2000年以来青藏高原湖泊面积变化与气候要素的响应关系

青藏高原星罗密布的湖泊对气候变化十分敏感,在自然界水循环和水平衡中发挥着重要作用.以MODIS MOD09A1和SRTM DEM为数据源,提取了2000-2016年青藏高原丰水期面积大于50 km²的湖泊边界,从内外流分区、湖泊主要补给来源和湖水矿化度三个方面对2000年以来湖泊面积变化进行分析,并结合青藏高原近36年气象数据,根据气象要素变化趋势分区,初步探讨青藏高原湖泊面积变化与气候要素的关系.结果表明：青藏高原面积大于50 km²的138个湖泊整体扩张趋势显著,总面积增加2340.67 km²,增长率为235.52 km²/a.其中,扩张型湖泊占67.39%,萎缩型湖泊占12.32%,稳定型湖泊占20.29%.内流湖扩张趋势显著,外流湖扩张趋势较明显;以冰雪融水为主要补给来源的湖泊整体扩张趋势明显,以地表径流和河流补给为主要补给源的湖泊也呈扩张趋势;盐湖和咸水湖以扩张为主,淡水湖的扩张、萎缩和稳定三种类型较均衡.在青藏高原气候暖湿化方向发展背景下,湖泊面积变化与气候要素具有显著的区域相关性.气温和降水变化趋势分区结果表明,气温增加、降水增加强趋势的高原Ⅰ区湖泊扩张程度（78.18%）依次大于气温降低、降水量呈增加趋势的Ⅴ区（66.67%）,气温、降水量呈增加趋势的Ⅱ区（60.78%）,气温呈降低、降水量呈增加强趋势的Ⅳ区（58.83%）和气温呈增加、降水量呈减少趋势的Ⅲ区（50.00%）.湖泊面积变化对气候变化响应研究表明,升温引起的冰雪融水补给对Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区湖泊面积扩张的影响显著,加之降水量的增加,湖泊扩张速率明显;Ⅳ区和Ⅴ区湖泊面积扩张主要受降水量增加影响显著.整体而言,气温主要影响以冰雪融水为主要补给来源的湖泊,降水量主要影响以降水和地表径流为主要补给来源的湖泊.     

1976-2015年柴达木盆地湖泊演变及其对气候变化和人类活动的响应

柴达木盆地众多的湖泊不仅对维持当地脆弱的生态环境具有极其重要的作用,而且中心盐湖也是重要的矿产资源.进入21世纪以来,受气候变化和人类活动的共同影响,盆地湖泊发生了一系列重大变化.为科学认识这一问题,选取了1976-2015年6期Landsat系列卫星影像,解译了该区域1 km²以上的湖泊水面,并分析了湖泊变化对气候和人类活动的响应.结果表明：柴达木盆地湖泊面积总体上存在扩张（1976-1990年）萎缩（1990-2000年）扩张（2000-2010年）萎缩（2010-2015年）4个阶段的变化过程,2010年湖泊面积最大,2015年湖泊又明显萎缩.就气候水文因素而言,湖泊面积变化主要受山区降水径流的影响.湖面变化与前3 a的降水径流关系最为密切.进入21世纪以来,气候变化与上游社会经济耗水、盐湖周边人为阻隔河湖连通、开采卤水、修建人工盐田、排放老卤等人类活动,对盆地中心湖泊的空间格局、面积都产生了显著影响,苦水沟、达布逊湖南部形成了新湖泊,鸦湖、团结湖面积显著扩大,东、西台吉乃尔湖逐渐萎缩、干涸,一里平湖由以前的干盐湖在2010年一跃成为盆地最大的湖泊.针对盐湖大规模开发产生的负面影响,提出了合理开发盐湖资源的建议.     

基于长时间序列(1975—2020年)生态耗水的岱海动态生态需水分析

生态需水是湖泊生态系统的重要指标,维持着湖泊生态系统的良性循环.以内蒙古中部半干旱湖泊岱海为研究对象,对湖泊动态生态需水进行分析.本研究在遥感和气象数据的基础上,获得1975-2020年长时间序列高精度水文要素数据,分析岱海水文要素时空演变规律;通过天然生态水深分析法、水深经验频率分析法和湖泊形态分析法分析岱海的水深随面积变化的关键水深;构建基于生态耗水规律的湖泊生态需水模型,计算自然状态下岱海生态需水动态变化范围.研究结果如下:岱海地区6-9月为丰水期,10月至次年5月为枯水期;45 a以来岱海水面面积呈显著下降趋势,近年来下降速率减缓;枯水期岱海适宜生态水深为8.72~9.92 m,丰水期为9.40~10.69 m,适宜生态需水量为5.62亿~7.71亿m³,适宜湖面面积为70.92~84.77 km².本文构建了长时间序列气候水文数据库,确定岱海动态生态需水范围可以实现对湖泊生态健康的实时监测,为相关规划与管理提供科学依据及可操作性指导,从而为岱海湖泊治理提供理论参考.     

