南水北调西线工程对黄河流域生态环境的影响分析

黄河流域地处我国北方干旱和半干旱地区,水资源贫乏,人均占有水资源仅为全国平均水平的1/3,森林覆盖率仅为6%,是全国平均水平的50%。水土流失严重,中上游土壤侵蚀模数一般在5000t/(km2.a)以上。黄河含砂量居世界之最,多年平均含砂量达33kg/m3,由于水资源量的逐年减少和需求量的逐年增大,引起了土地沙漠化,沙尘暴以及黄河水质恶化等一系列环境问题。南水北调西线工程拟从水量充沛的长江、澜沧江、怒江流域调部分水量进入黄河,总调水量170亿m3。其中用于农、林、牧业方面的灌溉水量占总调水量的55%,可以有效地增加植被和控制水土流失,遏制土壤沙漠化;能够缓解黄河水资源的供需矛盾,改善黄河水质;同时还可以增加黄河下游河道的冲刷长度,减少泥沙淤积,有利于黄河下游河道的稳定性。     

甘肃省民勤县土地荒漠化动态监测研究

甘肃省民勤县1994年和1998年两期TM影像解译的结果表明:在民勤县,荒漠化局部治理与荒漠化大面积剧烈发展同时并存。民勤绿洲外围荒漠化治理成效显著,4年中灌木林地明显增加,但绿洲外围的低盖度草地沙化也进一步加剧,流沙的面积明显增加,沙质低盖度草地和盐渍低盖度草地减少的幅度分别达13.8%和11.5%,而流沙则增加了0.3%。水资源不合理利用、绿洲边缘随意开荒和草场过度放牧及过度樵采是该县荒漠化的主要动因。位于巴丹吉林沙漠危害民勤绿洲风沙前沿地带的民勤西沙窝,几十年来的风沙危害治理,使该区的荒漠化基本得到了逆转。4年中耕地、林地等都稳步增加,但由于地下水位下降,植被衰退导致的再沙化将是今后荒漠化的主要表现。文中也提出了民勤县荒漠化综合防治的思路。     

民勤绿洲沙地系统特征及"退耕"建议

以民勤绿洲退耕地为研究对象,从民勤绿洲耕地退耕背景及特点出发,阐述了民勤绿洲沙地系统特征,并提出了退耕地生态恢复建议.认为民勤绿洲沙地系统存在水资源短缺、林牧业用地比例偏低、农业用地面积与水资源活动紧密相连的特点;民勤耕地退耕是当前水资源危机解决的关键.退耕地生态治理的意义在于变退耕地生态恢复区为新的防风阻沙林区,从而加强绿洲防护,也充当了减少水资源利用的生态减压区角色,更调节了当地农业产业结构和行业结构;提出有顺序条理化退耕,重点治理风沙口退耕地,退耕前采取植被恢复措施,政府制定、协调退耕地植被恢复各项工作的建议.     

民勤绿洲红枣经济林生态效益分析

生态环境恶化和水资源短缺是民勤绿洲经济社会发展的瓶颈问题,而调整产业结构和发展节水农业能有效协调生态保护和经济发展。从防风固沙和节水的视角研究了民勤绿洲发展红枣经济林的生态效益,结果表明:①与其他农田相比,红枣经济林在0~1 m高度范围内能平均降低风速41%,减少71%的土壤风蚀量,防风固沙效益显著;②与传统农作物和经济作物相比,枣树滴灌平均节水56.66%,节水效益显著;③发展红枣经济林在保护生态的同时,能有效提高枣农经济收入,使民勤绿洲生态和经济步入良性循环。     

民勤地区供水和生态需水量分析

当今世界水环境污染和水资源短缺问题日益突出。如何进行水资源优化配置,将人类活动控制在生态、资源、环境允许范围内,核心问题是生态需水量的确定。通过对国内外生态需水量研究现状的分析,阐述了生态需水量的概念:在现状和未来时空间尺度上,一定的生态环境标准条件下,为维持流域或区域特定的天然生态环境功能必须保障蓄存和消耗的最小水量。对目前采取的各种生态需水量计算方法进行了总结,计算了民勤生态需水量。结果表明,为了使民勤生态系统不再恶化,每年需要补给2.406×108~2.414×108m3的水。如果考虑民勤地区人的生活用水和农业灌溉用水4.263×108~5.458×108m3,民勤地区的总需水量应为6.669~7.872亿m3。     

