黑河流域环境退化特征分析及防治研究

生态环境条件的好坏,是制约我国社会、经济和人民生活可持续发展的重要问题之一,特别是在生态环境脆弱的西北干旱区的内陆河流域。本文以黑河流域为例,根据最新的野外调查数据,结合该流域已有的研究文献资料,分析了黑河流域生态环境退化的现状和主要特征。研究结果表明,黑河流域生态环境退化主要是由于人类不合理的经济活动造成的,具体表现在土地的沙漠化、水资源的变化、土壤盐渍化和植被退化等方面。在此基础上,初步提出了防止流域生态环境恶化的综合治理对策。     

黑河流域土壤退化研究

在黑河流域干旱土纲中采集5个典型土壤剖面以研究该地区干旱土壤的演化。同时，为了了解土壤养分含量、土壤干旱化和土壤盐化的变化趋势，测定了高台县西北盐池地区主要盐土类型各剖面中的盐分含量和流域内主要土类中水分含量的分布。结果表明，干旱区内陆河流域土壤的退化主要表现为干旱化、盐渍化和土壤肥力的退化。在流域内干旱化随流域上中下游降水量和干燥度的变化而变化，土壤随距河流的距离及地下水位的高低而变化。流域内土壤从潜育土向雏形十、干旱雏形土和干旱土的方向变化。盐渍化与土壤水分含量和地下水位有关，并与水分的蒸发有密切的关系。在一定范围内，距水源越远，盐分含量一般越高。土壤肥力的退化表现为土壤有机质含量降低，阳离子代换量降低等理化性质的退化，这一退化过程是其它过程的综合反映。质地的退化虽受风沙化的影响，但与土壤的形成母质有一定的关系。     

Integrated hydrologic modeling in the inland Heihe River Basin, Northwest China

As a typical inland river basin in arid Northwest China, having distinct hydrological characteristics and severe and representative water problems, the Heihe River Basin (HRB) has attracted considerable research interest worldwide and in 2007 became a pilot basin of the G-WADI network of UNESCO/IHP. Many research programs have been conducted in the HRB since the 1980s, producing rich knowledge and data about the basin, which will be very helpful to further studies. This paper reviews research efforts related to hydrologic modeling and ongoing model integration studies performed in the HRB in recent years. Recently, an observation network covering the whole area and a Web-based data-sharing system have been established which can greatly improve data acquisition. This paper tabulates modeling activities in past years, including model applications, model modifications and enhancements, and model coupling efforts. Also described is a preliminary modeling integration tool designed to quickly build new models, which has been developed for hydrologic modeling purposes. Challenges and issues confronted in current studies are discussed, pointing toward key research directions in the future.     

应用环境同位素方法研究黑河源区水文循环特征

维持黑河流域中、下游绿洲生态和社会经济发展的水资源主要形成于祁连山区。该文在野外采样的基础上,通过测试分析不同地段、不同水体中的环境同位素(δD、δ^18O和^3H)和水化学组成特征,利用同位素混合模型,识别黑河源区地表水和地下水的来源、组成和径流过程,揭示源区的水文循环特征,在此基础上探讨源区水文循环模式。结果表明：1)黑河源区存在两类地下径流系统：局部径流系统接受局地降水和冰雪融水入渗补给,就近向河流排泄,水循环交替积极,据同位素估算结果,降水补给占76％,冰雪融水补给占24％;区域径流系统接受中高山带的降水和冰雪融水补给(补给高程大于3600m),在出山口附近的断裂带以泉的形式排泄,水循环交替缓慢。2)山区地表水由大气降水、冰雪融水和地下水组成,出山河水的构成为：降水占69％～72％,冰雪融水占23％～24％,深部地下水占5％～7％。     

干旱区内陆河流域荒漠河岸林群落生态过程与水文机制研究

干旱区内陆河流域生态水文过程研究已成为当今地理学、生态学研究的焦点,是开展生态恢复研究的重要内容。塔里木河下游断流河道的生态恢复是以沿自然河道生态输水为主要形式的,因此,有必要加深对塔里木河下游荒漠河岸林群落生态过程与水文机制的认识。在对塔里木河下游荒漠河岸林植被生态退化及其退化原因分析的基础上,综述了塔里木河下游典型植物生态水位的研究进展,阐述了植物适宜生态水位、胁迫地下水位和临界地下水位研究的阶段性成果,并进一步展望了未来研究的焦点问题。指出了群落生态水位、植被群落与土壤水分、盐分异质性的关系,提出植物水分利用机制是群落生态过程与水文机制研究的核心问题。     

