黑河流域水资源供需平衡与配置研究

水资源合理配置是水资源高效利用的重要手段,同时是水资源可持续利用的核心问题。针对黑河流域水资源利用现状与存在的问题,运用系统分析理论与方法,对黑河流域水资源需求、供水能力、水资源配置与供需平衡进行了分析与讨论。结果表明:在50%保证率下,黑河流域2015年、2020年和2030年需水量分别为3.271×10⁹ m³,3.041×10⁹ m³和3.071×10⁹ m³,供水量分别为2.841×10⁹ m³,2.972×10⁹ m³和3.033×10⁹ m³,缺水量分别为4.30×10⁸ m³,0.69×10⁸ m³和0.38×10⁸ m³,缺水率分别为13.15%,2.27%和1.24%。针对流域水资源现状,应采取提高工业用水重复利用率、调整农业种植结构、大力发展高效节水技术等措施。继续加强流域水资源高效管理,改善流域生态环境,提高流域内水资源可持续利用能力。     

九龙江流域生态需水量时空变化趋势分析

为了维持和保护流域生态系统健康,避免流域生态环境退化,进行流域生态需水量的确定和研究是有必要的。根据九龙江2000—2018年2个水文站实测数据,结合Tennant法确定河道内生态基流,选择面积定额法,利用流域内土壤质地分布状况,以及基于遥感开发的MCD12Q1土地利用产品和MOD16A2蒸散发产品估算植被生态需水量,并对区域生态环境需水量进行时间变化趋势分析和空间分布分析。结果表明：(1)在2000—2018年,九龙江流域有林地、草地面积整体呈现增加趋势,农田、疏林地面积呈现下降趋势;(2)九龙江流域内北溪、西溪河道内多年平均生态需水量分别为22.68亿m³,10.67亿m³,植被多年平均生态需水量为105.27亿m³;(3)有林地、草地的生态需水量呈显著上升趋势,疏林地、农田生态需水量呈下降趋势,前者显著,后者不显著。受人类活动影响,九龙江流域土地覆盖/利用类型年际变化剧烈,因此在区域生态需水量变化中其作用不可忽略,随着遥感/GIS技术的发展,对土地覆盖/利用类型以及植被蒸发量的高时空分辨率观测变得可能,有助于准确预...     

塔里木河下游植被耗水量的时空演变

[目的] 分析塔里木河下游天然植被耗水量,为其生态修复研究提供科学指导。[方法] 基于Landsat系列影像和日尺度气象数据,采用改进的Penman-Monteith公式法,在30 m空间分辨率上,对生态输水以来大西海子水库至阿拉干断面间植被耗水量的时空演变趋势进行了分析。[结果] ①研究区天然植被耗水量时空分布存在着明显的梯度化差异,高耗水区主要分布在主河道沿线及自然漫溢区,下游植被耗水量整体偏低,年内主要集中于植被生长中期。②2000—2020年天然植被平均耗水量为1.90×10⁸ m³/a,并以2.44×10⁷ m³/5 a的速率增长;同期大西海子水库至阿拉干断面间的河水消耗量为2.79×10⁸ m³/a;植被耗水量占河道消耗水量的68.23%,二者随输水进程均呈上升趋势。③天然植被面积以12.37%/5 a的速率增长,耗水量以12.82%/5 a的速率增长,植被面积与耗水量增长速率相匹配,天然植被的修复对输水的响应较为积极,继续输水仍会促进植被的快速恢复。[结论] 截至2020年,经过21 a的生态输水,塔里木河下游天然植被得到明显改善;但受既有输水方式固化的影响,加大了水面及浅埋深区的无效蒸发,生态耗水的时空分布仍存在优化的可行性和必要性。     

气候变化对扎龙自然保护区植被生产力的影响

[目的]准确了解2010年以来扎龙自然保护区生态变化,为提高湿地生态系统服务价值评估能力提供数据支持和理论参考。[方法]基于遥感、气象、地面协同观测数据,利用CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型、GSMSR(Geostatistical Model of Soil Respiration)模型和回归分析等统计方法,分析气候变化对2010—2020年扎龙自然保护区土地覆盖、植被生态质量、净生态系统生产力(NEP)等的影响。[结果](1)扎龙自然保护区的主要土地覆盖类型为有水草甸,占保护区面积的37.24%,主要分布在核心区,但面积总体呈下降趋势;(2)植被覆盖度呈波动增长趋势,年最高植被覆盖度平均为74.62%;(3)植被生态质量指数呈增加趋势,2019,2020年处于“好”等级;NEP平均为253.59 g/(m²·a)(以C计),呈现东高西低的空间分布特征;(4)生长季平均固碳量为5.69×10⁵ t/a,释氧量1.52×10⁶ t/a,均存在上升趋势;(5)气温对生态监测指标...     

