黑河流域生态调水重大问题思考

2000年黑河流域开始实施生态水量调度,近20 a来取得了显著的经济、社会和生态效益。系统总结了水量统一调度以来,黑河流域生态调水工作取得的进展,梳理了流域水资源管理与调度、水资源配置等方面的最新成果,分析了黑河生态水量调度面临的重大问题,并提出当前及今后一段时期主要科技需求:黑河上游降水径流预报,中游地区农业用水和"降水-地表水-地下水"转化规律研究,黑河流域地下水和生态监测系统构建,不同来水条件下黑河下游生态保护目标,黄藏寺水库的调度运行方式研究,智慧黑河关键技术与示范研究。     

东居延海湿地生态系统健康评价

为明确东居延海湿地生态系统健康状况,基于PSR模型,从压力、状态、响应3个方面构建东居延海湿地生态系统健康评价指标体系,运用SPSS软件中的Pearson双变量分析,检验各分项指标与体系指数间的相关性。结果表明:东居延海湿地生态系统自然压力呈减小趋势,社会经济压力(人为压力)呈增大趋势;湿地中整体动植物响应状况明显,逐步向积极方向发展;湿地年代际健康状况为健康—亚健康—病态—亚健康—健康—很健康;东居延海湿地生态系统健康状况与入湖水量、动物种类的相关性最强,主要外界压力来自于渔业、旅游等方面。     

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。     

东居延海水质时空变异及影响因素研究

为实现黑河水生态环境的优化管理,以其尾闾湖东居延海为研究对象,分析其水质在时间和空间上的变化,并对其可能的影响要素进行了评价。研究结果表明:生态输水明显改善了东居延海湖水水质,大部分湖区矿化度减小,入湖口矿化度由1985年的10.50 g/L下降为2016年的5.45 g/L;东居延海水质改善主要受黑河来水量的稀释作用影响,而部分水质指标值增大则主要受黑河来水水质的控制。     

近40 a河龙间西北片林草植被变化及其驱动力

1999年以来黄河河龙区间西北片入黄沙量减少约94%,分析植被变化及其驱动力对科学认识该区来沙锐减原因具有重要意义。利用遥感调查数据,分析了该区1978—2017年林草植被变化程度和变化过程,并对这一时段植被变化的主要驱动力进行了研究。结果表明:过去40 a该区植被一直处于不断改善的过程中,其中1998—2017年的贡献接近80%;2016年研究区林草地植被盖度平均达59.7%、区域林草覆盖率为48.8%,均约为1978年的3倍;2000年以前,人类对林草植被的破坏是该区林草覆盖状况恶化的决定性因素;近十几年来,人类对植被的破坏很小,降雨是影响林草植被状况的关键因素。     

便携式生态水文实验与监测系统(Eco-monitors)的集成与应用

生态水文实验与监测装置的研制对生态水文过程模拟、参数获取与结果验证具有重要意义。在合理创新基础上,构建了便携式生态水文实验与监测系统(Eco-monitors)。Eco-monitors由植被覆盖度动态获取系统(VC-DAS)、便携式光合作用测量系统、便携式人工模拟降雨装置、土壤水运动监测装置及径流/土壤水采样装置等功能模块组成。Eco-monitors及其各功能模块的集成与设计重点突出便携性特点,既包括现有产品如便携式光合作用测量系统、土壤水运动监测装置及径流/土壤水采样装置;也包括自主创新部分如植被覆盖度动态获取系统(VC-DAS)采用摄像头方案代替传统的数码相机,便携式人工模拟降雨装置采用人工压力泵,克服了蓄电池或电力传动装置供电要求高且难以携带的限制。Eco-monitors在多项研究项目中得到了成功应用。     

煤矿开采区地表水-地下水耦合模拟

为定量评价煤炭资源大规模开发,下垫面条件改变导致的水平衡要素及地表水与地下水转化关系的改变,急需开展煤矿开采区地表水水文过程和地下水动力过程耦合模拟研究。在考虑地表水入渗补给的滞后性和在RCH程序内部实现垂向上对多层单元格补给表达的基础上,构建基于分布式水文模型（SWAT）和模块化地下水动力模型（MODFLOW）的耦合数值模型（SWATMOD）,并将该模型应用于秃尾河流域--锦界煤矿采煤工程实例中。实例应用表明：耦合模型能较准确地模拟地表水水文过程和地下水动力过程及地下水动态变化过程,可用于预测秃尾河流域煤矿开采区地表水和地下水转化规律的改变。     

黑河干流正义峡—狼心山段蒸发渗漏量计算

干旱区内陆河河道蒸发渗漏损失严重,影响河道输水效率和下游水资源配置。为了实现黑河生态调水的优化配置,需要对其河道输水损失量进行精确量化。根据黑河下游河道水文特征,基于对不同流量级下河道过水面积的遥感解译,建立不同断面日均流量与过水面积的关系,并结合气象观测资料,利用水量平衡法对正义峡—狼心山河段的蒸发量和渗漏量进行分割计算。结果表明:河道渗漏是黑河下游河道水量损失的主要途径,正义峡—狼心山河段年均渗漏损失量约为2.77亿m~3,蒸发量约为渗漏量的1/2;就不同河段而言,正义峡—哨马营河段的蒸发量、渗漏量分别约为哨马营—狼心山河段的3倍、5倍,两段的变化趋势基本一致。     

黄土高原淤地坝的减沙作用及其时效性

在黄河近年来沙锐减的背景下,需要深入探究黄土高原淤地坝的减沙作用。本文基于实测数据分析了淤地坝拦沙与入黄泥沙减少量的关系、拦沙作用的时效性以及坝地的减蚀作用。研究结果表明,淤地坝拦沙量一般大于或等于相应的入黄泥沙减少量;流域的林草梯田覆盖率越大、地表土壤粒径越粗,淤地坝因拦沙所致的减沙量占其拦沙量的比例越小。淤地坝拦沙作用的时效性非常突出,拦沙库容淤满即基本失去拦沙能力。失去拦沙能力后,淤地坝仍可依靠拦沙所形成的坝地发挥减沙作用;如果流域的林草梯田覆盖状况较差,坝地减沙作用的"空间影响范围"可达自身面积的4倍。不过,随着流域的林草梯田覆盖率增大,单位面积坝地的实际减沙量会逐渐降低。