黑河下游土壤盐分分布特征

采用黑河下游面域土壤信息调研数据,结合层次聚类和地统计分析等方法,探讨黑河下游土壤盐分在水平方向和垂直方向上的变异特征,揭示黑河下游土壤盐渍化的程度和状态。结果表明：研究区土壤盐分表聚特征明显。土壤盐分及离子组分含量存在很强的变异性,变异系数0.42~1.99。黑河下游土壤盐渍化类型主要为氯化物-硫酸盐型,土壤盐渍化程度较为严重,盐土占比高达42.87%。从土壤盐分在水平方向上的变异特征来看,表土层土壤全盐在一定的区域范围内具有空间结构特征,符合球状模型分布,空间分布表现为斑块状格局。从土壤盐分在垂直方向上的变异特征来看,研究区土壤盐分剖面类型可分为表聚型、均匀型、振荡型和底聚型。     

黑河流域水资源信息系统设计

建立黑河流域水资源信息系统的目标是为黑河流域水资源合理利用与经济社会和生态环境协调发展的研究提供基础数据和技术支撑,并辅助建立流域决策支持系统和水资源模型。本文介绍黑河流域水资源信息系统的设计和应用,共包括27个图层的空间数据、40 a气候和水文序列、以及部分NOAA AVHRR和TM遥感数据,是我国西北内陆河流域最完整的水资源信息系统之一,已被应用于黑河流域水资源合理利用以及水文和生态基础研究。     

RS analysis of glaciers change in the Heihe River Basin,Northwest China,during the recent decades

The Heihe River Basin is the second largest inland river basin in Northwest China and it is also a hotspot in arid hydrology, water resources and other aspects of researches in cold regions. In addition, the Heihe River Basin has complete landscape, moderate watershed size, and typical social ecological environmental problems. So far, there has been no detailed assessment of glaciers change information of the whole river basin. 1：50,000 topographic map data, Landsat TM/ETM＋ remote sensing images and digital elevation model data were used in this research. Through integrated computer automatic interpretation and visual interpretation methods, the object-oriented image feature extraction method was applied to extract glacier outline information. Glaciers change data were derived from analysis, and the glacier variation and its response to climate change in the period 1956/1963–2007/ 2011 were also analyzed. The results show that：（1） In the period 1956/1963–2007/2011, the Heihe River Basin＇s glaciers had an evident retreat trend, the total area of glaciers decreased from 361.69 km2 to 231.17 km~2; shrinking at a rate of 36.08%, with average single glacier area decrease 0.14 km~2; the total number of the glaciers decreased from 967 to 800.（2） Glaciers in this basin are mainly distributed at elevations of 4300–4400 m, 4400–4500 m and 4500–4600 m; and there are significant regional differences in glaciers distribution and glaciers change.（3） Compared with other western mountain glaciers, glaciers retreat in the Heihe River Basin has a higher rate.（4） Analysis of the six meteorological stations＇ annual average temperature and precipitation data from 1960 to 2010 suggests that the mean annual temperature increased significantly and the annual precipitation also showed an increasing trend. It is concluded that glacier shrinkage is closely related with temperature rising, besides, glacier melting caused by rising temperatures greater than glacier mass supply by increased precipitation to     