近45a内蒙古浑善达克沙地湖泊群的变化

浑善达克沙地处于季风边缘区,其气候特性和人类活动决定了该地区生态系统的脆弱和环境变化的敏感性.目前,该区湖泊生态环境问题十分严重,对研究区的水资源、草原景观以及当地居民生产生活造成了严重影响.选取1969年1∶50000地形图所指示的面积≥0.01 km~2的175个湖泊为研究对象,结合1973-2013年的17期Landsat MSS/TM/ETM/OLI卫星遥感影像数据,对1969-2013年间的湖泊群变化进行了系统的研究和初步探讨.结果表明:1969年湖泊群总面积为502.04 km~2,而2013年其面积为303.42 km~2,总体呈萎缩趋势.其中面积萎缩和干涸的湖泊分别为88和85个,而面积扩张的湖泊仅有2个(人工筑坝所致).近45 a间,1970s-1980s湖泊面积波动性减少,而在1990s初期则出现持续上升状态.在1995-2011年湖泊面积总体下降,到2013年则出现微弱的扩张现象.从湖泊变化空间分布格局来看,萎缩和干涸的湖泊集中在该沙地腹地.     

基于GRACE的空间约束方法监测华北平原地下水储量变化

华北平原作为我国重要的工农业基地和政治经济中心,面临着严重的水资源危机.因此,开展对华北平原地下水储量变化的监测工作具有重要现实意义与科学价值.本文基于GRACE重力卫星的空间约束方法,研究了华北平原地下水储量变化的时空分布规律,并与地面水井实测与地下水模型结果进行了综合比较和分析.结果表明：2002—2014年,华北平原地下水存在明显的长期亏损,GRACE估计的亏损速率为-7.4±0.9 km³·a^-1,而地面水井资料估计的浅层地下水亏损速率为-1.2 km³·a^-1.对比两者之间的差异可以发现,华北平原的地下水亏损以深层地下水为主.2002—2008年,GRACE估计的华北平原地下水亏损速率为-5.3±2.2 km³·a^-1,这与华北平原两个地下水模型得到的平均亏损速率-5.4 km³·a^-1十分吻合.通过华北平原区域地下水模型的独立验证,说明GRACE可以有效评估华北平原的地下水储量变化趋势.除了长期亏损的趋势项之外,华北平原地下水还存在明显的年际变化特征,并与该地区年降雨量变化特征一致.在降雨偏少的2002年、2005—2009年和2014年,华北平原地下水储量显著减少.在空间分布上,GRACE结果表明,华北平原的地下水储量减少主要发生在山前平原和中部平原区,这也与水井实测资料和区域地下水模型结果较为吻合.与GRACE和区域地下水模型相比,目前的全球水文模型仍无法准确估计华北平原地下水变化的空间分布和亏损速率.上述研究表明,GRACE提供了评估华北平原地下水储量变化的重要监测手段.

     

1973-2010年巴丹吉林沙漠腹地湖泊面积空间变化的遥感分析

利用1973、1990、2000、2010年4个时期遥感影像数据,提取并统计了1973-1990、1990-2000、2000-2010、1973-2010年4个时期湖泊面积变化信息,分析了巴丹吉林沙漠湖泊面积变化的空间特征.结果表明,湖泊数量与面积整体表现为减小,同时也存在湖泊面积增大与湖泊新增;1973-2010年间,沙漠腹地共干涸19个湖泊、新增7个湖泊,43个湖泊萎缩、6个湖泊扩张,26个湖泊面积基本保持稳定;从湖泊面积的空间变化看,面积减小的湖泊在整个湖泊区域均有分布,面积增大的湖泊较多分布于研究区东侧,且多在中东部区域外围,面积减小剧烈的湖泊在空间上有聚集分布的态势;湖泊面积变化量在整个空间上并没有表现出显著的正相关关系.湖泊面积变化所表现的空间特征可能由于不同湖泊区域补给来源不同或不同湖泊补给方式存在差异造成的.     

