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。     

石羊河流域综合治理成效及后续治理建议

在综合分析石羊河流域水资源问题、水资源问题形成因素的基础上，结合石羊河流域综合治理目标总结了石羊河流域综合治理取得的成效。提出了更新水库现有调度模式，实施生态调度；发展集雨节灌日光温室，开辟灌溉新水源；推广节水灌溉集成技术，压缩农业灌溉用水；培育政府调控与市场调节相结合的水资源管理模式等石羊河流域后续治理建议。     

气候变化对石羊河流域棉花生产和耗水的影响

为了预测未来气候变化对石羊河流域棉花生产和耗水的影响,该文采用英国Hadley中心的区域气候模式PRECIS并结合COSIM棉花模型,对SRES A2（强调经济发展）和B2（强调可持续发展）2种排放情景下民勤地区的棉花生产和耗水情况进行模拟,并对石羊河流域扩大棉花种植范围的可能性进行了探讨,最后通过调整播期、引进新品种和改变灌溉量等适应措施的提出分析了石羊河流域棉花生产对未来气候变化的响应。结果表明,在PRECIS预测的未来气候变化情景下,到2080s（2071－2100年）民勤地区棉花的生长期明显延长,产量升高,且A2情景下产量高于B2情景,但B2情景下产量的增长速度更快。棉花产量的变异系数减小,种植棉花的风险降低;到2080s民勤棉花的参考作物蒸散量、耗水量和水分利用效率明显提高,棉花生长的用水需求提高,单位水分生产力上升。参考作物蒸散量和耗水量的变异系数增大,棉花受干旱影响的风险加大,水分利用效率变异系数减小,棉花生长的用水效率更稳定;在A2和B2的未来气候情景下,到2080s武威能满足棉花的正常生长,且在A2情景下获得了较高产量,仅从气候变化方面来考虑,未来石羊河流域棉花适宜种植区将扩大, 棉花生产存在一定潜力;当假设其他条件不变时,到2080s,A2情景下适当推迟播期,B2情景下适当提前播期有利于棉花增产。选择早中熟品种替换早熟品种, A2情景下产量明显增加,而B2情景下产量下降,品种的替换存在一定风险。到2080s随着灌溉量的减少棉花产量明显下降,未来如果灌溉量不足、生产用水让位于生态用水将增加石羊河流域棉花生产的风险。     

黑河流域水资源压力定量评价

从流域水资源开发利用条件、经济发展与用水以及流域水环境压力3个角度出发选取6个指标构建了水资源综合压力指数,对2000-2010年黑河流域的水资源压力状况进行了定量分析。结果表明,黑河流域近11 a来水资源综合压力指数较高,但总体上呈下降态势,从2000年的0.58逐步降到2010年的0.28。多年来黑河流域的综合治理包括节水型社会建设等措施卓有成效,但地下水位不断下降,生态环境缺水严重,农业用水比重过高等问题仍未缓解。建议今后仍要继续加强节水型社会建设,促进水资源高效利用,压缩农业用水量,以不断减轻流域水资源压力,促进流域水资源可持续利用。     

西北内陆河流域水资源优化配置与可持续利用——以石羊河流域民勤县为例

西北内陆河流域,气候干旱,降水稀少,蒸发量大,水资源极其宝贵,生态环境脆弱。然而,西北内陆河流域工农业用水却存在不同程度的浪费现象,致使流域水资源管理出现诸如上下游利用不公,工农业利用不均等许多问题。现在,如何科学合理地优化配置西北内陆河流域水资源,并使其可持续利用,发挥最大的经济、社会和生态效益,已经成为学界和政界关注的重大问题。本文以石羊河下游流域民勤县为例,通过分析和研究流域水资源利用现状,提出了适合西北内陆河流域水资源优化配置的支撑体系,以期对本流域水资源可持续利用有所裨益。     

