湖北省水资源环境与经济发展耦合关系时序特征研究

【目的】评价湖北省水资源环境与经济发展耦合协调水平,提出合理建议。【方法】运用耦合协调度模型分析了湖北省2006-2017年水资源环境与经济发展耦合关系时序特征。【结果】2006-2017年,湖北省水资源环境综合指数整体呈波动上升趋势,经济发展综合指数呈线性增长趋势。湖北省水资源环境与经济发展耦合协调度表现为线性增长趋势,且具有阶段性,2006-2010年和2011-2017年分别为经济发展滞后于水资源环境水平的过渡发展阶段和水资源环境滞后于经济发展的协调发展阶段,2017年水资源环境与经济发展达到良好耦合协调。【结论】为实现水资源环境与经济发展的优质耦合协调发展,湖北省重视经济转型升级和城镇生活污水控制。     

根河流域1980-2017年气候和径流的变化特征分析

根河流域处于我国寒温带地区,气候和自然环境较为特殊,分布着大面积冻土,对于气候变化非常敏感。【目的】通过分析根河流域气象要素和径流的变化,探讨气候和水文之间的相互关系,为该流域的水资源科学管理提供理论依据。【方法】以额尔古纳水系根河流域为研究对象,利用M-K检验和Hurst指数等方法,分析根河流域1980-2017年气象要素和径流的变化趋势及相互作用关系。【结果】①根河流域年平均气温在1980―2017年,共上升了1.10℃,在α=0.01的水平上呈上升趋势,且上升趋势有较强的持续性(H=0.75)。其中,生长季的气温变化最为强烈(Z=4.63)。②根河流域生长季降水量占年降水量的85%,趋于下降趋势,下降幅度为1.68 mm/a。③根河流域始冻期和完全冻结期的空气相对湿度分别α=0.001和α=0.01的水平上显著下降,且下降趋势有很强的持续性(H=1.0),变化幅度为0.05%/a。④根河流域径流量趋于下降趋势,在1997年和1999年发生突变,不年降水量发生突变的时间基本吻合,且降雨不径流的变化趋势一致,相关性分析表明,降雨不径流的相关系数为0.91。⑤根河流域径流量不年均气温相关系数为0.50,气温主要以增加流域各因子的蒸散发以及土壤和河流冻结、融化的时间或面积来影响流域径流量。【结论】根河流域降水量和径流在1980―2017年没有很大的变化趋势,气温呈猛烈的上升趋势,流域气候整体上趋于夏季越来越干冷,冬季干热的趋势。     

塔里木河流域产水量时空分布及驱动因素分析

【目的】研究区域产水量时空变化及其驱动因素,为区域水资源的调配与管理提供理论支撑。【方法】利用In VEST模型模拟了2000―2015年和田河流域、开都-孔雀河流域和叶尔羌河流域产水量的时空分布并对驱动因素进行了分析。【结果】空间上,各流域多年平均产水量均集中分布在流域上游地区,平均产水量多在30 mm以上。2000―2015年和田河流域和开都-孔雀河流域产水量以下降趋势为主,而叶尔羌河流域则相反。降水对流域产水功能起着关键作用,和田河流域、开都-孔雀河流域和叶尔羌河流域产水量与降水呈显著相关性的面积占比较大,分别为73.99%、88.49%和71.11%。气温和降水是影响各流域产水量空间分布的主导因素,其q值都在0.4380以上;各流域两两因子之间的交互作用都存在着非线性增强;和田河流域人口密度与GDP、开都-孔雀河流域相对湿度与太阳辐射和风速、叶尔羌河流域GDP、人口密度与相对湿度之间差异显著。【结论】西北干旱区内陆河典型流域产水量主要受气温和降水的影响。     

