黑河流域土地利用变化对地下水资源的影响

Land use and land cover changes have a great impact on the regional hydrological process. Based on three periods of remote sensing data from the 1960s and the long-term observed data of groundwater from the 1980s, the impacts of land use changes on the groundwater system in the middle reach of Heihe River Basin in recent three decades are analyzed by the perspective of groundwater recharge and discharge system. The results indicate that with the different intensities of land use changes, the impacts on the groundwater recharge were 2.602 × 10^8 m^3/a in the former 15 years （1969-1985） and 0.218 × 10^8 m^3/a in the latter 15 years （1986-2000）, and the impacts on the groundwater discharge were 2.035 × 10^8 m^3/a and 4.91 × 10^8 m^3/a respectively. When the groundwater exploitation was in a reasonable range less than 3.0 × 10^8 m^3/a, the land use changes could control the changes of regional groundwater resources. Influenced by the land use changes and the large-scale exploitation in the recent decade, the groundwater resources present apparently regional differences in Zhangye region. Realizing the impact of land use changes on groundwater system and the characteristics of spatial-temporal variations of regional groundwater resources would be very important for reasonably utilizing and managing water and soil resources.     

黑河流域典型区土地利用格局变化及影响比较

在黑河流域选择两个典型区域进行土地利用变化的空间差异与影响的对比研究,利用20世纪60年代以来的三期遥感数据,通过定量表征指标体系,对比分析了两个区域不同空间土地利用格局变化和土地利用类型变化的分异特征,定量评价了土地利用变化对不同区域绿洲系统的稳定性和水资源空间分配的影响。结果表明：过去35年来两个对比区域不同的土地利用格局变化,形成了显著的绿洲沿河流的溯源迁移和以基于下游老绿洲的渐进性绿洲外围拓展两种不同模式,前者导致流域水资源过度集中消耗于流域上游和源区,中下游水资源可利用量急剧减少,在35年间下游荒漠化土地增加了85.1%,灌溉绿洲萎缩了25.5%;后者则不同,水资源利用量的空间配置在区域下游具有小幅度集中,区域绿洲系统整体的稳定性较高。从流域整体的水土相互关系出发,合理规划干旱内陆流域土地利用模式和空间土地资源配置,对于促进流域整体的可持续发展具有重要意义。     

黑河流域中游盆地地下水补给机理分析

分析地下水水循环机理是有效评价地下水资源量和合理开发利用地下水资源的前提。对此,利用皮帕尔（Piper）图解法分析地下水的水化学特征类型,结合区域构造水文地质和环境同位素,分析黑河中游盆地内不同地区的地下水补给机理。结果表明,位于黑河较上游地区两个相邻山前冲洪积扇之间的地下水水力联系微弱,分别来自于不同的补给来源;不同区域的黑河沿岸地区,受地理地形控制,地下水补给来源存在显著差异;以榆木山隆起相隔离的张掖盆地和酒泉盆地,地下水水化学特征和同位素存在显著差异,处于不同的地下水补给单元;利用放射性同位素氚含量,初步估算出不同地区地下水的更新期,其地下水年龄均低于32 a。为合理开发利用黑河中游地下水资源、保护脆弱的生态环境提供科学依据。     