干旱区内陆河流域不同规模城镇水资源利用效率评价——以石羊河流域为例

[目的]对石羊河流域不同规模城镇用水效率的时空差异表现进行评价,探讨城镇人口规模与城镇用水效率之间的关系。[方法]采用数据包络分析(DEA)模型和Malmquist全要素生产力指数模型。[结果](1)流域用水综合效率呈"V"型波动增长曲线,其中纯技术效率在逐步提高,规模效率水平呈下降态势;Malmquist指数分析结果也验证流域用水效率水平在不断提升,这是技术进步和技术效率共同提高的结果。(2)流域城镇人口规模与城镇用水效率二者成正相关关系。在保障规模较大城镇水资源有效供给的同时,更要注重以产业结构的优化升级来带动用水效率提高。[结论](1)古浪、永昌县应增加要素投入,而凉州、民勤、金川县应在维持现有投资规模的同时,在用水总量控制的前提下促进经济结构调整和用水结构优化联动机制的形成。(2)先进用水技术和高效水资源管理是未来继续提高石羊河流域水资源利用效率的有效办法。     

基于SWAT模型和SUFI-2算法的石羊河流域月径流分布式模拟

[目的]揭示石羊河流域径流量对土地利用变化的响应机制,为旱区水资源的合理配置和优化利用提供理论依据。[方法]利用石羊河流域DEM、气象、土壤、1995与2000年2期土地利用等数据,结合RS和GIS技术,构建SWAT分布式水文模型。基于SWAT模型及SUFI-2算法,对石羊河流域1980—2009年的月径流过程进行模拟。[结果]流域内1995与2000年土地利用均以耕地、林地、城乡工矿居民用地面积显著增加,草地、水域、未利用地减少为主;影响SWAT模型模拟效果前3位的参数分别是CN2,Alpha_Bf,Timp;校正期和验证期月流量的模拟值和实测值拟合较好,其Nash Suttcliffe系数Ens和相关系数R2均大于0.8,相对误差|Re|均小于10%。[结论]采用SUFI-2算法的SWAT模型在石羊河流域月径流模拟中具有一定程度的适宜性。     

石羊河流域多目标水资源配置模型及其应用

石羊河位于甘肃河西走廊内陆河流域，降雨稀少，生态环境脆弱，水是控制生态系统演变和限制社会经济发展的关键因子，水资源的合理配置是流域水资源持续利用的基础。遵循生态平衡原则、效率原则以及公平性原则，以流域生态需水满足度最大为生态目标、流域总的净效益最大为经济目标、流域内各计算单元人均净效益变率的均方差最小为社会公平目标，建立了水资源配置多目标评价函数。从供水、节水、结构调整、虚拟水等措施假设不同的水资源模拟配置情景，通过计算单元优化配置模型和水资源转化模拟模型的耦合模型得到各方案的配置结果，由多目标评价函数评价各方案的优劣，提出了流域水资源合理配置的方案。     

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.     

河西走廊水资源变化与生态环境时空关联分析

[目的]对河西走廊地区2003—2015年水资源和生态环境的时空变化规律以及时空关联关系进行分析,为该区水资源合理开发利用及实现生产、生活和生态可持续发展提供科学依据。[方法]利用GRACE重力卫星数据、TRMM降水数据与MODIS的植被指数数据,通过线性回归与相关性分析等方法,分别对河西走廊整体、3个流域分区和像元尺度的水资源变化与生态环境时空变化规律及其相互作用机制进行分析。[结果]年尺度上河西走廊及3个流域分区的水储量均呈现下降趋势,黑河流域与石羊河流域下降速度最大。研究区历年降水趋势稳定无明显变化,植被呈正增长趋势。月尺度上水储量变化与降水量和植被指数呈正相关,年尺度上水储量变化量与降水量不存在相关关系,与植被指数年均值存在高度负相关,并表现出明显的空间异质性和尺度效应。[结论]研究区人工植被尤其是耕地的快速、持续上升,加大了水资源的消耗,造成水储量逐年下降。     

