变化及其对人类活动的响应对西北干旱内陆生态与资源环境可持续发展具有重要意义。【研究方法】基于1980—2018年间共5期遥感影像,结合土地利用动态度、土地利用转移矩阵和人类活动强度指数分析塔里木河流域各水资源分区土地利用变化特征。【研究结果】近40年中,塔里木河流域耕地、建设用地和林地面积分别增加1.58×10⁴ km²、1.2×10³ km²和347 km²,而草地、未利用地和水域面积分别减少1.33×10⁴ km²、0.32×10⁴ km²和815 km²。各水资源分区中塔里木河干流土地利用类型变化最大,其次为渭干河、阿克苏河和喀什噶尔河流域。自2000年以来,塔里木河流域建设用地当量面积和人类活动强度增加相对较快,特别是2000—201...     

艾比湖面积变化及对生态环境影响

艾比湖在中更新世为鼎盛期,湖面积曾达3000 km²,贮水量700×10⁸m³,为良好的淡水湖.由于地壳运动和气候的暖干变化,湖面萎缩,到20世纪50年代初湖面积降至1070 km².自20世纪50年代以来,由于大规模的水土开发,灌区人口、灌溉面积和引水量大幅度增加,入湖水量急剧减少.从20世纪50年代至80年末,灌区人口增加了59.3×104人,灌区面积增加了16.43×104km²之多,净耗水量增加了8.13×10⁸m³左右.湖面积一度降至499 km²(1987年),湖水矿化度达100 g·L^-1左右.湖泊的萎缩,导致生态环境的劣变,表现为沙漠化程度加速,浮尘和沙暴天气增加,人畜受害,也导致野生动物的数量减少.20世纪80年代后,由于气候暖湿转型效应,降水和河川径流量有所增加.尤其是大力推广先进节水灌溉技术和退耕还林以及培育生态林等措施,使得入湖水量大幅度增加,特别是2001-2005年的5 a间,年均入湖水量达7.7×10⁸m³,比1989年增加了76%,湖水面积维持在800~950 km²左右.目前生态环境已有所恢复和改观,荒漠植被得到一定程度的修复,沙尘天气明显减少,已有野生动物出没其间.     

1980-2010年西藏波密地区典型冰川变化特征及其对气候变化的响应

运用遥感(RS)与地理信息系统(GIS)技术, 结合波密县1960-2010年气象数据, 分析了西藏波密地区冰川的主要分布特征和典型大冰川1980-2010年的时空变化. 结果显示: 波密县共有冰川数量2 040条, 总面积为4 382.5 km², 其中, 分布在海拔4 000~6 000 m的高山冰川总面积达4 086 km², 占冰川总面积的93.2%; 南坡分布冰川1 504条, 面积3 180.04 km², 分别占波密冰川总量的73.73%和72.56%, 而北坡占还不到三分之一. 提取1980、 1990、 2000和2010年4期面积大于20 km²的24条大冰川面积进行对比分析, 1980-2010年间波密县大冰川面积总体呈减小趋势, 由1980年的1 592.78 km²退缩至2010年1 567.04 km², 共退缩了25.74 km²; 其中, 1980-1990年冰川变化贡献最大, 冰川面积退缩了16.62 km², 占冰川总面积退缩量的64.6%. 波密县气象站数据显示, 50 a来冰川退缩主要受温度持续上升的影响, 降水量变化对冰川变化影响不大.     

新疆开都-孔雀河流域绿洲需水量与稳定性分析

水是绿洲存在和发展的核心, 干旱区绿洲稳定性与水密切相关. 根据2000-2009年资料, 采用蒸发系数法和定额法估算开都-孔雀河流域绿洲自然生态系统和社会经济系统综合需水量, 并对水资源约束条件下的绿洲稳定性进行初步探讨. 结果表明: 2000-2009年, 绿洲年均总需水量理论值约为54.80×10⁸ m³, 其中开都河绿洲总需水量约为20.55×10⁸ m³, 孔雀河绿洲总需水量约为21.90×10⁸ m³, 博斯腾湖区耗水量约为12.35×10⁸ m³, 与绿洲10 a平均供水量相比, 供需表现出极大地不平衡性. 水资源可承载绿洲面积(不含博斯腾湖)约为3139.66 km², 其中可承载灌溉地面积约为1395.41 km², 与绿洲10 a平均面积5 248 km²相比, 差别较大, 绿洲处于不稳定状态, 现状绿洲面积应适当收缩. 最后, 对博斯腾湖最低生态水位进行讨论, 初步把大湖最低水位定为海拔1 045 m, 小湖最低生态水位定为海拔1 046.5 m.     

