黑河流域生态输水对下游植被变化影响研究

通过对2000—2009年的MODIS/NDVI序列分析,研究了黑河下游额济纳地区实施生态输水后该地区的植被时空变化格局。基于不同时空分辨率的遥感影像和实地考察资料,分析了形成植被变化空间差异的主要原因。研究结果表明：（1）研究区内80.4%的绿洲区植被和91.5%的荒漠区植被呈恢复趋势。绿洲区内季节累积植被指数序列趋势度大于0.14a-1的区域都存在农田开垦或弃耕地复播现象;荒漠植被的显著恢复主要发生在西河中、下游和东河下游地区。（2）研究区内19.6%的绿洲区植被和5.1%的荒漠区植被进一步退化,退化区主要分布在衬砌渠系两侧和一些干涸或径流减少的自然河流两岸,植被退化主要是乔木林的退化。（3）大范围的植被恢复主要原因在于地下水环境的整体好转,以及生态保护措施的实施;地下水环境的整体好转取决于黑河中游来水量的增加和下游输水方案的实施。（4）研究区内植被退化的直接原因在于目前输水方案实施后引起的局部地表水环境恶化。因此基于植被动态监测和局部植被对全局生态的重要性评价,确定合理的输水方案,对于区域生态环境演变进入良性循环意义重大。     

黑河下游额济纳地区植被变化规律及最小需水量的估算

将2000～2008年MODIS-NDVI与黑河径流量数据相结合,在区域尺度上定量研究额济纳绿洲植被的多年变化规律及其与河流径流量的关系,并对额济纳地区的最小需水量进行了估算。结果表明,在新的配水方案实施后,绿洲年均植被指数呈上升趋势并与黑河径流以及地下水有很强的依赖关系,而且黑河径流对额济纳绿洲的影响存在1年的滞后期。维持额济纳地区生态环境不发生退化的年最小需水量为4.5×108m3。     

治理黑河修复额济纳绿洲

黑河流域为我国西北第二大内陆河流域，下游的额济纳绿洲是保护河西走廊、西北乃至华北地区的天然生态屏障。近年来，不断减少的黑河下泄水量导致河道断流时间显著延长、湖泊湿地消失、地下水位普遍下降且矿化度提高、植被萎缩、沙漠化进程明显加快等，绿洲生态环境急剧恶化。为此，国家制定了上下游之间的分水方案，并已连续三年实施跨省际的人工调水，抢救额济纳绿洲。同时，为期三年的应急治理工程正在实施，旨在通过中游地区大规模的灌区节水改造和下游地区的绿洲保护等综合工程修复额济纳绿洲。笔者在对额济纳绿洲生态环境现状、黑河分水方案以及三年应急治理工程介绍基础上。就目前黑河水资源统一管理中所存在的几个问题提出了建议。     

黑河生态调水后额济纳绿洲植被变化规律研究

为了客观认识和评估生态调水对黑河下游绿洲植被的影响,基于遥感技术手段,分析了生态调水后黑河下游额济纳绿洲植被变化规律。结果表明:1987—2017年,水域和林地、草地面积变化过程呈V形,2000年以来林地、草地面积持续增加,植被覆盖度增加显著,植被覆盖改善区域占总面积的比例近30%,水域面积持续扩大;额济纳绿洲土地利用类型转换主要经历了由林地和中、高覆被草地转变为低覆被草地和未利用地,而后转变为林地和中、高覆被草地的过程;通过近20 a的生态调水,总体上遏制了下游绿洲植被持续减少的状态,绿洲生态环境得到明显改善。说明黑河生态调水对下游植被恢复起到关键作用,随着生态调水年份的增加,林草地向高覆被转变趋势明显。     

西北干旱区额济纳绿洲水资源与生态环境保护对策

分析黑河流域下游额济纳绿洲水资源与生态环境的关系 .由于流域中、上游地区用水量逐年增加 ,使上游来水量逐渐减少 ,导致额济纳河由常年流水变成季节性流水 ,造成额济纳绿洲地下水位持续下降、水质恶化、植被退化、土地沙漠化 ,以及沙尘暴危害加剧 ,使绿洲生态环境严重恶化 .为保护和恢复额济纳绿洲 ,使社会经济可持续发展 ,应采取一系列生态环境保护对策 ,包括实施流域水资源分配 ,合理配置水资源 ;加强节约用水 ,发展高效农业 ,提高水资源利用率 ;搞好生态环境建设及水源保护 ,搞好流域规划 ,加强水资源管理和基础研究等工作 .     