黑河流域中游绿洲边缘地表水和地下水水化学特征分析

以黑河流域中游典型绿洲边缘地表水（水库水、河流水）和地下水为研究对象,选取2005—2013年地下水和地表水水化学离子连续监测数据,综合运用描述性统计、Piper图、Gibbs图、离子相关性等方法,对水化学类型及其控制因素进行系统分析。结果表明：① 在2005—2013年地下水总溶解固体（TDS）呈上升趋势,而地表水（河流水和水库水）TDS呈下降趋势,同时,地下水TDS显著高于地表水;② 在年际尺度,地下水离子浓度均随时间增加而显著升高,而河流水和水库水离子整体呈下降趋势;在年内尺度,地下水NO₃^?离子浓度呈现8月显著高于5月的特征,河流水Ca²⁺、SO₄^2?离子浓度8月高于5月,而水库水所有离子含量5月高于8月;③ 在2005—2013年,地表水和地下水水化学类型变化：地表水水化学类型在2005—2009年由HCO₃^?-SO₄^2?-Ca²⁺-Mg²⁺ 转变为HCO₃^?-Ca²⁺-Na⁺,而2009—2013年水库水转变为HCO₃^?-SO₄^2?-Ca²⁺-Mg²⁺,河水转变为HCO₃^?-SO₄^2?-Ca²⁺-Na⁺;地下水水化学类型由HCO₃^?-SO₄^2?-Ca²⁺-Mg²⁺ 型转变为SO₄^2?-HCO₃^?-Ca²⁺-Na⁺-Mg²⁺ 型;地表水和地下水中SO₄^2?、NO₃^?变异系数最大,是随环境因素变化的最主要敏感离子;④ Gibbs图表明,地表水和地下水中离子主要来源于岩石风化作用,方解石、白云岩等碳酸盐岩或硅酸盐岩矿物的风化溶解是该地区离子主要来源。     

实施分水方案后对黑河下游地下水影响的分析

由于黑河中上游的水土资源近年来的大规模开发利用,加之缺乏有效的水资源管理,使得下游河道来水量逐年减少,进而产生了一系列严重的生态问题,为了遏制这种恶化,以及加以恢复和重建下游的生态环境,自2000年7月开始在黑河下游实施国家分水方案。本文根据近五年来的黑河分水资料以及对分水前后地下水监测区的地下水位观测资料进行分析,探讨了分水过程及分水量在各年的变化,以及分水前后地下水位的时空变化,同时依据前人的一些研究结果,探讨了分水前后地下水位与生态环境之间的关系,尤其是地下水位与植被生长之间的关系。进而为下游分水以及生态环境建设提供科学依据。     

基于Kriging插值的黑河分水后中游地下水资源变化

水资源短缺是西北地区内陆河流域面临的共同难题.20世纪黑河下游地区河水注入量的持续减少,使得依赖河水补给的地下水相应减少,从而出现了一系列的生态环境问题.为了恢复黑河下游生态环境,从2000年开始了黑河生态应急输水工程,实施水量的统一调度.中游地表水利用量的减少无疑会对地下水资源产生影响.根据黑河中游地下水观测数据,运用普通Kriging插值法.对分水前的20世纪90年代和分水后的2004-2005年间的地下水位和储量变化进行对比分析,发现中游甘州区、临泽县和高台县地下水位不同程度上都在下降,其范围在1.3～2.68 m,地下水可开采储量也随之减少,估算减少总量约为8.23×108m3.究其原因,一方面是由于分水使得地表水转化为地下水的数量减少,占总减少量的60.8%;另一方面,河水供给的减少促使中游地区转而大量开采地下水.两方面共同作用,使得中游地区地下水资源量日益短缺.     

黑河中、下游盆地地下水系统与水资源开发的资源环境效应

该文分析了黑河流域降水及河水时空分布规律，划分并阐明了中，下游盆地地下水系统与特征，探讨了盆地区地表水与地下水大数量朴素转化的固有规律，深入分析了流域水资源开发利用引起的资源和环境负效应，提出了流域水资源开发的建设性建议。     

太湖流域土地利用变化对流域产水量的影响

根据土地详查和土地利用总体规划资料，分析太湖流域近２０年土地利用的现状特点和将来变化趋势。并以 １９９１年降雨类型分别计算了 １９８６、１９９６和 ２０１０年土地利用状况下流域的产水量。结果表明，太湖流域土地利用变化的主要特点是耕地面积的减少和建设用地面积的增加。同样降雨类型，１９９６年流域下垫面状况下的产水量比 １９８６年的多１０．１８ × １０８ ｍ３，２０１０年产水量将比 １９８６年多 １２ × １０８ｍ３。太湖流域土地利用变化对流域产水量有较大影响，这与２０世纪９０年代以来太湖持续高水位的现象相吻合。     

