黑河流域1967-2009年气象干旱时空变化特征

以标准化降水蒸散指数(SPEI)反映气象干旱,基于黑河流域内外19个气象站1967-2009年月气象数据,计算季节尺度SPEI序列,利用M-K趋势检验、小波分析、反距离权重(IDW)插值等方法分析黑河流域春、夏、秋、冬四季43年间干旱变化趋势、周期特征以及干旱频率的空间分布特征。结果表明:中、上游干旱指数呈增大趋势,即旱情有所减缓,而下游干旱指数呈减小趋势,即干旱情况逐渐加重;无旱频率最大,且从上游到下游整体呈增加趋势;黑河流域干旱周期特征主要表现出16~22a和32~33a的年代际周期及2~5a和6~11a的年际周期特征;黑河流域四个季节轻中旱发生频率比重特旱发生频率大得多,且春、夏和秋季的轻中旱发生的高频区集中在中上游,冬季集中在下游,而四季的重旱和特旱发生高频区空间分布特征与轻旱和中旱正好相反。研究结果可为黑河流域水资源合理开发利用和科学抗旱提供理论依据。     

黄河流域干旱时空演变的空间格局研究

干旱因子是突变性和连续性并存的复杂地理要素(即空间异质性和相似性并存),理清其空间分布格局,对于深入认识流域水资源演变规律具有重要意义。本文以黄河流域为例,采用标准化降水指数(SPI)分析流域干旱时空演变规律,基于此,运用游程理论方法从标准化降水指数中识别出干旱发生次数、历时和烈度三种属性变量,并分析季尺度干旱因子的空间分布规律;最后,利用全局和局部Moran’s I指数探究了不同特征变量的全局和局部空间自相关性,确立了流域季尺度干旱因子的空间聚集(离散)位置及其空间分布格局。结果表明:(1)黄河流域四季干旱化程度加剧,下游干旱化程度高于上游,随着季节的变化,同一响应单元存在由湿转干再转湿的变化规律;(2)不同季节,流域旱情空间分布格局差异明显,春季西安及周边区域存在区域性干旱现象(干旱次数少、历时长、烈度大);夏季黄河源区旱情严重(历时长、烈度大);秋季黄河下游三门峡、孟津和运城区域存在区域性干旱现象(干旱次数少、历时长、烈度大);冬季宁蒙河段旱情严重,而兰州断面干旱历时和干旱烈度呈现"低高异常"的空间分布格局,旱情可能会加剧。掌握旱情空间分布类型,重点布控"高高聚集"格局区域,可以有效提高旱灾决策的准确度。     

大渡河干流水电开发中鱼类保护对策及建议

基于大渡河干流梯级环境影响报告书、鱼类栖息地保护规划等资料,系统地梳理了不同时期主要梯级水电站建设采取的主要鱼类保护措施,并结合流域鱼类、珍稀保护鱼类分布格局,从流域水生态系统整体保护角度出发,分析了干流梯级水电站鱼类保护措施存在的主要不足,提出了需要优化水生态系统保护措施、统筹考虑鱼类增殖放流的种类和规模及建立流域层面水生态系统保护模式等对策和建议。本研究对于促进流域水生态系统保护具有重要的借鉴作用。     

基于水生态区的黑河流域水生态健康评价研究

本文以我国西北干旱区典型内陆河流域—黑河流域为例,基于黑河流域水生态区划,以"压力-状态-响应"(PSR)模型为基础,构建了涵盖13个指标的流域水生态健康评价体系,分析评价了流域内8个水生态区的健康状况。评价表明:黑河流域水生态区中,上游区域水生态健康状况较好,中游次之,中下游极差,下游较差。主要是因为上游地区受到外在污染最轻、人为扰动相对最小;中游地区人口密度相对较大,农业活动等外在扰动相对较多;中下游地区处于荒漠地区,河流、湖库等水体缺乏;而下游地区虽然人口数量少、水体受外来污染影响较小,流域水生态健康性压力相对较轻,但来水量相对不足、水生态系统栖息地条件极为脆弱,致使水生生物栖息地安全状况较差。     

