黑河流域蓝绿水在典型年份的时空差异特征

蓝绿水研究目前主要集中在蓝绿水资源量及其时空分布评价方面,在流域尺度上考虑气候因素的蓝绿水时空差异研究甚少。本文选取中国西北干旱内流河地区的黑河流域,采用标准化降水指数(SPI)和降水距平指数(M)2个指标确定典型年份,并分析不同典型年份(干旱年、湿润年、平水年)的流域蓝绿水时空差异特征。结果表明:1)黑河流域的蓝水与绿水的合计深度从降雨量较高的上游到降雨量较低的下游呈现递减趋势;2)蓝绿水总量在湿润年份(1998年,252.72亿m3)明显大于干旱年份(1978年,167.73亿m3);3)绿水系数,即蒸散发占水资源总量的比例,在干旱年份(90.30%)明显高于湿润年份(85.41%)。同时,降水较低的年份(干旱年份)或地区(下游)绿水占水资源的比例明显高于降水较高的年份(湿润年份)或地区(上游)。黑河流域的典型年份蓝绿水数量与时空差异特征的分析可为探讨气候变化下蓝绿水演变及加强中国内陆河流域绿水资源管理提供参考。     

内蒙古地区水足迹量化及水资源评价分析

为探讨内蒙古地区水资源现存问题和发展规律,合理利用区域水资源,基于水足迹理论对内蒙古1998—2018年用水结构进行分析,并评价区域水资源利用状况。结果表明:全区水足迹整体呈上升趋势,2018年总水足迹达778.58亿m3。从构成上看,农业蓝绿水足迹始终占总水足迹主导地位,所占比例为72.43%～82.97%。对比各地级市用水特征,由于阿拉善地区生态蓝水足迹较高,因而人均蓝水足迹最高;兴安盟降水量大、作物产量较低,因此人均绿水足迹最高;研究区总体水资源压力始终处于较高状态,乌海地区水资源压力位居第一,但研究区总体上尚未出现水质性缺水问题。综上,内蒙古地区亟需通过调整用水结构等以改善当地水资源利用现状,促进区域可持续发展。     

黑河流域土壤理化性质分布特征

以黑河流域纵向梯度(上游、中游、下游)不同植被覆盖条件下的土壤作为研究对象,通过野外调查取样和数据分析相结合的方式,系统地分析了该流域土壤理化性质特征,结果显示:(1)黑河流域土壤密度、pH值、电导率在黑河流域表现为下游中游上游,且3个指标在黑河流域上游﹑中游及下游具有显著差异性;(2)沙粒含量不论在上游﹑中游还是下游,都是占主要组成成分的。其中,沙粒的含量在黑河下游表现最高,为84.93 g·kg-1,且显著大于上游和中游的含量。粉粒的含量在中游表现最高,为29.30 g·kg-1,且黑河流域上游、中游及下游的粉粒含量具有显著差异性。(3)黑河流域土壤全碳量和全氮量表现为上游中游下游,差异显著。由此可知,黑河上、中、下游土壤理化性质差别较大。     

黑河流域干旱指数的变化趋势及其多时间尺度特征

【目的】研究黑河流域干旱指数的变化特征,为气候变化影响下该流域水资源的有效管理及农业发展提供依据。【方法】用参考作物蒸散量(ET0)与降水量(P)的比值表示干旱指数(AI),根据黑河流域内12个气象站及流域外3个气象站近50多年的逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式计算ET0,利用Mann-Kendall趋势检验法和ArcGIS插值研究P、ET0及AI的变化趋势和空间分布,基于Morlet小波函数分析AI序列的多时间尺度特征。【结果】近50多年来,黑河流域P、ET0和AI均呈现出明显的南北差异;流域内12个气象站中,大部分站点的P、ET0呈上升趋势,且上游野牛沟站、托勒站上升趋势显著;AI呈下降趋势,仅野牛沟站下降趋势显著,流域趋于湿润,上、中、下游季AI最大值分别出现在秋冬季、春冬季、冬春季;流域AI的多时间尺度变化主要存在19~23年、14~15年的中长振荡周期和7~10年、4~5年的短振荡周期,中长周期与太阳黑子活动的周期基本一致,短周期与大气环流和厄尔尼诺事件的周期基本一致。【结论】黑河流域多年来逐渐趋于湿润,其干湿变化存在明显的短周期和中长周期。     

