西北内陆河流域“自然—社会—贸易”三元水循环模式解析

持续的强人类活动大大改变了流域水循环演变的结构、路径和驱动力,后者又反过来影响着人类生存发展的水安全。日益深入的市场经济使人类活动对水循环的影响从一个流域扩展到流域之外更宽广的区域范围,以产品贸易为纽带的水“流动”已成为驱动区域水循环演变与影响区域水安全的重要内在因素。以流域为单元的传统水循环研究,难以揭示不同区域之间的水循环联系、双向回馈机制与协同进化机理。本文从西北内陆河流域长期大量输出高耗水农产品这一现象分析入手,采用理论解析与案例相结合方法,阐述分析内陆河流域自然水循环、“自然—社会”二元水循环、区域间贸易水循环的基本过程、显著特征及其驱动机制,继而首次明确提出内陆河流域“自然—社会—贸易”三元水循环模式,并就其通量计量模型、影响因素与生态环境效应、科学前沿进行了探索分析,以便未来西北内陆河水循环、水文水资源等研究能更多重视对驱动内陆河流域水循环的外部力量及其双向互馈、协同进化的分析,更新内陆河流域水安全、生态安全的思考范式。     

近25a来新疆农作物水足迹与经济增长的空间关系分析

水—经济空间关系是干旱区与半干旱区水资源研究的热点，揭示水—经济空间分布演变规律和因果关系，可为优化水资源合理配置、合理部署产业结构调整政策提供理论和决策参考。研究应用水足迹理论，核算新疆各地州1991—2015年农作物水足迹，结合信息熵值理论分析新疆各地州农作物水足迹、国内生产总值、第一产业增加值其熵值的空间演变规律及因果关系。结果表明：新疆农作物水足迹与第一产业增加值、国内生产总值空间演变整体向着均衡有序的方向发展，水—经济的空间不均衡性逐步缩小；新疆农作物水足迹显著影响其第一产业增加值空间演变，影响期1～5 a，农业经济空间分布受农业用水空间分布的长期制约；农作物水足迹和国内生产总值没有空间演变因果关系，全疆经济发展向着第二产业、第三产发展转型，农业经济不再显著影响全疆经济发展。     

新疆绿洲格局变化与生态耗水结构分析

为准确评估新疆绿洲格局变化与生态耗水结构,综合应用遥感信息技术和统计学方法,从省域和水资源分区2个尺度系统研究20世纪90年代以来新疆绿洲的演变格局,分析绿洲生态耗水特性,揭示社会经济耗水与生态耗水之间的比例关系。结果表明,人工绿洲和天然绿洲的面积之比由0.625∶1演变为1.3∶1,其生态耗水总量分别由1990年的125.0亿m³和45.8亿m³增至2018年的182.2亿m³和71.9亿m³,呈波动增长的变化趋势;在空间上,绿洲耗水呈“北高-南低”的分布格局。新疆生态耗水总量为329.7亿m³,其中天然生态系统的耗水量为218.0亿m³,与总可利用水量之比分别为49.6%和32.8%。     

基于 SVR 的无实测资料小流域山洪灾害 临界雨量预估模型及应用 -以河南新县为例

山洪灾害是我国防灾减灾工作中亟待解决的突出问题,临界雨量是山洪灾害预警预报的重要指标,传统的临界雨量计算方法各有所长,对资料的要求各不相同,但对于无实测资料小流域防灾对象临界雨量计算的研究却寥寥无几(这里无实测资料指的是既没有雨量、洪峰资料也无野外断面调查资料)。鉴于此,基于支持向量机回归拟合算法(SVR),应用比拟法建立模型,对无资料小流域山洪灾害临界雨量进行推求。结果表明:(1)SVR模型具有很好的泛化性,预测精度高、误差小,结果较优;(2)利用SVR模型预估的临界雨量值与真实值偏差小,可以作为山洪灾害预警预报指标,为当地决策部门提供参考。     