太原盆地地面沉降时序InSAR监测与季节性变形小波分析

太原盆地长期过量超采地下水,区域地下水位持续下降,导致了严重的地面沉降. 地面沉降的时空演变特征与地下水位的动态演化具有很强的相关性. 本文使用2015—2020年的Sentinel-1卫星数据进行时序SBAS-InSAR处理,获取了太原盆地地表形变速率和时间序列,并采用季节性形变模型分离形变时间序列中的线性趋势和季节性周期信号. 基于小波变换分析方法,定量分析了地表沉降与地下水位的周期演化特征以及两者之间的时间滞后关系. 研究发现：(1)地面沉降主要发生在太原盆地中部(小店—清徐—交城—祁县—太谷一带,速率达到-70.0 mm·a^-1)、西侧边山(清徐—交城一带,速率达到-63.4 mm·a^-1)和南部(孝义—介休一带,速率达到-72.2 mm·a^-1);(2)由于地下水压采和“引黄入晋”引水工程等一系列水资源管理措施的实施,太原市区地下水位回升,地面由沉降转变为抬升,整体抬升速率约9 mm·a^-1;(3)太原盆地中部(清徐—祁县—太谷一带)地表形变随着地下水位的季节性“开采—补给”作用而呈现出明显的“沉降—反弹”周期变化特征,年周期形变振幅达到26.2 mm;(4)盆地内季节性地表形变和地下水位变化之间的时间滞后关系不明显(仅为22天),说明该区域低渗透粘土对延缓含水层系统压实的影响有限. 本文结果可为太原盆地地面沉降防控和水资源可持续开采利用方案的制定提供科学依据.

     

基于氡同位素的平原湖荡枯水期湖水地下水补排通量

水是人类生存之源,而湖荡被称为地球之“肾”,是河湖水系连接的关键缓冲节点,与人类生存和发展息息相关。长三角平原水系众多,河流纵横,天然湖泊与人工沟渠遍布,平原湖荡湖水与周边地下水的水力联系较为频繁,而地下水对湖泊水均衡贡献尚不明确,对平原湖荡地下水赋存和运移规律的认识不足。本研究以苏州吴江区元荡湖为研究对象,选取氡同位素作为湖水和地下水水力交换过程的示踪剂,建立氡箱模型,揭示元荡湖不同区段与地下水的水力联系过程和补给关系,并通过水位动态验证分析湖水—地下水交互关系。枯水期元荡湖水位和氡浓度空间分布特征指示研究区内地下水向湖水排泄,其中以湖泊西侧较为明显,地下水入流补给的氡为7.137×10⁶ Bq/d,输入量源项占比为90%,地下水流入量为4540.801 m³/d,地下水每日流入量对元荡湖水量的贡献率为2.551%。参数敏感性分析结果表明,风速与地下水²²²Rn活度为特别敏感参数,取值差异较大时会导致计算误差急剧增大,改善测点布置和提高模型参数精度能有效提高模型计算结果的准确性和可靠程度。借助氡同位素示踪方法,建立湖泊...     

1986-2008年吉林省湖泊变化及驱动力分析

利用1986年、1995年、2008年覆盖吉林省的LandsatTM遥感影像,通过目视解译,获取3期土地利用数据;基于GIS技术,分析了过去23年吉林省湖泊的时空变化特征,并对导致湖泊面积变化的自然和人文驱动因素进行分析.结果表明:1986-2008年间,吉林省湖泊面积从1986年的3442km2减少到2008年的2622km2;湖泊个数由3134个减少到2718个.其中1986-1995年间湖泊面积萎缩主要以大中型湖泊(面积大于等于50km2)为主,减少面积为479.7km2;1995年以后,虽然大中型湖泊面积有微弱增加,但中小型湖泊的面积剧烈减少,因此导致湖泊总面积减少311.7km2.湖泊面积变化存在区域差异:过去23年间,东部地区湖泊面积增加42.1km2,中部地区减少98.9km2,西部地区湖泊面积减少最多,为337.7km2.气候干旱化、人口增加带来的压力和水利工程修建等因素对湖泊面积变化产生重要影响.     

