基于随机森林的黑河中游地下水埋深变化及成因

研究黑河中游地下水埋深变化规律及其成因,可为该流域地下水合理开发利用提供参考。根据黑河中游33个观测井1985—2010年的地下水埋深资料,利用地统计学方法分析了地下水埋深变化规律;采用随机森林法研究了埋深变化的成因。结果表明:黑河中游地下水埋深自南向北减少;甘州区和临泽县的地下水埋深变化趋势分别在2001年和2004年前呈增大趋势,之后又逐年减小,高台县北部地区埋深呈持续减小趋势,而东部地区呈增大趋势;地统计学分析表明地下水埋深具有中等的空间相关性,且空间各向异性有增强的趋势;影响黑河中游地下水埋深变化的主要因素是渠系水利用系数、地下水开采量、地表水引用量及蒸发能力。     

黑河中游荒漠植物生长与降水、土壤水和地下水的关系

[目的]分析荒漠化防治中植物生长与降水、土壤水和地下水的关系,为荒漠区植被修复与保护提供科学依据。[方法]在黑河中游荒漠区建立荒漠化综合防治试验站进行长期定位监测,取得降水、土壤水、地下水、植物盖度、生物量等数据,采用特征参数算法、相关分析法和逐步多元回归方法,对植物生长和水分的年内、年际变化特征及相关回归模型进行分析。[结果](1)2006—2014年,土壤质量含水率、生物量、盖度变化接近且最大,降水量次之,地下水埋深最小;生物量、盖度呈波动性增大趋势较明显,降水、土壤水、地下水位变化呈波动性略有降低趋势,但不明显。(2)在植物生长季的3—11月期间,土壤各层含水率变化步调基本一致,植物平均生物量和盖度变化步调基本一致,降水量和地下水埋深变化步调基本一致。(3)建立了盖度与0—20cm土壤质量含水率、生物量与0—20cm土壤质量含水率回归方程,且均通过了R拟合检验,F方差检验,t回归系数检验,通过模型预测盖度、生物量的变差分别为99.0%和91.4%,预测盖度和生物量变化的准确率分别可达86.5%,78.9%。[结论]黑河中游荒漠植被的生长与环境水分变化关系十分密切,可通过水资源管理修复植被,也可根据植被生长状况评估水资源管理工作。     

黑河中游绿洲林业生态工程体系框架设计

黑河中游是我国西北干旱区开发历史较早,绿洲化程度较高的第二大内陆河流域.用林业生态工程体系的理论与方法,构筑了黑河中游绿洲生态环境建设的总体目标和框架,并提出了关键的技术措施,为西部大开发和河西走廊生态环境建设提供决策依据和参考.     

基于DEA的黑河中游灌区水资源配置效率时空分异

绿洲农业用水效率的提高是协调干旱区经济发展与生态建设的关键。以黑河中游农业绿洲24个灌区为研究对象,以基础地理信息数据、土地覆被数据和绿洲灌区统计数据等为数据源,基于数据包络分析（DEA）研究了灌区农业水资源配置效率的时空分异,以及各灌区影响水资源配置效率的主要因素。结果表明:（1）各灌区水资源配置效率存在明显的时空差异。平川、罗城、大堵麻、盈科、板桥、蓼泉、梨园河、六坝等灌区水资源配置效率较高,而马营河、老军、洪水河、童子坝河、西浚、上三、安阳、鸭暖、新坝等灌区水资源配置效率较低。各灌区水资源配置效率均值从2008年的0.797提高到2012年的0.848,空间差异进一步缩小;（2）各灌区水资源配置要素普遍投入过大,水利设施建设及引水密度均超过了灌区实际需求,尤其是山丹县和民乐县的引水密度过大,甘州和高台部分灌区则表现为干渠密度、支斗渠密度明显超过实际需求;（3）DEA最优解显示,灌渠密度普遍饱和,部分灌区引水密度过大,大部分灌区引水密度与投入产出效率最高之间存在34.8%的下调空间。因此,合理分配有限的水资源、大力推广节水工程及措施,是提高绿洲水资源利用效率的主要途径。     