西昆仑山冰芯记录指示的塔克拉玛干沙漠南缘对流层中上部近百年大气尘埃变化趋势

钻自西昆仑山崇测冰帽海拔6530 m的18.7 m冰芯提供了近百年间的尘埃沉积记录.冰芯记录覆盖的90 a间尘埃表现出持续下降的总趋势,大体可以分为3个阶段,即1930年之前,1930-1960年和1960年之后,尘埃浓度的降低是量级上的.几个突出的尘埃阶段出现在1900年代早期、1910年代、1920年代后期和1940年代早期,它们分别以约2.5×10⁶、2.7×10⁶、2.5×10⁶和1.5×10⁶粒·mL^-1的高浓度为特征,而1970年代则表现出相对较低的浓度(5×10⁵粒·mL^-1).就年份来看,突出的高尘埃浓度出现于1906,1915,1919和1943年.根据微粒的粒径资料分析,局地输入的尘埃分量约占总值的17%,剔除后可以得到中、大尺度范围的大气尘埃沉积通量.根据后60 a资料建立的通量平均值为913μg·cm^-2·a^-1,大气尘埃随时间的每10 a下降速率为-124μg·cm^-2,它可反映塔克拉玛干沙漠南缘对流层中上部的大气尘埃通量半个多世纪以来的变化趋势.     

1957-2006年塔里木河流域气候变化和人类活动对水资源和生态环境的影响

塔里木河是我国最大的内陆河,历史上是环塔里木盆地九大水系144条河流的总称,目前呈"四源一干"格局.依据1957—2006年近50a气象及水文监测资料,分析了气候变化和人类活动对塔里木河流域水资源的影响.虽然近50a来塔里木河流域山区与平原整体呈现气温升高、降水量增加特征,出山口径流量也呈增加趋势,然而在2000年前塔里木河流域生态环境急剧退化.其成因主要为:1)从20世纪50年代起到近2006年,四条源流入塔里木河水量50a减少了15.4×108m3;2)塔里木河上、中、下游耗水量比例的失调及区域水资源分配发生变化,造成塔里木河下游生态环境恶化;3)实施塔里木河综合治理后,即使进入塔里木河的下游的水量增加,中游段耗水量下降,但是上游耗水迅速增加且数量巨大,还是对塔里木河水资源综合利用、改善的下游生态环境产生负面影响.     

基于气象水文因子的呼伦湖湿地消长综合模型研究

利用1961-2005年呼伦湖湿地的气象及水文资料, 基于水量平衡方程, 以湿地各年水量盈亏累积量(∑ΔW)为因子, 建立了呼伦湖湿地水域面积和水位高程的消长对气象及水文因子协同作用的响应模型, 分析了湿地水域面积和水位高程的消长对影响因子的响应特征.结果表明:呼伦湖湿地消长对气象及水文因子的年代际变化有很好的响应.年平均气温每增加1 ℃, 湿地水域面积和水位高程分别减少134.5 km²和93.44 cm; 年降水量每增加10 mm, 二者分别增加10.2 km²和7.1 cm; 年蒸发量每增加10 mm, 二者分别减少1.1 km²和0.9 cm; 年径流量每增加1×10⁸m³, 二者分别增加4.8 km²和3.3 cm. 年平均气温的升高和年降水量的减少变化对湿地消减的贡献率分别为13.6%和86.4%, 当前降水量的变化在湿地消长中占主导作用.如果不考虑人类活动的影响, 根据未来较低排放(SRES-B2)情景下气候预测, 初步估算2040、 2070和2100年湿地水域面积将分别减少275.8 km²、 442.8 km²和583.6 km², 水位高程分别下降191.6 cm、 307.6 cm和405.4 cm, 未来气温的变化在湿地消长中占主导作用.呼伦湖湿地在未来暖干化趋势下, 湿地水资源短缺加剧, 湿地水域面积萎缩和水位高程下降将加快.     

