基于遥感和GIS的石羊河流域生态安全评价

受气候变化、不合理的人类活动等因素的影响,近年来石羊河流域生态环境退化,水资源匮乏,人地矛盾日益尖锐,生态安全面临着严重的危机。以遥感和GIS为技术手段,根据PSR模型框架机理建立了石羊河流域生态安全评价指标体系,采用层次分析法确定了各指标的权重,然后以流域内县级行政单元为评价单元综合评价了石羊河流域生态安全状况。研究结果表明,石羊河流域生态安全状况上游好于中游,中游好于下游;流域内各县生态安全度主要集中在Ⅱ级和Ⅲ级。针对不同区域的生态安全状况,给出了不同的恢复措施和建议。     

石羊河流域生态系统服务价值的空间异质性及其计量

生态系统服务价值评估是当前生态学和生态经济学研究的一个热点,生态服务功能的空间异质性是影响生态系统服务价值的重要因素,也是国家制定生态补偿政策的基础,但不易对其进行定量计算。本文以石羊河流域为例,遵循资源稀缺性原理,依生态区位（自然和社会）差异条件对石羊河各流域生态服务功能空间异质性进行测算。在此基础上,利用2009年石羊河流域各地区基础数据建立计量模型,对其流域内植被系统生态系统服务价值进行测算;并利用ArcGIS9.3对石羊河流域单位面积生态系统服务价值进行可视化处理。结果表明:（1）石羊河流域同一生态系统在不同流域存在巨大差异,其中以耕地最为明显,其下游是上游单位生态系统服务价值的13.99倍;（2）上游地区为典型的生态“输出”型地区,而中游与下游为典型的“输入”型地区;（3）耕地已经成为石羊河流域中游与下游重要的生态系统,其生态系统服务价值分别为334 343.516万元和125 179.201万元;（4）石羊河流域植被系统生态系统服务价值为1 277 691.282万元,占石羊河流域国内生产总值的32.53%。     

石羊河流域天然植被生态需水量估算及预测

运用ARCGIS9.0对2008年石羊河流域遥感影像土地利用覆盖图统计分析,得出各种天然植被的覆盖状况,利用潜水蒸发法对研究区内各县区的天然植被生态需水量进行了估算,并根据石羊河重点治理规划对未来的天然植被生态需水量进行了预测分析。结果表明,石羊河流域现状天然植被最低生态需水量为1.9536亿m3,最高生态需水量为6.3425亿m3,其中,永昌县的天然植被生态需水量为0.6855～2.5141亿m3,凉州区天然植被生态需水量为0.4693～1.3135亿m3,古浪县天然植被生态需水量为0.4152～1.2391亿m3,民勤县天然植被生态需水量为0.3743～1.2435亿m3,金川区的天然植被生态需水量为0.0093～0.0323亿m3;2015年石羊河流域天然植被生态需水量预测为2.1495～6.9811亿m3;2020年石羊河流域天然植被生态需水量预测为2.3644～7.6792亿m3。     

石羊河流域水资源利用和生态环境保护对策

石羊河流域是我各国西北干旱地区的一个重要流域,由于流域水资源的过度开发利用与不合理配置,造成下游地区植被衰败,沙漠化问题十分突出,流域整治和生态环境保护迫在眉睫。本文通过对石羊河流域水资源利用、地下水位下降、土壤盐渍化、植被衰退和土地沙漠化之间的相互作用关系的分析,提出了保证石羊河流域生态用水以防止生态环境劣变和促进流域生态系统良性循环的水资源管理的具体对策建议。     

石羊河流域生态系统服务功能经济价值评估

分析和评估石羊河流域生态系统服务功能经济价值,培育和提升核心生态系统服务功能,为石羊河流域综合治理、确保生态安全提供理论依据。根据石羊河流域1999年和2006年土地利用情况,运用中国生态系统服务价值当量因子表,对该区域生态系统服务功能经济价值进行评估。1999年和2006年石羊河流域生态系统服务功能经济价值分别为1.1531×1010元和1.5650×1010元。2006年草地和森林生态系统对总价值的贡献率较高,分别为39.82%和25.96%;各项服务功能中土壤形成与保护功能经济价值最高。流域上游山区的水源涵养、气候调节和生物多样性保护等功能受到不同程度的破坏。     

