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。     

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.     

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。     

黑河干流中游地区适宜绿洲及耕地规模确定

为了确定黑河干流中游地区适宜绿洲及耕地规模,利用黑河干流中游地区1954－2012年水文气象资料及黑河流域2000年和2011年土地利用数据,采用水热平衡原理建立适宜绿洲规模计算模型,并在模型中考虑林地和草地的腾发量计算不同来水情景下适宜绿洲规模;根据分带理论建立适宜耕地规模模型,计算不同来水情景下绿洲适宜耕地规模。基于GIS建立黑河干流中游土地利用马尔科夫链模型,并利用此模型预测2015年和2020年黑河干流中游地区绿洲规模和耕地规模的变化,并对未来绿洲发展的适宜性进行评价。结果表明：黑河干流中游地区地表径流存在丰枯变化;在丰水年、平水年和枯水年的适宜绿洲规模分别为3 245～4 868、2 635～3 953和2 422～3 633 km2;相应的适宜耕地规模分别为2 337、2 004和1 878 km2;现状年2011年为丰水年,实际绿洲规模和耕地规模分别为4 035和2 366 km2,现状绿洲规模适宜性指数为0.6;预测2015年绿洲规模和耕地规模分别扩张到4 155和2 527 km2,绿洲规模适宜性指数下降到0.44～0.59;2020年绿洲和耕地规模扩张到4 304和2 719 km2,规模适宜性指数比2015年下降0.02～0.03,2011年、2015年、2020年的耕地规模都高于绿洲适宜耕地规模。干旱地区适宜绿洲规模及耕地规模研究为区域水资源可持续利用提供依据。     

灌区分布式多水源时空优化配置

为充分考虑灌区多水源供需水时空分布不均问题,该研究以河北省邯郸市漳滏河灌区为例,通过遥感技术反演土壤含水率并计算不同生育期的土壤水分修正系数,进而计算各子单元的作物需水量;分别以水库配水缺水量最小、灌区效益最大作为配置目标建立灌区分布式多水源优化配置模型,计算并分析9种水文情景下（蓄水高值-降水丰值、蓄水高值-降水平值、蓄水高值-降水枯值、蓄水中值-降水丰值、蓄水中值-降水平值、蓄水中值-降水枯值、蓄水低值-降水丰值、蓄水低值-降水平值、蓄水低值-降水枯值）配水量的时空分布规律。结果表明：通过遥感反演并模拟得出的灌区土壤含水率空间分布符合灌区实际土壤情况;漳滏河灌区4-8月的累计需水量最大,占全年总需水量的76.8%;不同情景下,民有分区的配水量均高于滏阳河分区,且空间分布变化规律明显;为保证灌区的经济效益,应优先选择水价较低、单位面积配水量较高的引黄水作为主要外调水源。研究结果可为灌区水资源时空配置及水资源高效管理提供新思路。     

基于DEA的广东省城市土地利用效率及其时空分异特征

为了揭示广东省城市土地利用效率状况和时空分异特征,构建了城市土地利用效率评价指标体系,采用CCR模型、超效率DEA模型和Malmquist指数等方法对2006—2015年广东省城市土地利用效率进行了分析。结果表明:2006—2015年广东省城市土地利用效率的平均值为0.943,效率处于较高水平,Malmquist生产率变化指数平均值为0.982,效率略微下降;广东省城市土地利用效率空间差异较大,佛山、东莞、深圳、汕尾、梅州、云浮、阳江、茂名和揭阳的城市土地利用效率最高,肇庆、广州、珠海、湛江、河源和潮州次之,而江门、中山、清远、惠州、韶关和汕头效率相对较低;总体上,2006—2015年广东省各市的城市土地利用效率变化不显著;2015年广东省7个非DEA有效城市投影结果发现,投入方面,总体上各市的市辖区固定资产投资冗余较大,而产出不足的情况各异。努力实现城市土地要素的合理配置,减少要素投入冗余,增加城市土地利用产出是城市土地利用效率的提升路径。     

灌区水资源优化配置方法及应用

针对干旱半干旱地区日益严重的水资源短缺和生态环境问题，以系统分析的思想为基础，建立了面向生态和节水的灌区水资源优化配置序列模型系统，提出了综合考虑节水、水权、生态环境等因素的多目标多情景模拟计算方法，得出了比较合理的南阳渠灌区水资源优化配置方案，最大限度的利用了当地水资源。分析计算出现状年、2010和2030年分别为工农业及城乡生活提供水资源量为5641.5，5796.7和5657.2万m³，缺水量分别为1544.6，2100.3和3627.9万m³，所得结果对     

