黑河流域历史时期水资源利用空间格局重建

黑河流域水资源开发利用的空间格局历史演变在中国西北干旱区具有典型性和代表性,对其进行复原并总结经验教训,对现代水资源开发具有宝贵的借鉴意义。利用历史文献、古今地图、遥感影像等资料,结合实地考察,在地理信息系统技术的支持下,对黑河流域历史时期水资源利用的空间格局进行重建,并分析其演变过程。结果表明: 该区域大规模的农业水资源利用开始于汉代,其范围覆盖流域中下游沿河平原和三角洲的大部分地区。魏晋南北朝时期虽然总体上承袭了汉代的格局,但局部地区萎缩明显。隋唐时期,中游地区灌区规模较大,但随着唐中叶吐蕃的入侵而遭破坏。宋元时期,水资源开发利用仅在主要绿洲的核心区有所分布。明、清直至民国时期,中游地区渠系增加,密度增大,灌区出现沿河向上的溯源扩展和由近岸向两侧的外延扩展,一些地势较高的山前绿洲也被开垦,水资源利用强度持续增加、规模扩大,最终奠定了现代水资源开发利用的空间格局。但是,此时的下游却处于游牧状态,无大规模开发活动。可以发现,明代以前水资源开发利用波动频繁,兴废不定;而明代以来,中游灌区规模稳定扩大和下游萧条情况形成鲜明对比。水资源利用引起尾闾湖萎缩、土地盐渍化、沙漠化等生态问题逐渐显现。     

黑河流域大气降水水汽来源分析

根据黑河流域取得的降水水样和降水气象资料,分析了该区域降水中氢氧同位素的时空差异与水汽输送的关系,定量估算了大陆性局地水汽循环在总降水中所占的比率.研究表明,春夏季降水主要受海洋性水汽来源影响,秋冬季降水受大陆性局地水汽来源影响;受水库水体蒸发水汽影响的附近区域降水氘盈余偏高,受海洋蒸发水汽控制的祁连山区降水氘盈余接近全球平均值10‰;基于氘盈余值估算,局地水循环对区域降水贡献率较大,占全年降水比例至少达31.06%.     

东江流域枯水期最长连续无降水日数的变化特征

利用1956-2008年东江流域各降雨站点逐日降雨资料,建立枯水期最长连续无降水日数时间序列（LCDD）,采用经验模态分解（EMD）方法分析该序列的多尺度振荡变化及趋势变化,应用Mann-Kendall法识别突变点,采用R／S分析方法探讨变化趋势的持续性特征,并初步分析LCDD变化的可能原因。结果表明：近53年来,最长...     

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。     

黑河流域土地荒漠化及其变化趋势

黑河流域土地沙漠化程度与演变过程的空间分异显著,高台、临泽、金塔及额济纳旗等地,沙漠化土地占土地总面积的54.90%~64.30%,生态环境脆弱;民乐、肃南、高台、金塔及额济纳旗境内,严重沙漠化的流动沙丘所占比率较大,约占沙漠化土地面积的22.51%~35.07%,现代沙漠化强烈。近年来,中游地区沙漠化演进呈下降趋势,受气候干暖化和土壤潜在沙漠化环境影响,流域部分地区未来沙漠化将加剧扩展,但流域人类活动对流域沙漠化演变趋势有明显影响。     

黑河流域典型区土地利用格局变化及影响比较

在黑河流域选择两个典型区域进行土地利用变化的空间差异与影响的对比研究,利用20世纪60年代以来的三期遥感数据,通过定量表征指标体系,对比分析了两个区域不同空间土地利用格局变化和土地利用类型变化的分异特征,定量评价了土地利用变化对不同区域绿洲系统的稳定性和水资源空间分配的影响。结果表明：过去35年来两个对比区域不同的土地利用格局变化,形成了显著的绿洲沿河流的溯源迁移和以基于下游老绿洲的渐进性绿洲外围拓展两种不同模式,前者导致流域水资源过度集中消耗于流域上游和源区,中下游水资源可利用量急剧减少,在35年间下游荒漠化土地增加了85.1%,灌溉绿洲萎缩了25.5%;后者则不同,水资源利用量的空间配置在区域下游具有小幅度集中,区域绿洲系统整体的稳定性较高。从流域整体的水土相互关系出发,合理规划干旱内陆流域土地利用模式和空间土地资源配置,对于促进流域整体的可持续发展具有重要意义。     