滇池流域NDVI动态变化特征及其对气候的响应

归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）是反映森林植被变化的重要参数,分析滇池流域NDVI的变化趋势及其影响因素,对准确评估该流域近年来植被覆盖及变化情况,分析气候驱动力因素具有重要意义。采用两种数据集:中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台2000—2015年的全国合成产品;美国国家航空航天局2020—2021年的MOD13A2产品。使用趋势分析法分析滇池流域NDVI的年际和年内变化。在中国气象数据网下载1999—2015年滇池流域降水和平均气温的数据,结合NDVI数据,分别分析NDVI与降水、温度的相关关系。研究结果表明,2000—2015年间滇池流域年际和年内的春季、秋季及冬季NDVI均呈增长趋势,而年内夏季NDVI呈下降趋势。但2020年滇池流域NDVI较小,且在年内呈季节性变化趋势。滇池流域不同区域植被空间分布差异明显,整体上呈现由南向北,由西向东逐渐增大的变化趋势。NDVI较高的地区集中在流域上游,而水体及其周围地区植被覆盖较低,且水体及其周围的NDVI呈减小的趋势。滇池流域的降水量和平均温度均呈波动性变化,且2000—2015年的降水量呈明显的下降趋势。通过相应的偏相关分析发现,降水量和平均气温对NDVI均表现出正相关关系,并且相关性最强的是前期（气象因素相比于NDVI提前一个季度的时间）情况的平均气温和NDVI。总体上,2000—2015年滇池流域的NDVI在时空上呈增长趋势,但2020年滇池流域的NDVI较小;在气候响应方面,3个月前的平均气温变化对NDVI的变化起主要影响作用。      

滇池流域气候变化及与水资源利用的关系

利用昆明站1953-2000年的逐日气象数据、滇池1961-2004年月平均水位流量、海口和蔡家村水文站1953-2005年逐月径流量及2000水平年的社会经济统计资料,采用Mann-Kendall方法分析了滇池流域近50年来的气候环境和农业用水变化趋势,Granger因果分析方法检验流域降水与径流的因果关系。研究结果表明:①滇池流域内气温升高,日照时数、相对湿度和平均风速降低,降水量略微增加;年均ET0显著降低,在1990年前后发生由减少到增加的转折变化;干湿指数为雨季增加、枯季显著降低;水稻灌溉定额和农业综合灌溉定额都呈减少趋势。②在1-3、8、9月份出现"蒸发悖论"现象,蒸发量与降水量之间的变化趋势存在"逆向关系"的时段为1-3、9、10、12等月份。③昆明站年降水与蔡家村站年径流无因果关系,但与海口站年径流在10%的检验水平上存在因果关系;在年度、枯季及汛期,海口站年径流与下游的蔡家村站年径流都存在明显的因果关系。④滇池出湖径流变化与流域内降水的不一致性,反映出全球气候变化已对滇池流域的水资源利用产生了影响,但滇池水生态环境的修复治理仍须立足于全社会节约用水、城市截污和污水资源化、水源地保护、外流域引水等措施。     

基于多目标优化的灌区水资源承载力研究

根据灌区用水结构特点,综合考虑水资源与社会经济以及生态环境之间的动态联系,建立用水总量控制条件下的灌区水资源承载力多目标优化模型。以江西省赣抚平原灌区为例,得出现状年及规划年灌区水资源系统能够支撑的社会经济发展规模,利用相对承载指数和区域协调发展指数评价了灌区水资源承载力。结果表明:现状供水相当充裕,水资源综合承载指数大于1,水资源承载能力没有得到充分发挥;用水总量控制条件下,规划年水资源综合承载指数小于1,灌区水资源不足以支撑经济社会的发展。农业用水优化配置方案下,水资源承载力有所增强,表明农业用水优化配置是提高水资源承载力的有效手段。在实现农业用水优化配置及污染物排放量控制的条件下,灌区水资源、经济、环境的协调度达到0.99以上,真正实现了经济发展与环境保护的双赢。     