黑河流域土壤理化性质分布特征

以黑河流域纵向梯度(上游、中游、下游)不同植被覆盖条件下的土壤作为研究对象,通过野外调查取样和数据分析相结合的方式,系统地分析了该流域土壤理化性质特征。结果显示:黑河流域土壤密度、pH值、电导率在黑河流域表现为下游中游上游,且3个指标在黑河流域上游﹑中游及下游具有显著差异性;沙粒含量不论在上游﹑中游还是下游,都是占主要组成成分的。其中,沙粒的含量在黑河下游表现最高,为84.93 g·kg~(-1),且显著大于上游和中游的含量。粉粒的含量在中游表现最高,为29.30 g·kg~(-1),且黑河流域上游、中游及下游的粉粒含量具有显著差异性;黑河流域土壤全碳量和全氮量表现为上游中游下游,差异显著。由此可知,黑河上、中、下游土壤理化性质差别较大。     

金川区玉米全膜沟播高效节水栽培技术

金川区地处河西走廊中部,石羊河流域下游,自然禀赋较差,水资源十分贫乏。年平均降雨量为106mm,年水面蒸发量2400mm,亩均水资源占有量234m^3,不足全国平均数的1/4。由于降雨量时空分布不均和降水与作物需水耦合在时间上存在差异,     

加快黑河流域综合治理推动经济社会可持续发展

农业是国民经济的基础,这是一切社会形态中都发生作用的经济规律.农业的丰欠与兴衰关系到国民经济的全局,只有农业发展了,国民经济的发展才有保证.水是农业的命脉,没有水就没有农业,水对社会经济发展具有决定性的意义.由于我国降水的时空变化大,导致多数地区水资源匹配不佳.黑河流域属于干旱、半干旱区,以井河混灌为主,近年来,由于人为破坏涵养水源,盲目过度开荒,造成生态环境日益恶化,水资源极为紧缺,供需矛盾加大,使农业生产受到了严重影响,水已成为制约黑河流域经济发展的决定性因素.所谓农业可持续发展,就是既要考虑当前农业发展的需要,又要考虑未来农业发展的需要,不要以牺牲后代人的利益为代价满足当代人的利益.因此,合理开发利用水资源,加快黑河流域综合治理步伐,大力发展高效节水农业,是促进黑河流域农业可持续发展的可靠保证.对于保持黑河流域地区社会稳定和促进黑河流域经济的稳步发展具有重大的现实意义和深远的历史意义.     

基于流域总降水高分辨估计的暴雨灾害风险评估

提出了基于新一代多普勒天气雷达和自动气象站资料的流域总降水高分辨估计方法,结合灾情定量指标计算和水文资料,对2011年西安世园会期间陕西3次暴雨过程影响地区灾害风险进行了评估分析。结果表明,汉江上游流域是陕南灾害预警重点地区,流域内过程总降水明显增大是引发陕南次生灾害的主要因素;汉江上游和下游流域同时出现较大总降水时,由于上游降水对下游水文地质灾害的重叠效应和下游水情对上游自然排洪能力的影响,相关地市灾情将有所加重;同时,降水随时间的不均匀性和突发性也是引发灾害的重要因素。     

基于新安江模型的某半干旱地区土壤墒情预测研究

实施土壤墒情预测对水旱灾害防治、提高水资源利用效率、促进农业可持续发展具有重要意义。本文利用某流域2005-2007年根区土壤水分(0-30cm、30-60cm、60-90cm三层)及气象逐日数据资料,采用改进的新安江模型(基于Penman-Monteith模型的三种蒸发模式),预测不同干湿年份的土壤墒情。结果表明,单层蒸发模式对于湿润年份的模拟精度较高,但对于干旱年份模拟效果仍不理想；双层蒸发模式的模拟精度最高,适用于半干旱地区湿润年和部分偏干旱年份的土壤墒情模拟,但对于无雨期较长的干旱年,模拟的蒸发量偏高,导致土壤墒情预测值偏低。     

基于博弈论的水资源保护补偿机制研究

【目的】建立基于博弈论的水资源保护补偿机制,为制定科学的补偿政策提供支持。【方法】运用博弈理论,建立基于政府参与协商调节的流域水资源保护补偿博弈模型,利用遗传算法对模型进行求解,并以泉州市晋江流域为例,对模型进行验证。【结果】该模型的建立及应用,晋江上游地区可获得5.418亿元的经济补偿,用于保护水资源;下游地区可解决2.8亿m3的缺水,创造52.674亿元的经济效益。【结论】所建立的流域水资源保护补偿博弈模型有效解决了流域上下游补偿中的利益冲突,调动了上游地区保护水资源的积极性,实现了整个流域利益的最大化,可为合理制定补偿政策提供一定的指导。     

