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。     

黑河流域水资源的统一管理与承载能力的提高

黑河流域中、下游水资源利用矛盾十分尖锐，利益调整也极为复杂，1999年成立了黑河流域管理局，为实现以流域为单元，进行统一规划、统一调度、统一管理，建立权威、高效、协调的流域管理体制创造了条件，并在2000年和2001年实施“全线闭口、集中下泄”全流域水资源定量分配。实践证明只要掌握山区水资源动态、实施退耕还林还草与退水、从农业节水开发流域水资源潜力，完全可以取得成功。尽管在实施国务院批准的跨省区的分水方案时，还存在诸多困难，但只要加紧采取“保护上游、整治中游、拯救下游”的综合治理、强化全流域水资源统一管理、加快流域全面节水步伐、加大科技投入等四方面措施，就能突破流域水资源瓶颈障碍，力求不增加流域消耗水量，而达到经济增长，并使流域生态系统逐步走向良性循环。     

黑河流域水资源管理方式的初步探讨

从持续发展的角度,在认识到水资源经济价值和环境价值的基础上,对黑河流域水资源的管理方式进行了初步探讨。认为：（１）水资源环境价值部分的管理应主要通过政论的干预,在制定下策法规时增加资源环境约束来热行;（２）水资源经济价值部分的管理应主要借助市场的力量,以政论干预的宏观调控措施为辅进行管理。在分析当前几种水价制定的利弊后,对推行一种新的水资源管理模式（可交易取水许可证）的可能性进行了探讨。     

黑河流域水资源承载力分析计算与对策

根据干旱区水资源开发利用阶段可用水资源的计算方法和内陆河流域社会经济发展及其需水预测,分析计算了黑河流域中游地区的水资源承载力。结果表明,当完成水资源开发利用第二阶段,可用水资源在首先保证未来50 a内流域中游地区人口、环境和工业等部门发展的需水后,农业灌溉用水的总量将还有所增加,水资源不会成为社会经济发展的制约因素,可以使绿洲和农业走可持续发展道路。但东干流中游张掖盆地,因要在下世纪初完成分水指标,在下世纪的前20 a农业灌溉用水有缺口,但只要加大农业节水力度,在此期间提前完成农业节水目标的60%,就能顺利渡过今后20 a的社会经济快速发展时期。如果在2050年能按计划完成流域社会经济发展的预测目标,则届时流域人均国内生产总值将超过一万美元,可以达到世界中等发达国家的水平。     

近50 a来黑河流域水资源问题与流域集成管理

 基于黑河流域器测水文等资料,分析了近50 a来黑河流域水资源形成区——上游山区水资源变化的历史背景和趋势、平原绿洲-荒漠耗水区3个循环带水资源时空变化及区域耗水特征,以及水资源管理政策变化下的流域中下游水环境问题和社会经济系统水循环过程中的水问题,探讨了解决内陆河流域水问题的水资源集成管理和区域可持续发展对策。     

河西地区黑河流域水资源空间组合与优化利用研究

对黑河流域水资源的组成类型和时空分布特征进行了分析 ,以降水补给为主的地表径流 ,季节变化大 ,是作物春季形成“卡脖子旱”的主因。上游山区来水量多年平均无大的变化 ,某些时段的偏枯或偏半是正常水主序列的必然变化过程。但进入下游地区的水确有明显的递减趋势 ,制定合理的分水方案势在必行。实施节水灌溉技术 ,提高水资源有效利用率 ,强化水资源的统一管理 ,是实现水资源优化利用的有效途径。     