青藏高原可可西里盐湖水位上涨趋势及溃决风险分析

2011年位于可可西里腹地的卓乃湖溃决引起的盐湖水位上涨和面积增大趋势仍在快速发展。遥感资料显示,卓乃湖溃决后,盐湖面积持续增加,从2012年的134.1 km²一直持续增大到2018年的197.5 km²,尤其是2016-2018年增加较快,面积增加了42.0 km²,即平均每年增加14.0 km²。水位监测数据显示,2016年5月20日至2018年11月11日期间,盐湖水位共上升了8.241 m,年平均上升2.747 m。目前盐湖的面积仅比模拟的溢出面积小19.3~21.1 km²;湖泊水位仅比分水岭最低处低4.09 m。按照2016-2018年面积和水位变化趋势,预计盐湖将在未来1~2年内可能发生溢水溃决。研究表明：近年来区域降水增加、卓乃湖溃决后地下水释放、上游湖泊出水口可能存在侵蚀扩大导致湖水继续向下输送等原因是导致盐湖水位持续上涨和面积快速增大的主要原因。利用水库溃坝预测分析模型,对盐湖溢水溃决冲沟形成时洪峰流量预测表明,盐湖溢水溃决时将形成巨大的洪峰流量,洪水将对青藏公路、青藏铁路和兰西拉光缆等造成危害,建议尽快开展盐湖潜在的湖水外溢途径地质条件调查,并设计防治措施。     

中亚干旱区咸海面积变化与人类活动及气候变化的关联研究

咸海是亚洲仅次于里海的第二大内陆咸水湖, 20世纪60年代以来湖泊面积急剧萎缩。基于1960 - 2018年咸海的面积数据、 CRU气温和降水数据以及咸海流域灌溉面积、 水库容量等资料, 定量分析了1960年以来咸海湖泊面积的变化情况, 并从气候变化与人类活动两方面探究了咸海面积变化的主要影响因素。结果表明： 1960 - 2018年咸海的面积由6.85×10⁴ km²持续萎缩至（8.32±0.19）×10³ km², 共减少了（6.02±0.02）×10⁴ km²（约87.85%）, 其中1960 - 2009年面积萎缩了（5.94±0.02）×10⁴ km²（约86.77%）, 而在2009 - 2018年其面积萎缩速率明显放缓, 减少了740.04 km²（约8.17%）。统计结果显示, 1960年以来强烈的人类活动（主要表现为灌溉用水和水库储水量的持续增加）是导致咸海面积急剧萎缩的主要因素, 其对咸海面积变化的影响远大于气候变化。在中亚地区气候继续向暖湿变化的背景下, 咸海流域应尽快调整以农业灌溉为主的用水结构, 否则在上游冰川融水达到峰值后, 咸海可能面临干涸的危险。     

1976-2014年黄河源区湖泊变化特征及成因分析

选取黄河源区1976-2014年Landsat系列卫星影像, 解译了该区域1 km²以上的42个湖泊水面. 结果表明: 除鄂陵湖外, 扎陵湖和其他中小湖泊在过去的38 a间总体上存在稳定(1976-1994年)-萎缩(1994-2004年)-扩张(2004-2010年)-稳定(2010-2014年)四个阶段的变化过程, 湖泊总面积2004年最小, 2007年已经超过1976年. 扎陵湖和鄂陵湖2004年面积仅较1994年萎缩了1.4%, 萎缩幅度很小. 2005年, 扎陵湖水面已恢复到萎缩前的水平. 鄂陵湖在2005年以后水位开始快速上升, 2007年7月上升至海拔4 270 m以上, 2008-2014年的平均水位达到海拔4 270.58 m, 较1986-1999年的平均值(海拔4 268.25 m)上升了2.33 m, 湖面较1994年扩张了30.0~45.2 km². 中小湖泊面积1994-2004年从288.0 km²萎缩到193.0 km², 萎缩幅度33.0%, 2004年是萎缩速度最快的一年, 2005年即迎来了快速增长, 这两年中小湖泊面积的年均变化率分别达到-14.5%·a^-1和 32.9%·a^-1, 变化速率远大于其他年份. 1956-2014年的气候水文变化显示, 58 a来研究区气温上升趋势显著, 变化倾向率达到了0.32℃·(10a)^-1. 2003、2004和2005年蒸发能力、降水量、径流量开始依次显著增加, 至2014年, 平均较前分别偏多53.8 mm(6.9%)、57.4 mm(18.5%)和 3.523×10⁸ m³(52.7%). 湖泊面积对气候、水文变化以及人类活动的响应关系表明, 作为特大型外流湖, 扎陵湖、鄂陵湖受降水径流补给变化的影响相对较小, 鄂陵湖2005年后的扩张是下游黄河源电站抬高水位所致. 中小湖泊面积变化与降水、径流有密切的关系, 近期扩张是由降水、径流显著增加引起. 流域尺度上, 气温上升、蒸发能力增强不是2005年以后湖泊扩张的直接原因.     