黑河流域植物物种多样性对土地利用变化的响应北大核心CSCD

黑河流域土地利用变化严重影响植物物种多样性。为了解自然、社会经济因素对黑河流域土地利用变化影响下植物物种多样性的变化趋势,本研究使用Dyna-CLUE模型,预测2050年土地利用变化,揭示多因素影响下黑河流域土地利用变化,及土地利用变化与草本、灌木物种多样性间的关系。结果表明:降水、GDP、与自然村距离等因子共同驱动土地利用变化,2050年林地、草地和水域面积的增加和未利用地面积的减小,提高了灌木、草本植物的多样性,并使之均匀度更高,种间优势度减小。耕地面积的扩张和耕地集约化导致植物分布不均、多样性减少。将模拟结果和植物物种多样性发展趋势相结合能够对未来的土地利用规划、政策及生态保护决策提供依据。应针对不同区域土地利用变化情况,制定相应的生物多样性和生态环境保护政策,促进黑河流域生态环境的恢复并支持流域可持续发展。     

黑河中、下游盆地地下水系统与水资源开发的资源环境效应

该文分析了黑河流域降水及河水时空分布规律,划分并阐明了中、下游盆地地下水系统与特征,探讨了盆地区地表水与地下水大数量相互转化的固有规律,深入分析了流域水资源开发利用引起的资源和环境负效应,提出了流域水资源开发的建设性建议。     

Impacts of land use changes on groundwater resources in the Heihe River Basin

Land use and land cover changes have a great impact on the regional hydrological process. Based on three periods of remote sensing data from the 1960s and the long-term observed data of groundwater from the 1980s, the impacts of land use changes on the groundwater system in the middle reach of Heihe River Basin in recent three decades are analyzed by the perspective of groundwater recharge and discharge system. The results indicate that with the different intensities of land use changes, the impacts on the groundwater recharge were 2.602×108 m3/a in the former 15 years (1969-1985) and 0.218×108 m3/a in the latter 15 years (1986-2000), and the impacts on the groundwater discharge were 2.035×108 m3/a and 4.91×108 m3/a respectively. When the groundwater exploitation was in a reasonable range less than 3.0×108 m3/a, the land use changes could control the changes of regional groundwater resources. Influenced by the land use changes and the large-scale exploitation in the recent decade, the groundwater resources present apparently regional differences in Zhangye region. Realizing the impact of land use changes on groundwater system and the characteristics of spatial-temporal variations of regional groundwater resources would be very important for reasonably utilizing and managing water and soil resources.     

黑河流域水土资源可持续利用研究

黑河流域属于典型的环境脆弱区,水资源供需矛盾和土地退化问题是区域社会经济可持续发展中面临的迫切需要解决的问题。文章对黑河流域水土资源状况进行了概要性论述,分析了水土资源对区域社会经济发展的影响以及水土资源的承载力。基于黑河流域水土资源利用现状,提出了水土资源可持续利用模式。     

河西地区黑河流域土地资源优化配置研究

根据大量野外调查资料和前人研究基础,运用现代自然地理系统研究方法,研究了黑河绿洲土地资源的开发利用现状;提出了土地资源优化配置的五条原则;并根据水、土、光、热等资源组合特点,将黑河流域划分为四大土地开发利用区:①上游祁连山区以保护、抚育水源涵养林为重点,以水养林,合理开发利用天然草场资源,提高畜牧业经济效益。②高位绿洲区,充分利用光、热优势,发挥现有土地潜力,以大宗粮食及油料生产为主,粗放畜牧业与精细畜牧业结合。③中位绿洲区以发展节水、节地、节粮农牧业为主,扩大经济作物和饲料/草种植,发展舍饲畜牧业。④下游低位绿洲以生态环境保护与恢复为重点。总之,抚育、保护上游,调整、发展中游,恢复、保护下游是当前及今后相当长时期内土地开发利用模式的最佳选择。     

黑河分水后中游地区LUCC监测

以2000年Landsat ETM和2005年的Landsat TM数据为信息源,通过人机交互方式提取了两期黑河流域中游地区土地利用/覆被数据。在此基础上,结合研究区的社会经济统计资料和气象观测资料,分析了黑河流域中游地区近5 a来土地利用/土地覆被变化（land use and land coverage,LUCC）的时空变化格局和土地利用类型转变的趋势及其驱动力。结果表明,5 a间耕地和居民用地面积分别扩大了6.95％和9.78％,草地和林地都有相应的减少。尤其是水域和未利用土地,分别减少了1.70％和0.88％,黑河流域生态环境有总体变差的趋势。驱动力分析表明,环境变化是人文因素和自然因素共同作用的结果,并且人为因素占主导地位,在此情况下,本区生态环境存在着继续恶化的潜在危机。     

