塔里木河流域近期综合治理工程生态成效评估

基于源流下泄水量及生态输水变化、台特玛湖面积变化、土地覆被状况指数、植被净初级生产力等评价指标,对塔里木河流域近期综合治理规划工程生态成效及成因进行了评估。结果显示：塔里木河阿拉尔水文站年均径流量达45.76×10⁸ m³,台特玛湖水域面积2014年增加至415.67 km²,源流输水量及水流基本到达台特玛湖基本达到综合治理规划要求;整个流域耕地的增加对自然植被的影响较大,毁林开荒现象需要关注;源流区阿克苏河流域和叶尔羌河流域生态系统状况稳定性较好,和田河流域次之,开-孔河流域稳定性较差,开-孔河山区急需拟定应对生态状况变差的措施;塔里木河干流耕地增加较快,上游和中游生态系统结构在维持民生发展的前提下急需调整,下游生态系统结构好转。     

新疆巴音郭楞蒙古自治州生态敏感性分析

生态环境敏感性分析对于生态环境功能得到保护和恢复,资源得到高效利用,生态安全得到保障,区域可持续发展能力得到增强具有重要作用。本文根据巴音郭楞蒙古自治州自然地理特征,采用GIS分析和专家集成方法,分别进行了巴州土壤侵蚀敏感性、土地沙漠化敏感性、土壤盐渍化敏感性和生物多样性及生境敏感性评价,最后展开生态环境敏感性综合研究。结果表明:巴州生态环境敏感性共分为极敏感、高度敏感、敏感、轻度敏感以及不敏感5个等级。生态环境极敏感区面积为2.7×10⁴ km²,占全州面积5.7%;高度敏感区为12.7×10⁴ km²,占26.4%;敏感区面积为14.8×10⁴ km²,占30.8%;轻度敏感地区为7.9×10⁴ km²,占16.4%;不敏感区面积为10.0×10⁴ km²,占20.7%。     

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...     

塔里木河干流区天然植被的空间分布及生态需水

塔里木河流域荒漠河岸林具有重要的生态、经济和社会效益。本文以塔里木河干流的荒漠河岸林系统为对象,借助于卫星遥感、GIS等技术,研究塔里木河干流区各河段天然植被分布特征,应用缓冲区梯度分析方法对林地分布结构和生态需水进行分析。结果表明： （1）塔里木河干流区天然植被面积为146.1×10⁴ hm²,占研究区总面积的35.18%;北岸天然植被面积较南岸多46.34×10⁴ hm²。（2）塔里木河干流区荒漠河岸林分布随距离河道的增加呈波动下降趋势。在影响保护带、基本保护带和重点保护带下,天然植被保护范围分别为4.7～30.1 km、2.2～24.2 km和0.8～12.3 km。（3） 塔里木河干流区天然植被总的生态需水量为21.932×10⁸ m³,在重点保护带、基本保护带和影响保护带下,生态需水量分别为9.56×10⁸ m³、14.97×10⁸ m³和19.08×10⁸ m³。根据荒漠河岸林的分布特征和保护目标,对塔里木河干流用水作统一规划和协调是符合实际的生态治理措施。     

近50 a博斯腾湖逐年水量收支估算与水平衡分析

据博斯腾湖流域1958-2010年期间主要河流开都河、黄水沟、清水河、孔雀河的逐年流量资料,结合焉耆盆地降水、蒸发要素的同期观测资料,对大湖区的逐年水量收支进行计算,并依据水量平衡原理对博湖大湖区残差水量进行了逐年分析。结果表明：（1）1958-2010年期间年均入湖水量14.34×10⁸ m³/a,其中入湖河水约占95%;年均输出水量13.96×10⁸ m³/a,其中大湖区输入孔雀河水量约占43%,湖面蒸发耗水量占57%;湖区年均蓄水量71.57±3.92×10⁸ m³10⁸ m³/a,湖水年均水位为1 047.01±0.94 m;（2）极端水文年度水量平衡分析指出：1986年为最枯年份,入湖河水是多年平均值的62%,而出湖河水量是多年平均值的153%,导致年内湖区水位下降0.94 m;2002年最丰年份入湖河水是多年平均值的2.6倍,致使年内水位上升0.80 m;（3）残差水量逐年“正负”变化指出,湖水与地下水之间存在互补关系,过去53 a间湖水补给地下水的年均水量为0.87×10⁸ m³/a。     