生态系统服务综合关系空间分异及驱动因素——以石羊河流域为例

明晰区域多种生态系统服务之间的综合关系特征和驱动机制,是生态系统管理的前提,具有重要意义。利用气象、土地利用、NDVI、土壤等数据,基于InVEST模型、CASA模型和RUSLE模型,借助相关性分析方法对石羊河流域2003—2018年的产水、NPP和土壤保持服务及其权衡与协同关系进行定量计算和分析,提出多种生态系统服务间综合关系的识别方法,对石羊河流域生态系统服务综合关系空间分异特征进行研究,并采用地理探测器法揭示了其驱动机制。结果表明：(1) 2003—2018年,石羊河流域生态系统产水及土壤保持服务呈下降趋势、NPP呈上升趋势,石羊河流域生态系统产水服务和土壤保持服务以协同关系为主,产水服务和NPP,NPP和土壤保持服务以权衡关系为主;(2)石羊河流域生态系统服务综合关系具有明显的空间异质性,综合关系为全协同的区域主要分布在肃南县境内,综合关系为全权衡的区域主要分布在天祝县祁连镇以及民勤县的西渠镇、东湖镇和收成地区,综合关系为权衡主导的区域占石羊河流域面积比最大,为74.44%;(3)海拔高度是决定石羊河流域生态系统服务综合关系空间分异的主导因子,各子流域探测的主导因子存在差异性,...     

陕西渭河流域水资源与生态问题研究

水资源短缺与生态环境严重恶化已成为影响陕西关中地区社会经济可持续发展的瓶颈。通过对陕西关中地区渭河流域水资源开发利用现状、水沙变化特点及其生态环境现状进行分析,提出目前该区在水资源开发利用与生态环境建设中所面临的主要问题,并分析探讨了问题存在的根源,提出了相应的对策与建议。     

未来气候及土地利用变化对水源涵养量的影响

“四水四定”背景下，科学量化变化环境下城镇或小流域未来水源涵养量是水资源管理、水利规划和水生态保护等工作的重要基础。水源涵养量尺度转化是目前生态水文学研究的难点之一，较高精细尺度研究是尺度转化的重要切入点。以秦岭北麓灞河流域为研究区，应用SWAT模型、CA-Markov模型、ArcGIS、RClimDex等分析工具，评估NEX-GDDP-CMIP6高分辨率数据集对灞河流域月流量模拟能力，选取最优气候模式，模拟未来土地利用变化，分析灞河流域未来30年水源涵养量演变趋势，旨在为秦岭生态保护、水资源管理、土地利用保护等提供基础数据。结果表明：(1)NEX-GDDP-CMIP6高分辨率数据集ACCESS-CM2、ACCESS-ESM1-5、CanESM5等9个气候模式对月平均流量均值模拟效果较好，对极端流量模拟效果较差，NESM3气候模式相比其他8个气候模式有较好的流量模拟效果。(2)NESM3气候模式低估极端降水情况，高估持续干燥天数，月尺度降水数据模拟能力高于年尺度和日尺度。(3)通过Kappa系数检验CA-Markov模型在灞河流域土地利用变化方面具有较好的适用性。(4)在土地利用和气候...     

干旱区内陆河流域绿洲水土资源生态风险动态研究

水土资源是相互作用相互制约的有机整体,贯穿地区社会、经济、环境协调可持续发展的主线。石羊河为西北干旱区典型缺水流域,依托该流域发展的绿洲是人类生产生活的集聚地,存在着特殊而敏感的人与环境关系。以武威市为例,通过构建LUCC生态风险模型,借助GIS技术与相关统计方法揭示其土地利用生态风险动态及空间变化;参照石羊河水资源公报与武威市统计年鉴(2003—2009年),建立水资源利用生态风险识别评估体系,对比研究了不同时段的水资源利用动态风险。结果表明,研究期内武威市土地覆被景观生态风险主要集中在耕地、牧草地和未利用地,且分布面积较广;各区县土地利用综合风险指数均有所增加,土地利用格局的变化产生了一定生态风险;2003—2009年武威市水资源利用生态风险等级显著提高,各地区需结合自身实际情况,采取措施应对水资源生态风险变化。     