基于PDSI和SPI的黑河上游干旱特征对比分析

利用黑河上游祁连站、托勒站、肃南站和野牛沟站1960—2009年月平均气温和降水资料,分别计算不同时间尺度下各站50年的帕默尔干旱指数（PDSI）和标准化降水指数（SPI）。对比分析表明:在年尺度上,黑河上游4个站点的PDSI指数和SPI指数存在显著的正相关,都能较好的描述黑河上游干旱情况;在月尺度上,各站PDSI指数和SPI指数的相关系数存在显著差异,该差异随着月份的不同而不一样。夏季和秋季是黑河上游全年发生严重干旱和极端干旱的高峰期,如果不及时做好防旱工作,会对该地区畜牧业产生很大的影响。     

黑河中游不同生计方式农户的水足迹分析

水资源紧缺问题是21世纪人类面临的最严峻生态环境问题之一,当前急需探寻影响水资源利用的关键因素,建立低水消费模式。生计方式作为影响家庭水资源消费的关键要素已得到关注。本文基于农户调查数据,利用水足迹估算模型,核算黑河流域中游不同生计方式农户的水足迹,并采用最小二乘法分析了生计方式对水足迹的影响。结果表明:①黑河中游农户的人均水足迹为145.87 m3,随着非农化水平的提高,农户的人均水足迹下降,其中,纯农户、兼业户和非农户的人均水足迹分别为151.61 m3、148.08 m3和137.91 m3;②随着非农化水平的提高,黑河中游纯农户、兼业户、非农户的人均粮食消费占用水足迹比例依次降低,农户人均果蔬、清洁消费占用水足迹比例依次增高,兼业户的人均畜产品消费占用水足迹比例高于非农户和纯农户;③提高非农化水平和劳动力受教育水平可以减少水足迹,扩大家庭规模和农户人均纯收入会增加农户的水足迹,但水足迹的增加速度低于家庭规模和人均纯收入自身的增加速度。基于上述研究结果,提出了对黑河中游地区农村建立低水模式,提高水资源利用效率的对策建议。     

分水后黑河中游地区土地利用结构优化研究

以黑河分水为背景,分析了分水后中游地区水资源所面临的紧缺形势和土地利用结构对其影响。由于在干旱区,水资源的合理利用与土地的合理利用密切相关,合理的土地利用结构可以使水资源的利用更为有效。有鉴于此,文章认为要缓解水资源的约束,黑河中游地区必须走土地利用结构优化之路,并提出了今后土地利用结构发展的重点方向。     

基于标准化降水指数的陕西省干旱时空变化特征分析

干旱作为当今全球范围内危害严重且频发的一种自然灾害之一,对人类和自然系统都产生较大影响.该文基于陕西省长历时的典型测站逐日降水资料,采用标准化降水指数(standardized precipitation index,SPI)、干旱频率、干旱站次比和干旱强度等干旱指标,揭示陕西省干旱时间与空间尺度上的变化特征,为区域水资源合理调配提供参考.结果表明:1)研究区域整体上干旱范围有扩大的趋势,研究时段内干旱较为频繁且持续时间较长,其中,区域内各个站点干旱发生频率均值为70.0%,轻旱和中旱发生频率较高,重旱和特旱发生频率相对较低;2)干旱站次比呈现出季节性特点,其中,春季、冬季干旱站次比呈增加趋势,夏季、秋季干旱站次比呈减少趋势;3)干旱强度变化不明显,其中,春季、冬季的干旱强度呈增强趋势,夏季、秋季干旱强度呈减弱趋势;干旱站次比和干旱强度变化趋势基本一致;4)干旱呈现出较明显的区域变化特征,其中,既有覆盖全省范围的全域性干旱,也有局部地区干旱,并且干旱频率、干旱站次比和干旱强度空间上分布上也存在差异.     

黑河中游农田荒漠过渡带土壤冻融过程中水热动态

以黑河中游典型农田荒漠过渡带为例,对过渡带3种景观单元冻融期土壤水热动态进行了野外定位监测。结果表明:(1)土壤温度随气温剧烈变化,变幅随土壤深度的增加而减小,3种景观单元土壤温度变幅由剧烈到平缓的顺序为:荒漠农田防护林,并依次形成60,100和80cm深的冻土层;(2)受土壤性质和地表覆盖的影响,冻融过程中,农田、防护林土壤含水量变化明显,且农田土壤水分含量4月初达到最大值,而荒漠土壤含水量则基本保持不变;(3)土壤水分变化滞后于土壤温度的变化,防护林土壤水和温度变化较农田缓慢;(4)浅层地下水位在冻结期下降,融化期回升,且回升速率大于下降速率。冻融过程可有效减小土壤水分的蒸发和渗漏,冻后聚墒明显,利于下层土壤水分的保持,对于来年植物生长具有一定的意义。     