河道断流对胡杨(Populus euphratica)径向生长量的影响

以塔里木河下游胡杨(Populus euphratica)为研究对象,基于树木年轮学的方法,借助小波分析法与Mann-Kendall、Mann-Whitney检验方法,将不断流条件下的树木年轮径向生长量作为对照,分析了塔里木河下游河道长期断流条件下胡杨径向生长量的变化特征,并进行了趋势检验及突变检验.结果表明:(1)塔里木河下游生态输水使树木年轮生长发生了良性转变;(2)1972年塔里木河下游断流以来,1970-1999年期间,英苏、喀尔达依、阿拉干、依干不及麻断面的胡杨径向生长量的变化呈缓慢变化的趋势,整个变化是长期的、缓慢的过程,而不是迅速的、突变性的;(3)生态输水对树木年轮生长的影响是人为作用下的短期的突变过程;(4)与长期断流相比,在不断流条件下,从1970年到2009年,胡杨径向生长量呈有规律的升降交替的变化趋势;在长时期序列(1962-2008年)下,胡杨径向生长量以25年周期变化,大周期(25年)内又包含着小周期(11年与5年).     

1988—2015年新疆农业用水时空变化与政策驱动研究

农业用水是人类开发利用水资源以及影响生态系统的主要扰动因素,科学定量农业用水是合理配置与调控区域水资源的基础工作。传统的农业用水统计只是记录了可测量的用水量,而水足迹则完整刻画了人类活动对水资源系统的压力表现。从水足迹理论出发,采用Cropwat软件计算了新疆1988—2015年近20种农作物生产水足迹总量,并利用Mann-Kendall趋势和突变检验的方法,分析了28年间新疆农作物水足迹的时空变化,探讨了农作物水足迹驱动因素及机制。结果表明：新疆农作物水足迹在28年间总量增加了256%;水足迹序列在2005年前后增长出现了突变,后一阶段增长率是前一阶段的3倍以上;从农作物水足迹中蓝水足迹与绿水足迹的构成看,农作物绿水足迹呈持续增加趋势,但其在农作物水足迹总量中的比例略有下降。进一步分析表明,农业种植规模的快速扩张是新疆农作物水足迹大幅度增加的根本原因,而脱贫致富、扶贫攻坚等经济发展需求下的政策（战略）支持是农业种植规模（灌溉面积）持续快速增长的核心驱动力。通过探究农作物水足迹的变化及原因,揭示了新疆农业用水的时空变化,以及农作物水足迹与国家、地方政策和社会活动之间的关系,可为深入解析新疆农业增长与水资源开发利用及生态环境之间的时空演化关系和相关决策与政策制定提供参考。     

基于Cobb-Douglas生产函数的新疆各地区典型作物生产水足迹驱动因素研究

水资源紧缺是限制我国西北干旱区农业发展的主要瓶颈,正确评估地区农业用水效率及其影响机制,可为提高农业用水效率提供理论依据。以新疆为研究区,基于1988-2015年的长系列数据,分别计算出历年北疆、南疆、东疆典型作物（小麦、棉花）生产水足迹,并采用Cobb-Douglas生产函数定量分析气象因素（年降雨量、年日照时数、年均温度、年均风速、年均湿度）和技术因素（农机总动力、有效灌溉率、化肥施用折纯量）对作物生产水足迹的影响贡献率。结果表明： 1988年至2015年,东疆小麦、棉花生产水足迹显著高于北疆和南疆,在气候变化和技术进步的综合影响下,各地区典型作物生产水足迹逐年降低,其中技术进步对新疆典型作物单产水足迹影响显著高于气候因素,是驱动新疆各地区典型作物生产水足迹变化的主要控制因素。地区尺度上,北疆、南疆、东疆气候变化和农业技术发展均呈现显著的地区差异,总体来看,北疆气候条件最适宜作物生长,东疆气候最为恶劣,北疆、南疆农业技术发展速率整体上高于东疆。     

基于流域水资源合理配置的塔里木河流域生态调度研究

塔里木河流域近期综合治理已近尾声,众多山区水库及水电开发建设将大规模展开,开展流域生态调度对巩固综合治理已取得的成效,强化水资源统一管理,构建和谐流域具有重要的现实意义. 基于流域已确定实施的水资源分配方案和近10 a来的生态输水实践,分析了生态调度与水资源合理配置的关系以及流域生态调度关键问题、主要技术路线和基本框架结构,计算了流域生态调度关键控制断面阿拉尔断面生态流量,探索了源流区、干流中上游、干流下游生态调度的目标和措施,提出了源流"集中同步组合"、干流"分段耗水控制"、干流下游"地下水位调控"的生态调度方案,以期为流域水资源统一管理、控制性水利工程运行管理和流域生态环境保护提供参考依据.