石羊河流域天然植被适宜生态需水量估算

基于遥感手段并运用ArcGIS 9.3软件统计获得石羊河流域1987,2000及2010年3期各类型天然植被面积数据,采用阿维里扬诺夫估算方法对石羊河流域各县区天然植被的生态需水量进行了估算。结果表明,石羊河流域1987,2000及2010年天然植被适宜生态需水量分别为2.43×10⁹,2.34×10⁹,2.06×10⁹ m³,其中各县区天然植被适宜生态需水量由多到少依次为:肃南县> 天祝县> 永昌县> 民勤县> 古浪县> 凉州区> 金川区。石羊河流域林地、草地的生态需水量基本各占总需水量的1/2,但各县区林地、草地生态需水量的百分比差异明显,流域天然植被的水分利用率介于2.74~16.55 kg/(hm²·mm)。通过对石羊河流域3期天然植被适宜生态需水量的研究发现,流域天然植被无论从总需水量还是各优势盖度的需水量上均呈现减少趋势,因此确定天然植被的适宜生态需水量,对区域水资源的合理配置和科学制定生态恢复方案具有重要的现实意义和借鉴作用。     

基于PLUS-InVEST模型的福建省土地利用变化与碳储量评估

[目的]福建省森林覆盖率高达66.8%,是我国森林覆盖率排名第1的省份。探讨福建省土地利用变化对碳储量时空变化的影响是探寻社会发展和生态保护平衡点的理论基础。[方法]基于PLUS模型和InVEST模型碳储量模块,揭示2000—2020年全省碳储量时空变化特征与土地利用类型之间的关系,并从自然发展、生态保护和城镇发展3种情景预测2020—2030年福建省碳储量时空变化。[结果] 2000年、2010年和2020年研究区的总碳储量分别为214.77×10⁷,214.51×10⁷,212.93×10⁷ t,呈逐年下降趋势。人类活动对土地的开发和改造是导致碳储量变化的主导因素,大面积的耕地和林地转变为建设用地是导致碳储量降低的直接原因。预测结果认为,与2020年相比,2030年自然发展、生态保护和城镇发展情景下碳储量分别减少1.47×10⁷ t,增加0.17×10⁷ t,减少1.85×10⁷ t。生态保护情景是唯一逆转碳储量下降的发展情景,该情景与2020年相比,...     

哈尔滨市产水量时空变化及其驱动力

[目的]探讨2000—2020年黑龙江省哈尔滨市产水服务的时空变化特征,揭示哈尔滨市产水量时空分异特征的驱动机制,为该市水资源管理及可持续发展提供科学依据。[方法]选取中国典型的寒地城市哈尔滨市作为研究区,基于InVEST模型产水量模块对2000,2010和2020年的产水量时空变化特征进行分析,并利用参数最优地理探测器揭示哈尔滨市产水量时空演变的驱动因素。[结果](1)2000—2020年哈尔滨市产水量呈逐年增长趋势,产水量由2000年的9.68×10⁹ m³增长至2020年的2.23×10¹⁰ m³。不同年份产水量的空间分布格局基本相似,在空间上整体表现为“东高西低”的分布特征。(2)研究区产水量的分布存在显著的空间正相关,以“低—低聚集”和“高—高聚集”类型为主,2000—2020年,二者面积占全市总面积的比例呈下降趋势。(3)各驱动因素对产水量的影响具有明显的空间异质性,实际蒸散发量和土地利用类型是经济质量发展区的主要驱动因子,而在自然主导的生态屏障区,二者的综合驱动力远不及经济质量发展区。...     