海河流域干旱时空演变及其与气候因子的关系EI北大核心CSCD

以标准化降水蒸散指数(SPEI)作为干旱反映指标,运用Mann-Kendall趋势检验法分析海河流域及站点的干旱变化情况,采用经验正交函数分析法解析海河流域干旱分布的主要模态,并通过交叉小波变换和皮尔逊相关分析探究年尺度、季尺度、月尺度下太阳黑子及大尺度环流因子与海河流域干旱的相关关系。结果表明:1960—2017年海河流域SPEI在年尺度、季尺度、月尺度下分别以每10 a下降0.16、0.015和0.004的速率向干旱化发展;海河流域干旱分布第一模态为全域统一分布型,第二模态为南—北反向分布型,反映了纬度对干旱分布的影响;大气环流因子中的Ni o3.4与海河流域干旱有较强的相关关系(年、季尺度下为负相关,月尺度下为正相关),而太阳黑子与海河流域干旱呈明显负相关,并对海河流域干旱事件有着深远影响。     

东辽河流域水生态功能分区研究

流域水生态功能分区是水环境、水生态系统管理的基础。综合考虑东辽河流域自然地理特征、水生态因子、社会经济活动影响和水生态服务功能等,确定了东辽河流域分区指标,运用地理信息系统空间分析和主成分分析等数学方法,对基础空间数据和流域水生态系统特征调查资料进行分析,提出了流域三级水生态功能分区方案,将东辽河流域划分为2个一级分区、4个二级分区、13个三级分区,利用底栖无脊椎动物的相关指标进行聚类分析,表明水生态功能三级分区是合理的。     

黑河流域植被叶面积指数时空变化特征

基于MODIS LAI、MODIS土地覆盖类型、平均气温、降水量、DEM数据,利用Slope趋势分析、相关分析法分析2001年～2016年黑河流域LAI的时空变化及其与气温、降水的相关性。结果表明,近16年,黑河流域LAI总体呈上升趋势,升幅为20.51%,LAI增大的区域主要集中分布在上游寒区试验区和中游人工绿洲试验区;16年间黑河流域中上游不同土地覆盖类型的植被状况逐渐改善,但下游地区呈退化趋势;黑河流域LAI与气温和降水的相关性几乎一致,但空间差异明显,中上游主要呈正相关关系,下游主要呈负相关关系。可见,2001年～2016年黑河流域植被LAI总体呈上升趋势,流域中上游植被状况不断改善,但下游植被逐渐退化。     

黑河流域水生态环境问题及对策

黑河是我国最大的内陆河,流域气候和海拔差异较大,由环境差异形成了独特的流域水生态系统。在流域水生态现状调查的基础上,结合水电梯级开发和水资源利用情况,分析了黑河流域存在的水体连通性差、水资源开发利用强度高等水生态问题。在此基础上提出了保留自然状态,划定禁止开发河段,建设过鱼设施,恢复河流连通性,优化调度方案,保障中下游河流水系连通等措施,以恢复和保护流域水生态环境。     

基于温度植被干旱指数的三花间流域旱情监测

利用三花间流域的MODIS数据提取归一化差值植被指数(NDVI)和陆地表面温度(LST),构建LST/NDVI特征空间,计算温度植被干旱指数,对2002年4月份的三花间流域进行旱情分级统计,并与当地气象站实测的平均相对湿度和平均气温进行回归分析.结果表明:利用温度植被干旱指数进行三花间流域旱情监测能够较好反映当地旱情.根据温度植被干旱指数与地表温度以及归一化植被指数之间的关系,建立旱情监测模型.     

