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。     

石羊河下游民勤绿洲地下水埋深时空分布动态研究

以研究区近20年观测井地下水埋深观测数据分析了石羊河下游民勤绿洲地下水位的年际变化、季节变化动态及空间分布特征,结果表明:研究区地下水埋深年际变化以严格统计直线型加深;季节变化具有春秋季变化剧烈,地下水埋深剧烈加深和快速恢复.夏季地下水埋深加深达顶峰,冬季地下水缓慢恢复的特点;空间变化具有沿绿洲到荒漠方向距离绿洲中心越远地下水埋深越浅,沿石羊河古河道越到下游,地下水埋深越浅的特点.     

民勤绿洲地下水埋深影响因素分析及其变化趋势预测

水是民勤绿洲环境保护和经济发展的关键,对影响民勤绿洲地下水资源变化的主要因素及其未来变化趋势进行预测,可为绿洲地下水资源合理开发和利用提供科学依据。利用相关性分析法,找出与民勤绿洲地下水埋深观测值相关性较好的影响因素,然后运用主成分线性回归法确定地下水埋深观测值与其主要影响因素的定量关系,并利用灰色预测法对影响绿洲地下水埋深变化的主要因素（包括人口、粮食产量和上游来水量）及地下水埋深进行趋势预测。结果表明：民勤绿洲的人口、粮食产量、上游来水量、GDP、蒸发量和大牲畜存栏量与地下水位变化密切相关;人口和粮食产量的增加会导致地下水埋深的下降,且人口增加对地下水埋深的影响远大于粮食产量增加对地下水埋深的影响;未来6年中,民勤绿洲人口和粮食产量总体呈增长趋势,上游来水量呈逐年减少趋势,地下水埋深呈下降趋势。     

2013-2020年额济纳绿洲核心区景观稳定性动态及其驱动力

[目的] 探究2013-2020年额济纳绿洲核心区景观稳定性动态及其驱动机制，为荒漠绿洲的生态恢复与可持续发展提供科学依据。[方法] 基于高分一号遥感影像，借助景观格局指数、景观稳定性模型与地理探测器，研究额济纳绿洲核心区景观稳定性动态及影响因素。[结果] ①额济纳绿洲核心区景观类型以未利用地、林地和草地为主，2020年3者占总面积的90.98%；2013-2020年，研究区景观连通性、均匀度降低，聚集度、优势度增加，多样性、异质性增强，景观形状趋于简单化、规则化。②研究区景观稳定性呈“总体不稳，局部较稳”状态；2013-2020年景观稳定性变化呈“大部分不显著，局部有变动，冷点多于热点”趋势。③地下水埋深、供水量和植被变化对研究区景观稳定性变化的影响较大；气候变化、人类活动(城镇建设、耕地扩张、旅游活动干扰等)和人口增长是地下水埋深、供水量和植被变化的诱因，间接引起景观稳定性的变化；各驱动因子之间存在交互增强效应。[结论] 2013-2020年额济纳绿洲核心区景观稳定性整体较低且呈下降趋势，干旱的气候条件、耕种、旅游和城镇建设等因素及其交互作用是导致研究区景观稳定性降低的重要因素。     

灌区土壤盐分空间变异及多因素响应关系

[目的]研究土壤含盐量空间特征和分布格局,分析土壤盐分空间格局与地下水、土壤物理特性参数间的空间响应关系,为灌区盐渍化防控提供理论依据。[方法]以黄河南岸灌区吉格斯太灌域为例,网格化布点,分层采样测定土壤含盐量、表层土壤含水量、颗粒组成、干容重并换算热容量及导热率,同步监测地下水埋深及含盐量,采用经典统计方法和地统计方法分析土壤含盐量空间分布特征及其与物理特性和地下水等因素间的空间相关性。[结果]灌域处于非盐化—轻度盐化状态,土壤含盐量呈中等空间变异程度,总体呈现相对独立的随机分布,空间结构特征可以用高斯模型和指数模型描述。土壤含盐量与地下水埋深呈显著负相关,与地下水含盐量呈显著正相关,地下水埋深1.6 m区域发生轻度盐渍化风险较高。0—20 cm土壤含盐量与黏粒含量、容重、含水量、导热率及热容量显著空间正相关,相关范围约2～6 km;与砂粒含量呈显著空间负相关,相关范围约2～4 km。20—60 cm土壤盐分与0—20 cm土壤黏粒、砂粒含量、导热率、热容量及含水量呈显著相关,相关范围与土壤表层略有差异。[结论]黏粒含量较高,含水率较大,地下水埋深1.6 m的区域是灌域盐渍化防控的重点区域。     