基于Clue-S模型的石马河流域东莞段生态系统服务价值变化情景模拟

[目的]探究生态系统服务价值演变的内在作用机制,旨在寻求以流域为单元的生态农业和城镇的优化配置模式。[方法]基于土地利用及生态服务价值相关理论与方法,以石马河流域东莞段2010-2020年土地利用数据为基础,利用Clue-S模型对2025年土地利用格局进行模拟,得出2025年区域在生态安全、耕地优先和建设发展3种情景下的土地利用空间布局和优化配置结果,分析各情景下流域生态系统服务价值时空格局。[结果]在2010-2020年,石马河流域东莞段生态服务价值下降了1.80×10⁷元,主要为耕地、林地、园地转出。2025年在耕地优先、生态安全、建设发展的情境下ESV分别为9.44×10⁷,9.62×10⁷,9.38×10⁷元,除了生态安全之外,其余两个情景较2020年生态系统服务价值ESV都有下滑。[结论]对处于快速城镇化发展且生态与发展矛盾突出的地区,进行流域生态系统服务价值进行模拟与分析,有利于增强对区域在不同发展模式下生态系统服务价值空间布局的认识和理解,为土地利用规划与生态经济协调发展提供宏观的参考。     

渭河水文情势变化评估及归因分析

河流水文情势关系着河流生态健康,对河流生态系统的完整性和稳定性具有重要影响。采用线性回归法、Mann-Kendall法、累积距平法及双累积曲线法分析了渭河流域咸阳、华县与状头3个水文站径流变化特征(1965—2018年),结合IHA-RVA法综合评估河川径流水文指标改变程度,揭示了人类活动对水文情势的影响。结果表明：1965—2018年渭河主干及子流域北洛河流域年径流量呈显著减少趋势(p<0.05),干流咸阳和华县站年径流减少速率分别为5.5×10⁷ m³/a和6.8×10⁷ m³/a,北洛河状头站年径流减少速率为8.0×10⁶ m³/a;咸阳和华县站年径流量突变年份均为1993年,状头站年径流量突变年份为1994年。对比突变前后水文指标变化程度,咸阳、华县与状头站水文整体改变度分别为48%,46%和50%,为中度改变。流量变化改变率及频率改变最为显著,水利工程与水土保持措施是河川水文情势变化的主因。研究结果可为流域水资源可持续利用与水土保持措施合理...     

西北干旱区不同土地利用情景下的碳储量及碳源/汇变化模拟与预估

[目的]研究中国西北干旱区2000—2020年以及未来2100年不同发展情景下的土地利用变化,分析土地利用变化引起的碳储量、碳源/汇变化,以期为区域土地优化管理及碳汇增加和环境保护提供参考。[方法]基于2000—2020年土地利用数据,采用FLUS模型模拟未来2100年土地利用情景;采用修正后的碳密度、土地利用数据,运用InVEST模型carbon子模块估算并分析2000—2020年及未来2100年不同土地利用情景下的区域生态系统碳储量、碳源/汇及变化。[结果](1)2000—2020年西北干旱区耕地、草地和建设用地面积持续增加,林地、水域和未利用地面积减少,21 a间全区域碳储量增长了1.60×10⁸ t,其中植被碳储总量增加2.89×10⁵ t,土壤碳储总量增加1.60×10⁸ t。(2)与2020年相比,2100年自然发展情景、耕地保护情景和生态保护情景下碳储量分别增加了6.37×10⁸,7.78×10⁸,8.49×10⁸ t,耕地、生态保护情景下碳...     

植被分布对地表糙率影响

[目的]分析在植被淹没或非淹没状态不同植被覆盖密度影响下,地表糙率的变化规律与特征,为进一步研究植被对地表糙率的影响提供参考。[方法]试验以塑料棒模拟植被分布,模拟出不同密度,分别进行放水试验。[结果]在植被淹没与非淹没状态下地表糙率的变化不同,在非淹没状态时,地表糙率随着平均水深的增加呈减小的趋势,在淹没水深小时,地表糙率随着平均水深的增加而先增大后减小,而当淹没水深很大时,地表糙率趋向于一个稳定值。[结论]地表糙率取值随植被覆盖密度的增大而增大;同一下垫面情况下,不同的水流方向,地表糙率取值不相同。     