浅析额济纳绿洲退化成因

额济纳绿洲是黑河下游地区生态环境恶变最为严重的地区,文章就绿洲退化的成因进行浅析。     

额济纳绿洲1992—2015年地下水埋深变化分析

以黑河下游额济纳绿洲为研究区,基于1992—2015年绿洲东河、西河上、中、下段不同区域地下水埋深观测数据,分析了黑河调水后额济纳绿洲地下水埋深变化特征。结果表明:东河、西河3月、4月地下水埋深最小,8月、9月地下水埋深最大;1992—2003年地下水位以下降为主,1999—2015年大部分区域地下水位呈回升趋势,局部区域地下水变幅不大或轻微下降,通过15 a的生态补水,研究区地下水埋深逐步趋于稳定,额济纳绿洲地下水位下降趋势得到很大程度遏制。     

黑河下游水文水资源变化及对生态输水的启示

基于长序列径流、地下水位和湖泊观测数据,采用趋势分析、突变检验方法,分析黑河下游额济纳地区的生态环境各要素的变化,得出近60 a下游水文水资源变化特征及其对生态输水的启示:1正义峡和狼心山年径流量突变逐渐延迟,且年内分配不均匀,增加下游春季下泄水量十分必要;2地下水位变化存在显著的区域差异,绿洲核心区呈上升趋势,而绿洲边缘区均呈下降趋势,这一变化造成核心区的土壤盐渍化和边缘区的干旱化,因此开展基于地下水位的下游生态水量调度方案是未来恢复下游植被的必然;3根据东居延海面积和库容的关系曲线,基于无效蒸腾最小确定的东居延海适宜面积为35.6 km2,据此计算年最小补水量为0.55亿m3,而依据东居延海生态功能的合理水面面积和年补水量尚需进一步论证。     

黑河干流调蓄工程建设的必要性

黑河主要产流区在上游的祈连山区，干流河道宽浅散乱，水量蒸发、渗漏损失极为严重，小流量向下游调水时损失率可达35％。为确保正义峡断面按分水指标下泄和中游灌溉用水，提高向下游输水的效率，保障额济纳绿洲的生态用水，迫切需要建设干流水量调蓄骨干工程。     

浅谈保护和恢复黑河下游生态的重要性

黑河下游额济纳绿洲有着辉煌的历史 ,曾是我国古丝绸路上的绚丽明珠。 2 0世纪 6 0年代以来 ,黑河中游地区超载利用水资源 ,进入下游水量逐渐减少 ,河湖干涸、林木死亡、草场退化 ,加之人为的乱挖滥采和过度放牧 ,致使本已十分脆弱的荒漠生态条件加剧恶化 ,东、西居延海相继干涸 ,额济纳天然绿洲濒临消失 ,沙尘暴危害加剧 ,现已成为我国沙尘暴的主要源头之一。文章认为 ,保护和恢复下游生态 ,对减少沙尘威胁 ,维护民族团结和巩固边防等都具有十分重要的意义     

黑河下游地区地下水与植被生长的关系

借助遥感方法,结合地下水水位观测数据,在区域尺度上定量地研究了我国黑河下游额济纳地区地下水水位埋深及与植被生长的关系。结果表明:影响植被生长的临界地下水水位埋深为4.0 m,适宜植被生长的地下水水位埋深范围约为2.6~4.0 m,当地下水水位埋深为2.8 m左右时,植被长势最好。     

生态输水条件下额济纳河水沙特征

为定量描述内陆河下游河流水沙变化特征,基于额济纳河实测径流数据（1988—2020年）和泥沙数据（2006—2020年）,系统分析额济纳河多年水沙变化特征以及生态输水条件下流量变化对额济纳河含沙量输出特征影响。结果表明：自2000年生态输水后,额济纳河输水期延长,且径流量由生态输水前的急剧下降转为显著上升的态势;至2020年,额济纳东、西河的年均流量均已恢复至20世纪80年代末水平;2006—2020年额济纳河年输沙量呈现下降趋势（-0.3万t/a）,其中东河多年平均输沙量约37.6万t,为西河的2.4倍,且主要受径流量、输水期及河水含沙量的影响。水沙变化特征分析表明,含沙量与流量呈显著正相关,河流泥沙在低流量时期（春、冬季）沉积,等到高流量时期（夏、秋季）便引发强输沙（含沙量> 5 kg/m3）或中输沙（含沙量> 1 kg/m3）事件。含沙量不仅会随流量增加而不断增大,且其增幅受流量增速与前期高流量输水事件影响显著。本研究结果可为额济纳河生态输水管理和未来绿洲生态环境变化预测提供理论支撑。     

黑河下游河道渗漏面积的估算及其精度初步研究

黑河流域是我国西北干旱区内陆河的一个典型流域,其下游生态环境用水主要来源于地下水,地下水的补给主要通过河流的渗漏过程,因此河道渗漏补给是下游生态用水的主要来源。定量确定河道渗漏水量之前,首先需要确定河道渗漏面积。由于野外条件的限制,河道过水过程中黑河下游狼心山至东居延海区间河道的渗漏面积实地测量非常困难。根据水文流量资料选取2001年、2002年、2004年、2009年四年中全断面过水ETM遥感影像数据,在此基础上,运用遥感与GIS技术研究了对应时间黑河下游河道渗漏面积。选取具有不同特征的五段河道,运用AutoCAD软件对遥感提取结果进行误差分析,得到平均相对误差为4.29%,证明直接利用监督分类方法提取得到的结果具有较高的精度。在此基础上,建立渗漏面积与河长之间的关系。为该区域的水文过程及河道周围生态环境等的研究提供了数据和研究基础。     