石羊河流域水资源利用现状及生态环境效应

石羊河流域由于特殊的自然地理条件,加之人类活动的影响,上游祁连山水源涵养林植被覆盖率降低,水源涵养功能下降,地表水资源短缺,供需矛盾十分突出。过度超采地下水,致使流域生态环境严重恶化,威胁到流域内经济社会的持续发展和人类的生存。通过调查石羊河流域水资源开发利用现状,分析水资源转化利用过程中的生态环境效应,就流域水资源问题及如何改善生态环境作了简要的论述,以期为石羊河流域水资源优化配置,拯救石羊河流域的生态寻求可能的途径。     

基于GIS的石羊河流域森林生态效益估算与空间分布特征研究

利用GIS技术和数据空间化方法,通过Kriging插值获得石羊河流域平均降水量栅格图层,并以石羊河流域森林类型栅格数据为基础,结合相关统计资料,运用ArcGIS栅格计算功能及聚类方法生成石羊河流域森林涵养水源、保持水土、固碳制氧等生态效益分布图,在此基础上综合各个栅格图层,得到全流域森林生态效益量分布图,直观地反映研究...     

基于相对风险模型的土地利用变化生态风险定量评价——以石羊河流域为例

土地利用是否合理是推进国民经济发展的关键,也是生态环境变化的风向标。通过理论研究和实地调研,构建了土地利用生态风险定量评价体系,借助相对风险模型（RRM）对石羊河流域的生态风险及其影响因素进行研究。结果表明：（1）在划分的3个评价单元中,中部绿洲生态保护区在土地利用中面临的生态风险最大,北部盆地防沙治沙区次之,南部山地水源涵养区生态风险最小;（2）在3大风险单元的6类不同风险源中,工程建设对石羊河流域的生态风险影响最大,其次是作物种植和畜牧养殖,且在自然环境相对较好的区域表现得尤为明显。     

基于标准化流量指数(SDI)的石羊河流域水文干旱特征

利用石羊河流域8个水文站1961－2017年逐月实测流量数据和4个气象站点的气象观测资料,采用标准化流量指数（SDI）、游程理论来获得干旱事件的特征指标,分析了石羊河流域水文干旱演变特征,并采用与降水量、最高气温、最低气温、平均气温、蒸发量的相关性来分析石羊河流域SDI的影响因素。结果表明：1961—2017年石羊河流域干旱历时、干旱烈度和干旱强度的变化不是很一致,流域水文干旱历时20世纪70年代最长,80年代最短;干旱烈度全流域90年代最强,烈度最弱出现在80年代;干旱强度全流域60年代最强,80年代强度最弱;石羊河流域及流域中、西部年SDI变化总体上表现为在波动中呈增加趋势,西部增加幅度最大,中部增加幅度很小,流域东部年SDI在波动中呈减小趋势;石羊河全流域及流域东、中和西部年及四季干旱发生频次总体都是中旱和重旱频次最多,四季水文干旱发生频率最高的是春季,冬季干旱发生频率最低;从流域不同地段看,水文干旱发生的频率流域东部最高;构建的SDI 临界值识别出的主要水文干旱事件和实际干旱事件基本一致,干旱等级也较一致,说明使用SDI能够较好地监测到石羊河流域干旱年份及干旱等级;石羊河流域年SDI值与最高气温、平均气温和蒸发量呈负相关,与降水量和平均气温呈正相关。     

石羊河流域近50 a来日照时数的时空变化特征分析

 基于石羊河流域5个气象站点1959—2008年的日照时数资料,采用气候倾向率分析、Kriging空间插值、Mann-Kendall检验、小波分析等方法对石羊河流域日照时数的变化特征进行了分析。结果表明,近50 a来,石羊河流域年日照时数呈显著增加趋势,其变化倾向率为33.9 h/10a;四季日照时数均呈增加趋势,春季增加最显著,对年日照时数的贡献率最大,冬季次之。石羊河流域日照时数空间差异显著,表现为年日照时数自南向北递增。突变分析表明,1987年为日照时数的突变年。Morlet小波分析表明,石羊河流域年日照时数存在8 a的显著周期。     

民勤绿洲水资源利用与生态系统退化分析

石羊河流域生态平衡失调,生态系统退化在我国干旱、半干旱地区内陆河流域中具有典型的代表性。通过对石羊河流域近代地表水资源开发及其绿洲变迁,近年来流域用水量分配,降水特征及其对植被的影响,流域下游民勤绿洲地下水位、水质的变化等因素多年来观测研究,认为：降水量对天然植被的生长没有大的作用;由于人口的增加,流域地表水资源分配不均,水资源开发过度,地下水位急剧下降,造成流域生态系统退化。流域经济因素促进社会因素的变化,社会因素的变化导致自然环境的变迁,社会、经济、自然诸因素相互作用,通过水资源的变化驱动石羊河流域生态系统的变化。     

