变化环境下塔里木河径流变化及其影响因素分析

通过对塔里木河近50 a的年径流资料进行分析,得到变化环境下流域径流演变趋势,并从气候变化和人类活动两方面分因子探讨了其对径流变化过程的影响.研究结果表明,近50 a来塔里木河的径流过程发生了显著变化.源流出山口年径流量总体上呈增长趋势,特别是20世纪90年代以后,各源流普遍进入丰水期,但河流在出山口后,年径流量减少的趋势却趋于明显,且沿程递减幅度增大.从影响因素看,以气温上升和降水增加为特征的气候变化是源流径流量总体增长的主要影响因素,其中气温变化对流域蒸发的影响并不显著,但气温升高使冰川融水径流补给增长明显;降水增加对各源流径流变化的影响存在差异,可能与径流的补给类型有关.从流域整体看,人类活动是造成流域径流变化的主导性因素.水利工程的修建和水资源取用量增加极大地改变了流域的径流过程,塔里木河流域综合治理工程的实施对流域径流恢复产生了积极的正面影响.     

塔里木河中游径流变化分析

在多年水文数据的基础上,分析了塔里木河中游1957~2002年间径流年际变化及1992~2002年径流月际变化的特点、趋势及其原因和影响。得出1957~2002年间塔里木河中游径流不稳定、不平衡,并且径流呈逐渐减小的趋势,其主要原因是源流区和上游区大量引水所致;塔里木河径流月际变化呈明显的西北型河流的特点,在7~9月为洪水期,水量可占全年水量的79.31%,4~6月份由于农业用水,导致径流量下降。塔里木河径流的这些特点给水资源管理加大了难度。     

人类活动对土地沙漠化的影响研究——以塔里木河下游为例

塔里木河下游地区是干旱区中沙漠化进程最显著的地区之一。由于近50a以来人类不合理的开发活动,造成生态环境出现严重的退化。特别是以天然植被为主体的生态系统和生态过程因对水资源时空格局的人为改变而受到严重影响,造成环境恶化、天然植被全面衰败、沙漠化加剧。本研究主要从引起塔里木河下游沙漠化的原因入手,从整体、部分的关系进一步发现塔里木河下游流域沙漠化原因,运用3S技术和有关统计资料分析塔里木河干流区域人口增长、水资源利用对塔里木河下游土地沙漠化的影响途径以及影响程度。分析结果表明,新疆塔里木河下游土地沙漠化的直接成因是干流耗水量的增加和下游来水量的减少,而来水量的减少与上中游流域段耕地面积的增加有密切关系。人口数量的增长和耕地面积也有很大的相关性。进一步发现在塔里木河这样典型的内陆河流域,人口增长对耕地面积(在干旱区流域基本等同于灌溉面积)不仅有密切的关系,而且不同的流域段人口增长对耕地增大的驱动效果也不同,人口增长的驱动对下游土地退化的影响具有从源流向下游的传递性,下游的土地沙化主要通过源流和上中游人口增长对下游来水量的影响传递产生。     

不同水平年塔里木河流域灌溉面积超载分析

为探讨不同水平年塔里木河流域可承载最大灌溉面积及超载情况,该文依据水量平衡原理,以当地实际情况调用水原则为基础,计算出2010年和2020年塔里木河流域4条源流和1条干流(四源一干)可承载的最大灌溉面积及实际灌溉面积。结果表明:1)2010年四源一干实际灌溉面积有17.1×105 hm2,而流域可承载最大灌溉面积只有12.9×105 hm2,共超载了4.33×105 hm2,超载了33.6%,其中有4个流域超载严重,叶尔羌河、阿克苏河、开-孔河流域和塔里木河干流灌溉面积分别超载了21.0%、35.2%、84.6%、66.7%;2)与2010年相比,2020年预计只有3个流域超载而且各流域的超载比例均大幅度下降,超载面积总共减少了2.98×105 hm2,减少了68.86%。2020年环境承载力增加的主要原因可能在于:水资源利用水平提高和规划灌溉面积减少。该研究可为塔里木河流域绿洲规模的研究提供参考。     