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。     

基于遥感数据分析干旱区人工绿洲灌区的水盐时空分异特征

干旱区人工绿洲的土壤盐渍化产生和演化过程是一个多要素参与、多层次驱动、多过程耦合的复杂过程。为揭示干旱扬水灌区区域尺度的水盐时空分异特征,以地处腾格里沙漠边缘的甘肃省景泰川电力提灌工程一期灌区为研究区,选取1994、2001、2008、2015年的直接参与驱动区域土壤水盐分异过程的地表盐分、土壤含盐量、地下水矿化度、地表灌水量、地下水埋深等5个指标因子。运用可拓层次分析法确定各指标因子权重,借助ArcGIS软件中监督分类以及空间分析技术,获取各指标因子的空间分布栅格图件,将各栅格图件进行标准化处理后按照指标权重进行空间嵌套并叠加,定量化地分析了研究区区域尺度的水盐时空分异特征。结果表明:研究区次生盐碱地主要分布在东部的封闭型水文地质单元,总体看,研究区内轻度盐碱地面积最大,中度盐碱地次之,重度盐碱地面积最小;从解译的进程发展态势可知,研究区盐碱地还处于发展过程中,并呈现出加速增长趋势;由可拓层次分析法分析各指标因子权重排序为地下水埋深(0.3190)地下水矿化度(0.2710)土壤含盐量地表盐分地表灌水量,可见,区域内的地下水埋深和地下水矿化度是影响区域尺度水盐时空分异进程的主要驱动因素;研究区水盐时空分布态势与总体地势相关,呈现出西低东高的总体分布特征,由西南向东北以弧线状递增的发展趋势,灌区内东北部封闭型水文地质单元地下水位抬升明显,土壤盐渍化发展迅速。     

黑河流域中下游地区土地沙漠化现状及其原因分析

利用最新的土地沙漠化遥感监测数据(2000年),研究分析了黑河流域中下游地区的土地沙漠化现状及土地沙漠化发展的原因,并提出了其土地沙漠化防治的具体对策和措施。结果表明,2000年黑河流域中下游地区共有沙漠化土地13508.4km2,土地沙漠化类型包括耕地、草场、砾质沙漠化以及沙丘活化4种,总面积占监测土地面积(114446km2)的11.8%,其中轻度沙漠化土地27.4km2,占沙漠化土地总面积的0.2%,中度沙漠化土地1321.4km2,占9.8%,重度沙漠化土地2274.3km2,占16.8%,严重沙漠化土地9885.3km2,占73.2%,区内土地沙漠化形势严峻,以严重沙漠化土地类型占优势,特别是在黑河流域下游地区。黑河流域中下游地区土地沙漠化的发生和发展是自然和人为因素共同作用的结果,其中人类对流域内水资源的不合理利用是其主要驱动力。     

黑河中游人工绿洲防护体系植物耗水分析

根据对黑河中游的植被调查、固定样地土壤水分监测和地下水位的监测数据,分析了黑河中游人工绿洲防护体系主要植物群落立地的土壤储水量动态规律,并对耗水量做了初步的分析。结果表明,沙枣(Elaeagnusangustifolia)、杨树(Populussp )和樟子松(Pinussylvestrisvar mongolica)等乔木林土壤储水量在春季远高于夏季,随植物开始生长土壤储水量迅速下降。而生长在沙丘的梭梭(Haloxylonammodendron)、柽柳(Tamarixchinensis)和沙丘芦苇(Phragmiteecommunis)土壤储水量变化很小,基本处于稳定状态。乔木的耗水量是灌木的2 5～3 5倍以上。绿洲防护体系的乔木植被耗水量每年需要2600～3800m3/hm2,梭梭、柽柳则需要1000～1500m3/hm2。从生态效益考虑,灌木植被对沙丘的稳定和绿洲的防护作用显著,且耗水量较少,从维护绿洲生态安全的角度,灌木固沙防护林起到了巨大的作用,但现有的植被立地土壤干旱化严重,植被已经到了衰退的边缘,需要给予补充水量。     

黑河流域中游荒漠区沙尘暴、扬沙和浮尘监测及其与气候因子的关系

[目的] 分析黑河流域中游荒漠区沙尘暴、扬沙以及浮尘频次和时长的月变化和年变化,并分析其与主要气候因子的关系,为区域沙尘天气的早期预警和荒漠区的经营和管理提供依据。[方法] 利用黑河流域红沙窝荒漠化综合防治试验站的2010—2019年的沙尘天气监测数据和气象数据进行分析。[结果] 沙尘频次和时长主要集中在春季,其次是冬季,春冬两季的频次和时长各占全年的82.3%和79.4%。10 a间沙尘暴和扬沙频次总体变化趋势逐渐减少,而浮尘频次总体变化趋势逐年增加;沙尘时长总体变化趋势逐年增加。沙尘频次月变化与土壤湿度（10 cm）和大气湿度之间呈极显著负相关（p<0.01）,与风速之间呈极显著正相关（p<0.01）。扬沙年际发生频次与土壤温度（5 cm）之间呈显著负相关（p<0.05）,与大气温度之间呈极显著负相关（p<0.01）。[结论] 近10 a来,黑河流域中游荒漠区的沙尘天气主要发生在春季和冬季,破坏性较大的沙尘暴和扬沙逐年减少,而浮尘逐年增加。沙尘频次的月变化主要影响因素是浅层土壤湿度、大气湿度和风速。春季的浅层土壤湿度影响了沙尘暴和扬沙年际频次变化,浅层土壤温度影响了浮尘年际频次变化;冬季的浅层土壤温湿度和降水量影响了沙尘暴的年际频次变化,浅层土壤温度和大气温度影响了扬沙的年际频次变化。     