塔里木河中游沙漠化地区地下水位遥感监测

[目的]探讨沙漠化地区地下水位的分布状况及其对沙漠植被的影响,为塔里木河流域生态环境保护提供科学依据。[方法]利用MODIS卫星遥感数据,采用遥感—数学—模型学融合的研究方法,在实地考察塔里木河中游区域的地下水位、土壤水分和其他辅助资料的基础上,通过建立土壤水分和地下水位的线性方程,提出在土壤中存在毛细管补给条件时,简便、有效地监测沙漠化地区地下水埋深的监测模型,并在塔河中游沙漠化地区进行实地验证。[结果]该模型反演地下水位和实测地下水位之间的相关系数为0.896 9,误差较小。研究结果符合实际。[结论]在较大范围且地下水埋深不大于6m的沙漠化地区,利用MODIS多波段遥感模型监测并评价地下水位埋深的空间分布是可行的。     

黑河中游绿洲不同景观单元表层土壤水分空间变异性

了解黑河中游绿洲生态系统表层土壤水分空间分布规律可为绿洲生态系统水资源合理分配与利用提供参考。使用地统计学方法分析黑河中游绿洲8—10月戈壁、林地、农地3种典型景观单元表层土壤水分空间变异特征。结果表明：1）3种景观单元土壤含水量从8—10月有下降趋势,呈中等变异特征且土壤水分相对变异（变异系数）一般在干燥时较大,绝对变异（标准差）在湿润时较大;2）表层土壤水分具有明显空间结构及季节变化特征,呈明显斑块状分布,最优拟合模型均为指数模型;土壤水分基台值和变程的变化大致与土壤平均含水量的变化呈相同趋势,具有中等和强烈的空间相关性,且10月份的土壤水分空间自相关性明显大于8和9月,相似性质斑块空间尺度有缩小趋势;3）在黑河中游绿洲区景观类型、土壤平均含水量、土壤、地貌、气候条件及人为管理等因素是造成黑河中游荒漠绿洲区表层土壤水分呈现时间和空间上明显差异的主导因素,其中平均含水量起的主导作用是持续存在的。     

西辽河流域通辽平原区地下水埋深与植被及土壤特征的关系

[目的]揭示地下水埋深与植物群落特征及土壤理化特性相关关系,为西辽河流域通辽平原区生态环境健康和谐发展提供依据。[方法]运用时空替代和土壤单重分形等方法,定量分析植被群落和土壤颗粒变化特征,并探讨二者对地下水埋深变化的响应机理。[结果]不同地下水埋深条件下植被特征与多样性指标值大小顺序为2—3m1—2m0—1m(4m)3—4m;研究区表层土壤粒度组成以粉粒为主,其中粉粒含量在52.03%～84.78%之间,土壤颗粒平均粒径从大到小依次为3—4m,4m,0—1m,1—2m和2—3m,颗粒分形维数分别为2.34～2.49之间;分选级别分别为较差、差、较差、较差和差;偏度等级分别为近于对称、近于对称、近于对称、负偏和负偏;各种样地峰态均属很尖窄。[结论]研究区植被群落的演替表现为随着地下水补给条件的变化呈非地带性草甸植被向地带性典型草原植被的演替过程,地下水埋深2—3m处为植被演替临界范围。     