近20年塔里木河干流区地下水埋深变化特征及其生态效应研究

基于塔里木河干流区近20年水文生态变化监测资料,研究了其地下水埋深时空变化特征与河道来水的相互关系及其生态效应。结果表明:塔河干流上中游段地下水埋深年度变化呈枯水期3—4月变幅在0.42～0.92 m,汛期7—9月变幅在1.06～3.67 m。经近20年的生态输水,2009—2017年9年间下游段地下水埋深平均抬升了3.75 m,地下水埋深随输水量的变化明显,总体上在输水停止后1月内达到峰值,而后逐渐降低,直至下一次输水才会明显回升。2009年之后的生态输水对下游植被恢复效果明显,下游NDVI平均值由0.05提升至0.15。本研究系统分析了塔里木河干流区生态输水以来区域生态环境对地下水的综合响应,可为区域水资源调控和进一步量化输水效益提供理论依据。     

近50年来塔里木河流域水域环境现状及其驱动力分析

根据塔里木河流域近50 a来的水文、经济资料,运用数理统计方法分析了自然驱动因子和人文驱动因子对塔里木河流域水域环境影响的贡献率。结果显示:塔里木河四源流在过去50 a出山口径流量没有减少,但汇入塔里木河干流的水量从20世纪50年代的50.27亿m³减少到2000年以后的46.05亿m³,并且出现干流断流长度增加、地下水位下降、水质矿化度升高等一系列问题。而导致这种恶化的直接原因是人类活动的干扰,如:耕地面积扩大,不合理的灌溉、垦殖、放牧等。因此,今后塔里木河流域在水资源利用和综合治理中,应特别关注人类活动的影响。     

塔里木河流域气候及径流变化特征研究

以塔里木河流域的26个气象站和8个水文站1961—2005年的观测资料为基础,对塔里木河流域的温度、降水,径流变化及它们之间的相关关系进行了分析。结果表明:塔里木河流域的年平均气温、降水量逐年代递增趋势。2000年后的平均气温与多年平均气温相比增加了0.75℃,增幅7.69%,其中平原区增幅大于山区;降水量增加了16.65mm,增幅17.89%,其中山区增幅大于平原区;在1961—2008年间塔里木河流域干流径流量逐年减少,2000年后平均径流量与多年平均径流量相比干流阿拉尔站减少了1.35亿m3,减幅为3.00%;叶尔羌河玉孜门勒克站增加了1.91亿m3,增幅为21.80%;和田河同古孜洛克站径流量增加了1.76亿m3,增幅7.88%;乌鲁瓦提站增加了1.75亿m3,增幅达8.06%;开孔河黄水沟站增加了0.58亿m3,增幅达19.48%;大山口站增加了5.43亿m3,增幅达14.33%。通过对20世纪80年代前后开孔河与叶尔羌河年平均径流与年平均气温、平均降水关系的分析发现,气候变化下温度升高对径流的影响较大,尤其是形成于塔北昆仑山水系的河流。     

塔里木河干流区人工绿洲系统发展水平研究

人口、耕地系统是干旱地区人工绿洲系统的两个关键子系统,其发展水平反映了人工绿洲的发展水平。塔里木河干流区人工绿洲系统的发展水平决定着塔里木河地区的可持续发展状态。以地均产值(由地均粮食产值、地均棉花产值及地均其他经济作物产值组成)为反映耕地生产力的指标,测度影响塔里木河干流上游、中游和下游地区耕地生产力的因素;以粮食人口承载力和耕地压力指数为指标,分析该地区人工绿洲系统发展水平。研究认为:1988～2007年,塔里木河下游地区的人类不合理活动,对干流区绿洲系统的可持续发展影响较大,表现在人口和耕地增加过快、种植结构不合理、粮食安全问题、耕地压力不断增加等方面。因此,塔里木河干流区的可持续发展不仅要关注上游和中游地区耕地开发利用的问题,更要关注与调控下游地区人口、耕地系统的合理发展。严格控制下游的人口和耕地面积扩张是塔里木河干流区可持续发展的根本;以粮食生产满足自给需求为前提,建立以棉花生产为主,兼顾粮食安全的种植业结构,是塔里木河干流区耕地系统持续产出的优良模式。     