产量红线与耕地红线耦合研究

基于实际粮食产量与抛荒耕地种植粮食作物条件下粮食总产量关系的分析方法有助于促进耕地红线制度改进。依据全国粮食总产量、种植面积与耕地面积数据,构造2016-2033 年粮食产量与耕地面积红线耦合的基本、法定、过渡、新型与理想耦合红线标准;分析阶段性耦合与可持续耦合两种升级路径。研究表明：2001-2015 年,全国耕地面积与粮食产量耦合不足。据此,提出以新增建设用地指标与抛荒治理面积挂钩的政策建议;在抛荒比例11.12%的条件下,新增单位面积建设用地,治理28.85 倍抛荒耕地;2017、2021、2025、2029、2033 年分别实现有效利用1.200×10⁸ hm²、1.243×10⁸ hm²、1.279×10⁸ hm²、1.314×10⁸ hm²、1.349×10⁸ hm² 耕地,粮食总产量分别比基期增加4.838×10⁶、2.4190×10⁷、4.354 2×10⁷、5.321 8×10⁷、8.824 6×10⁷ t;红线耦合系数分别达到0.882 471、0.909 740、0.937 008、0.950 643与1;有效利用耕地增加12.5%,粮食总产量提升14.2%。     

中亚土地资源开发与利用分析

中亚地区土地资源开发与利用研究信息资料有限,研究深度无法满足亚欧内陆干旱区社会经济可持续发展的科学要求。采用欧空局（ESA）GlobCover 2 2005年的全球陆地覆盖数据集资料和世界粮农组织（FAO）统计资料,较为系统分析了1992-2009年中亚土地资源开发与利用及其变化趋势。研究表明：（1）中亚耕地面积及作物产量呈先迅速下降后缓慢上升的趋势,耕地面积由1992年的43.1×10⁴ km²（比例10.9%）下降到2000年的29.8×10⁴ km²（比例7.58%）,然后上升至2009年的31.6×10⁴ km²（比例8.04%）,但仍未恢复到1990年代初的水平;（2）林地与草地面积变化不明显,但草地载畜量变化显著。其中哈萨克斯坦2009年草地载畜量（6.25×107标准羊单位）仅为1992年草地载畜量（9.91×10⁷标准羊单位）的63.1%;土库曼斯坦2009年草地载畜量为2.96×10⁷标准羊单位,是1992年草地载畜量（1.04×10⁷标准羊单位）的3倍左右;乌兹别克斯坦、塔吉克斯坦和吉尔吉斯斯坦草地载畜量均有不同程度的增加;（3）中亚地区土地资源生产潜力巨大,但在土地利用过程中出现了农田土壤侵蚀、土壤盐渍化和过渡放牧等生态问题,如何有效治理与防治上述问题,对中亚地区土地资源可持续利用和生态保护具有重要意义。     

格尔木河流域地下水生态功能及经济损益阈值解析

在西北内陆河流域,地下水是维系人类生存、生态环境和社会经济发展的重要水源,但这些流域生态环境脆弱。为保护地下水资源和脆弱的生态环境,亟待开展地下水合理开发利用研究。本文在分析格尔木河流域水文地质条件、环境地质问题基础上,采用遥感解译、野外调查和地下水动态监测的方法,界定了地下水的生态功能及阈值,即维系植被生态地下水埋深为0.5~10 m、减轻盐渍化程度的地下水埋深应大于3 m、减轻城市内涝的地下库容应大于3.42×10⁸ m³、维系达布逊湖面积的入湖流量应大于2.82×108 m³·a^-1。基于格尔木河流域生态系统服务价值构成,得到减轻城市内涝及减缓盐渍化程度的环境正效益值分别为8 000×10⁴元·km^-2和163×104 元·km^-2;地下水不合理开发利用导致植被退化、河湖面积萎缩的环境负效益值分别为191元·km^-2和1 032元·km^-2。本文研究成果可为流域内地下水资源开发利用和生态环境保护科学依据,同时也可为西北其他内陆河流域地下水合理开发利用借鉴。     

中国北方沙漠化土地时空演变分析

对2000年中国北方256×10⁴ km²区域内沙漠化土地的遥感监测结果表明:沙漠化土地总面积现已达到38.57×10⁴ km²,其中轻度和潜在沙漠化土地13.93×10⁴ km²,占沙漠化土地面积的36.1%;中度沙漠化土地9.977×10⁴ km²,占25.9%;重度沙漠化土地7.909×10⁴ km²,占20.5%;严重沙漠化土地面积6.756×10⁴ km²,占17.5%。与20世纪50年代后期到70年代中期和80年代后期的沙漠化土地发展状况相比,目前我国沙漠化土地演变趋势具以下特征:(1)沙漠化土地仍在蔓延,面积已由1987年的33.895×10⁴ km²增加到了2000年的38.569×10⁴ km²,13a中净增4.674×10⁴ km²;(2)沙漠化土地继续呈加速发展的趋势,年平均发展速率从20世纪50年代后期到70年代中期的1560 km²、70年代中期到80年代后期的2100 km²发展到90年代的3600 km²;(3)部分旱农区以及农牧交错地区沙漠化土地出现明显逆转,但荒漠草原地区沙漠化土地面积继续扩大,并且程度有所加剧。     