黄淮海平原气象干旱的演化特征与时空规律

干旱事件广泛地影响着作物的生长和发育,黄淮海平原是中国主要的粮食产区之一,全面了解该地区干旱变化特征对保障中国粮食安全至关重要。该研究基于标准化降水指数（standardized precipitation index,SPI）、标准化降水蒸散指数（standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI）、自校正帕默尔干旱指数（self-calibrating palmer drought index,scPDSI）、干燥度指数（aridity index,AI）4种干旱指数,对黄淮海平原干旱强度、干旱频率、干旱面积占比、干旱持续时间进行对比分析。结果表明,4种干旱指数均指示出1970—2020年黄淮海平原干旱强度逐渐减弱,干旱面积占比先增加后减少、再增加再减少、再增加的波动变化趋势,且在空间上均呈现出平原中部变湿、东西部变干的趋势。但不同指数在表征干旱空间特征上还存在一定的空间分异。对于干旱频率,SPI和AI指数显示出北部地区干旱频率高达60%,而南部地区低于20%;SPEI和scPDSI指数则显示出的南北差异较小,分别介于25%～40%和30%～50%。对于干旱持续时间,SPI指数监测的南北差异最为明显,而SPEI和scPDSI指数监测的区域差异较小。SPI和SPEI两种干旱指数监测的干旱持续时间较短,scPDSI指数监测的干旱持续时间较长。综合来看,北部区域干旱强度更为严重,且干旱发生频率高、持续时间长,而南部地区则相反。研究可为制定应对干旱的农业政策提供科学的参考依据。     

农户对节水型农业种植结构调整意愿的量化分析-- 以黑河干流中游为例

通过探究农户对节水型农业种植结构调整的接受意愿,提出合理性对策以确保其顺利实施,从而提高作物群体用水效率,保障未来干旱缺水地区的粮食安全和农业发展。基于黑河流域中游3个灌区200位农户的调查问卷及入户访谈所取得的具体调查资料,分别运用Logistic回归中的Enter法和Backwardcond itional法分析农户对节水型种植结构调整的意愿及其关键影响因素。结果表明,节水型种植结构调整接受率与农户文化程度、劳动力人口数、耕地面积、兼业程度、政府是否参与、农户节水意识等因素呈显著正相关,与农户年龄、上一季种植作物种类数、商业化程度、农户风险意识等其他因素呈负相关。在此基础上,对影响节水型种植结构调整接受率的关键因素按重要性进行排序为:年龄>政府是否参与>农户节水意识>兼业程度>农户文化程度>耕地面积,其中年龄和政府是否参与2个变量的显著水平分别达到0.002和0.044。此外还构建了关键因素与种植业结构调整接受率的概率关系式。从拟合效果来看,模型拟合值与观测值的吻合度高达78%,说明模型拟合结果较好。基于实证结果,提出依靠示范户带动整体、加强宣传培训及科技投入力度、强化惠农经济补偿、重视政府导向地位等措施,可保证节水型农业种植结构调整的顺利实施。     

基于“互联网+”思维对黑河中游林分改造的探索

[目的]分析黑河中游甘肃省临泽县林分改造的必要性及改造过程中存在的难点,解决实际中信息不畅、技术落后、资金匮乏、经济效益差的难题。[方法]基于"互联网+"思维进行林分改造探索。[结果]信息交互服务平台能够实现信息畅通、资金融汇、合作交流的目的;林分监测平台和技术交流服务平台能够运用现代高新技术实现网络化、模块化的林分系统实施动态监测服务并解决林分改造过程中存在的技术问题;经营策略服务平台能够提高林副产品收益;科研服务平台能够针对实际问题进行专项试验并进行技术集成示范。[结论]基于"互联网+"思维进行林分改造,是尽快、尽好地建设林业生态工程体系的一条有效途径。     