清镇市1985—2015年气候变化特征分析与粮食产量相关性

【目的】明确清镇市1985—2015年气候变化特征与粮食产量的相关性。【方法】利用清镇市1985—2015年逐年平均气象数据(风速、海平面气压、降水、平均气温、日照时间、相对湿度、蒸发量),通过M-K检验、小波分析、HP滤波、RDA等方法,分析了气候变化特征及其与产量间的相关性。【结果】气温升高极显著,1994年、1997年出现突变,其他因子呈降低或减少趋势,日照时间突变最频繁;各因子振荡周期不一,变化周期以28 a最突出,目前除气温处于偏高期外,其他因子均处在偏低期;气候变化对粮食产值的影响有正有负,正影响最大值出现在2009年,在1990年和2011年负作用力达到最大。【结论】Monte Carlo Test表明,气候因子均与产量之间显著相关(P<0.05),粮食产量的43.3%能被选取的气候因子解释,气候产量与降水量、气温以及相对湿度正相关,与风速、海平面气压、蒸发量、日照时间负相关。     

黄河流域农业系统水资源价值及其空间分布研究

【目的】分析黄河流域农业系统水资源空间分布特征。【方法】以黄河流域为研究对象,通过能值理论与方法、空间自相关分析法及空间滞后回归模型,研究了农业系统水资源价值空间分布特征及其主要影响因素。【结果】①农业系统水资源价值介于4.01～6.10元/m~3,流域中下游价值较高;②农业系统水资源价值全局莫兰(Moran)指数为0.277 2,呈空间正向自相关特征;主要以高值集聚型(H-H)聚集在流域中下游;③农业系统水资源价值空间变化的主要影响因素为GDP、海拔、用水量。【结论】以价值引导水资源分配,增加流域中下游农业用水有助于提高流域整体水资源农业生产效益。     

乌鲁木齐河流域植被覆盖度变化及驱动力研究

【目的】分析乌鲁木齐河流域基于Landsat数据的植被覆盖度时空分布特征及驱动因素,为乌鲁木齐河流域生态环境保护、社会生产等方面提供参考。【方法】以乌鲁木齐河流域为研究区,选取2000—2020年中2000、2005、2010、2015年和2020年5个时期Landsat TM/OLI遥感影像为数据源,用像元二分法、植被覆盖度转移矩阵,选取2000—2020年乌鲁木齐河流域植被覆盖度（FVC）的时空变化数据,定量分析了土地利用变化和地形分异特征对其影响程度,并基于地理探测器模型对流域高程、气温和降水等8种影响因子对流域FVC空间分异驱动力进行探测。【结果】乌鲁木齐河流域2000—2020年植被覆盖度总体上呈先减少后增长趋势,主要以高、低植被覆盖度为主,呈现上游极高,中、下游低的格局。研究区内不同土地利用类型的FVC表现为林地>耕地>草地>建设用地>未利用地。植被覆盖度变化受地形因子的影响明显,随高程升高而有所波动,高程在500 m以下和在2 000～2 500 m的植被覆盖度较大;FVC与坡度负相关,坡度越高植被覆盖度越低,并且随坡度增大而急剧减少。因子探测结果...     

汉江上游流域水文循环过程对气候变化的响应

气候变化对水资源的时空格局及水循环产生了不同程度的影响。以汉江上游流域为例,采用线性回归法、Mann-Kendall非参数检验等方法,分析了1961-2013年的水文气象要素变化特征;构建了分布式时变增益模型(DTVGM),验证了模型在该流域的适用性;根据CMIP5多模式集合平均的结果,分析了RCP4.5和RCP8.5情景下2011-2099年的降水、气温及径流的响应过程。结果表明,1961-2013年汉江上游流域年降水量随时间缓慢减少,气温显著上升,年均径流量显著减少;在两种气候情景下,未来该流域降水量较基准期有所增加,气温随时间将显著上升,径流量较基准期减少但是随时间呈现增加趋势。结果预示着在未来气候变化的情况下,汉江上游流域水文循环将受到较大影响,可能出现一定程度的水资源短缺。     