黑河流域水资源分析与合理利用

长期以来,黑河流域水资源总量的不足诱发了上下游之间、经济用水与生态和环境之间等一系列用水矛盾。针对当前黑河流域水资源利用存在的问题,通过介绍黑河流域的自然及社会经济状况,并对黑河流域的水文条件做了分析,总结归纳了黑河流域水资源不合理利用的种种因素,提出了一些解决方法:必须改变传统的、以牺牲生态环境为代价的经济发展模式;社会经济发展应充分考虑流域水资源的制约条件;借助政府的宏观调控,在时间、空间上合理利用和优化配置黑河流域的水资源,并适时安排好农业和工业等的生产。     

清潩河流域(许昌段)水生态环境功能分区指标体系构建

为了满足流域"分级、分类、分区、分期"的精细化管理需求,迫切需要构建指标体系并开展水生态环境功能分区研究。以清潩河流域(许昌段)为例,应用频度分析、理论分析、相关分析和层次分析法,综合考虑自然地理和人为因素,从水环境、水资源和水生态特征出发,构建清潩河流域(许昌段)水生态环境功能分区指标体系,包括高程、流域面积、河流蜿蜒度、河网密度、斑块平均形状指数、人口密度及人口增长率7个分区指标,其权重分别为0. 146、0. 234、0. 110、0. 099、0. 111、0. 159和0. 141。应用该指标体系并结合GIS技术将清潩河流域(许昌段)划分为5个水生态环境功能区,并针对各分区特点提出差异性管理方向。该指标体系较为科学合理,分区结果较为实际可行,可为研究区域流域分区管理提供一定的理论指导。     

滹沱河流域植被覆盖时空演变及其与 SPEI 的相关关系

选择2001-2015年MODIS NDVI(250m)及14个气象站点气温、降水数据,通过计算标准化降水蒸散指数(SPEI),探究滹沱河流域近15年植被覆盖时空演变特征,分别从月、季节、年等尺度探究植被覆盖与SPEI的相关关系。结果显示:(1)近15年滹沱河流域归一化植被指数(NDVI)呈显著增加趋势,增速为0.024/(10a)。(2)植被恢复以明显改善为主,覆盖范围占整个流域面积的51.58%,主要分布于流域中、上游。(3)滹沱河流域SPEI总体上呈波动上升趋势,干旱程度有所降低,流域中游变湿趋势最显著。(4)6月、7月是干旱条件对植被覆盖影响最显著的月份,其中,6月气温对NDVI的影响大于降水,而7月降水对NDVI的影响大于气温;夏季干旱程度对植被覆盖度的影响最为明显;NDVI年际变化与SPEI具有显著正相关关系,干旱对植被生长状态有较大影响。     

河流生态修复的尺度格局和模型

通过分析水文过程与生态过程的耦合特征，论证了流域尺度是编制河流生态修复规划的适宜尺度。讨论了景观空间异质性与物种多样性的相关关系，提出了在流域和河流廊道两种尺度上改善景观格局配置的方法。特别指出了在河流廊道尺度下提高景观空间异质性的两个要点，一是增强地貌学意义上的空间异质性，二是改善生态水文学和生态水力学意义上的水文、水力学条件。本文还介绍了景观格局分析方法和景观格局-生态过程模型。     

GIS多源数据图层叠置法研究山东省干旱分区

为揭示山东省干旱孕灾环境的自然背景和干旱空间分布格局,通过基于GIS的图层叠置方法对山东省干旱分布进行区域划分。首先根据山东省干旱成因选取降水量、土壤含水量、植被指数NDVI和气温4个干旱因子进行GIS栅格数据处理,得到相应的干旱因子图层;然后利用层次分析法确定各干旱因子的权重,把上述归一化后的4个干旱因子图层进行加权叠置,得到综合干旱因子图;最后,将综合干旱因子图与山东省高程分布图层进行叠加,得到山东省5个干旱分区,即鲁西北平原北部的农业重旱区、鲁西北平原的南部和胶莱平原农业轻旱区、胶东半岛较湿润区、鲁中南山地丘陵湿润区、山东南部沿海区域的平原湿润区,并提出了各分区的适宜干旱指标。该研究可为山东省干旱监测预警提供孕灾环境方面的理论支撑。     