基于遥感和SEBAL模型的塔里木河干流区蒸散发估算

运用1985 年、2000 年和2010 年遥感资料与SEBAL 模型估算了塔里木河干流区蒸散发。结果表明：该区蒸散发量较大,介于0~5.11 mm/d之间;靠近河道区蒸散发明显大于远离河道区;各土地利用/覆被类型蒸散发大小依次为：水体> 耕地> 林地> 草地> 未利用地> 居工地,主要与其植被覆盖度和水分供给条件有关;而日总蒸散发大小顺序为：草地> 未利用地> 耕地> 林地> 水体> 居工地,这与各土地利用/覆被类型面积密切相关。在1985-2010 年间,塔里木河干流区日总蒸散发量先减小后增大;上游平均日总蒸散发量为中游和下游的1.27 倍和1.42 倍。2000 年塔里木河干流区日总蒸散发比1985 年减少了6.80×10⁴ m³,原因是中游和下游日总蒸散发减小,而上游日总蒸散发量却增加了3.02×10⁵ m³。2010 年干流区日总蒸散发比2000 年高6.78×10⁵ m³,其中上游和中游日总蒸散发量增加了1.19×10⁶ m³,而下游却降低了5.16×10⁵ m³,主要受中上游地区绿洲耕地面积扩张,水资源开发量过大,下游来水量减少的影响。     

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。     

不同情景下干旱区尾闾湖泊生态水位与需水研究——以黑河下游东居延海为例

水位作为湖泊重要的水文要素之一,在反映湖泊水量变化,指示湖泊湿地生态环境状况等方面都有重要的生态意义。选取黑河下游尾闾湖东居延海为研究区域,采用湖泊形态学法对湖泊最小生态水面和最低生态水位进行了研究。依据水量平衡原理,结合已有研究对不同情景下的生态需水量进行了估算。最后结合黑河输水河道耗水规律,提出不同情景（水文频率）下各水文断面需下泄水量。研究结果对于干旱区流域湖泊湿地的保护和水资源的合理利用都有重要意义,同时也为黑河流域生态输水工程的实施提供现实的科学依据。     

科技支撑新疆塔里木河流域生态修复及可持续管理

塔里木河流域地处我国西北新疆,面积约102×10⁴ km²,是我国丝绸之路经济带建设的核心区。在过去50 a里,塔里木河流域经历了大规模的水土资源开发,经济社会发展的同时,河道断流,湖泊干涸,沙漠化加剧,生物多样性受损,生态隐忧日益加剧,已威胁塔里木河流域绿洲经济发展和社会稳定,严重影响国家"丝绸之路经济带"建设。荒漠与绿洲生态国家重点实验室针对塔里木河流域的生态环境问题,开展了长期的生态监测与科学研究,基于多年监测调查数据,解析了塔里木河荒漠河岸林植被与地下水的关系,揭示了生态系统退化过程和机理,提出了塔里木河下游合理/胁迫/临界地下水位与流域生态需水量,研发提出的退化生态系统修复重建关键技术得到推广应用;提出的重点生态工程建设方案,被纳入《南疆水利规划》;提出的流域水资源管理建议被国家采纳并实施。科技支撑塔里木河流域生态修复及可持续管理,为丝绸之路经济带生态文明建设提供了重要科学依据和示范样板。     

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。     

20世纪30年代珠江三角洲平原河网结构重建及最大槽蓄容量

基于1954年美国陆军制图局编制的中国地形图、1930―1934年日军参谋本部所绘中国地形图、广东省水文志和研究区各县县志等历史文图资料,重建研究区20世纪30年代的河网模型,对传统农业末期平原河网水系进行高精度复原,计算其最大槽蓄容量并分析其区域特点。结果表明：1）20世纪30年代珠三角河网（除干流河道）的最大槽蓄容量为6.78亿~20.75亿m³,其极值为20.75亿m³,平均值为13.38万m³/km²。其中1级河道最大槽蓄容量占总量的33.5%~49.1%,对于整个河网的容蓄洪水能力及水资源调度能力影响更大。与现阶段不同,传统农业时代末期（20世纪30年代）珠三角河网的槽蓄容量与河网密度呈正相关,槽蓄容量的大小受河网密度的影响较为明显。2）20世纪30年代珠三角河网的形成与传统时期的农业开发有着密切的关系,当时的河网水系是自然发育与该时期围田业对其开发、围垦的共同结果,围田开发的兴修堤围、挑挖河道等活动对于河网的扩展及其最大槽蓄容量的增加具有客观上的促进作用。     