干旱盐渍土区土壤水盐运动数值模拟及调控模式

在干旱绿洲灌区,土壤盐渍化是农业生产和生态保护面临的主要危害之一,而大多盐渍化过程与灌溉水质和地下水埋深密切相关,合理确定灌区水盐调控措施是实现绿洲农业发展的必由之路。该研究基于绿洲农田试验数据,构建了田间尺度二维土壤水盐运移数值模型,并利用监测数据进行了模型校正和验证,结果表明该模型是可信的。该文以小麦作为研究对象,考虑作物需水规律和土壤盐分变化情况,制订了合理灌溉水量和灌溉制度,并以优化后的灌溉水量和灌溉制度,以不同地下水埋深作为宏观调控标准,确定了盐渍土区合理的地下水水盐调控深度。研究结果可为干旱区水资源合理利用和水盐调控提供理论基础。     

和田绿洲地下水埋深的自然影响因素分析

采用灰色关联分析方法研究自然因素对和田绿洲地下水埋深的影响,并建立多元线性回归模型进行检验.结果表明,气温、蒸发是地下水埋深的两个最重要的影响因子,埋深随蒸发增加、气温升高而增大.出山口径流(主要为冰雪融水)对地下水埋深的影响仅次于气温和蒸发,埋深随径流增大而逐渐减小,约有1～2个月的滞时.风速、水温和湿度对地下水埋深的影响相对较小,降水与地下水埋深的关系不太明显.影响因子与埋深的多元线性回归模型的拟合精度较高,且通过了置信水平α=0.01的显著性检验.     

基于多层次模糊综合评价模型的沙漠绿洲水资源承载力评价与预测

[目的]对腰坝绿洲未来水资源承载力进行评价和预测研究,为该地区水资源的可持续利用及合理管理政策的制定提供决策依据。[方法]取2016年为现状水平年,2020,2025,2030年为规划水平年,根据绿洲发展历史和现状及相关规划,对社会经济发展进行预测,进而对各水平年的需水进行预测。选取9个评价指标构建水资源承载力评价指标体系,建立水资源承载力模糊综合评价模型,对各水平年水资源承载力进行评价分析。[结果]水资源承载力综合评判值2016年仅为0.251 2,表明水资源承载力已达到饱和;至2030年,上升至0.434 4,水资源承载力处于较高的可承载水平,但区内地下水资源开发潜力仍然有限。[结论]现状年水资源承载力处于超载状态,水资源供需矛盾突出,社会经济子系统是水资源承载力提高的主要压力源,通过采取一系列的措施,未来水资源承载力状况将逐渐好转,需采取全面有效的措施使水资源承载力提升至较高水平,将研究区打造成为和谐高效的绿洲。     

1988-2018年哈密绿洲植被覆盖度时空变化及其驱动力

[目的] 对近30 a来哈密绿洲植被覆盖度时空变化及驱动力进行分析，为该地区绿洲持续健康发展提供理论借鉴。[方法] 以1988，1998，2008及2018年4期影像为基础数据，利用像元二分模型计算了基于AFRI_SWIR2指数提取的植被覆盖度，利用动态度指数与植被覆盖度转移矩阵分析哈密绿洲植被覆盖度动态变化；再通过地理探测器对8个影响因子进行探测，探寻哈密绿洲植被覆盖度的驱动因子。[结果] 近30 a来哈密绿洲面积从1988年的214 km²增长到2018年的632.1 km²，增幅达195%，但绿洲内植被覆盖度等级却较低，同时哈密绿洲面积主要扩展的区域在西北部和东南部区域；哈密绿洲的发展阶段可分为3个阶段：1988-1998年为低强度稳定期，1998-2008年为极度扩张期，2008-2018年为高强度稳定期。[结论] 土地利用类型变化是造成哈密绿洲植被覆盖度变化的直接原因，同时在近30 a内，人为因素对哈密绿洲植被覆盖状况的影响远高于自然因素。     