黑河流域NPP遥感估算及其时空变化特征

植被的净初级生产力(NPP)是研究陆地各种生态过程的关键参数,对区域NPP的研究有利于人类对自然资源的管理和有效利用.本研究使用气象和遥感等数据,应用修正的CASA模型及其他数理统计方法对黑河流域1999—2010年的NPP进行估算,并对其时空变化特征进行了分析.结果显示:在1999—2010年,黑河流域的年NPP总量以3×10¹¹ g·a^-1的趋势增加;该流域NPP空间分布总体上为南多北少、河流两旁及绿洲地区多于其他地区;各类型中,草地生态系统累计的NPP最多;黑河上游NPP量与太阳辐射和降水量呈正相关关系,与年均气温呈负相关关系,上游地区水分和太阳总辐射量因子共同制约着流域的NPP量;中游地区年平均NPP与年平均气温呈负相关,与年总降水量呈正相关,与年总太阳辐射量呈微弱负相关,水分因子制约着植被NPP的生产;黑河流域下游地区植被NPP的年均累积生产量与年平均气温呈正相关,与年总降水量呈负相关,而与年总太阳辐射量无明显相关性,气温是下游植被NPP生产的制约因素.     

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。     

Spatiotemporal variations of maximum seasonal freeze depth in 1950s–2007 over the Heihe River Basin, Northwest China

Investigation on spatiotemporal variations of maximum seasonal freeze depth （MSFD） over the Heihe River Basin is of great importance for systematic understanding of regional climate and environmental change, ecological-hydrological processes, water resources assessment, construction and resource development. Based on soil and air temperatures at the meteorological stations of the China Meteorological Administration （CMA） over the Heihe River Basin, MSFDs time series are structured into a composite time series over the 1960-2007 period. Evaluating the averaged MSFD time series for 1960 2007 reveals a statistically significant trend of 4.0 cm/decade or a net change of-19.2 cm for the 48-year period over the basin. The MSFD had significantly negative correlation with mean annual air temperature （MAAT）, winter air temperature, mean annual ground surface temperature （MAGST）, degree days of thawing for the air （DDTa） as well as for the surface （DDTs）, and degree days of freezing for the surface （DDFs）. While there was significantly positive correlation between DDF,. and MSFD time series, MSFD was deeper and changed greatly in the Heihe River source area. It was shallower in the east-central basin and gradually deepened in other sections of the basin. The MSFD distribution pattern in 2003-2005 is consistent with that of averaged degree days of freezing for air （DDFa） in 1960-2007. However, the maximum of MSFD may not be accurate, because there is no long term observation data in the deep seasonally frozen ground regions near the lower boundary of permafrost. With increasing elevation, averaged DDFa increased at a rate of 51.6 ℃-day/100m, therefore, the MSFG and the date reaching MSFG became deeper and later, respectively.     

黑河流域大气降水水汽来源分析

根据黑河流域取得的降水水样和降水气象资料,分析了该区域降水中氢氧同位素的时空差异与水汽输送的关系,定量估算了大陆性局地水汽循环在总降水中所占的比率.研究表明,春夏季降水主要受海洋性水汽来源影响,秋冬季降水受大陆性局地水汽来源影响;受水库水体蒸发水汽影响的附近区域降水氘盈余偏高,受海洋蒸发水汽控制的祁连山区降水氘盈余接近全球平均值10‰;基于氘盈余值估算,局地水循环对区域降水贡献率较大,占全年降水比例至少达31.06%.     

黑河流域湿地资源保护对策

黑河流域湿地资源由于管理体系不完善,造成了湿地资源的破坏、锐减和生态质量下降.使得黑河流域湿地资源的保护所面临的形势不容乐观。今后应按照全面保护、生态优先、突出重点、合理利用、持续发展的方针,坚持以保护求持续发展,以发展促湿地生态保护的战略,加强对黑河流域湿地资源的保护。     

沂河流域水文特征变化及其驱动因素

以沂河流域为研究区,运用水文特征参数时间序列法,分析1951—2002年流域降水、径流、洪峰流量等水文要素的演化趋势,通过临沂站50年来天然径流过程的回归模拟及其与实测径流的比较,定量分析气候变化和人类活动对径流的影响。结果表明：近50年来沂河流域年径流量和各月径流量显著减少,并且对降水波动的响应迟缓,而单次暴雨径流对降水反应敏感;10年尺度的降水波动中,径流随着降水的多少而发生相对一致的变化趋势,降水变化在一定程度上控制着径流的演化;但是20世纪60年代中期以来,临沂站实测径流的平均值减少了149mm,占天然径流量年平均值的51．6％,气候变化和人类活动对径流减少的贡献率分别为39．3％和60．7％。水利工程建设、土地利用变化、水资源开发利用等人类活动对径流产生更为深刻的影响。流域可持续发展要求在遵循水循环自然规律的基础上合理约束人类活动。     