气候变化下石羊河流域水资源特征分析

基于5个气象站点30年气象观测资料和近10年的水资源数据,运用数理统计方法分析了石羊河流域水资源特征,结果表明,1981～2010年石羊河流域增暖明显,上游年降水量显著减少,石羊河主干流径流量呈季节性变化;地下水位趋深,北部荒漠地区持续下降;水资源总量以0．8809亿m3／a的速度减少,且对降水的敏感度明显高于对温度的反映,水资源开发利用形势非常严峻。     

流域水资源生态补偿标准初探——以官厅水库流域为例

生态补偿标准的确定是生态补偿机制建立的重点和难点,研究以官厅水库流域上游的河北省张家口市部分地区和下游的北京为例,初步探讨了流域水资源生态补偿标准,目的是将张家口地区为保持官厅水库水资源的质量所做的贡献用货币的形式加以量化。研究应用影子工程法、市场价值法等环境经济学的方法,计算了流域生态补偿标准中包含的上游地区在控制农业面源污染、林地的建设与维护、污水处理厂运行等方面的投入,研究了上游地区林地发挥的涵养水源、减少水库泥沙淤泥等生态服务的价值,得出了流域下游的北京市应承担的生态补偿费用,即官厅水库下游的北京市应每年支付5.9亿元给上游的张家口市,可以增加稳定优质的水资源约1.5×109m3,减少上游地区直接排入河流的污水约1.02×109m3。     

基于蚁群算法的水资源优化配置博弈分析

【目的】运用博弈理论分析流域内水资源开发利用过程中各用水地区的行为和收益问题。【方法】提出市场经济与宏观调控相结合的水资源配置模式,建立各用水地区追求自身收益最优的同时,实现全流域水资源合理分配的博弈模型,为实现水资源的协调发展提供支持。将该模型应用于黑河流域,运用蚁群算法实现模型的最优求解,并与线性规划法所得结果进行了比较。【结果】利用建立的水资源优化模型,通过水权和水资源费的调节,有效约束了黑河流域内各县(区、旗)的取水量,有利于解决水资源分配过程中的用水冲突,在保证黑河流域公共水权为1.2亿m3的基础上,流域总收益达到0.936亿元。【结论】运用流域水资源优化配置博弈模型进行水资源优化配置,可以有效保证流域的公共水权,激发各地区节水和开发新水源的动力。     

干旱区黑河流域复杂地表蒸散量遥感研究

在全球水资源日益匮乏的情况下,利用遥感技术估算区域蒸散量为合理利用和分配水资源提供了一种快捷有效的方法。目前基于地表能量平衡的卫星遥感蒸散模型日益成熟,在这一背景下,充分利用以往在黑河地区开展的遥感模拟研究成果,针对西北干旱区黑河流域复杂地形特点,估算了该流域2004年度的蒸散量并给出了在不同土地利用条件下蒸散分布的数量差异。结果表明,流域年蒸散总量估算值在整个流域及其上、中、下游各予区域上,基本满足水文学区域水量平衡关系。同时应该指出,在地表景观分异强烈的地区,采用中分辨率遥感资料会对地表“混合像元”观测存在“平均”作用导致蒸散量的低估。     

基于降水资源特征分析的西北半干旱区小流域种植业结构的调整——以定西市九华沟流域为例

根据研究区降水少、变率大、旱灾频繁的基本规律,特别是降水季节分配不均、有效性差的降水资源特征,得出西北半干旱地区降雨对作物产量的影响不仅与年降雨量的多寡相关,而且与降雨的时空分布有极大关系。分别就夏粮作物、秋粮作物单产量与年降雨量和作物生长期降雨量的相关程度,讨论了九华沟流域种植业结构的调整。     

宁夏引黄灌区地下水资源分析

宁夏地处黄河上游，黄河贯穿整个宁夏平原，以青铜峡水利枢纽为界，其上游为卫宁平原，下游为银川平原。目前引黄灌区面积达34．3万公顷，是宁夏农业和工业重要的发展中心，是西北地区重要的商品粮基地之一。引黄灌区降水稀少，多年平均降水200mm，且时空分布不均，蒸发强烈，多年平均蒸发量为1200mm(E601型蒸发器)，干旱指数6．0，当地水资源极为贫乏，因此，宁夏平原是唯黄河而生存，唯黄河而发展。     