地下水补给型湖泊表层沉积物矿物组成及其形成机制——以巴丹吉林沙漠湖泊群为例

盐湖中的矿物沉积记录着丰富的环境气候变化信息,是古环境研究的重要对象.在无地表径流补给的盐湖中,其矿物组成及沉积特征与有地表径流补给的湖泊相比是否有一定的特殊性,是值得探讨的问题.采集巴丹吉林沙漠33个不同矿化度地下水补给型湖泊的表层沉积物和10个地表风积砂样品,通过X衍射的方法,分析样品的矿物组成.结果显示:湖泊表层沉积物主要为石英、长石、辉石、云母等碎屑矿物,部分湖泊含有少量的碳酸盐和氯化物盐类矿物.湖泊沉积物的矿物组成与湖水矿化度的关系较为密切,淡水湖仅分布碎屑矿物,微咸水湖含有碎屑矿物和碳酸盐类矿物,盐湖含有碎屑矿物、碳酸盐类矿物和氯化物.风积砂样品中主要为碎屑矿物,占总矿物含量的90%,对湖泊沉积物的矿物组成影响较大,但对湖泊沉积物中的盐类矿物没有贡献,表明湖泊表层沉积物中盐类矿物主要是自生作用形成的.虽然本地区湖泊边缘的沉积物中盐类矿物种类相对较少并且含量较低,但其盐类矿物组成与分布能够响应湖水矿化度的变化,其环境指示意义与有径流补给的盐湖相同,可以指示其湖水的盐度.因此,可以从巴丹吉林沙漠地下水补给型湖泊沉积的盐类矿物中提取相应的古环境信息,用于恢复古气候和古环境的研究.     

Analysis of groundwater–lake interaction by distributed temperature sensing in Badain Jaran Desert,Northwest China

The Badain Jaran Desert is the second largest desert of China with a total area of 49 200 km². At least 72 perennial lakes are scattered throughout the desert, sustaining a unique desert–lake ecosystem. Groundwater of various origins was believed to play an essential role in maintaining those desert lakes, but hydrological measurements are lacking due to difficult field conditions. This study applied the distributed temperature sensing technique to continuously measure temperature variations in one of the desert lakes – the Badain Lake – to identify groundwater discharge to the lake based on the temperature differences between groundwater and lake water. Because temperature may be influenced by various unforeseen and temporary factors, it is critical to discern those factors that may affect the temperature such as solar radiation and vertical temperature stratification and to ensure that the temperature variations of the lake water as detected by the distributed temperature sensing are mainly caused by groundwater discharge. A time window was identified during which the groundwater discharge is the dominant factor that determines the temperature pattern of the lake water. The results show that the temperature near the eastern and southeastern lakeshore of the eastern Badain Lake is colder than the average, indicating that this area is the main groundwater discharge zone. Near the northwestern lakeshore adjacent to a sand dune, a weak cold abnormal area was identified, indicating that the sand dune is another recharge source to the lake through channelling the local precipitation toward the lake. The contribution from the sand dune, however, appeared to be less than that from the regional groundwater flow. This study provides the first identification of the temperature abnormal areas, which imply groundwater discharges into desert lakes and contributes to a better understanding of the unique desert–lake ecosystem. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Role of the Lakes in Groundwater Recharge and Discharge in the Young Glacial Area,Northern Poland

The aim of this research was to delineate characteristic hydrogeological lake types in the Young Glacial Area (YGA). The YGA is in the central and east part of the Kashubian Lake District (KLD) in Northern Poland, an area covered by deposits of Quaternary glaciation. All the bigger lakes were investigated in the area of about 1500 km² (39 lakes). The role of lakes in groundwater recharge and discharge was determined from total dissolved solids (TDS) in lake waters and also from groundwater flow simulation. The general trend was that gaining lakes, as determined by flow modeling, had higher values of TDS than losing lakes. In addition to typical gaining lakes (with TDS > 250 mg/l), there were losing lakes perched on glacial till deposits with very low TDS (<100 mg/l). Two groups of losing lakes were delineated: ones with very low TDS and another group with slightly higher TDS (due to local contact with groundwater). Flow‐through lakes with TDS of 170–200 mg/l were also delineated.     

帕隆藏布流域冰湖变化及危险性评估

冰湖作为区域气候变化的灵敏指示器和主要冰川灾害的启动器,认识其空间分布及变化特征对探讨冰湖对气候变化的响应规律及冰湖溃决危险性评估具有重要意义.基于1968-1980年地形图数据和1994-2016年Landsat TM/OLI遥感影像资料,综合利用RS、GIS技术和数理统计方法分析帕隆藏布流域面积≥ 0.01 km²冰湖时空分布及其动态变化,并对潜在危险性冰湖进行判别和评估.结果表明：2016年帕隆藏布流域共有冰湖351个,面积50.48 km²,且面积和数量分别以面积>1 km²和面积<0.1 km²的冰湖为主,这些冰湖主要分布于海拔2800~5400 m之间.近50年来帕隆藏布流域冰湖总体呈数量增多、面积增加态势;海拔<3000 m的冰湖相对稳定,而海拔>4500 m的冰湖数量和面积增加则相对迅速.近50年间帕隆藏布流域冰川面积减少591.34 km²,气候变暖导致的冰川末端退缩和冰川融水增加为冰湖形成和扩张提供了发育空间和物质来源.切毛措、光谢错等9个冰湖为潜在危险性冰湖,预计未来一段时间内帕隆藏布流域冰湖溃决可能处于活跃阶段,其形成和暴发也将更加频繁.     