基于生态水文理念的流域水资源规划研究 ——以子牙河为例

传统水资源规划一般仅关注水文循环中的"蓝水"资源,忽视了占水文循环60%以上的"绿水"资源。基于生态水文理念来研究流域水资源规划方法,可实现区域可持续发展。本文以子牙河流域为例,从流域降雨着手,剖析大气降水、蓝水和绿水转化过程,构建基于生态水文理念下的流域水资源规划模型。通过调整种植结构、节水灌溉制度、产业结构、居民生活用水、养殖业用水等方案,以及南水北调中线配套工程措施,利用构建的流域水资源规划模型,对各项规划措施进行模拟。结果表明:75%保证率和50%保证率下,自然植被耗水量分别为76.3亿m3和88.2亿m3,农业生产耗水量分别为126.8亿m3和142.1亿m3。城市生活、工业生产、第三产业和农村生活耗水量均分别为7.9亿m3、2.6亿m3、3.1亿m3和3.3亿m3。相对于调整之前,75%保证率下,子牙河流域耗水量减少11.9亿m3,50%保证率下减少13.2亿m3。其中,占总耗水量最大的农业生产部门对耗水削减的贡献量最大,达到了7.6亿m3(75%保证率)和8.8亿m3(50%保证率),占总削减量的60%以上,表明种植结构和节水灌溉制度的调整对减少子牙河流域耗水量起到了重要作用。本文研究成果可为流域水资源高效可持续利用提供必要的技术支撑。     

基于植被指数的开都河第一分水枢纽工程生态效应分析

水利工程建设在生态环境较恶劣,水资源严重短缺的干旱区其表现更为突出.科学的分析水利工程的生态效应可为区域水利工程与生态环境协调发展提供重要的理论依据.本文以Landsat遥感影像和水文数据为主要数据源,分析开都河流域第一分水枢纽工程建成前后的土地利用/土地覆被、径流量与生物量变化趋势,进一步讨论水利工程建设对开都河流域植被覆盖变化的影响.结果显示:1)第一分水枢纽工程建成以后,研究区土地利用动态度增加,其中耕地面积直线增加;2)通过对水利工程建设前后的水资源利用效率与流域生态环境质量进行对比分析,得知水利工程可以调节开都河水量在时间和空间上的分配,适应人类对水资源利用的要求;3)水利工程运行后,研究区植被覆盖度与生物量逐渐增加,裸地面积逐渐减少,说明水利工程的建设对生态环境有修复作用.     

海河流域水资源演变与驱动机制

海河流域含京津冀及周边三省,是我国水资源短缺和用水矛盾最突出的地区。中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心团队围绕不断加剧的水资源短缺,研究了流域水资源演变的关键驱动机制:山区径流变化、农业需水和虚拟水外输,分析了流域水资源演变的主要原因,并对未来的可能调控提出了建议。研究首先选取海河流域的八大山区子流域,分析了20世纪60年代以来的径流变化,确认70年代开始山区来水逐渐减少,径流减少的关键时期是1978—1985年,推断农业用水增加是径流减少的核心驱动因素;其次,基于作物模型、作物系数法和遥感等手段,量化了海河平原农业用水的时空格局和区域水量平衡,通过对比农业耗水量、地下水水位变化和南水北调中线供水量,确立了山前平原区南水北调实施后为实现水量平衡需控制用水的进一步扩大、低平原区仍然亏缺的未来水资源态势;最后,通过粮食贸易的虚拟水分析,指出本地区外输虚拟水达90亿m~3,是造成水资源短缺的重要原因,减缓虚拟水外输或输入一定虚拟水是缓解区域水资源压力的可选方案。     