巴丹吉林沙漠地下水流场的宏观特征

黑河流域下游盆地与周边地区的水力联系是当地生态建设的关键问题。巴丹吉林沙漠与黑河流域下游盆地存在长达180 km的交界线,由于水文地质调查程度低,其地下水的流场不清楚,黑河流域下游天然水均衡账本中存在不确定因素。针对这个问题,在已有水文地质调查基础上,开展了巴丹吉林沙漠区域尺度的水位调查和钻孔勘探,获得461个已知水位点和63个水位约束点,绘制出巴丹吉林沙漠浅层地下水一级近似等水位线图。结果表明:研究区地下水位具有东南高、西北低的特点,水力梯度0.6‰~4.0‰,沙漠东南部地区的湖泊对地下水流场具有扰动作用,但没有改变宏观的地下水流向;第四系松散砂层是巴丹吉林沙漠浅层地下水的主要含水层,根据现有钻孔和物探资料,第四系沉积物在沙漠腹地较厚、边缘较薄,覆盖厚度普遍超过100 m,联通了沙漠和黑河流域下游地区的地下水;巴丹吉林沙漠的地下水补给黑河下游的古日乃湖、额济纳旗平原和拐子湖地区,地下水侧向出境流量为(0.61~1.97)×10⁸ m³·a^-1,其中进入古日乃湖平原的流量达到(0.33~1.06)×10⁸ m³·a^-1。计算结果仍然受到一些不确定因素的影响。     

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。     

塔里木河干流径流损耗及其人类活动影响强度变化

依据塔里木河干流1957-2008 年的年径流量监测数据,计算出干流年径流损耗量,利用线性回归法,对干流年径流损耗量时间序列变化趋势进行分析,建立影响径流损耗的社会经济指标体系,运用层次分析法和权重加权法剖析人类活动影响强度变化趋势,并探讨人为径流损耗的主要原因。研究结果表明：① 近50 多年来,塔河干流年径流损耗量表现出递减变化趋势,但上、中、下游存在差异,上游增加显著,增速约为2.09×10⁸ m³/10a,而中、下游递减趋势显著,减速分别为1.61×10⁸ m³/10a 和2.30×10⁸ m³/10a;② 干流来水量与径流损耗量之间呈明显的正相关,R² = 0.9996,可认为来水量减少是诱发径流损耗量减少的直接原因;③ 人类活动强度指数与人为径流损耗量之间亦呈显著的正相关,R² = 0.9822,说明自20 世纪70 年代中期开始,随着人类活动强度的逐渐增大,人类活动对径流损耗的干扰就处于一个扩大和加重的过程;④ 人口增长、产业结构调整、居民对物质经济的追求等社会经济活动是引起人为径流损耗量增加的主要原因。     

扎龙盐沼湿地对乌裕尔流域径流变化的水文响应

乌裕尔河流域水环境的变化导致下游湿地迅速退化。探讨了近65 a（1951—2015）扎龙湿地系统对乌裕尔河流域径流量变化的响应。结果表明：乌裕尔河中下游的径流量急剧减少给下游湿地的演替带来明显的影响,上游来水供给不足导致湿地长期处于干旱缺水的状态,湿地水面面积与蓄水量显著减少,并导致扎龙湿地地下水位显著降低（P<0.05）。湿地持续干旱缺水引发此区域大面积的沼泽退化并发生次生盐渍化。近年来,扎龙湿地发育的盐渍土面积达到250 km²以上,并且向核心区蔓延。湿地持续退化对在湿地栖息和繁殖的珍稀水禽带来巨大的冲击。     

基于InVEST模型的陕北黄土高原水源涵养功能时空变化

以陕北黄土高原为研究区,基于InVEST水源涵养功能评价模块,定量评价退耕还林还草工程背景下土地利用/覆被变化对研究区水源涵养的影响,在此基础上开展水源涵养空间分区。结果表明：① 2000-2010年,陕北黄土高原草地、灌丛和林地的面积分别增加了3204 km²、285.3 km²和122.7 km²,城镇面积增加了450.4 km²;农田、荒漠、湿地的面积分别面积减少了3984.5 km²、72.7 km²和5.2 km²。② 2000-2010年,陕北黄土高原水源涵养量整体以减少为主,中部减少最为显著,减少量在25 m³/hm²~40 m³/hm²,局部区域在40 m³/hm²以上;其他大部分区域均有0~25 m³/hm²不等的减少。③ 陕北黄土高原水源涵养功能高度重要区和极重要区的总面积为32255.1 km²,所占比例为40.5%。④ 通过陕北黄土高原水源涵养功能评价和重要性分区为生态系统的科学管理提供参考。