废弃采石场植被快速恢复研究

采石对植被破坏是毁灭性的,废弃采石场没有植被保护,极易产生水土流失。通过人工快速恢复植被是最有效防治水土流失,保护生态环境的途径。通过在不同立地条件下的不同整地方式和不同的植物组合形式试验,对比植物的成活率、盖度、年生长量和植株冠幅,确定出客土种植草木犀和苜蓿和客土30 cm栽植乔木能有效提高乔木成活率。     

以地表温度-植被指数特征空间为基础基于MODIS数据进行土壤水分监测研究

Soil moisture has been considered as one of the main indicators that are widely used in the fields of hydrology, climate, ecology and others. The land surface temperature-vegetation index （LST-VI） space has comprehensive information of the sensor from the visible to thermal infrared band and can well reflect the regional soil moisture conditions. In this study, 9 pairs of moderate-resolution imaging spectroradiometer （MODIS） products （MOD09A1 and MODllA2）, covering 5 provinces in Southwest China, were chosen to construct the LST-VI space, and then the spatial distribution of soil moisture in 5 provinces of Southwest China was monitored by the temperature vegetation dryness index （TVDI）. Three LST-VI spaces were constructed by normalized difference vegetation index （NDVI）, enhanced vegetation index （EVI）, and modified soil-adjusted vegetation index （MSAVI）, respectively. The correlations between the soil moisture data from 98 sites and the 3 TVDIs calculated by LST-NDVI, LST-EVI and LST-MSAVI, respectively, were analyzed. The results showed that TVDI was a useful parameter for soil surface moisture conditions. The TVDI calculated from the LST-EVI space （TVDIE） revealed a better correlation with soil moisture than those calculated from the LST-NDVI and LST-MSAVI spaces. From the different stages of the TVDIE space, it is concluded that TVDIE can effectively show the temporal and spatial differences of soil moisture, and is an effective approach to monitor soil moisture condition.     

模拟植被类型及空间配置对坡面流水动力学特性的影响

通过室内水槽模拟冲刷试验,研究缓坡坡降1.4%、流量0.6~1.8L/s、非淹没条件下,植被类型(柔性植被、刚性植被)和植被配置格局(棋盘状格局、长条状格局、带状格局)对坡面流水深、流速、流态、达西阻力系数等水动力学特性的影响,探究其规律。结果表明:(1)与裸坡相比,植被具有雍水缓流作用,水深雍高1.4~2.8倍,流速延缓31%~65%,植被格局较植被类型作用更为明显,其中柔性植被、带状格局雍水效果最好。(2)坡面流态指数m显示刚性植被、棋盘状格局条件下水流紊动性最强,而坡面综合指数k显示柔性植被、带状格局对水流作用更强。(3)各试验条件下,水流流型以过渡流为主,主要受单宽流量影响而与植被条件无关;裸坡条件下水流流态为急流,植被覆盖下为缓流,受单宽流量和植被类型影响较小,棋盘状和带状格局影响较大。(4)植被使坡面平均阻力系数较裸坡增加约2.9~20.5倍,缓流条件下阻流效果更好;植被类型较植被格局对阻力系数的影响更大,其中柔性植被和带状、棋盘状格局阻水效果更好,而沿程阻力系数变化显示带状具有明显的波动特性,棋盘状格局较为稳定,即水动力学条件更佳。     

河沟流域土壤水分空间变化及植被分布与生物量研究

 以河沟流域土壤含水量测定和植被调查为基础,综合分析了不同地貌与土地利用类型的土壤水分空间变化,以及植被群落、植物种分布和生物量的变化。认为:黄土残塬从塬中、塬坡、沟坡到沟底,土壤水分呈有规律的变化,从塬中到沟坡中上部,土壤含水量呈递减趋势,坡麓及沟底土壤含水量则最高,而阴坡土壤含水量明显高于阳坡;农耕地土壤含水量高于草地,林地含水量最低;植被分布和生物量,与土壤水分的空间分布有着密切的关系,基本呈正相关;植物对不同地貌部位的适应性不同,从而决定了植物分布与生长。通过综合分析,提出不同地貌部位植物的适应性评价表,为人工恢复植被的植物种选择提供参考,为流域治理和水土保持提供科学依据。     