基于投影寻踪模型的榆林市水资源承载能力研究

【目的】评价榆林市水资源承载能力。【方法】从榆林市水资源基本特点和现状出发,构建了包含水资源系统、人口子系统、社会经济系统和生态系统的指标评价体系。利用粒子群优化算法投影寻踪模型,对榆林市2013—2015年的水资源承载能力水平进行了评价和比较分析,并在此基础上挑选出对水资源承载能力影响较大7个指标作为调控对象,对全市未来水资源承载能力进行了预测。【结果】2013—2015年榆林市水资源承载能力为一般水平,3 a来,榆林市各县区水资源承载能力均有所下降,其中神木县承载能力下降最快,由一般转变为弱。【结论】通过对用水指标调控发现,要解决榆林市的缺水问题,调整工业结构,提高工业水重复利用率,加大农田节水力度、优化种植结构十分必要。此外,必须考虑黄河引水工程,才能提高榆林市未来水资源承载能力。     

1990—2015年内蒙古地表水时空变化特征研究

【目的】分析1990—2015年内蒙古地表水的时空变化,探究气候和人类活动对地表水的影响。【方法】基于4个典型子区域对6种光谱指数(MNDWI、NDWI、AWEI、MBWI、WI₂₀₁₅和TCW)的性能和稳定性进行评估,分析适合于内蒙古地表水识别和提取的最优水体指数,并将其应用于整个内蒙古地表水研究中。【结果】1990—2015年内蒙古地表水整体呈先减少后增加的趋势,1990—2010年内蒙古地表水面积急剧下降,2010—2015年研究区地表水面积有所上升和恢复。1990—2015年除兴安盟、呼和浩特、乌海呈缓慢增加趋势,其他的9个盟市水体面积均下降。AWEI水体指数阈值稳定,有很好的试用性,更适合于研究区的地表水识别和监测。【结论】影响研究区地表水变化因素复杂多样,整体来看内蒙古地表水面积变化是由于气候和人类活动的双重因素所致,其中人类活动是地表水面积减少、湖泊萎缩的主要影响因素。     

基于水生态足迹模型的重庆市水资源可持续利用分析与评价

【目的】探讨重庆市水资源的可持续发展前景。【方法】运用水生态足迹、万元GDP水生态足迹等模型分析了重庆市2003—2016年水生态足迹、水生态承载力及水资源开发利用状况。【结果】2003—2016年重庆市水生态足迹除个别年份有微弱下降外,总体呈上升趋势,变化范围为0.725 6～1.407 2亿hm~2,用水量主要集中在第一产业和第二产业,城乡居民生活污水是影响重庆市水质的主要来源;水生态承载力受降水影响大,变化范围为0.513 0～0.894 2亿hm~2,地区分布不平衡;万元GDP水生态足迹在2011年突升,总体呈下降趋势,水资源利用率在不断提高,但水资源的开发利用不合理,开发利用潜力大。【结论】基于水资源可持续开发利用,应加大对重庆市生活污水的处理率,优化产业结构,将发展重心移至第三产业,利用政策辅助,优化地区用水结构。     

基于植被蒸散发法的孔雀河流域天然植被生态需水估算

【目的】定量天然植被生态需水,为流域有限水资源的合理分配和使用供科学依据和决策参考。【方法】采用FAO56Penman-Monteith公式,结合干旱强度指数DSI,分析新疆孔雀河流域2000-2016年天然植被生态需水时空变化特征,幵计算了丌同干、湿状况下天然植被的生态需水。【结果】①研究区内天然植被生长季多年平均生态需水量为7.575 7×10^8 m^3,天然草地需水量大于天然林地需水量。②从时间上看,2000-2016年天然植被生长季生态需水总量以2006年为分界点整体上呈现出上升-下降波动趋势;在生长季内变化特征上,天然植被的生态需水主要集中在6-8月,占植被主要生长季全部需水量的69.64%;从空间上看,天然植被生态需水主要集中在绿洲区的农区外围及河流中、上游两侧。③丌同干、湿状况下,天然林、草地单位面积生态需水量均表现为:正常年>湿润年>轻度干旱年>极度干旱年,天然植被生态需水总量呈现:极度干旱年>正常年>轻度干旱年>湿润年。【结论】丌同干湿条件下天然植被生态需水存在差异,气候因子和天然植被面积的变化是导致生态需水差异的主要因素。     