黑河流域水资源动态变化与绿洲发育及发展演变的关系

通过探讨流域及绿洲发育及其发展演变的水资源动态变化的特征,阐明它们之间的独特关系,并以此来揭示绿洲系统发育的河流流域地带性问题及特征。研究表明,本区水资源动态变化主要在径流形成、利用和消失三个区域内具有依次性体现的特征。其中占总流域面积10%左右的河川径流形成区,对全流域的水资源动态变化具有先决性作用,并在各个区域水动态变化体现上又受到系统对水的吞吐、留存、蒸散和转化能力大小的影响。因此,河流流域是地域分异现象中通过水流作用所体现出的水平地带性与垂直地带性的一种交汇,同时也是地带性与非地带性系统分异的主要区域。作为河流流域地带发育的绿洲系统,其发展演变规律和特征是相当独特的,如开放性、动态性、脆弱性以及资源有限性等。其中有限的水土资源及其动态变化是制约区域内各层次流域发展及绿洲系统发育的关键,并在不同区段上存在着显著差异性,且彼此间常体现出互为依存、互为消长的依次性制约关系。如水资源量的多寡、质的优劣和时空动态变化及分布、以及人为作用等决定着绿洲类型体现和规模分布、发育层次及阶段或发展演变过程及趋势、和社会经济价值体现等。     

博弈理论在水资源管理中的应用——以黑河流域为例

区域的地理差异使得水资源在分布上时空不均,造成水资源供给的有限性;用水主体的开发利用和效率低下使得水资源呈现过量需求,造成不必要的浪费,此两者成为了水问题产生的主要原因。博弈理论应用的目的就是通过博弈分析寻找主体之间的博弈均衡点,实现博弈主体之间的效率与利益的最大化,选出最优策略组合。本文将博弈理论应用于水问题突出的黑河流域,通过对中游地区、下游地区和流域管理局3个主体之间的博弈分析得出流域管理局的介入和中游采取合作态度成为了解决水问题实现流域可持续利用的可行性策略。为了使中游地区采取合作态度,政府可以通过制定政策与奖惩措施来控制中游地区的行为,实现流域内部的生态效益与经济效益最大化,达到区域间的合作共赢。     

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。     

黑河流域土壤退化研究

在黑河流域干旱土纲中采集5个典型土壤剖面以研究该地区干旱土壤的演化。同时，为了了解土壤养分含量、土壤干旱化和土壤盐化的变化趋势，测定了高台县西北盐池地区主要盐土类型各剖面中的盐分含量和流域内主要土类中水分含量的分布。结果表明，干旱区内陆河流域土壤的退化主要表现为干旱化、盐渍化和土壤肥力的退化。在流域内干旱化随流域上中下游降水量和干燥度的变化而变化，土壤随距河流的距离及地下水位的高低而变化。流域内土壤从潜育土向雏形十、干旱雏形土和干旱土的方向变化。盐渍化与土壤水分含量和地下水位有关，并与水分的蒸发有密切的关系。在一定范围内，距水源越远，盐分含量一般越高。土壤肥力的退化表现为土壤有机质含量降低，阳离子代换量降低等理化性质的退化，这一退化过程是其它过程的综合反映。质地的退化虽受风沙化的影响，但与土壤的形成母质有一定的关系。     

Integrated hydrologic modeling in the inland Heihe River Basin, Northwest China

As a typical inland river basin in arid Northwest China, having distinct hydrological characteristics and severe and representative water problems, the Heihe River Basin (HRB) has attracted considerable research interest worldwide and in 2007 became a pilot basin of the G-WADI network of UNESCO/IHP. Many research programs have been conducted in the HRB since the 1980s, producing rich knowledge and data about the basin, which will be very helpful to further studies. This paper reviews research efforts related to hydrologic modeling and ongoing model integration studies performed in the HRB in recent years. Recently, an observation network covering the whole area and a Web-based data-sharing system have been established which can greatly improve data acquisition. This paper tabulates modeling activities in past years, including model applications, model modifications and enhancements, and model coupling efforts. Also described is a preliminary modeling integration tool designed to quickly build new models, which has been developed for hydrologic modeling purposes. Challenges and issues confronted in current studies are discussed, pointing toward key research directions in the future.     