黑河流域NPP遥感估算及其时空变化特征

植被的净初级生产力(NPP)是研究陆地各种生态过程的关键参数,对区域NPP的研究有利于人类对自然资源的管理和有效利用.本研究使用气象和遥感等数据,应用修正的CASA模型及其他数理统计方法对黑河流域1999—2010年的NPP进行估算,并对其时空变化特征进行了分析.结果显示:在1999—2010年,黑河流域的年NPP总量以3×10¹¹ g·a^-1的趋势增加;该流域NPP空间分布总体上为南多北少、河流两旁及绿洲地区多于其他地区;各类型中,草地生态系统累计的NPP最多;黑河上游NPP量与太阳辐射和降水量呈正相关关系,与年均气温呈负相关关系,上游地区水分和太阳总辐射量因子共同制约着流域的NPP量;中游地区年平均NPP与年平均气温呈负相关,与年总降水量呈正相关,与年总太阳辐射量呈微弱负相关,水分因子制约着植被NPP的生产;黑河流域下游地区植被NPP的年均累积生产量与年平均气温呈正相关,与年总降水量呈负相关,而与年总太阳辐射量无明显相关性,气温是下游植被NPP生产的制约因素.     

黑河流域中上游地区降水中氢氧同位素与温度关系研究

根据黑河流域中上游地区所取得的降水水样和降水气象资料,分析了该区域降水中氢氧同位素随温度的变化特征,研究了内陆河黑河流域中上游地区降水中氢氧同位素与温度的关系,揭示了降水中氢氧同位素随温度的变化规律。降水中氢氧同位素与温度有很好的正相关关系,且与降雨前后平均气温之间的相关性优于与降雨前和降雨后气温之间的,温度与δ~(18)O之间的相关性优于与δD的。在黑河流域,局地性降水的增加影响降水中氢氧同位素与温度之间的关系,在山前或山前盆地,因局地性降水增加,所以降水中氢氧同位素与温度的关系与山区相比较差。     

黑河流域春季降水空间分异性特征及其与黑河流量的相关分析

利用黑河流域13个气象站建站至2012年3—5月降水量资料和黑河莺落峡水文站流量资料,分析了黑河流域春季降水的基本气候特征;通过EOF、REOF、Morlet小波变换等方法,对黑河流域春季降水的时空特性进行了研究;用Mann-Kendall检验法检验黑河流域春季降水序列是否存在突变现象.结果表明:黑河流域春季降水空间分布极不均匀,其空间分布特征是南部为多雨区、北部为少雨区.黑河流域春季降水在第一空间尺度上为全区一致,在第二空间尺度上可分为2个自然气候区,在第三空间尺度上可分为3个自然气候区.从年代际变化来看,21世纪最初10年是近半个世纪来降水最多的10年,20世纪70年代是降水最少的10年;黑河流域春季降水的年际变率十分显著,降水最多的年份是最少年份的6倍多.1961—2012年间河西走廊春季降水发生了明显的突变:2001年出现了一次趋于增多的突变.最显著的周期是4年的短周期、14年和22年的长周期.黑河流域春季各月降水与黑河流量均呈正相关,尤其是春季各月降水滞后1个月的相关和5月份降水的同期相关性显著;春季气温与黑河流量也均呈正相关,特别是春季各月气温的同期相关和3月气温滞后1个月的相关性显著,说明黑河流量的增加取决于前期降水量的增加和同期气候的明显变暖.     

黑河流域水资源研究进展

作为典型的内陆河流域,黑河流域历来是研究寒区、旱区水文与水资源的热点地区。水资源是联系该流域生态系统和经济系统的纽带,更是其社会经济环境可持续发展最主要的限制因子。因此,对于黑河流域水资源的研究非常广泛,也取得了很多高水平的研究成果,这些研究内容主要包括：上游产流区的冰雪变化与黑河径流量、黑河出山口径流变化特征及其对气候变化的响应以及径流量的模拟与预测;中下游耗散区的水资源利用状况及对策;同位素、水资源承载力以及水资源管理的理论方法和措施。今后的重点应从流域的宏观尺度,开展黑河流域生态经济的综合研究、生态水文学和水污染问题的研究。     