基于景观格局的黑河中游土地利用冲突时空分析

以黑河中游为研究区,在分析土地利用变化的基础上,构建了由外部压力、脆弱性和稳定性表征土地利用冲突强度的模型,分析了1980—2015年土地利用冲突的时空变化特征。结果表明:①土地利用冲突强度的空间分布在不同时期虽有不同,但冲突强度较高的区域集中在甘州、临泽2个人类活动较为活跃的区县,且指数最高的区域呈围绕城市四周分布的特点;②土地利用冲突在不同时期变化显著,1995—2005年是土地利用冲突强度增加较为明显的时段,中部的甘州区、南部的山丹县两地增加最为明显;2005—2015年虽然冲突强度增大区域的面积少于上一时段,但冲突增加幅度高于上一时段,尤其民乐县和高台县增加较为明显;③土地利用冲突与自然因素的相关性极弱,与道路和河流等用地条件的相关性较强,而与人口密度和GDP为代表的社会经济因素的相关性最强;④土地利用冲突与土地利用变化的阶段性特征一致,1995—2000年是土地利用变化程度最为剧烈的时期,而1995—2005年也是土地利用冲突面积增加最多的时段;耕地和建设用地的增长极为活跃,对生态用地产生侵占,反映了耕地、建设用地和生态用地三者之间的矛盾是黑河中游土地利用冲突的主要表现形式。     

土地利用/土地覆被变化对长江流域水环境的影响研究

不合理的土地利用方式／土地覆被变化已成为长江流域水环境不断恶化的重要原因之一，长江上游植被破坏和陡坡开垦造成严重的水土流失，直接威胁到三峡库区的生态安全，中流的围湖造田等损害了湖泊的生态功能，导致严重的洪涝灾害，化肥，农药的过量使用，农田污水灌溉等成为长江流域农业非点源污染的重要来源。文章提出了进一步研究构想，以山－河－湖－海互动系统为研究对象，以系统内各子系统之间的能量流和物质流的联系为纽带，揭示系统自组织、自反馈机制，利用遥感技术和地理信息系统结合数学模型，动态模拟土地利用／土地覆被变化的水文及水环境效应。     

长江上游土地利用变化与冲沟发生和演变

冲沟侵蚀是中国西部山区一个重要的环境问题。小流域研究表明，黄河和长江中的泥沙主要是冲沟侵蚀引起的。目前，长江上游80%的冲沟因被幼林草植被覆盖而处于非活跃期。到底这些冲沟系统是什么时候形成的？未来的暴雨和径流是否会激活这些冲沟系统？土地利用与景观结构对冲沟系统的发生、演变有何关系？基于这些问题，近几年来在中科院山地环境学“百人计划”和“国外引进杰出人才”项目及德国洪堡基金的资助下，中德科学工作者进行了合作研究。本文介绍了长江上游地区土地利用变化与冲沟发生、演变的部分研究成果。我们在西昌安宁河干暖河谷选择了两个冲沟系统一个位于西溪乡长山岭，一个位于大青梁子。为了定量评价土地利用对冲沟发育的影响，我们对研究小流域的航片、土壤剖面、泥沙堆积与土地利用历史等进行了详尽的综合对比分析。同时，对两个冲沟系统的大小和土壤流失的体积进行了详细的野外调查、测定和计算。据此，获得了研究流域的冲沟侵蚀速率。研究结果表明，长江上游数百年的持续景观演变，尤其是20世纪中期人为强烈的不合理农业垦殖和利用土地，造成了四川西南部大量冲沟系统的形成和发展，研究流域的冲沟侵蚀速率高达375t/hm2*a-1。采取成功的水土保持措施以控制冲沟侵蚀，对中国西南山地退化环境的生态修复具有重大实践意义。