黑河中游河道生态环境需水量研究

在黑河流域水资源开发利用过程中,人们只重视河流的经济效益而忽略了河流系统的生态环境需求,导致严重的生态环境问题随之而生.为了减少水资源开发利用过程中的生态环境问题,提出河道生态环境需水量的概念和计算方法,计算结果显示:黑河流域河道生态环境需水量为10.44亿m3/a,其中莺落峡生态环境需水量为4.755亿m3/a,约占河流地表水资源来水量的30%,正义峡生态环境需水量为3.06亿m3/a,约占河流地表水资源来水量的30%.考虑到其他因素.实际的生态环境需水量可能比计算结果要大.研究结果表明:黑河流域水资源利用率非常高,如何调控水资源开发利用,减少潜在生态环境问题是当务之急.     

基于GIMMS NDVI的黄土高原地区荒漠化时空特征分析

气候暖干化发展趋势使干旱半干旱地区生态环境受到荒漠化发展的胁迫,植被覆盖度能有效地表达研究区植被分布状况及荒漠化程度。利用遥感技术手段监测区域植被覆盖和荒漠化发展趋势是非常有效的途径。为了给黄土高原地区生态环境建设和荒漠化治理提供科技信息,利用1986—2006年的GIMMS AVHRR NDVI数据,采用像元二分法估算植被覆盖度;借鉴水蚀风蚀研究成果确定植被覆盖度和荒漠化关系并进行分级,对黄土高原地区荒漠化程度及时空变化进行分析。结果表明:1)黄土高原约64%的地区为植被覆盖度为10%~50%的中度和重度荒漠化区;约1/3的地区为植被覆盖度在50%以上的轻度和非荒漠化区;约3%的地区为植被覆盖度<10%的强烈荒漠化区。2)1986—2006年间,黄土高原地区整体上荒漠化程度表现为降低趋势,期间,中度和重度荒漠化面积显著减少,非荒漠化面积明显增加,而强烈荒漠化面积扩大。荒漠化程度的时间变化具有10年尺度特征。3)中度和重度荒漠化的区域具有转化频繁和连片性特征,轻度和非荒漠化区域空间转化零散破碎,强烈荒漠化扩大区域主要在宁夏甘肃的沿黄两岸。     

策勒绿洲生态与灌溉用水对地下水埋深的影响

[目的]估测地下水资源变化动态并对其安全性进行识别,为策勒绿洲水资源管理及维护绿洲生态安全提供一定决策依据。[方法]分析策勒绿洲总用水需求,基于策勒河径流与地下水动态监测数据,计算绿洲用水缺口;最后,通过绿洲长期地下水位监测资料分析地下水位随时间变化规律。[结果]综合考虑生态用水背景下,策勒绿洲年均用水缺口5.20×10~6~1.15×10~7 m^3,当利用策勒绿洲地下水补足绿洲用水差额时,地下水平均埋深年均下降0.27~0.60m,在非枯水年状态下策勒绿洲地下水补给相对充足使得地下水平均水位无明显变化,只在地下水水位时空分布上有所改变,如2008—2014年绿洲地下水平均埋深虽有较大幅度波动,但基本维持在21m上下。[结论]短期来看策勒绿洲地下水埋深变化处于安全范围内,但为了保证绿洲健康可持续发展,并维持地下水埋深的稳定,当前应投入财力到水资源使用的监督和管理中去,将建设农业节水设施作为长期发展策略。     

近60年鄯善县地下水补排量演变与坎儿井流量衰减关系

为揭示干旱区地下水补排量演变规律及其与坎儿井流量衰减的关系,通过梳理1949年以来鄯善县水资源开发利用、地下水资源调查评价资料,分析了地下水补排量的变化,划分地下水补排量演化的阶段。利用双变量相关分析法,分析了地下水主要补排量演化与坎儿井流量衰减之间的关系,并分析了其原因。结果表明：1）鄯善县地下水补排量的变化主要受人类活动影响,气候变化的影响微弱,且主要补排量变化的突变点与国家实施改革开放、西部大开发等政策的起始点相一致,政策是人为因素中的关键因素;2）坎儿井出流量与河道渗漏补给量、渠道渗漏补给量、田间入渗补给量、机井地下水开采量之间的相关系数依次为0.312、?0.327、?0.574、?0.959,说明坎儿井流量的衰减主要受机井开采地下水影响,其次为田间入渗补给量,河道和渠道（干支渠）渗漏补给影响较小;3）坎儿井出流量与地下水补排量的响应关系主要由其空间分布位置决定。该研究对坎儿井保护和超采区治理提供参考。     