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。     

基于MODIS的积雪时空变化与CMADS气象因子相关性研究——以塔什库尔干河流域为例

积雪是塔什库尔干河流域宝贵的资源,了解流域融雪时空变化规律及其与气象、地形因素的相关关系具有重要意义。基于不同高程带、坡度和坡向的Arc GIS解译积雪覆盖数据和CMADS数据,采用方差分析和Pearson相关性分析等方法,研究不同高程带、坡度和坡向雪盖时空变化规律及其与气象因子的相关关系。结果表明:平均气温、太阳辐射和降水是影响塔什库尔干河流域积雪的主导气象因子,同时还受地形(高程、坡度、坡向)的限制;积雪覆盖率在各地形上存在明显季节差异性及月差异性,积雪覆盖率与气象因子相关度从高到低依次排序为:平均气温太阳辐射降水风速相对湿度,积雪覆盖率与前3个因素存在显著负相关关系,风速次之,与相对湿度的相关性最小。     

多元因子分析模型在河流健康评价中的应用——以苏子河水质特性研究为例

为顺应河流生态可持续发展,提出健康河流、生命河流等概念,维持河流生态系统健康已经成为流域综合管理的必然趋势。综合运用水文学、水力学、泥沙地貌学和水生生态学的基本理论和方法研究河流生态健康的表征因子,确定各因子的阈值,建立流域性水体水质可续发展评价体系。以河流可持续发展为基础,引用代表性的相关指标进行筛选,对流域水质指标进行数值化分析,以苏子河流域水质特性为研究对象,选取出评估河流健康状况的环境因子,客观反映出中小河流域健康状况,为河流的可持续管理和生态环境建设提供参考。     

A Species-Specific and spatially-Explicit Model for Estimating Vegetation Water Requirements in Desert Riparian Forest Zones

Balancing human demands for water with environmental requirements to maintain functioning ecosystems requires the quantification of ecological water requirements. In arid regions, high spatial variability of vegetation cover and different water consumption of plant species make it different to estimate reasonable ecological water requirements. We developed a simple and practical approach that estimates the vegetation water requirements (VWRs) of desert riparian ecosystems. This model is species-specific and spatially-explicit; it considers the water consumption characteristics required by different species and highlights the impacts that high vegetation cover spatial variability has in arid regions on evapotranspiration. The model was parameterized based on the observation of the water consumption of two typical desert riparian species, Populus euphratica and Tamarix spp., in the lower basin of the Tarim River in northwestern China. Comparisons between the modeling results and measured data for two mature Populus and Tamarix stands indicate that the model is reasonable predictive. A case study in the lower basin of the Tarim River demonstrated the model’s practicality and transferability. This model could run based on near real-time or forest weather data and spatial vegetation patterns, and provides a continuous estimation of the temporal and spatial variations of the VWR. Particularly, this model forecasts VWRs under different vegetation spatial distribution and coverage scenarios, and evaluates the impacts and consequences of different management actions. This model can serve as a useful tool for management agencies interested in improving their decisions to allocate river water between human activities and natural ecosystems in arid regions.     

Risk Assessment for Ecological Planning of Arid Inland River Basins Under Hydrological and Management Uncertainties

The Shiyanghe river basin, an arid inland basin of northwest China, is taken as an example to analyze the risk for achieving the ecological planning objective in arid inland river basins under uncertainty conditions. Hydrology and management uncertainties that affect the accomplishment of ecological planning objective are analyzed quantitatively with the methods of Bayesian theory based Probabilistic model, scenario analysis and interval analysis. Bayesian probabilistic analysis method was used to analyze the hydrological uncertainties in the form of probability and interval distributions in planning period, while the scenario analysis method and interval method were used to analyze the managing uncertainties in the form of interval numbers. Instead of the ecological risk analysis, which for arid inland river basin, of studying the impact of environmental and human factor on ecological system, water resources and environment, we focused on analysing the possible impact of hydrological and management uncertainty factor on the ecological planning, and forecasting the degree of the completion under the uncertainty. Our study provided the probabilities of achieving ecological planning objective and the possible deviation of different scenarios. The more local water resources and higher level of local water resource utilization and management appeared to lead higher probability to achieve the ecological objective. This study can help environment and water resource managers and planner to formulate a rational planning for arid inland river basins under hydrological and management uncertainty.