中国西北地区黑河流域额济纳盆地地下水化学演化研究

Hydro-chemical characteristics of groundwater and their changes as affected by human activities were studied in the Ejin Sub-Basin of the Inner Mongolia Autonomous Region, China, to understand the groundwater evolution, to identify the predominant geochemical processes taking place along the horizontal groundwater flow path, and to characterize anthropogenic factors affecting the groundwater environment based on previous data. The concentrations of major ions and total dissolved solids （TDS） in the groundwater showed a great variation, with 62.5% of the samples being brackish （TDS ≥ 1 000 mg L^-l）. The groundwater system showed a gradual hydro-chemical zonation composed of Na^＋ -HCO3^-, Na^＋ -Mg^2＋ -SO4 ^2 -Cl^-, and Na^＋ -Cl^-. The relationships among the dissolved species allowed identification of the origin of solutes and the processes that generated the observed water compositions. The dissolution of halite, dolomite, and 2- gypsum explained, in part, the presence of Na^＋, K^＋, Cl^-, SO^4 , and Ca^2＋, but other processes, such as mixing, Na^＋ exchange for Ca^2＋ and Mg^2＋, and calcite precipitation also contributed to the composition of water. Human activity, in particular large-scale water resources development associated with dramatic population growth in the last 50 years, has led to tremendous changes in the groundwater regime, which reflected in surface water runoff change, decline of groundwater table and degeneration of surface water and groundwater quality. Solving these largely anthropogenic problems requires concerted, massive and long-term efforts.     

黑河上游植被覆盖时空变化特征及其未来趋势

[目的]分析黑河上游近14a来植被覆盖时空变化特征及其未来趋势,为区域生态保护提供决策参考。[方法]基于2001—2014年MODIS-NDVI数据,采用线性趋势和Hurst指数等数理方法进行定量分析。[结果]研究区植被覆盖整体处于缓慢增加趋势,年际变化呈现"波动—改善"趋势,空间分布呈现自东南向西北逐渐降低的分布特征,且具有明显经向地带性;植被覆盖改善区和退化区的面积分别占47.74%和21.81%,其中改善区主要分布在研究区中部和西北部,以高寒草原改善为主,退化区主要位于研究区东南部,以高寒草甸退化为主;未来的NDVI将向着改善的方向发展。[结论]近14a来黑河上游植被覆盖良好,且未来向着改善趋势发展,但对祁连、民乐和山丹县境内的持续退化区需要采取保护措施。     

夏季黑河中游绿洲样带蒸散量遥感估算

黑河中游绿洲集中了全流域95%的耕地,利用了全流域68%的水资源,绿洲农田蒸散是水资源的主要支出项。为了解绿洲生态系统不同景观单元的耗水规律,高效管理区域水资源,该文利用2011年6-8月的7期Landsat TM影像,结合地面气象、物候数据和土地覆盖类型,基于SEBAL-METRIC模型估算了夏季黑河中游样带尺度不同土地覆盖类型蒸散量,并利用涡度观测数据对卫星过境日模型估算的蒸散量进行验证,发现遥感估算值与实测值具有较好的一致性。结果表明:由于土地覆盖类型和灌溉的差异,黑河中游样带尺度内蒸散量空间变化较大,6-8月农田平均总蒸散量是340 mm,林地是328 mm,草地的平均值是214 mm,荒漠区只有97 mm;夏季不同土地覆盖类型蒸散量均保持在较高水平,农田日蒸散量在6月底达到最大值,荒漠日蒸散量于7月中旬达到最大值,草地6月和7月平均日蒸散值较8月大,林地蒸散量月际变化较小。另外,荒漠与绿洲土壤类型差异较大,在荒漠区与绿洲区分别选取"热点"可有效提高模型估算精度。研究对于干旱半干旱区域水资源利用与管理有参考价值。     

基于农户生计和水资源高效利用的黑河流域生态治理政策研究

[目的]分析影响黑河中游地区生态输水治理工程可持续发展的潜在因素,为该地区生态环境修复提供科学依据。[方法]通过问卷调查的方式对样本区550户农户进行调查,并采用逻辑回归分析方法对问卷数据进行建模分析。[结果]中游农户对生态输水治理工程持认可态度,但大部分农户考虑到成本效益、土地规模和灌溉技术等条件的限制,不愿意发展节水农业;同时项目对农户生计造成一定影响。[结论]黑河生态输水治理工程对节水农业投入不足,水资源短缺形式依然严峻;农户生计受到一定影响,加大了生态治理成果维护的风险。因此,在进行生态输水治理的同时,要建立流域水资源生态补偿机制,扶持节水农业发展,改善农户生计多样化,实现农户生计安全和环境保护的良性互动。