Quantifying landscape structure of the Heihe River Basin, north-west China using FRAGSTATS

We have compiled landscape map of the Heihe River Basin based on the land-use map using geographic information systems. A total of six ecoregions was delineated. Various landscape metrics of each zone, including area, patch density and size, edge, shape, nearest-neighbor, diversity, and contagion and interspersion metrics were calculated using the landscape structure analysis program FRAGSTATS. The results indicated that the landscape pattern of the Heihe River Basin is mainly controlled by the distribution of water resources. The landscape structure in the mountainous area of the Heihe River Basin shows a high continuity and complex patch shapes. The landscape structure of the oasis area shows the most complex landscape structure, the richest patch types, and the highest diversity. The oases are distributed along rivers and artificial channels, and are heterogeneous mosaics embedded in the desert landscape matrix. The landscape structures of oases in different zones vary greatly. In the oasis zone in the Hexi Corridor, the artificial oasis, dominated by irrigated farmland, is one of the most important landscape elements. Conversely, in the Ruoshui River Delta zone, the patches are fragmented and the landscape is easily disturbed. In the transitional belt between oasis and desert, the patch types are meadow, salinized meadow, salt desert, and marsh, which are fragmented and distributed in clusters. These patch types reflect the biodiversity in the arid region and play an important role in resisting the desertification in the area, suggesting they must be protected carefully. In the desert area, such as the northern Alxa High Plain, the bare gobi is a landscape matrix with absolute dominance and very high contagion, while other landscape types in the zone are heterogeneous mosaics embedded in the matrix with very small percentage.     

黑河流域环境退化特征分析及防治研究

生态环境条件的好坏,是制约我国社会、经济和人民生活可持续发展的重要问题之一,特别是在生态环境脆弱的西北干旱区的内陆河流域。本文以黑河流域为例,根据最新的野外调查数据,结合该流域已有的研究文献资料,分析了黑河流域生态环境退化的现状和主要特征。研究结果表明,黑河流域生态环境退化主要是由于人类不合理的经济活动造成的,具体表现在土地的沙漠化、水资源的变化、土壤盐渍化和植被退化等方面。在此基础上,初步提出了防止流域生态环境恶化的综合治理对策。     

RS analysis of glaciers change in the Heihe River Basin,Northwest China,during the recent decades

The Heihe River Basin is the second largest inland river basin in Northwest China and it is also a hotspot in arid hydrology, water resources and other aspects of researches in cold regions. In addition, the Heihe River Basin has complete landscape, moderate watershed size, and typical social ecological environmental problems. So far, there has been no detailed assessment of glaciers change information of the whole river basin. 1：50,000 topographic map data, Landsat TM/ETM＋ remote sensing images and digital elevation model data were used in this research. Through integrated computer automatic interpretation and visual interpretation methods, the object-oriented image feature extraction method was applied to extract glacier outline information. Glaciers change data were derived from analysis, and the glacier variation and its response to climate change in the period 1956/1963–2007/ 2011 were also analyzed. The results show that：（1） In the period 1956/1963–2007/2011, the Heihe River Basin＇s glaciers had an evident retreat trend, the total area of glaciers decreased from 361.69 km2 to 231.17 km~2; shrinking at a rate of 36.08%, with average single glacier area decrease 0.14 km~2; the total number of the glaciers decreased from 967 to 800.（2） Glaciers in this basin are mainly distributed at elevations of 4300–4400 m, 4400–4500 m and 4500–4600 m; and there are significant regional differences in glaciers distribution and glaciers change.（3） Compared with other western mountain glaciers, glaciers retreat in the Heihe River Basin has a higher rate.（4） Analysis of the six meteorological stations＇ annual average temperature and precipitation data from 1960 to 2010 suggests that the mean annual temperature increased significantly and the annual precipitation also showed an increasing trend. It is concluded that glacier shrinkage is closely related with temperature rising, besides, glacier melting caused by rising temperatures greater than glacier mass supply by increased precipitation to