石羊河流域绿洲城市水土资源利用生态风险评价——以武威市为例

石羊河流域是西北内陆典型缺水区,水土资源是相互制约相互影响的有机整体,其供需状况成为决定该流域社会、经济与环境协调发展的生命主线。以武威市为例,基于各区县1987和2010年土地利用数据以及2003-2009年石羊河水资源公报基础数据,选取水土资源利用效应相关指数,根据各指标所反映的风险内涵,将计算结果加权或分级组合,独立构建水、土资源利用生态风险评估及对策体系,分析研究各区县水土资源生态风险动态及空间变化,最后依据流域位置对评价结果进行综合等级划分。研究结果表明：（1）研究期内武威市各区县土地利用综合风险指数均有所增加,土地利用格局的变化产生了一定的生态风险;（2）2003-2009年武威市水资源利用生态风险等级明显增加,不同地区需要结合自身条件,采取相应措施,应对水资源生态风险的变化;（3）武威市各区县水土组合生态风险在空间上表现出一定差异性：中下游地区综合生态风险总体大于上游地区。     

石羊河下游沙漠化的自然因素和人为因素及其位移

石羊河流域下游自汉代以来逐渐沙漠化,生态环境退化。其自然因素主要有：地形特征构筑了封闭的内陆河流域;水蚀是内陆河流域沙漠化的开始,上游集流区为中、下游提供了丰富的沙源;水资源的减少使得中、下游大面积湖积沙沙漠化。人为因素主要有：农业开发是引起水资源减少的关键,巩固边塞是引起河西走廊农业开发和耕地面积扩大的主要原因;战争对石羊河流域生态退化的影响不可忽视。石羊河下游民勤县在自汉代以来沙漠化和生态环境退化的漫长历史过程中,人为因素不断增强。20世纪中期以来,尤其是1958年红崖山水库建成以来,沙漠化过程中的人为因素占据了主导地位。     

2000-2015年石羊河流域植被覆盖度及其对气候变化的响应

内陆河流域植被覆盖度的敏感性是预测未来生物多样性变化的重要指标,是植被应对气候变暖的重要反馈。分析了2000-2015年MODIS-NDVI数据反演的植被覆盖度时空动态变化趋势,结合平均气温、降水量、日照时数、相对湿度、地面温度和蒸发量数据,研究了流域及各生态功能区的植被覆盖度与气候因子的相关性,探讨植被覆盖度变化过程中的气候因素制约方式,了解不同时空尺度下内陆河流域植被覆盖度在全球暖湿化过程中对气候的响应。结果表明：（1）石羊河流域平均植被覆盖度较低,上游的植被覆盖度59.4%,下游13.6%;2000-2015年,流域植被呈现改善趋势的面积远远大于退化的面积,盆地绿洲区植被覆盖度增加趋势最明显。流域植被总体恢复较好,但高海拔地区、城市和民勤绿洲的周边地区植被有不同程度的退化。（2）2000-2015年,石羊河流域各气候因子对植被覆盖度表现为不显著的相关关系,其中与降水量呈正相关的面积最大,与蒸发量呈负相关的面积最大;从上游到下游,植被生长与热量的相关程度逐渐变弱,与水分的相关程度则逐渐增强。（3）石羊河流域的植被覆盖度与气候因子的样条函数存在极显著的线性相关,水原涵养区和荒漠区的植被覆盖度对气候因子的响应较高;绿洲区的植被覆盖度对气候因子的响应相对较低。地面温度的变化是影响石羊河流域植被覆盖度空间格局变化的主要气候制约因素。     

石羊河流域径流变化特征

基于石羊河流域干流及八大支流的9个水文站和35个雨量站的逐月降水和径流数据,采用小波分析和双累积曲线等方法,研究石羊河流域径流的变化特征。结果表明：(1)石羊河流域径流量总体呈减少趋势,平均每10 a减少0.37亿m³,其中石羊河干流、金塔河、杂木河、黄羊河和古浪河的径流量减少,西大河、东大河、西营河和大靖河的径流量增加。(2)石羊河流域的9个水文站存在2～10、10～30 a的周期变化,其中杂木寺站和黄羊河水库站还存在30～60 a的长周期变化,并且9个水文站分别在24、21、21、21、43、45、22、17、21 a的时间尺度丰枯变化最明显。(3)石羊河干流和八大支流突变分别发生在1971、2014、2000、2018、1960、1959、1962、1994、1965年,其中石羊河干流、金塔河、杂木河、黄羊河和古浪河突变后径流量下降,西大河、西营河和大靖河突变后径流量增加,东大河不具有突变性。研究结果可以为石羊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。     