民勤绿洲植被变化与水资源结构响应关系

利用 1986—2020 年 Landsat 系列遥感数据和水资源数据,基于趋势分析、相关分析和灰色关联分析等方法, 研究民勤绿洲植被变化与水资源结构变化的响应关系。结果表明：民勤绿洲平均植被覆盖度和绿洲面积总体呈 增加趋势,总可用水资源量呈持续减少趋势;民勤绿洲的发展可划分为 1986—2000 年、2001—2009 年、 2010—2020 年 3 个阶段,分别对应于绿洲面积快速扩张、高位维持、趋于稳定和总可用水资源量缓慢减少、迅速 减少、趋于稳定的 3 个阶段;绿洲面积变化受水资源和人为因素共同影响,绿洲面积和水资源量在第一、第二阶 段响应关系很弱,对应于绿洲发展粗放扩张和剧烈调整的时期,二者在第三阶段表现出较好的响应关系,是绿洲 发展进入良性阶段的反映;根据民勤绿洲现状水平估计,每 1 亿 m 3供水量可支撑绿洲面积 277?km 2。系统分析其 植被变化与水资源的关系对未来西北地区绿洲的建设和发展具有重要参考价值。     

输水条件下额济纳绿洲浅层地下水水化学特征与水位埋深关系

浅层地下水水化学特征及水位埋深是干旱区地下水环境变化的重要指示,研究其时空变化对干旱区绿洲生态环境修复及其可持续发展具有重要意义。以我国西北干旱区第二大内陆河——黑河下游额济纳绿洲为研究区,以2017年8月水化学组分分析数据为基础,结合水化学历史分析数据(2001年9月和2009年8月)及地下水位埋深自动监测数据,运用反距离权重(IDW)插值方法和水化学Piper图解法,分析了生态输水以来(2001-2017年)额济纳绿洲地下水水化学特征和水位埋深的时空变化特征及二者间的响应关系。结果表明,在空间上,地下水位从西南到东北逐渐降低,地下水总溶解固体(TDS)沿着地下水流向呈增加趋势。2001年、2009年及2017年地下水化学类型变化不明显,分别呈SO_4·Cl-Mg·Na,SO_4·Cl-Na·Mg,SO_4·Cl-Na·Mg;地下水中TDS变化较为明显,即在2001年最高,2017年次之,2009年最低。TDS与地下水位埋深之间呈非线性统计关系,具体表现为:水位埋深在1.5～3m及6m以下范围内,TDS变化不大,稳定维持在2 000mg/L左右;但在3～6m范围内,TDS随地下水位埋深增大呈一定的增加趋势。     

黑河流域水循环系统的分布式模拟(Ⅱ)——模型应用

应用作者开发的分布式水文模型WEP－HeiHe，对黑河上、中游流域水收支和水循环要素的时空变化进行了系统剖析；同时，还将模型应用于莺落峡径流预报、山前小河流径流和地下水侧渗量的模拟与预报以及未来下垫面变化条件下的流域水收支预测。结果表明，模型能系统表征流域水循环和水收支各要素的时空分异；对于枯水期的径流预报，达到较高的精度。在对下垫面变化条件下流域水收支预测中表明，尽管涵养林建设增加了截留蒸发，但同时也降低了林地的土壤蒸发，因此总蒸发量增加不明显；涵养林建设会使出山径流略有减少，但同时会稍增加土壤和地下水的蓄变量；退耕还牧对减少蒸发、增加正义峡下泄水量以及降低蓄变量赤字均有明显效果。     

荒漠绿洲植被生态需水研究现状及发展趋势——以民勤县为例

以民勤荒漠绿洲现状条件为基础,通过总结国内外相关研究成果,明晰了以植被生长为主体的生态需水内涵。从生态系统的适宜性、阈值性、循环性和农业气象原理入手,分析了植被生态需水的理论基础,藉此提出适宜民勤绿洲的生态需水估算方法,即依托于3S技术划分土地类型及面积,以潜水蒸发法为主,综合使用直接计算、Penman-Monteith公式等多种计算方法。此外,探讨了植被生态需水研究的难点所在,认为应将重心放在建立植被生长与降雨量、地下水埋深等因素的响应函数,探究潜水与SPAC系统的耦合机制,揭示植被生态需水机理。构建符合民勤荒漠绿洲的植被类型和水文生态条件适宜程度识别指标体系,探究植被生态需水驱动机制,最终实现统筹人口、资源、环境与经济社会的协调可持续发展。