近47 a来黑河流域的降水时空特征分析及预报评估

 利用1960—2006年黑河流域13个气象站, 地面气温、降水等观测资料,对该流域降水的气候年代际特征及干旱变化的成因进行了初步分析。结果表明,该流域降水量,由于受地形地貌、海拔高度和不同尺度大气环流的影响,流域内降水分配极不均匀,南北差异很大, 呈现为东南多西北少, 但降水日数的年月分布和流域的地理分布与降水量分布基本一致。总体上变化均呈波动性上升状态。同时,对2000年承担黑河流域分水的预报任务中研制的黑河流域降水预报服务系统输出的24~48 h降水量预报过程的准确率进行了TS评分检验。证明该系统对黑河流域的降水具有较强的预报能力,预报产品在气象服务工作中有重要参考价值,同时也为今后的精细化预报业务工作打下了一定的基础。     

黑河流域绿洲环境演变因素研究

根据历史和现代研究资料,系统分析了影响黑河流域绿洲演变的自然和人文因素。自然因素包括气候、地质地貌、风沙活动及自然灾害等方面,是绿洲演变的大背景。人文因素包括战争、民族习惯与政府政策导向,交通、政治、经济地位,人口压力及资源需求的增长。人文因素是十分错综复杂的,自人类社会形成以来就愈来愈强烈,而且加剧自然因素的作用程度与范围,甚至在一定时空条件下完全可以掩盖自然因素对绿洲的作用。基于上述认识,认为对于整个流域来讲,上、下游应将水源涵养和生态保护作为建设重点,中游作为经济建设的重点区域,上、中、下游优势互补、共同发展,达到整个流域资源、环境、经济的可持续发展。     

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。     

阿克苏河流域的面雨量序列及其与径流关系

以数字高程模型 (DEM) 的1km×1km网格数据为基础,对阿克苏河流域14个气象站和水文站的1961~2000年的年降水资料进行了自然正交分解 (EOF),通过回归分析,建立主要特征向量与地理因子的插值模型,给出了一个面雨量序列的计算方法,为建立气候要素的区域平均序列提供了一个有效的解决方案,并由此推算出年阿克苏流域平均年降水量的空间分布以及面雨量序列。径流量与面雨量之比 (R/P) 平均为0.43,最高为0.69 (1997年),最低为0.30 (1963年)。计算出的阿克苏河流域面雨量序列与阿克苏河实测径流量序列的趋势变化率分别为5.79×10⁸ m³/10a和4.29×10⁸ m³/10a,两者均表现出增加趋势,但面雨量的增加速率要比径流量大一些,年际变化幅度也要大,面雨量和径流量的变差系数Cv值分别为0.17和0.13。阿克苏河年径流量的变化与夏季0^oC层高度、年面雨量有着十分密切的关系,表明20世纪90年代以来新疆气候的变化是阿克苏河流域径流稳定增加的一个非常重要的因素。     

黑河流域水体化学特征及其演变规律

通过对干旱地区内陆河流域黑河的降水、地表水、地下水样的水体进行化学分析, 得出以下初步的结论: 大气降水的共同特征是矿化度低, 但离子含量和化学组成在流域上、中、下游不近相同; 地表水体化学特征分异规律为高山冰雪寒冷带、高山草甸带、山地森林灌丛带、山地草原带、荒漠草原带; 地下水体化学特征分异规律为山区裂隙水及山前砾石带重碳酸盐带, 山前冲、洪积、湖积平原硫酸盐带, 荒漠区及积盐洼地氯化物带。     

黑河流域张掖市近38 a以来气候变化特征分析

 目前黑河流域气候变化研究多集中于流域系统气候变化与区域水资源变化之间的关系、区域沙漠化、沙尘暴发生的气候动因等研究方面，而对人类活动强度大、活动最为密集的流域绿洲区域张掖市气候变化所作研究较少。通过对张掖市六县（区）6个气象观测站近38 a以来的逐月平均气温、降水、大风频率资料的系统分析，认为张掖市近38 a来气温升高幅度较之全国其他区域更为明显。多年降水变化相对不大，但冬春两季降水出现缓慢增加的趋势，大风天气与沙尘暴发生频数近38 a来出现了明显的下降趋势，这与区域气温升高及冬春两季易发生沙尘暴的期间降水增加有明显的相关性。同时人类对干旱区内陆河流域绿洲开发的加深也一定程度上对这种生态环境敏感地区的气候产生影响。