Impact of climate change and variability on water resources in Heihe River Basin

Studies indicate that the climate has experienced a dramatic change in the Heihe River Basin with scope of temperature rise reaching 0.5-1.1oC in the 1990s compared to the mean value of the period 1960-1990, precipitation increased 18.5 mm in the 1990s compared to the 1950s, and 6.5 mm in the 1990s compared to the mean value of the period 1960-1990, water resources decreased 2.6×108 m3 in the 1990s compared to the 1950s, and 0.4×108 m3 in the 1990s compared to the mean value of the period 1960-1990. These changes have exerted a greater effect on the local environment and socio-economy, and also made the condition worsening in water resources utilizations in the Heihe Rver Basin.     

黑河流域水资源研究进展

作为典型的内陆河流域,黑河流域历来是研究寒区、旱区水文与水资源的热点地区。水资源是联系该流域生态系统和经济系统的纽带,更是其社会经济环境可持续发展最主要的限制因子。因此,对于黑河流域水资源的研究非常广泛,也取得了很多高水平的研究成果,这些研究内容主要包括：上游产流区的冰雪变化与黑河径流量、黑河出山口径流变化特征及其对气候变化的响应以及径流量的模拟与预测;中下游耗散区的水资源利用状况及对策;同位素、水资源承载力以及水资源管理的理论方法和措施。今后的重点应从流域的宏观尺度,开展黑河流域生态经济的综合研究、生态水文学和水污染问题的研究。     

黑河流域水资源承载力分析计算与对策

根据干旱区水资源开发利用阶段可用水资源的计算方法和内陆河流域社会经济发展及其需水预测,分析计算了黑河流域中游地区的水资源承载力。结果表明,当完成水资源开发利用第二阶段,可用水资源在首先保证未来50 a内流域中游地区人口、环境和工业等部门发展的需水后,农业灌溉用水的总量将还有所增加,水资源不会成为社会经济发展的制约因素,可以使绿洲和农业走可持续发展道路。但东干流中游张掖盆地,因要在下世纪初完成分水指标,在下世纪的前20 a农业灌溉用水有缺口,但只要加大农业节水力度,在此期间提前完成农业节水目标的60%,就能顺利渡过今后20 a的社会经济快速发展时期。如果在2050年能按计划完成流域社会经济发展的预测目标,则届时流域人均国内生产总值将超过一万美元,可以达到世界中等发达国家的水平。     

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。     

干旱内陆流域生态需水量及其估算──以黑河流域为例

在干县内陆流域生态需水量概念与分类的基础上,以黑河流域为例,讨论了生态需水量估算的方法。采用两种半经验潜水蒸发公式和直接植物蒸腾估算等三种方法,以1995年为基准,分别对流域中游防护林生态体系需水量和下游荒漠绿洲生态需水量进行了初步估算,结果表明:黑河流域中游人工防护林生态需水量约为2.1× 10⁸~2.16×10⁸ m³,下游荒漠绿洲生态需水量为5.23×108~5.7×10⁸ m³;为维持或稳定流域下游额济纳现有绿洲规模,狼心山断面过水流量不应小于5.8×10⁸m³。     

张掖市黑河流域湿地资源调查与分类

通过对典型的干旱半干旱区内陆河流域(张掖市黑河流域)湿地综合分类研究表明:①张掖市黑河流域湿地共有2个大类4个类型13个类别,总面积为210420.42hm2,占全市国土总面积的5.02%;②湿地类型和面积从大到小依次为:高山湿地、永久性河流、灌丛湿地、草本沼泽、泛洪平原、内陆盐沼、季节性河流、蓄水区、灌溉区、盐田、永久性淡水湖、池塘、季节性淡水湖;③在行政区域内,肃南县、高台县、临泽县、山丹县、民乐县、甘州区湿地面积分别占全市湿地面积的73.71%、8.29%、5.14%、4.87%、5.54%和2.44%。