人为干扰对塔里木河干流水文情势的影响

 结合塔里木河下游正在实施的生态应急输水工程,以输水年(2000年)前后干流不同测站的径流量以及下游地下水位的变化为基础,分析人为干扰后,塔里木河干流水文情势的变化。结果表明:由于源流区农业灌溉引水剧增,到达干流的水量逐年减少,进入塔里木河干流的水量20世纪50—90年代以0.2亿m3/年的速度递减,但90年代中期以后有略微增加的趋势;中游英巴扎的径流在输水年前后仍继续减少;下游卡拉站由于人工输水径流量呈增加趋势,从春季到初冬,径流量都大幅度增加,夏季洪峰流量是输水前的2倍,且在时间上有所推后。人工输水后,下游9个生态监测断面的地下水位发生较大变化。纵向上,从大西海子水库向台特马湖方向,地下水位抬升幅度呈逐级递减的趋势;横向上,各个断面的监测井水位呈波段式上升,且愈远离河道波动愈小,5次输水的响应范围达到1200 m。下游区生态输水的积极干扰,在一定程度上缓和了源干流上游区人为干扰的负面影响。应急输水工程产生了明显的生态效益。     

近40年塔里木河流域水沙演变及其空间分异特征

为探究塔里木河流域自然条件和人类活动改变造成的河流水沙变化,依据1980—2020年塔里木河干流阿拉尔站,源流玉龙喀什河控制水文站同古孜洛克站、叶尔羌河卡群站、阿克苏河新大河站和开都河焉耆站的实测径流和输沙资料,利用Mann-Kendall检验、Pearson相关性分析和Pettitt非参数检验等方法,分析了近40年塔里木河流域水沙演变及其空间分异特征。结果表明:在1980—2020年期间塔里木河流域同古孜洛克站、阿拉尔站、卡群站、焉耆站径流量显著增加,新大河站、同古孜洛克站、阿拉尔站径流量出现突变点,分别在1992年、1999年、2000年,突变后较突变前增长18.23%,18.10%,62.15%; 卡群站和同古孜洛克站的输沙量没有显著变化趋势,阿拉尔站、新大河站和焉耆站的输沙量都显著减少,突变点都在2001年,突变后较突变前降低36.73%,30.50%,68.31%。塔里木河水沙分布具有显著的空间差异,源流四站控制区的径流深存在南北空间上的差异,北部源于天山的阿克苏河和开都河径流深低于南部源于喀喇昆仑山的叶尔羌河和玉龙喀什河,从上游向下游输沙模数降低,径流主要受降雨和气温差距影响,而泥沙差异则是由于植被覆盖度变化。在上游三源流汇入干流的区间内,年平均消耗径流量98.21亿m³,径流深167.31 mm,淤积泥沙量4 424.15万t,淤积模数753.69 t/(km²·a)。对塔里木河四源一干径流泥沙实测数据的分析结果证明了塔里木河近期综合治理工程总体上取得了良好的生态环境效益。     

玛纳斯河流域冰川变化及水资源研究进展

玛纳斯河流域地处西北内陆干旱区,由于水资源制约社会经济发展和生态环境建设,近年来也取得了很多高水平的研究成果。按流域上游产流区和中下游消耗区对以往研究进行总结,以期对流域冰川变化及水资源方面有更清晰的认知,主要从冰雪覆盖变化、河川径流变化特征及其对气候变化的响应、径流变化的模拟预测、地下水、同位素、水资源的开发利用等方面综合概述了研究区水资源的研究进展。近半个世纪以来,玛河流域上游区开展了一些冰川野外考察工作,对流域冰川的形成、作用有了初步的认识,但缺少冰川变化方面的实测数据。在全球变暖的影响下,研究区冰川面积出现了不同程度的缩减,并导致冰川生态系统服务功能价值下降;近60年来研究区气温和降水都呈递增趋势,流域年径流变化受水文年降水量、夏季温度、永久性冰川雪地面积变化等综合影响,其中径流量波动上升与气温和降水呈正相关,流域主要依赖冰雪消融和地下水补给;流域水资源承载力呈现良性发展的态势,能够维持生态系统的正常功能。但研究区由于资源性缺水和生产生活用水不断加剧,水资源日益成为区域经济社会发展的制约因素,众多学者从不同层面提出了水资源开发利用和管理方面的对策和建议。但目前的研究中仍存在一些问题和不足,重点可以在流域冰川水资源的系统研究、建立冰川变化的定位观测体系和开展详细的流域冰川模拟预测研究,要在中下游区加强社会经济用水和生态用水的科学调配等方面展开进一步研究。     

