水生态监测方法研究进展及在黄河流域的应用实践

水生态监测能够为水生态环境监督、管理和保护提供重要的数据和技术支撑。加强黄河水生态监测,维护流域水生态系统健康,对促进黄河流域高质量发展具有重要意义。从常规水质监测、生境监测和生物监测3个方面,分析了中国水生态监测方法的研究进展及在黄河流域的应用实践。结合黄河流域水生态监测尤其是生物监测相对滞后的现状,探讨了流域水生态监测的发展方向。建议加快黄河流域水生态监测能力建设,建立适用于黄河流域的水生态监测与评价标准体系,探索新兴监测技术与传统技术的有机结合。     

黄河流域水分亏缺时空格局变化研究

针对黄河流域水资源匮乏日益严重的状况,根据国家气象局整编的1957~2001年(45a)黄河流域93个气象站点气象资料,应用1998年FAO最新推荐的Penman-Monteith法计算潜在蒸散量,研究黄河流域水分变化特点,尤其是水分亏缺时空格局。 同时,应用克里格(Kriging)插值法生成黄河流域区域的水分亏缺分布图。研究结果显示黄河流域水分亏缺的空间分布格局变化十分复杂,受气候、地形和地貌等多种因素影响,具有明显的地域特点。总体上,水分亏缺由北向南逐步递减,流域北部水分亏缺由西北向东南依次递减;流域水分亏缺在年际间的变幅具有增大趋势,在年内也表现出明显的季节变化特点,春季、夏季的亏缺量比较大,而冬季和秋季的亏缺量比较小,且在不同区域之间存在明显差别。     

利用累积NDVI估算黄河流域年蒸散量

地表蒸散的准确估算在流域水资源的评价、干旱监测及农作物产量模拟研究中很重要,论文通过建立年蒸散量与累积NDVI及相对湿润指数之间的关系,利用1982～2000年8km分辨率的AVHRRNDVI资料及月平均气温和月降水量资料,对黄河流域近20年来地表蒸散的时空分布进行了分析,并利用水文站径流观测资料对估算结果进行了检验。结果表明,黄河流域多年平均年蒸散量是389mm,年际间变化很大,空间分布格局是东南部蒸散量最大,其次是兰州以上区间,宁蒙河段及鄂尔多斯高原蒸散量最小;全流域平均蒸散估算误差比较小,吻合比较好。     

黄河中游径流可再生性对于人类活动和气候变化的响应

径流可再生性的变化是水循环研究中的重要科学问题,对于干旱、半干旱气候区水资源的可持续利用有重要意义.以黄河中游河口镇至龙门区间1950—2008 年间的水文、气象资料以及人类活动(如引水、水土保持)等资料为基础,运用统计方法研究了径流可再生性指标I_rr的变化及其成因.在59 a 的时间尺度上,I_rr在总体上具有明显的减小趋势,但具有次一级的波动,其变化可以分为4 个阶段.研究发现,3 个气候变量(年降水量P_m、年均气温T_m和夏季风强度指标SMI)与当年I_rr的相关程度均不高,但它们的滞后作用对于I_rr的影响十分明显,表明气候因子对于径流可再生性影响具有某种时间尺度效应.以I_rr与某一气候因子的N年滑动平均值的相关系数与N的关系曲线的峰值或拐点所对应的N值作为气候因子影响I_rr的特征时间尺度,确定了P_m、SMI和T_m影响径流可再生性的特征时间尺度分别为11、9 和4 a.I_rr与各项水土保持措施的面积及水土保持措施总面积之间均表现出显著的负相关.1998 年以后开展的以大规模退耕还林(草)为中心的生态环境建设使得径流可再生性指标进一步降低.建立了I_rr与气候暖干化指标和水土保持总面积之间的回归方程式,该方程表明,I_rr随气候暖干化程度的增加而减小,随水土保持措施面积的增大而减小.     

近60年黄河流域典型区域气温突变与变暖停滞研究

以黄河流域典型区域-黄河流域内蒙古段为研究区,采用1951~2012年62年气温区域平均数据,应用M-K检验等方法对研究区区域平均最高气温、平均气温、平均最低气温突变前后变化及气温突变后变暖停滞特征进行了分析.结果表明：年（季）平均最低气温首先发生突变（1977~1987年）,平均气温次之（1978~1993年）,平均最高气温最晚（1978~1994年）,平均最高气温与平均气温秋、冬季发生突变时间一样;年内突变早晚顺序为冬季最早（1977~1978）,夏季最晚（1987~1994）.冬季比夏季、平均最高气温比平均最低气温变化更剧烈.平均最低气温（0.231~0.604℃/10a）对升温贡献较大.各类气温年（季）突变后在1997~2007年间先后发生变暖停滞现象,春季和冬季首先发生变暖停滞,秋季较晚,夏季未停滞,年气温最晚（2007年）,大部分年（季）气温要素变暖停滞晚于全球变暖停滞时间（1998年）.年际气温突变后到停滞前平均最高气温的升温速率相对最慢,而其停滞后降温速率反而最快,平均最低气温与其相反,初步说明平均最低气温对升温反应较为明显,平均最高气温对降温反应较为明显.季节中,突变后到气温停滞前,春季平均最高气温增长速率最快;气温停滞后,春季最低气温下降速率最快（-0.324℃/a¹）.     