基于EOF的渭河流域干旱时空分布特征研究

【目的】探究渭河流域气象干旱的时空分布特征及演变规律,为该流域社会经济的可持续发展提供支持。【方法】以渭河流域1960-2016年20个气象站逐月降水量和月平均气温数据为基础,基于标准化降水蒸散指数定量描述干旱,并运用经验函数正交分析法(EOF)对渭河流域各站点组成的历史干旱指数矩阵进行分解,分离干旱场的时空分布结构;采用具有一定物理意义的互不相关的典型分布模态代替原干旱场研究流域干旱空间分布规律,采用典型分布模态对应的时间系数研究流域干旱的时间分布规律。【结果】渭河流域气象干旱场干旱指数矩阵分解得到的前5个特征值的累积方差贡献率达到86.44%,但仅前2个特征值通过了North显著性检验,累积方差贡献率接近75%;模态一时间系数的线性趋势斜率小于0,且通过了0.01显著性水平检验;模态一时间系数于1984年、1986年、1989年发生3次突变,到1996年达到0.05显著性水平。【结论】渭河流域气象干旱场存在全流域一致型和东南-西北反位相型两种空间分布模态,两种空间分布模态对应全流域干旱少雨、湿润多雨、东南湿润西北干旱、东南干旱西北湿润4种干旱表现形式;模态一时间系数有显著减小趋势,反映流域干旱化趋势日益显著,而模态二时间系数无显著变化。     

基于水足迹的岷江流域水资源利用评价

流域内水资源可持续性利用是区域经济发展的内生动力,本文运用水足迹的方法,借助LMDI模型和ArcGIS空间分析工具,从时序变化、供需结构、生态安全性和可持续性方面构建水资源利用评价体系,对2010～2019年的岷江流域水资源利用情况进行评价。结果表明,(1)从时间上看,岷江流域2010年总水足迹为380.90亿m³,到2019年增长为400.94亿m³,近年来用水呈现可持续状态。(2)从空间上看,不同的地市州水资源使用情况存在差异。总水足迹最大的是成都市,最小的是阿坝州。综上,(1)岷江流域内总水足迹中农业用水量的占比最大,水资源近年来呈现可持续状态。(2)岷江流域中影响水足迹变化最大驱动力因子的是技术效应。(3)在岷江流域2019年总水足迹中,中游地区水足迹占比最大,占56.38%,下游地区占39.73%,上游地区仅占3.90%。(4)成都市和自贡市位于水足迹效益低区,眉山市和宜宾市位于水足迹效益较低区,乐山市和内江市位于水足迹效益中区,雅安市位于水足迹效益较高区,阿坝州位于水足迹效益高区。     

基于GIS的黑河山区流域水文过程要素分析（英文）

水文过程要素是流域水文物理机制的反映,能够为流域水资源的利用和保护提供重要依据。以黑河山区流域为研究区域,采用SWAT-GIS集成模型平台进行水文模拟,阐述SWAT模型水文过程要素的计算方法,基于GIS技术,并利用1990 ～2000年共11年的径流模拟结果数据,对研究区的水文过程要素进行分析,计算分析流域内降水、径流、入渗、蒸散发、融雪等要素的时空变化特征。黑河山区流域的水文过程要素时空变化研究有利于更加清楚认识该地区水文陆面过程的地域和时间特性。在空间上,沿黑河干流中山带分布的青海云杉植被地区是重要的地下水补给区域,流域东部和高海拔地区为重要的产水源地。同时通过模拟结果分析得出,在年内各月份中,4 ～5月的融雪径流、6 ～8月的地表径流和11月至次年3月的地下径流是黑河干流出山径流产生的主导因素。     

干旱区环境绿洲化驱动机制浅析

基于树轮代用指标记录,重建了1368—2005年黑河流域气候干湿指数变化序列。结果表明,黑河流域中下游地区多数时段处在气候湿润期,气候干旱时期比较短暂。流域气候干湿指数存在3～5年和22年准周期,主要受ENSO和太阳活动影响。对黑河流域绿洲演化机制分析得出,历史时期绿洲面积变化与气候干湿变化趋势以及人口数量增减存在明显的对应关系,气候变干和人口数量减少是绿洲面积缩小的必要条件;气候变湿润时期和人口数量增加时期会限制绿洲面积减少。可见自然因素和人为因素共同作用影响了流域绿洲演变的历史过程。