基于可变模糊评价法的塔里木河流域水资源承载力研究

结合塔里木河流域2005年自然、社会和经济以及水资源资料,应用可变模糊评价模型对塔里木河流域水资源状况进行了评价研究。研究结果表明:(1)该方法能够科学、合理地确定样本指标对各级指标标准区间的相对隶属度、相对隶属函数,并且能够通过变化模型及其参数,合理地确定出样本的评价等级,提高对样本等级评价的可信度。(2)塔里木河流域水资源承载能力综合评价为2级,水资源开发利用已有相当规模,应由耗水型经济结构向节水型经济结构转变,并加强水资源的综合管理,以便科学、合理地利用流域内有限水资源。     

1994－2018年新疆塔河干流农作物播种面积时空变化及影响因素分析

基于农作物物候信息和多季相遥感观测等相结合的方法,分析沙雅县1994-2018年的农作物播种面积变化的时空特征,并从水资源要素、耕地与胡杨林转化等分析播种面积变化的原因。研究结果表明：1）沙雅县农作物播种面积在1994-2018年呈现增长趋势,尤其在2006年以后加速增长;2）渭干河灌区的播种面积空间上呈现由内向外、由碎片化向集中连片化的趋势发展,而塔河干流区播种面积增加的区域沿着塔河两岸不停游移;3）渭干河灌区农作物播种面积的增加与渭干河上游的来水量变化呈现较强的相关性,而塔河干流区二者相关性较低;4）塔河干流的胡杨林区每年被耕地侵占的面积呈现增长趋势,尽管2006年以后胡杨林保护措施不断加强,然而林区的农作物播种面积在2008年以后呈现增速加快的趋势,出现了被侵占的胡杨林未能恢复、新的胡杨林又遭破坏的现象。     

植被恢复对青海省北川河流域水循环演变趋势的影响

[目的] 研究植被恢复对流域水循环的影响,明确植被恢复条件下流域水资源的演变趋势,为指导干旱半干旱地区开展科学的植被恢复工作提供数据支撑。[方法] 结合青海省北川河流域植被覆盖变化及长序列气象、水文数据,分析流域尺度水循环要素的演变趋势,分析植被恢复对关键水循环要素演变的影响作用。[结果] 20世纪80年代以来,北川河流域丘陵山区植被覆盖快速增加,仅2000—2019年期间平均增幅14.98%,最大增幅52.2%。1956—2019年,流域年降水量相对平稳,但年径流量呈不显著衰减趋势,平均降幅1.60×10⁷ m³/10 a,流域生态用水量增加是造成径流衰减的主要原因;植被恢复改变了流域大气降水的时空分配,在空间上更多降水用于流域内部生态消耗,减小了对下游的水源供给量,在时间上更多降水参与土壤水—地下水循环,延长了向流域外的排泄周期;地表风速、水面蒸发量、干旱指数等气象要素显著降低。[结论] 植被恢复影响下,北川河流域生态用水量增大,径流量衰减,降水—土壤水—地下水循环过程的水量比例增加,流域水源涵养能力不断提高,半干旱的气候条件有所改善。     