地理信息技术支持下中国三峡典型区植被变化预测的试验研究

A computerized parametric methodology was applied to monitor, map, and estimate vegetation change in combination with ＂3S＂ （RS--remote sensing, GIS--geographic information systems, and GPS---global positioning system） technology and change detection techniques at a 1：50 000 mapping scale in the Letianxi Watershed of western Hubei Province, China. Satellite images （Landsat TM 1997 and Landsat ETM 2002） and thematic maps were used to provide comprehensive views of surface conditions such as vegetation cover and land use change. With ER Mapper and ERDAS software, the normalized difference vegetation index （NDVI） was computed and then classified into six vegetation density classes. ARC/INFO and ArcView software were used along with field observation data by GPS for analysis. Results obtained using spatial analysis methods showed that NDVI was a valuable first cut indicator for vegetation and land use systems. A regression analysis revealed that NDVI explained 94.5% of the variations for vegetation cover in the largest vegetation area, indicating that the relationship between vegetation and NDVI was not a simple linear process. Vegetation cover increased in four of areas. This meant 60.9% of land area had very slight to slight vegetation change, while 39.1% had moderate to severe vegetation change. Thus, the study area, in general, was exposed to a high risk of vegetation cover change.     

基于Landsat 8 OLI影像的延河流域土壤线提取及其应用研究

[目的]以延河流域为研究区,利用自动提取算法建立典型黄土的土壤线方程,为土壤调节植被指数的计算提供基本参数。[方法]基于Landsat 8OLI遥感影像,采用自动提取算法获取土壤线参数;分析归一化植被指数NDVI,土壤调节植被指数PVI,TSAVI,ATSAVI与实测盖度的相关性,探讨所构建的土壤线方程在黄土高原地区植被指数提取中的适用性。[结果]通过自动算法与常规方法对比发现两者偏差较小,且自动提取算法具有较高的精度和稳定性;各植被指数与实测盖度的相关性大小为:PVINDVITSAVIATSAVI,PVI为延河流域植被盖度反演的最优植被指数,NDVI次之,TSAVI与ATSAVI较差;与NDVI指数相比,PVI指数能够较好地抵抗土壤噪声的影响,对不同植被类型的敏感性较高,更适用于植被覆盖度较低的黄土高原。[结论]自动提取算法对延河流域土壤线的提取较为适用,所得参数适合于计算土壤调节植被指数。     

土壤种子库研究进展

在浏览国内外大量文献的基础上,从土壤种子库研究意义、国内外研究现状和目前研究的热点问题等方面论述土壤种子库的研究进展。针对目前土壤种子库研究的热点问题,主要从土壤种子库的分类、种子质量和种子休眠之间的关系、种子库的水平分布及种子库与地上植被的关系等方面进行讨论,指出其在遗传结构和扩散等研究内容及方法方面所存在的问题,并提出了相应的建议。     

西北地区植被恢复与建设的原则

 在分析植被建设工程存在问题的基础上,提出我国西北地区实施退耕还林、天然林保护、防沙治沙等工程的植被建设中需遵循8项原则:统一规划与协调一致的原则;建设多类型植被,以地带性植被为主的原则;建设手段采用人工与天然相结合,以天然为主的原则;保护、开发利用相结合,以保护为主的原则;充分利用种质资源,以乡土树种为主的原则;合理利用水资源,建设以免灌溉植被为主的原则;乔灌草相结合,以灌草为主的原则;多种繁殖材料相结合,以种子繁殖和天然“克隆”为主的原则。     

基于植物群落结构的水土流失植被因子指数研究

通过分析传统生态学盖度在指示植被防止水土流失功能的不足,以植被垂直结构中各个层次控制水土流失的机理为依据,提出结构化植被因子指数Cs这一新的指标,建立了植被因子指数模型并进行了案例分析。结果表明:油松和山杨群落中,林冠层、草被层及枯枝落叶层都是植被防止水土流失的关键层次,其盖度对于防止水土流失的作用权重分别为0.0150,0.591,0.394和0.0608,0.828,0.112。结构化植被因子指数考虑了群落结构中各层次的相对作用,并结合各层次的盖度来综合反映植被影响水土流失的作用,比传统的生态学盖度能更好地描述植被与土壤侵蚀的关系,是一种理想的植被因子指标。