生态保护和植树造林对黑河流域河川径流的影响

黑河流域是密云水库上游潮白河水系的重要组成部分。从20 世纪80 年代开始,国家在黑河流域开展了大 面积的生态保护和植树造林活动。为正确认识植树造林等活动对流域水资源的影响,本研究利用20 世纪80 年代 和2000 年两期土地利用数据和流域1959～2000 年降雨、径流资料,分析了生态保护和植树造林活动影响下的流域 河川径流量的变化情况。研究结果表明：1959～2000 年黑河流域年降水量和河川径流量年际变化较大,但整体变化 趋势性不显著;黑河流域以林地、草地和耕地面积为主,从20 世纪80 年代到2000 年林地面积增加了8x10²hm²,草 地和耕地面积分别减少了7x10²hm² 和1x10²hm²;1980～2000 年开展植树造林活动期较1959～1979 年多年平均径流 系数下降了4.1%;1980 年后20 年的生态保护和植树造林活动对河川径流量的影响为- 0.3mm/hm²,且有丰水年份 对流域河川径流量影响最大,平水年次之,在枯水年份对流域河川径流量影响最小的现象。     

景观空间异质性对地表水质服务的影响研究——以河南省伊河流域为例

人类干扰使景观空间异质性发生了剧烈变化,进而对生态系统服务产生了严重影响。目前,针对景观空间异质性与生态系统服务的关联关系研究还较为薄弱。以河南省伊河流域为研究区域,以地表水质服务为研究对象,分析了地表水质服务的空间变化;通过以水质采样点为中心建立缓冲区,分析了不同尺度下的景观空间异质性特征,并与地表水质指标进行相关性研究,以探讨景观空间异质性与地表水质服务间的影响规律及响应机制。结果表明：① 研究区地表水质状况整体上为西南、东北部较差,中部较好;② 从景观组成来看,林地面积占比或斑块个数的增加有利于地表水质的提高;③ 类型水平上,林地的景观构型与化学需氧量的质量浓度在200 m半径缓冲区内显著相关（P<0.05）,城镇用地的景观构型对地表水质的影响则在2000 m半径缓冲区内更为明显;④ 景观水平上,总磷的质量浓度受到景观构型变化的强烈影响（P<0.05）,景观构型异质性越低,总磷的质量浓度就越高;⑤ 适当增加景观空间异质性可有效降低地表水质污染物的质量浓度,提高地表水质服务。研究结论可为伊河流域的空间开发及水环境保护政策的制定提供科学依据。     

土地利用类型转换对地表能量平衡和气候的影响——基于SiB2模型的模拟结果

利用SiB2 模型对中国东北地区农田、草地和森林3 种土地利用类型的地表能量平衡过程展开研究,分析不同土地利用类型对生物地球物理参数（反照率和粗糙度）、能量平衡（净辐射、潜热和显热）和气候（冠层温度）的影响。结果表明：①模型模拟的地表能量平衡与实测数据的年变化动态相似（R²>0.42）,差值保持在±30 W/m²,温度在±4 ℃。②利用相同气象数据模拟不同土地利用类型通过生物地球物理过程对地表能量平衡和气候的影响,发现森林吸收的净辐射最高且主要用于潜热分配,农田的净辐射最低且主要用于显热分配,草地净辐射和能量分配居中。③生态系统获得的净辐射主要受反照率的影响,净辐射分配受叶面积指数的调节。④冠层温度（℃）受反照率和净辐射在潜热和显热间分配的相对重要性的影响：年平均值为森林（7.7）>农田（7.64）>草地（6.67）。⑤降水对模拟结果有显著影响,是森林模拟差异的主要原因。在不同土地利用类型中,降水增加土壤水分,净辐射更多分配到潜热,较少分配到显热,降低冠层温度。     

黑河中游非均匀地表能量通量的卫星遥感参数化

对黑河中游非均匀地表区域地表能量通量和蒸发(或蒸散)的研究是一个十分重要但又是一个难点问题。文中提出了2个基于卫星遥感和地面观测的参数化方案,并把其用于黑河中游地区。同时利用2个景的陆地资源卫星Landsat TM资料进行了分析研究,得到了一些有关非均匀地表的沙漠化地区的区域地表特征参数、植被参数和地表能量通量的新概念。文章最后还讨论了所提出的参数化方案的适用范围和所需的改进之处。     

黑河中游灌区水价探讨

在实施黑河流域治理中,建设节水型社会农业节水极为关键。水价是促进节水灌溉的最重要经济手段。为此,在对黑河中游各灌区现状水价调查的基础上,分析了各灌区现状水价水平及用水户对水价的承受能力,并提出了有关调整农业灌溉水价试行的建议:试行累进制水价、季节浮动水价达到流域节水目的。调查分析表明:各灌区现状水价偏低,达不到成本水价。农户可承受的水价水平为0.12元·m-3。累进制水价以0.12元·m-3为基价,以净灌溉定额作为用水基数。季节浮动水价在春灌期及冬灌期,水价取0.15元·m-3,其余月份取0.08元·m-3。     