巴丹吉林沙漠湖泊水分补给机制的模拟——以苏木吉林湖区为例

巴丹吉林沙漠气候干旱,蒸发强烈,与之形成鲜明对比的是沙漠腹地湖泊群的长久不衰,目前对于湖泊水分的补给来源仍存在争议.本文以水量均衡为基础,在苏木吉林湖区开展了降水、蒸发及湖水位和地下水位的动态监测,结合已有的水文地质资料建立地下水流动三维模型,重现湖区地下水位的季节动态变化,并基于模型进行水均衡分析.结果表明:苏木吉林湖区降水入渗补给量不足以平衡湖泊蒸发量,湖泊需要深层承压水的越流补给;湖水位和地下水位均呈现正弦曲线形态,11月最低,4月达到峰值,水位变幅分别为22和18 cm;湖区地下水多年平均总补给量为11620 m3/d,其中降水和承压水越流分别约占13%和87%,降水补给量夏季高、冬季低,承压水越流补给量季节变化不明显;承压水越流补给量可能主要来源于沙漠周边山区降水,未发现明显的水量亏空需要断裂导水来弥补.研究结果为巴丹吉林沙漠地下水资源分析及合理利用提供科学依据.     

Use of Hydrogeochemistry and Isotopes for Evaluation of Groundwater in Qilian Coal Base of China

The Jiangcang Basin is an important mining area of the former Qilian Mountain large coal base in Qinghai Province, and understanding the groundwater circulation mechanism is the basis for studying the hydrological effects of permafrost degradation in alpine regions. In this study, hydrogeochemical and multiple isotope tracer analysis methods are used to understand the chemical evolution and circulation mechanisms of the groundwater in the typical alpine region of the Jiangcang Basin. The diversity of the groundwater hydrochemistry in the study area reflects the complexity of the hydrogeochemical environment in which it is located. The suprapermafrost water and intrapermafrost water are recharged by modern meteoric water. The groundwater is closely hydraulically connected to the surface water with weak evaporation overall. The high δ³⁴S value of deep groundwater is due to SO₄ reduction, and SO₄²⁻-rich snow recharge with lixiviated sulfate minerals are the main controlling factor for the high SO₄²⁻ concentration in groundwater. According to the multivariate water conversion relationships, it reveals that the river receives more groundwater recharge, suprapermafrost water is recharged by the proportion of meteoric water, which is closely related to the mountainous area at the edge of the basin, while intrapermafrost water is mainly recharged by the shallow groundwater. This study provides a data-driven approach to understanding groundwater recharge and evolution in alpine regions, in addition to having significant implications for water resource management and ecological environmental protection in coal bases of the Tibetan Plateau.     

Stable oxygen and hydrogen isotopes as indicators of lake water recharge and evaporation in the lakes of the Yinchuan Plain

The Yinchuan Plain has more than 2000 years of history of irrigation by diverting water from the Yellow River. Currently, the amount of water diverted from the Yellow River is about 21.7 times the water formed on the plain as a result of precipitation and inflow of groundwater. Under the intensive influence of irrigation, the plain changed from a desert into a rich and populous area, earning its name as ‘South China Beyond the Great Wall’, with lakes scattered across the Yinchuan Plain just as stars in the sky. In this research, 17 representative lakes were sampled to analyze and study ²H and ¹⁸O content; the results showed that lakes on the plain have undergone obvious non‐equilibrium evaporation. Recharges of the lakes can be divided into three types: recharge from the Yellow River, from groundwater and from both of these. The Craig–Gordon non‐equilibrium evaporation model for isotope fractionation was used to estimate the evaporation proportion of each lake. The results showed that evaporation from lakes on Yinchuan Plain is generally extensive under the dry climatic conditions. Most lakes have an evaporation proportion of over 25%, with the largest originating from Shahu lake and Gaomiaohu lake in the northern part of the plain, at 42.5% and 42.8%, respectively. The evaporation proportions calculated on the basis of ¹⁸O and ²H are very close to each other. This shows that the method used in this paper is feasible for estimating the evaporation proportions of lakes in areas with a heavy anthropogenic influence. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.