Environmental effects of water resource development and use in the Tarim River basin of northwestern China

The unbridled development and use of water resources in the Tarim River basin over the last 50 years have led to a serious degradation of soil (>12×10³ km² of land desertified between the 1960s and 1990s) and water quality (rise in maximum salinity was from 1.3 g l^–1 in 1960, to 4.0 g l^–1 in 1981–1984, and to 7.8 g l^–1 in 1998). Approximately 300 km of the lower reaches of the river course dried up between the 1950s and 1970s, seriously altering the downstream hydrological processes (a 4–6 m drop in groundwater levels from the 1960s to the 1980s, and 0.2 m yr^–1 thereafter) and ecosystems (67% and 50% decrease (1958–1978) in Populus euphratica forest acreage and biomass, respectively). Between the 1950s and 1990s, 3820 km² of P. euphratica forest and 200 km² of shrub- and grassland were lost in the lower reaches of the Tarim River. In this study, based on estimates of soil organic carbon in desertified lands, it has been found that in the last 30 years (1970–2000), approximately 112 Tg of organic carbon (28% originating in the 0–1.0 m soil profile) has been released into the atmosphere as a result of soil degradation in the Tarim River basin. Intensive anthropogenic disturbance has been one of the foremost factors leading to the deterioration of water resources in this region. The key to solving these problems is to enhance the scientific and technical level of monitoring, management, and restoration of water resources and associated water and soil components of local ecosystems.     

宁夏土地利用时、空变化及其驱动机制

利用1990年和2000年两期遥感图像,通过遥感和GIS空间分析方法,研究了1990-2000年宁夏回族自治区的土地利用动态变化情况.宁夏土地利用变化最主要的特点是耕地增加,草地和未利用土地的减少,城镇居民建设用地有小规模快速增长,其它土地利用变化处于动态平衡中.空间变化表明,土地利用变化随自然和社会经济条件不同有不同程度和幅度的变化.宁夏土地利用变化的驱动机制,以反映人类活动强度和区域社会经济情况的人类活动综合度和距居民地距离因子,及自然属性方面的海拔与坡度对土地利用变化的驱动作用最显著,说明人类活动和社会经济的发达程度是宁夏土地利用变化的基本驱动力,而自然的限制因素海拔与坡度等则一定程度上限制了变化的分布.由于人口和社会经济发展的压力,宁夏在原有耕地分布基础上,新增耕地较多的位于远离灌渠、道路和居民地的地区,而且海拔和坡度均趋于不合理.     

加强塔里木河阿拉尔生态系统综合监测

塔里木河流域是我国最大的内陆河流域,流域总面积102×10⁴km²,水资源总量为429×10⁸m³,水资源相对贫乏,生态环境十分脆弱.阿拉尔生态系统监测站位于阿克苏河、叶尔羌河、和田河三河和塔里木河交汇处的肖夹克,是平原区重要区域代表站,其生态环境直接关系着塔里木河干流上、中、下游生态和环境安全.查阅模清该区域的生态环境的基本特点、变化规律和演变趋势,对指导塔里木河综合治理,以及当地社会经济和谐发展极其重要.该站始建于1996年7月,监测项目有水文气象;地下水动态;乔、灌、草;土壤、水盐;沙漠化动态5类监测项目.野外监测设施有河道水文断面、气象观测场、第一监测剖面(长22 km).除水文气象监测项目在综合系统监测站附近外,其余4个监测项目均在第一剖面进行.     

塔里木河水质盐化及改善途径

塔里木河在1958年前是一条淡水河,河水的矿化度在各段及不同季节均未超过1.0g/L,现全河段各月平均矿化度除8月洪水季节<1.0g/L,其余各月都在1.0g/L以上。上游阿拉尔水文站平均每年有5个月为1～3g/L,4个月为3～5g/L,2个月超过5g/L,最高5月份达到6.3g/L.阿拉尔的淡水所占比例不足年平均径流量的35%.下游卡拉全部为微咸水。造成塔里木河水矿化度升高的原因,除气候干旱、蒸发强烈、土壤含盐量高等自然因素外,主要是灌溉、排水不合理,上游三条主要支流灌溉引水增加,使补给干流的淡水资源量由1960年前的50.0亿m3减少到1990年后的42.0亿m3;与此同时大量农田排水泄入塔里木河,每年带入盐量达467.4万t.要改善塔里木河水质,必须减少农田排水泄入,实行咸、淡分流,退耕还林;并在源流区适度开发地下水,使三源流向塔里木河输水量每年不少于46.0亿m3。     

GBHM模型原理及其在中尺度流域的应用

分布式水文模型核心之一是对流域的离散方法.基于地形分析和单位线概念,GBHM利用面积函数和宽度函数概化流域地形特性,将流域划分为一系列内部均一的流带和流条,形成均质坡面流单元,使模型可用一维水份运动方程描述降水产流过程.模型在永定河流域的应用表明,其原理和效率均较为满意.     