长江上游水蚀区降雨侵蚀力的时空分布特征

降雨侵蚀力的时空分布特征对于分析和认识土壤侵蚀规律十分重要.根据长江上游7个省市的704个站点1981-2010年30 a的逐日降雨量资料计算了多年平均降雨侵蚀力R值,多年平均半月降雨侵蚀力及其占年降雨侵蚀力的比例,并分析了长江上游水蚀区降雨侵蚀力的空间分布规律.结果表明,长江上游水蚀区的降雨侵蚀力R值范围为273～11 394MJ·mm/(hm2·h· a);受地形的影响R值的空间分布有3个高值区,位于四川省峨眉山市、贵州省毕节地区和湖北省宜昌市附近;建立了多年平均降雨量和降雨侵蚀力R值的关系,相关系数R2达到0.80;研究区降雨侵蚀力的年内分布集中度较大,均值为69％,主要集中在5-10月.     

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。     

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。     

黄河中游地区生态恢复对流域水资源的影响

[目的] 研究黄河中游地区生态恢复对水资源的影响,为流域生态保护和高质量发展提供科学依据。[方法] 利用GIMMS NDVI、ET、土壤水分、地表径流等相关水文数据,基于趋势分析和双累积曲线等方法,探讨生态恢复前后黄河中游地区蒸散发、土壤水分、地表径流的时空变化特征。[结果] 1982-2018年,黄河中游地区植被覆盖度增加了29.72%;在黄河中游地区植被覆盖度增加1%,蒸散发量增加了3~4 mm;在生态恢复区土壤水分呈下降趋势,下降速率为0.001 3%/a;各站点的平均径流量在1961-2018年呈逐年下降趋势,以生态恢复为代表的人类活动对径流量下降起到重要作用。[结论] 由于生态恢复和暖干化的气候背景,黄河中游水资源严重短缺。建议后续黄河中游生态恢复综合考虑水资源,减少人为干扰,以自然植被恢复为主。     

黑河中游荒漠绿洲区免灌植被土壤水分状况

对1年、3年、5年、20年梭梭人工林,20年的花棒、柽柳、柠条人工林及天然荒漠植被等立地土壤湿度研究表明:土壤湿度随植物盖度增大而减少,盖度>40%与盖度<5%的固沙植物花棒、柽柳和梭梭林地,土壤湿度分别相差0.72%,1.16%和1.28%;植物种间土壤湿度也有差异,相同密度下花棒土壤湿度>梭梭土壤湿度>柽柳土壤湿度。随着植物生长,土壤湿度下降。1年、3年和5年生梭梭人工林土壤储水量比未营造梭梭林的沙地分别降低23.00%,48.00%和58.00%。随着不同部位间水平距离的增大,土壤湿度变异较大;在垂直剖面上,随土壤深度增加,土壤湿度逐渐降低,梭梭、柽柳、花棒、柠条林地土壤湿度由(2.57±0.20)%,(2.04±0.17)%,(2.75±0.15)%和(2.20±0.07)%,下降至(1.19±0.25)%,(1.01±0.20)%,(1.31±0.18)%和(0.99±0.14)%。4月与9月荒漠植被泡泡刺沙堆、戈壁土壤湿度的差值分别为1.03%和0.81%。戈壁土壤水分垂直变化较大,20cm与160cm土壤湿度分别为(3.35±0.38)%,(1.39±0.04)%,相差3.08%。     

近20 a黑河下游核心绿洲区土地荒漠化特征及影响因素

利用遥感影像数据,在GIS的支持下,对近20 a黑河下游核心绿洲区的土地荒漠化特征进行分析。结果表明,研究区的沙漠面积在不断增加,在近20 a里沙漠面积增加约31 km²;2001年盐碱地面积为465.97 km²,比1990年增加82.29 km²,2002年分水工程实施后,盐碱地面积开始减小,2010年又有所增加;近20 a中,沙地在稳步增加,林草地在持续减少,二者之间的转换较为频繁;在不同的土地覆被类型中,林草地、盐碱地、沙地和水体的变化较大。社会经济和人口因素对研究区土地沙漠化的影响显著,在自然因素的背景下,人为因素对水资源时空分布的影响在短期内决定着研究区绿洲的演变方向。