伊犁河流域地下水埋深与TDS时空变异及水化学特征分析

采用地统计学经典理论分析了伊犁河谷典型区域在不同时期地下水TDS和埋深在时间和空间上的变异特征,对研究区浅层地下水TDS不同时期(2008—2009年)的实测数据进行了半方差函数分析,地下水埋深和TDS服从都对数正态分布。地下水TDS和埋深在时间和空间上存在明显的变异性,地下水TDS在研究区中部和北部有增加的趋势;地下水随时间从南到北盐渍化加重方向发展;地下水各项离子浓度都在积聚。利用统计软件DPS7.5,Surfer8.0和Arcgis9.2等软件绘制了地下水TDS和埋深空间分布格局图,为该地区地下水资源的管理以及防止盐渍化提供理论依据。     

基于多源数据的科尔沁沙地陆地水及地下水储量变化研究

[目的]研究科尔沁沙地水储量变化对该区域的生态环境和经济建设等的影响,为当地水资源的保护和可持续利用提供参考。[方法]利用CSR(center for space research)提供的2003.07～2010.12 GRACE(gravity recovery and climate experiment)Release-05数据,采用去相关与高斯平滑滤波(平滑半径300 km)相结合的滤波方法,以及尺度因子法进行了重力信号改正和信号泄露恢复,反演了科尔沁沙地陆地水储量长时间序列的变化,该结果与CPC(climate prediction center)水文模型反演结果进行了对比分析;结合GLDAS(global land data assimilation system)水文模型计算的土壤含水量变化,给出了科尔沁沙地地下水储量的时空变化;并利用监测点水井数据和给水度信息对地下水反演结果进行了初步验证。[结果] 2003年7月至2010年12月科尔沁沙地陆地水储量减少速率为-13.2±2.6 mm/a;地下水下降速率为-13.5±1.9 mm/a。[结论]干旱和农业灌溉是导致科尔沁沙地地表水减少和地下水位降低的重要原因之一。     

黄河下游冲积平原土壤盐分的时空变异研究——个例研究

Soil salinity and hydrologic datasets were assembled to analyze the spatio-temporal variability of salinization in Fengqiu County, Henan Province, China, in the alluvial plain of the lower reaches of the Yellow River. The saline soil and groundwater depth data of the county in 1981 were obtained to serve as a historical reference. Electrical conductivity (EC) of 293 surface soil samples taken from 2 km × 2 km grids in 2007 and 40 soil profiles acquired in 2008 was analyzed and used for comparative mapping. Ordinary kriging was applied to predict EC at unobserved locations to derive the horizontal and vertical distribution patterns and variation of soil salinity. Groundwater table data from 22 observation wells in 2008 were collected and used as input for regression kriging to predict the maximum groundwater depth of the county in 2008. Changes in the groundwater level of Fengqiu County in 27 years from 1981 to 2008 was calculated. Two quantitative criteria, the mean error or bias (ME) and the mean squared error (MSE), were computed to assess the estimation accuracy of the kriging predictions. The results demonstrated that the soil salinity in the upper soil layers decreased dramatically and the taxonomically defined saline soils were present only in a few micro-landscapes after 27 years. Presently, the soils with relatively elevated salt content were mainly distributed in depressions along the Yellow River bed. The reduction in surface soil salinity corresponded to the locations with deepened maximum groundwater depth. It could be concluded that groundwater table recession allowed water to move deeper into the soil profile, transporting salts with it, and thus played an important role in reducing soil salinity in this region. Accumulation of salts in the soil profiles at various depths below the surface indicated that secondary soil salinization would occur when the groundwater was not controlled at a safe depth.     

渠井用水比对灌区降水响应及其环境效应分析

渠井结合灌区适宜渠井用水比例关系灌区地下水环境和区域农业可持续发展。该文以人民胜利渠灌区为例,集合了灌区1954-2014年农业用水量及降水量、研究区域2008-2014年渠井用水比、地下水埋深、地下水水化学特征数据,分析了降雨量、地下水动态特征与渠井用水比例的相关性,以期探明渠井结合灌区渠井用水比对降雨的响应及其对土壤和地下水环境的影响。结果表明,典型渠井结合灌区渠井用水比与年降水量呈线性正相关;渠系上游地下水水位变化较下游更为剧烈,在用水水平、用水方式一致条件下,渠井用水比例越大,地下水埋深超过11 m区域增幅越小,较大的渠井用水比例对于上游地下水位下降减缓效果明显;平水期、枯水期,由于渠井用水比例不合理,地下水无序开采且超采严重,区域地下水碱化趋势明显;受气候变化影响,近5 a渠灌水量仅为多年均值的75.52%,未来区域降水量具有减小趋势,这势必进一步加剧农业水资源紧缺的形式。为了满足农业的正常生产,增加灌区地下水开采成为唯一解决途径,这势必加剧地下水的碱化趋势及地下水超采区的扩大。因此,确定灌区适宜的渠井用水比例对于灌区水资源的科学利用与农业的可持续发展具有重要意义。     