GIS技术和水热平衡模型在古湖泊水文重建研究中的应用——以石羊？…

首次利用ＧＩＳ技术并结合沉积学研究结果,计算全新世两个时段石羊河流域终闾湖泊的面积,建立石羊河流域水热平衡模型,进而恢复全新世两个时期的降水量。     

GIS技术和水热平衡模型在古湖泊水文重建研究中的应用--以石羊河流域为例

首次利用GIS技术并结合沉积学研究结果,计算全新世两个时段石羊河流域终闾湖泊的面积,建立石羊河流域水热平衡模型,进而恢复全新世两个时期的降水量。     

石羊河流域1961-2005年蒸发皿蒸发量变化趋势及原因初探

 利用1961—2005年石羊河流域上、中、下游当地气象站的逐月20 cm口径蒸发皿蒸发量、平均气温、平均相对湿度、降水量、平均风速、日照时数、最高气温和最低气温资料,研究了近45 a石羊河流域蒸发皿蒸发量变化趋势及原因。结果表明,45 a来,石羊河流域及上、下游年蒸发皿蒸发量呈上升趋势,中游年蒸发皿蒸发量呈下降趋势,上游上升趋势最明显。四季中,春、秋、冬季蒸发皿蒸发量呈上升趋势,上升最明显的是冬季,其次为秋季,春季变化不明显,夏季蒸发皿蒸发量变化呈下降趋势。石羊河流域在不同时段不同区域年蒸发皿蒸发量都存在明显的6～7 a周期和1～2 a的短周期,并都发生了突变。相关系数法分析表明,影响石羊河流域及中、下游年蒸发皿蒸发量变化的主要影响因子是相对湿度和降水,上游的主要影响因子是相对湿度和气温。四季中,春季的主要影响因子是相对湿度和降水;夏季影响石羊河流域及上、中蒸发皿蒸发量变化的主要因子是相对湿度和气温,下游的主要影响因子是相对湿度和降水;秋季影响石羊河流域及中、下游蒸发皿蒸发量变化的主要影响因子是相对湿度和气温日较差,上游其主要影响因子是相对湿度和降水;冬季的主要影响因子是气温和相对湿度。影响年以及春、夏、秋最显著的因子是相对湿度,冬季最显著的影响因子是气温。     

石羊河流域主汛期降水日变化特征

利用石羊河流域2009-2013年主汛期(6-8月)有完整资料的32个区域气象站和5个自动气象站共37个站点逐时降水资料,运用常规的气候统计方法,采用逐时降水量、逐时降水频次、逐时降水强度和不同持续时间降水4个指标对石羊河流域主汛期降水日变化特征进行了研究。结果表明:石羊河流域主汛期降水总量及日数的空间分布总体上与其地理位置、海拔、纬度以及影响系统密切相关,表现为自上游向下游呈递减趋势,降水强度空间分布较复杂。石羊河流域主汛期小时降水量、降水频次及降水强度呈三峰型分布,主要集中出现在20:00-23:00、01:00-09:00、14:00-20:00,其中强降水呈现双峰分布,基本都出现在20:00-23:00、14:00-20:00;石羊河流域主汛期持续1～3 h短时降水的降水量和降水次数大于持续10 h以上降水过程的降水量和降水次数,且持续1～6 h的短时降水多发于午后到傍晚,持续时间超过6 h的长持续性降水的最大降水量通常出现在夜晚-凌晨和午后-傍晚。     

补偿标准参照的比较:机会成本与环境收益——以石羊河流域生态补偿为例

流域生态补偿是当前生态经济研究的热点问题。在简要说明流域内生态系统服务与流域生态补偿的关系之后,从理论上分析了流域生态补偿标准的环境收益参照——机会成本变为环境收益,并以石羊河流域生态恢复目标为例开展实证,在考虑补偿总预算约束下,比较采用两种补偿标准参照生态补偿机制运行的效果。结果表明:采用环境收益代替机会成本作为补偿标准参照,对于提高农户参与生态补偿的积极性、保护生态系统服务行为的约束性作用明显;引入以机会成本与环境收益比值确定的优先补偿指标,在生态补偿资金预算约束下替代机制对完成既定生态恢复目标有显著促进作用。