黄河河口地区水资源与生态环境问题研究

水资源短缺和生态环境恶化是黄河河口地区社会经济可持续发展的制约因素。通过分析河口地区水资源开发利用现状、水沙变化特点及生态环境现状,指出目前该地区的水资源与生态环境问题,分析探讨了问题存在的根源,并提出了对策和建议。     

漓江流域生态系统的可持续发展研究

运用生态系统组合模型,对2005—2009年漓江流域生态系统的生态供需状态、生态资源利用效率、生态系统多样性与发展能力进行了计算。结果表明:近年来,漓江流域流经市县生态赤字现象严重(除市区外);万元GDP生态足迹呈现小幅度上升,资源利用效率不高;生态系统多样性不足,经济系统发展能力不高。针对实证结果,提出保护上游水源林、建设生态防洪补水工程、完善污水处理设施、创造合作型生态经济发展模式、建立生态补偿与旅游经济互动发展机制等措施来保护漓江流域,从而实现其"社会—经济—自然"复合生态系统的可持续发展。     

黄河流域经济带生态环境绩效评估及其提升路径

黄河流域经济带是我国北方重要的经济走廊,科学评估黄河流域经济带生态环境绩效水平,提高黄河流域沿线9省生态环境质量是实现黄河流域经济带的高质量发展重要举措之一。运用生态环境质量评估、生态效率评估等研究方法,开展2012—2017年的生态环境质量、生态效率和绿色全要素生产率评估。结果表明:黄河流域经济带生态环境绩效水平总体呈现由较低水平不断提升的趋势;黄河沿线九省在生态环境质量和生态效率系统层中有明显差异,生态环境质量系统层中,上游地区的最优;生态效率系统层中,中下游地区的生态效率最优且稳定。研究结果从生态系统修复功能、产业绿色发展和完善生态环境顶层制度设计3个方面提出加快推进黄河战略的实施,提升黄河流域经济带生态环境绩效。     

黄河流域九省区农业水资源利用效率评价和障碍因子分析

为了解黄河流域九省区农业水资源利用现状,明晰提高九省区农业水资源利用效率障碍因子。基于熵权Topsis模型,以黄河流域九省区为评价单元,从资源利用效率、经济效益、生态效益准则层中选取14个评价指标,构建九省区的农业水资源利用效率的综合评价指标体系,评价黄河流域九省区2004年、2009年、2014年、2019年的农业水资源利用效率,并对九省区的农业水资源利用效率进行障碍因子诊断。结果表明:(1)2004—2019年,青海、内蒙古、河南、山东的农业水资源利用效率较高,陕西、甘肃、山西的农业水资源利用效率相对较低。(2)2004—2019年,各省区的农业水资源利用效率整体提高,且九省区之间的农业水资源利用效率差异逐渐减小。(3)地均水资源占有量(A6)、人均生态环境用水量(A13)是山西、山东、河南、四川、陕西、甘肃、宁夏的主要障碍因子,人均生态环境用水量(A13)、农业水资源利用效率系数(A4)是青海的主要障碍因子,地均水资源占有量(A6)、用水的农业生产总值(A9)是内蒙古主要障碍因子。因此,九省区水资源禀赋及生态环境用水量是影响其农业水资源利用效率的主要因素。     

石羊河下游防风固沙体系建设模式

由于对水土资源的长期不合理利用，导致石羊河下游地区脆弱的生态环境不断遭到破坏，由此引起防沙固沙林衰败死亡，沙漠化扩张速度加快，使得该区域成为我国当前荒漠化危害最为严重的区域。通过对石羊河下游民勤县的防风固沙体系建设发展历史、体系现状以及存在问题的研究，针对新的生态环境条件，提出了防风固沙体系建设的免灌模式和灌溉模式。