利用ASTER资料估算黑河中游沙漠和绿洲地区夏季地表温度

利用美国宇航局地球观测系统EOS-Terra卫星所搭载高级空基热发射反射辐射计(ASTER)5个热红外通道遥感资料,并结合三种地表温度反演算法和可见近红外信息,估算2003年夏季黑河中游地区沙漠和绿洲景观下地表温度空间分布。分析发现三种方法估算的地表温度比较接近,且反演值与地面观测值较为一致,能够作为陆面过程研究输入数据。其中,估算的水体温度主要介于19.0~21.0℃,绿洲内农田温度分布于27.0~29.0℃,荒漠戈壁地表温度分布于40.0~60.0℃;在绿洲内,由植被覆盖度参数化比辐射率方法（Pv方法）所估算地表温度值最低,Alpha导出比辐射率方法(ADE方法)估算值最高,由温度比辐射率分离方法(TES方法)估算值介于二者之间;荒漠戈壁区域Pv方法地表温度估算值最高,ADE方法估算值最低,TES方法估算值仍然介于前两者之间;绿洲和荒漠戈壁均具有较大地表温度空间变率。利用有关比辐射率光谱库地物观测数据拟合出一个经验公式以获取地物宽通道比辐射率。分析计算表明,地物目标在较大地表环境温度变化范围内,利用地物宽通道比辐射率计算地表长波辐射最大绝对误差不超过8.0 W·m-2。     

黑河分水后中游地区LUCC监测

以2000年Landsat ETM和2005年的Landsat TM数据为信息源,通过人机交互方式提取了两期黑河流域中游地区土地利用/覆被数据。在此基础上,结合研究区的社会经济统计资料和气象观测资料,分析了黑河流域中游地区近5 a来土地利用/土地覆被变化（land use and land coverage,LUCC）的时空变化格局和土地利用类型转变的趋势及其驱动力。结果表明,5 a间耕地和居民用地面积分别扩大了6.95％和9.78％,草地和林地都有相应的减少。尤其是水域和未利用土地,分别减少了1.70％和0.88％,黑河流域生态环境有总体变差的趋势。驱动力分析表明,环境变化是人文因素和自然因素共同作用的结果,并且人为因素占主导地位,在此情况下,本区生态环境存在着继续恶化的潜在危机。     

黑河流域中游绿洲边缘地表水和地下水水化学特征分析

以黑河流域中游典型绿洲边缘地表水（水库水、河流水）和地下水为研究对象,选取2005—2013年地下水和地表水水化学离子连续监测数据,综合运用描述性统计、Piper图、Gibbs图、离子相关性等方法,对水化学类型及其控制因素进行系统分析。结果表明：① 在2005—2013年地下水总溶解固体（TDS）呈上升趋势,而地表水（河流水和水库水）TDS呈下降趋势,同时,地下水TDS显著高于地表水;② 在年际尺度,地下水离子浓度均随时间增加而显著升高,而河流水和水库水离子整体呈下降趋势;在年内尺度,地下水NO₃^?离子浓度呈现8月显著高于5月的特征,河流水Ca²⁺、SO₄^2?离子浓度8月高于5月,而水库水所有离子含量5月高于8月;③ 在2005—2013年,地表水和地下水水化学类型变化：地表水水化学类型在2005—2009年由HCO₃^?-SO₄^2?-Ca²⁺-Mg²⁺ 转变为HCO₃^?-Ca²⁺-Na⁺,而2009—2013年水库水转变为HCO₃^?-SO₄^2?-Ca²⁺-Mg²⁺,河水转变为HCO₃^?-SO₄^2?-Ca²⁺-Na⁺;地下水水化学类型由HCO₃^?-SO₄^2?-Ca²⁺-Mg²⁺ 型转变为SO₄^2?-HCO₃^?-Ca²⁺-Na⁺-Mg²⁺ 型;地表水和地下水中SO₄^2?、NO₃^?变异系数最大,是随环境因素变化的最主要敏感离子;④ Gibbs图表明,地表水和地下水中离子主要来源于岩石风化作用,方解石、白云岩等碳酸盐岩或硅酸盐岩矿物的风化溶解是该地区离子主要来源。     