塔里木河流域2005年四源流对干流供水径流情势分析

2004年塔里木河流域四条源流出山口天然径流量272.1×10⁸m³,属丰水年,比多年平均值224.9×10⁸m³多47.20×10⁸m³,增加21.0%;比20世纪90年代平均241.9×10⁸m³多30.20×10⁸m³,增加12.8%,在1957-2005年49 a水文系列中排名第5位.其中,阿克苏河、叶尔羌河、和田河3条源流与多年均值比较,增幅达22%～25%,开都-孔雀河为平略偏丰.四条源流入塔里木河总水量为56.88×10⁸m³,占四条源流出山口天然径流总量的20.9%.根据现今塔里木河综合治理,仍需要制定长远的全面流域规划,以生态系统建设为根本,从工程上、宏观水量控制管理上、经济上和科技手段上,保障实现塔里木河流域水资源的可持续开发利用.     

塔里木河流域水文特性分析

塔里木河是我国最大的内陆河,历史上是九大水系144条河流的总称.由于气候变化和人类活动影响生态环境急剧恶化,目前形成了"四源一干"的格局.根据水文气象监测资料,从50 a来流域内的降水、蒸发、径流、洪水、泥沙、水质等方面对塔里木河流域生态环境恶化的成因进行分析.     

阿尼玛卿山第四纪古冰川与环境演变

阿尼玛卿山是黄河上游现代冰川和第四纪古冰川最发育的地区.其中出现时间最早、发育规模最大的是倒数第三次冰期,东坡的古冰川末端下伸到海拔3600m,古雪线较现代雪线降低801m,冰川面积扩大了381km²,是现代冰川面积的16.2倍;西坡的古冰川末端下伸到海拔4100m,古雪线较现代雪线降低了635m,冰川面积增加了80.8km²,是现代冰川面积的5.8倍.之后,气候类型由海洋性逐渐过渡到大陆性,经历了湿冷-干冷-干暖的演变过程,冰川面积渐次缩小,特别是在晚末次冰期之后,进入全新世大暖期,气候急剧趋于干暖化.     

Evaluation of the water resource reproducible ability on Tarim River Basin in south of Xinjiang,northwest China

With the over-exploitation of water resources, water pollution and poor management of water infrastructures are exacerbated. Ecosystem degradation is apparent at the basin level. The Tarim River Basin in northwest China has seen intensive confrontation between environmental protection and economic development over the past five decades. Ambitious agricultural development and land reclamation projects implemented by the Chinese government in the early 1960s led to several influences. For example, the construction of dams like the Daxihaizi Reservoir disrupted the stream-flow to the lower reaches. Water resource reproducible ability (WRRA) refers to the ability of water resources to be continually added by the natural water cycle. It includes the supplementation of water quantity and the self-purification of water quality in the natural cycle of water resources. This study discusses the WRRA index and introduces the computational method for calculating the WRRA index for the Tarim River Basin. The following conclusions are observed: (1) from 1956 to 2005, the indices of WRRA in the Hotan River Basin, Yarkand and Aksu River Basin are 0.26, 0.55, 0.58, respectively, which are between 0 and 1. The results indicate that the hydrological cycle in these three sub-basins is in a reproducible state. (2) The WRRA index in the Kaidu-Kong River Basin is 1.23 > 1, which indicates that floods may occur in the Kaidu-Kong River Basin. (3) The index of WRRA in the main stream is 0, which indicates that the WRRA is very weak at this location, and zero-flow may occur. Calculating the WRRA of a basin can provide a basis for corresponding basin water resources management.     

塔里木河流域气候与径流变化及生态修复

从20世纪90年代中期开始,塔里木河流域气温上升、降水增加,阿克苏河、开都河等主要河流几乎同步进入持续的丰水周期时段,为塔里木河流域生态修复创造了绝好的“天时”和历史性机遇.这种大区域的气候异常变化现象引起了国内外广大学者的广泛关注,区域气候异常变化是全球气温上升影响盆地气候向温湿转型,还是一个世纪性的水文周期变化现象,一时间成为了学术界的热点议题.系统分析了塔里木河流域山区水文气象站近50 a来的气温、降水、河川径流以及塔里木河来水量变化,并系统评价了利用开都河丰水期的有利时机,向塔里木河下游应急输水及其生态修复情况.