黄河流域甘肃段水资源承载力与水资源安全评价

为了了解黄河流域甘肃段水资源承载力与水资源安全情况.根据黄河流域甘肃段水资源自然禀赋、经济社会及生态环境状况,采用组合赋权的水资源承载力TOPSIS模型和水资源安全综合评价指数,对黄河流域甘肃段4个二级分区的水资源承载力和水资源安全进行评价研究,分析主要影响因素.结果表明:时间维度上,水资源承载力在4个二级分区均呈增加趋势,水资源安全除龙羊峡以上呈降低趋势外,其他区域均呈增加趋势;空间维度上,水资源承载力在4个二级流域均处于临界承载状态,龙羊峡以上区域水资源处于较安全状态,龙羊峡-兰州、龙门-三门峡处于临界安全状态,兰州-河口镇处于不安全状态.水质污染、供需矛盾、生态用水量偏低等因素是造成区域水资源承载力和水资源安全时空分异的主要原因,不同区域不同时段其影响因素存在显著具有统计学意义.同时,首次尝试采用同一指标体系及分级标准测算水资源承载力贴近度和水资源安全综合评价指数,分析二者之间的关系.     

人类活动影响下乌苏市地下水埋深演化趋势

【目的】研究人类活动影响下乌苏市地下水位变化趋势,以及各因素变化对该地区地下水位演化的影响程度。【方法】对2018年9月乌苏市地下水埋深进行了统测,通过Mapgis软件分析了地下水流场及埋深,组合2008—2017年耕地面积、地下水开采量、节水灌溉面积、地表水引水量、总灌溉面积、机井数量等变化因素对地下水埋深演化趋势进行分析,并利用灰色关联方法评价了各因素与地下水埋深的关联程度。【结果】乌苏市地下水流向由南向北,后转向西流入艾比湖,部分地方存在降落漏斗;在人类活动影响下,地下水位整体呈下降趋势;地表水引水量与地下水开采量的灰色关联度均大于0.6。【结论】地表水引水量与地下水开采量为影响地下水位演化的主要驱动力;乌苏市实施控制用水总量方案后水位有所回升,在地下水开发利用过程中仍需掌握地下水位动态变化。     

1998—2017年海河流域水资源变化趋势分析

海河流域是我国水资源开发利用程度最高、水资源最为紧缺、水质污染尤为突出的地区。【目的】明确该流域近年来水资源现状及变化趋势。【方法】统计1998—2017年海河流域水资源数据,分析了水资源量、供用水量和水质的变化趋势。【结果】海河流域人均水资源量不足全国人均的1/10,水资源极度匮乏且年际波动较大;在供水量方面,近年来地下水供给占比呈下降趋势,域外调水和其他水源供给占比呈增加趋势;在用水量方面,农业和工业用水量呈降低趋势,生活用水量不断提高,生态用水量快速增长;河流水质有所改善,但仍处于较差水平;大中型水库水质达标率较低,近况堪忧。【结论】海河流域水资源量与质的问题依然十分严峻,更加严格的水资源管理措施有待执行。     

哈萨克斯坦水资源与人口、GDP的时空匹配研究

【目的】探究哈萨克斯坦水资源利用与经济社会发展的匹配关系,促进中亚干旱地区人口-资源-经济的可持续发展。【方法】根据基于数列的匹配度计算方法,确定了哈萨克斯坦1995—2015年16个州(市)水资源利用与人口、GDP的匹配水平。【结果】①不同部门用水量与GDP、人口的时间匹配度的变化趋势不同,水资源利用量与GDP匹配度的波动变化大于其与人口的匹配度。②1995—2015年,总体上各部门水资源利用量与其GDP的匹配度先上升后下降,与其人口的匹配度则逐年上升,至"相对匹配"的稳定状态;其中,克孜勒奥尔达州、南哈萨克斯坦州和阿拉木图市的匹配水平较差。③水资源利用总量与人口的匹配水平空间相关性不显著,与GDP的匹配水平空间相关性较显著,整体呈现西部优、南部劣,且逐渐由西向东转移的态势。【结论】应针对具体地级州(市)的实际情况采取不同措施,使水资源利用与经济社会协调发展。