生物质结皮制剂在民勤流动沙区恢复植被的作用

利用矿物质材料和生物高分子材料的环境友好和吸湿保水的特性制作形成结皮,对立地条件极端恶劣的流动沙丘进行植被恢复.首先将草籽(黄蒿籽)撒播于目的沙丘表面,然后将与砂土混匀的结皮制剂均匀地撒在沙地表面,最后,洒木质素液使结皮凝固并用围栏封育试验区.通过调查结皮制剂施用后沙丘植物的种类、覆盖度、生长状况等植被恢复指标,分析了生物质结皮制剂在流动沙区植被恢复的效果.研究结果表明:结皮封育区内大量草籽萌发,达1000颗/m2;结皮区植物物种丰富度为13,对照区仅为2,物种多样性和均匀度指数也高于对照区,分别为1.57(Shannon-Weaver index H)、0.41(Simpson index D)和0.81(Pielou index),对照区则分别为0.47、0.40和0.68;结皮区植物生长期较对照延长,2010年早春提前10 d萌发,深秋枯黄延迟约20 d;结皮区植物在干旱季节亦可生长存活;2010年9月,结皮区沙丘植被盖度可达38%,对照区植被盖度仅为4%.研究结果表明该制剂可能在寒区旱区困难立地条件下的植被恢复工作中具有较大的潜在应用价值.     

10 a来民勤县荒漠草地植物群落变化与降雨量的关系

[目的]研究甘肃省民勤县荒漠草地植被与降雨量的关系。[方法]采用样线法和针刺法,对民勤县3种立地条件下的荒漠草地10a植被变化进行4次定位监测,用Excel软件分析植被生长和降水量变化的关系。[结果]民勤县大气降水年际间和年内变幅都很大,这对植物生长十分不利。民勤县荒漠草地植被生长所需水分主要依靠大气降水和地下水。西沙窝沙质荒漠草地和红果子井砾质荒漠草地植被完全依靠大气降水存活和生长,植物生长与降水的关系十分密切,其中一年生草本植物最为明显。但是对地下水位较高的白土井盐渍化荒漠草地植物来说,植物生长主要靠地下水,降水将积聚在表层的盐分淋溶到了根系层,对植物生长不利。[结论]民勤县荒漠草地植被生长情况虽然受降雨的影响较大。总体上该县植物生长呈现衰败的趋势,荒漠化也日趋加重。     

台兰河绿洲灌区土地利用变化与水资源动态研究

基于2000年和2005年的遥感影像,利用RS,GIS及景观生态学方法,对台兰河绿洲灌区2000-2005年的土地利用进行监测,并分析了不同时期台兰河绿洲灌区水资源开发利用程度.对研究区土地利用与水资源动态变化关系进行了分析.结果表明,2000-2005年耕地面积和水域面积年均增加分别为3 603.8 hm2和151.4 hm2;绿洲林地和草地大面积减少,减少量分别为2 247.07 hm2和14 325.9 hm2,相应地绿地面积减少了165 72.97 hm2;草地和林地等生态用地的减少是灌区耕地增加的主要来源,转移比例分别为13.97%和5.93%.地表来水量不断减少的情况下,灌区地下水开采量从1989年的5.91×106m3增加到2003年的1.39×107m3,灌溉面积和机井数量不断增大,地下水开采强度日益增加,地下水水位呈日益下降的趋势.农业用水所占比例过大,生态用水逐渐缩减.     