干旱区土地利用的地下水水文效应分析--以黑河中游地区为例

土地利用变化的环境效应日益引起人们的关注,其中的水文效应已成为重点研究区域。随着社会经济的发展。土地利用对地下水系统的影响问题越来越受到人们的关注。地下水是西北干旱区的水资源的重要组成部分,对绿洲的土地利．咐有着制约作用。通过实地调查取得数据,并对历史文献进行追索,采用相关分析方法与定量计算方法相结合,分析黑河中游土地利用方式对地下水循环途径及水量、水质变化的影响。以及通过分析城镇化、农业及工业发展等土地利用方式变化对地下水的影响机制。得出以下结论：土地利用方式改变了地下水循环路径和水质,尤其是随着工业化和城镇化速度的加快、农业用水方式的变化,都改变了地下水系统的天然循环路径和方式;地下水位下降对绿洲周围荒漠植被产生巨大影响。是造成天然荒漠植被衰退的主要原因,绝大部分地区的地下水位普遍比20世纪50年代后期下降了3～5m;工业污染、农用杀虫剂及过量施用化肥是地下水最主要的污染源。针对干旱区内水文循环速度慢,对各种污染物的自净能力弱的特点,提出保护地下水资源是干旱区水资源合理开发的重要前提;同时应加强地下水资源的动态监测,加强污染土壤和地下水的调查及治理技术的开发,积极开展土地利用与地下水水文效应的模拟研究。     

干旱区绿洲荒漠带土壤水盐异质性及生态环境效应研究——以黑河中游张掖绿洲为例

对黑河中游地区典型绿洲的土壤含水量与含盐量分析表明,在无灌溉情况下,绿洲及绿洲边缘过渡带表层土壤含水量水平分异明显,由绿洲区的20%左右递减到绿洲荒漠生态过渡带的2.9%。绿洲荒漠带土壤水分变化反映了人类利用绿洲水资源的程度,在绿洲地下水资源开发过度和绿洲边缘人类活动剧烈的区域均存在着生态裂谷,对绿洲生态系统的稳定极为不利。绿洲荒漠带土壤可溶性盐分含量的水平分异表现为绿洲土壤可溶性盐分含量比绿洲荒漠生态过渡带和荒漠区低;绿洲界外区不同荒漠类型土壤含盐量变化不同,在绿洲外围沙质荒漠区,土壤含盐量较低,在绿洲外围砾质荒漠（戈壁）区,土壤含盐量明显高于绿洲区;荒漠区土壤含盐量的垂直变化表明,含盐量最高的聚集层一般不在表层,而在40～60 cm的亚表层。受土壤水盐分异的影响,绿洲外围荒漠植被类型出现分异,从高位绿洲到中位绿洲,外围区荒漠植被的耐旱性和耐盐性均增加。     

黑河流域中游盆地地下水补给机理分析

分析地下水水循环机理是有效评价地下水资源量和合理开发利用地下水资源的前提。对此,利用皮帕尔（Piper）图解法分析地下水的水化学特征类型,结合区域构造水文地质和环境同位素,分析黑河中游盆地内不同地区的地下水补给机理。结果表明,位于黑河较上游地区两个相邻山前冲洪积扇之间的地下水水力联系微弱,分别来自于不同的补给来源;不同区域的黑河沿岸地区,受地理地形控制,地下水补给来源存在显著差异;以榆木山隆起相隔离的张掖盆地和酒泉盆地,地下水水化学特征和同位素存在显著差异,处于不同的地下水补给单元;利用放射性同位素氚含量,初步估算出不同地区地下水的更新期,其地下水年龄均低于32 a。为合理开发利用黑河中游地下水资源、保护脆弱的生态环境提供科学依据。     

SEBS模型在黑河流域中游的应用及参数敏感性分析

干旱区的蒸散发（ET）研究对干旱区的水资源管理和生态系统恢复具有重要意义。本文基于SEBS模型和参考作物蒸散量估算2009年3—9月黑河流域中游地区蒸散发。使用涡度相关蒸散数据验证表明,SEBS模型能够有效估算黑河流域中游的蒸散发。从各月的ET分布状况来看,区域平均ET有着明显的月变化;植被生长季内ET总量空间分布差异大,在23.4~752.6 mm之间,区域平均值为428.7mm。通过对SEBS模型参数敏感性分析发现,SEBS模型对地面温度最为敏感,其次是空气温度,再者是风速和反照率,对NDVI和空气湿度的敏感性最小。     

黑河上游水系发育特征分析

对黑河上游山区部分的水系发育特征进行了分析。在1:250 000比例尺的地形图上,黑河河道可以划分为五级。根据Horton的地貌关系统计结果,黑河水系特征不都服从于Horton的河道定律。河道数量定律适用于本地区,但河道分岔比较高。河道长度定律不适用于本地区,在半对数纸上,平均河道长度的累计值与河道级序有较好的直线关系,而河道总长度与级序则呈双对数直线关系。河道频率及河网密度与河谷局地气候呈正相关,湿润气候条件下,河道频率与河网密度较大;反之,干旱气候条件下,河道频率与河网密度较小。但河流的产流则与区域降水量有关。河川径流的泥沙含量与河流切割程度呈正相关,祁连山北坡河流的泥沙主要来源于横向深切河谷。