近50年民勤绿洲生态环境演变及综合治理对策

 50年来,由于人类活动对水、土、植被等资源的强烈干扰,民勤绿洲的生态环境发生了巨大的变化,主要表现为:地表水资源减少,水量从20世纪50年代的4.5亿m3减少到90年代的0.89亿m3;地下水量过度开采,水位下降,从20世纪50年代的1.5～2.0m下降到80年代的5.0 m,90年代的16.4m;水质污染,矿化度升高;天然和人工植被衰退,物种多样性减少,植被向旱生方向演替;土壤旱化加剧,土地荒漠化严重等。为探索解决这一系列问题,在定量分析长期野外观测资料的基础上,主要分析了近50年来民勤绿洲水资源变化过程及其态势以及水资源的不合理利用所引起的一系列生态环境变化,同时提出主要治理途径:1)以流域为单元,通过法律、行政和经济手段强化水资源管理;2)通过节水技术应用,发展节水型农业和建立节水型社会;3)增加外流域调水量,满足生态环境用水需求;4)实施适度移民,实现人与自然和谐发展;5)运用生物和工程措施,综合防治荒漠化,整治土壤盐渍化。     

典型干旱荒漠绿洲区耕层土壤养分空间变异

[目的]对干旱荒漠绿洲区耕层土壤养分空间特征进行研究,为绿洲土地资源的合理开发利用,以及土壤施肥方案的科学制定提供理论依据。[方法]基于GIS与地统计学方法对新疆维吾尔自治区精河县耕层土壤养分空间变异特征及影响因素进行分析。[结果](1)研究区内有效磷的空间变异性较强(变异系数Cv为67.45%),速效钾的空间变异性最弱(Cv为40.76%)。(2)有机质、碱解氮和有效磷存在较强的空间自相关性,其空间变异主要由地形、土壤质地和土壤类型等结构性因素所引起;速效钾为中等程度的空间自相关性,其空间变异不仅受结构性因素的影响,还与随机因素(即施肥和种植结构)有关。(3)各土壤养分元素在绿洲内部具有较高含量的片状和斑块状分布,而在绿洲外缘,其含量相对较低,且呈大面积的片状分布。[结论]精河县耕层土壤养分总体呈现出有机肥含量缺乏,磷钾肥相对丰富的特点。     

2005-2017年焉耆盆地平原区地下水时空演变规律及其与土地利用的关系

[目的]分析2005-2017年焉耆盆地平原区土地利用变化与地下水总溶解固体物TDS之间的关系,为地下水可持续利用和生态环境发展提供依据。[方法]利用GIS软件对焉耆盆地平原区2005,2014,2017年的Landsat-TM/ETM和Landsat 8的CNLUCC数据进行重分类,将土地分为耕地、林地、草地、水域、城镇建设用地和未利用土地6大类;通过对232组地下水水样的采集和分析,借助地统计和叠加分析模块研究焉耆盆地的TDS时空分区特征。[结果]焉耆盆地平原区以耕地、水域和未利用土地为主,占总面积的60%以上;2014年耕地TDS均值的含量最高为708.6 mg/L,林地TDS均值的含量最低为680.4 mg/L;2017年城镇建设用地TDS均值的含量最高为521.6 mg/L,未利用土地TDS均值的含量最低为477.4 mg/L。[结论]2017年各土地利用类型的TDS均值含量都低于2014年,是源于水域面积增加导致地下水补给量增加、耕地扩张的速度减缓及地下水径流积极循环带的淡化作用。