黄河首曲气候变化及其对黄河断流的影响

利用黄河首曲气候资料和黄河上游年径流量资料以及黄河下游断流资料,分析了黄河首曲气候变化特征,气候变化对径流量的影响,黄河首曲气候变化与黄河下游断流的关系。结果表明,黄河首曲大部分区域降水量年际变化呈下降趋势,降水量的年际变化存在2~4,6~7,10~11 a的年周期振荡特征。黄河首曲气温年际变化趋势呈上升趋势,增温速度均大于全国增温速度。1983年之前气温距平以偏冷为主,1984年之后持续偏暖。唐乃亥年径流量存在4~5,14~16 a的年际周期振荡变化。降水量年际波动曲线与径流量年际波动基本一致。1990—1999年属高温少雨时段,也是径流偏枯时期。黄河首曲降水量与同期黄河下游利津站断流天数曲线呈明显的反相位分布,黄河上游关键区、敏感区气候变化对黄河水资源的影响重大。     

湘江流域岳麓山周边地区地表水体水化学特征及灌溉适宜性

[目的] 对湘江流域岳麓山地区地表水体进行水化学特征分析及灌溉适宜性评价,为该地区的生态环境保护及水资源综合管理的科学决策提供理论支持。[方法] 以岳麓山周边地区为研究区,从2020年12月至2021年11月采集降水、山涧溪水和湘江河水水样,利用Piper图、Gibbs图、端元图等方法,分析各水体水化学特征以及影响因素。[结果] 降水主要阴阳离子为Ca²⁺,K⁺,SO^2-₄和NO^-₃,无明显水化学类型;山涧溪水主要阴阳离子为Ca²⁺和NO^-₃,主要水化学类型为Cl-Ca·Mg型和Cl-Ca型;湘江河水主要阴阳离子为Ca²⁺和HCO^-₃,主要水化学类型为HCO₃-Ca型。山涧溪水主要受大气降水输入和碳酸盐岩风化控制;湘江河水受碳酸盐岩风化作用影响较大。[结论] Na⁺离子含量,SAR和RSC指标以及其绘制USSL图和Wilcox图分析结果较好,山涧溪水和湘江河水适合用于灌,不易引起盐害或碱害。     

2000-2010年塔里木河流域气候特征及其变化趋势

[目的]分析塔里木河流域气候特征及其变化趋势,为该流域后续治理及生态经济发展提供科学指导.[方法]利用塔里木河流域44个气象监测站的气象要素观测资料,采用Excel和SPSS 11.0软件进行气象数据分析,利用ArcMap 10.0和Surfer 8.0软件进行制图,对该流域2000-2010年的气候特征及其变化趋势进行分析和研究.[结果]塔里木河流域气候条件极其恶劣,气候类型受地貌类型和地形条件制约,以干旱和极干旱气候为主,分别占流域总面积的73.16％和15.97％;年均气温、年日照时数、年降水量和年蒸发量以夏季最高,年均相对湿度以秋冬季较高,大风主要发生在春季和夏季;各气象要素的空间分布特征受到地形地貌特征的影响,基本遵循以塔里木盆地为中心,向外围逐渐发生变化的总体规律.[结论]近10a来,塔里木河流域的年均气温、年降雨量、年日照时数及年平均风速呈上升趋势,而年均相对湿度、年蒸发量则呈下降趋势.     

黑河上游天涝池流域生长季降雨和气温对河川径流的影响

西北干旱区的水资源短缺问题日益突出,但黑河上游高寒山区河川径流相关的精确水文资料稀缺,开展观测和研究其变化规律尤为必要。选择黑河上游天涝池流域为研究区,通过逐日观测2016年、2017年、2019年生长季河川径流量、降雨量和气温数据,采用相关分析和多元线性回归方法,分析了降雨和气温要素对河川径流的影响。结果表明:生长季内月均径流量明显滞后月均降雨量和月均温,三者均呈现出单峰变化趋势; 河川径流对降雨的平均滞后时间约为7.5 d。生长季内月均降雨量、月均温与月均径流量的Pearson相关系数分别为0.69,0.87(p<0.01),拟合多元线性回归模型的R²为0.772。研究显示该流域内降雨和气温较好地解释河川径流量的变化,结果可为黑河上游山区的河川径流响应过程提供参考依据。