民勤1988～1997年间土地荒漠化社会经济驱动力分析

以甘肃民勤县为例,建立民勤5个区域1988~1997年三个时段的荒漠化指数和其变化率,采用相关分析、多元逐步回归分析方法,利用对应年份和各区域乡镇的标准化社会经济统计资料,建立民勤荒漠化的社会经济驱动力模型,对1988-1997年民勤区域荒漠化社会经济驱动力进行分析。民勤的牧业区和新开发的昌宁与环河灌区受人类影响小,其区域荒漠化指数大小主要取决于自然因素,但两区域荒漠化指数变化率分别与单位面积载羊量和人口密度变化率线性相关。对坝区、泉山区和湖区老灌区,区域荒漠化指数大小取决于区域的社会经济因素和自然因素的综合作用,社会经济结构已经影响了区域荒漠化指数的大小,各区域荒漠化指数变化率分别与单位面积的粮食播种面积、单位面积人均纯收入和单位面积的大牲畜变化率线性相关。     

民勤三项农业节水措施的相对潜力估算

该研究利用FAO-56推荐的灌溉指标法,计算民勤农田灌溉需水量,并通过设定情景,在可比条件下探讨《石羊河流域综合环境治理规划》中提出的3项措施在压缩农业用水方面的潜力。结果表明,在相同气候条件和传统灌溉方式下,民勤县主要农作物2006年灌溉需水量比1973年增加0.22亿m3;其中播种面积增加与种植结构调整都是促进用水因素,种植结构调整的贡献率高于60%。在相同气候条件和不改变种植结构的情况下,玉米和棉花采用膜下滴灌方式可压缩用水0.55亿m3。基于规划目标和情景分析,仅依靠压减耕地面积达不到规划要求的节水目标;具有节水潜力的是膜下滴灌等节水灌溉技术。     

新疆玛纳斯河流域绿洲耕地扩张差异与驱动力研究

新疆现代绿洲是两种不同经营模式(兵团农场耕作和地方家庭承包)下团镇绿洲耕地长期扩张的真实写照。本文以玛纳斯河流域石河子垦区144团与玛纳斯县兰州湾镇为例,首先基于1958—2018年的6期影像数据,采用土地利用动态变化度,分析了团镇耕地的扩张过程;进而采用多元逐步回归等方法,分析了兵团与地方绿洲扩张的驱动力;最后从全流域绿洲扩张的角度出发,结合绿洲扩张模型,测算了绿洲耕地的适宜规模。结果表明:144团与兰州湾镇的耕地面积均大幅增加,扩张的耕地主是由草地、林地转化而来;兵团耕地扩张的核心驱动因子为节水灌溉面积、水资源径流量、农牧业平均收入;地方则为人均GDP、农牧业平均收入、农业生产总值。流域的耕地面积远超适宜规模,生态安全隐患已经凸显。建议流域的各级政府遵循"山水林田湖草生命共同体"的理念和建设要求,统筹推进流域的综合开发;加快构建现代土地资源管理制度体系,科学划定生态红线,严格限定绿洲的扩张规模,促进兵团与地方的土地利用结构优化;坚持最严格水资源管理制度,"以水定地",实现水资源高效利用,防控沙漠化对绿洲的威胁;推行土壤退化治理与土地整治相结合,提高土地利用效率和潜力,从而实现绿洲耕地的数量、质量、生态三位一体保护。     

额济纳旗绿洲生态环境的遥感动态监测分析

在干旱区利用光学遥感可以对其沙化状况、治沙效果进行监测 ,得到良好的监测效果。利用 L and-sat TM遥感图像并结合 GIS分析了绿洲最近 15 a来额济纳绿洲生态环境变化情况 ,分析表明额济纳沙漠化土地已遍布全旗。( 1)绿洲北部、东部等的湖泊水体范围在锐减 ;( 2 )绿洲面积在明显减少。2 0 0 0年比1986年后 15 a来绿洲面积减少了 6 1.48% ,平均每年面积递减 4.39% ;( 3)绿洲质量及盖度在下降。绿洲生态环境质量下降的主要原因是人类对水资源与土地的不合理利用 ,因此 ,通过引进现代高新技术如遥感的监测与系统地分析及科学地治理 ,额济纳旗绿洲生态恢复是完全可能的