基于遥感的层次分析法和模糊数学模型综合评价森林资源生态适宜性

论文选取2000、2006年时相相近的TM遥感影像作为山东黄河流域的基本数据源,采用监督分类法、专家分类法进行森林资源的分类和验证,运用层次分析和模糊数学法建立森林资源生态适宜性综合评价模型。结果表明,流域的森林资源分布极不均匀,济南、泰安、莱芜的森林覆盖率超过30%,其它地市只有15%。森林资源生态适宜性方面,泰安市优,济南市和莱芜市良,淄博市、滨州市、菏泽市、东营市和德州市中等,济宁市和聊城市较差。6 a间,泰安市的森林资源生态适宜性评价由良好到优秀,济南市和莱芜市的评价得分值虽然都较高,但是,济南市朝好的方向发展,相反,莱芜市的得分值不升反降。淄博市、滨州市、菏泽市、东营市和德州市的得分值虽然没有达到良好标准,但其变好的趋势非常明显,济宁市和聊城市相对较差。     

基于SPOT-VGT的黄河流域植被覆盖时空演变

植被是土地覆盖中的最主要部分,是连接土壤、大气和生物等要素的自然"纽带"。植被覆盖动态变化对全球能量循环和物质循环具有重要影响,是全球变化研究的重要内容之一。黄河流域作为我国重要的粮食生产基地,其环境变化直接影响到流域经济的可持续发展。为了快速准确地提取地表植被状况,了解黄河流域生态环境,利用1998—2011年的SPOT-VGT遥感数据,结合地理信息技术,采用均值法和趋势分析法对黄河流域植被NDVI时空分布特征和变化趋势进行了动态监测。结果表明,(1)黄河流域14年NDVI均值的空间分布整体特征是东南部平原、盆地和西部山地植被状况要好于北部地区。其次,黄河流域属于干旱半干旱地区,植被发育主要依赖于水文条件,所以沿黄河干流和支流区域也具有较高的植被NDVI值。(2)黄河流域植被NDVI年均值近14年间整体呈缓慢增长趋势,1998—2000年呈现急剧减少态势,2001—2003年出现了较为快速的增长,2004—2011年又出现了较长时间的连续增长过程。(3)黄河流域植被NDVI基本不变的区域约占研究区总面积的71.13%;植被NDVI轻微改善的区域约占流域总面积的27.30%,且主要分布于流域东南部的盆地、平原和西部的山地、丘陵地区,植被NDVI退化的区域面积约占流域总面积的0.98%。黄河流域自1998年以来,植被NDVI整体在不断提高,生态环境在不断改善。     

河道生态环境分区需水量的计算方法与实例分析

为真实反映流域各区间的河道生态环境需水量差异 ,同时解决流域上下游河道生态环境需水量的重复计算问题 ,提出了河道生态环境分区需水量的概念 ,对流域分区、河道功能确定和河道生态环境分区需水量计算方法进行了研究 .以黄河流域为例进行了实证分析 .结果表明 ,黄河流域的河道需水分区需水量差异显著 ,黄河下游区间的河道分区需水量最大 ,为 14 8 93× 10 8m3·a- 1 ,上游兰州—河口干流区间最小 ,为-5 0 12× 10 8m3·a- 1 ,龙羊峡—兰州干流区间和黄河下游区间河道分区需水量超过区间的自产水资源量 ,需要其它区间的水量补充 ,才能维持其河道的生态环境功能 .黄河流域的河道分区需水量之和为 2 3 0 6× 10 8m3·a- 1 ,约为流域地表水资源量的 3 9% ,说明黄河流域地表水资源的最大利用率应低于 61% .     

近30年黄河流域降水量的时空演变特征

利用中国气象局和黄河水利委员会近30年269个观测站的降水资料,采用光滑薄面样条插值法对黄河流域各月及年降水量进行插值,在ArcMap/ArcInfo中进行图象处理和分类,完成了1km×1km栅格降水的空间化,在此基础上分析了降水的空间分布。利用GIS软件编程实现了Mann-Kendall非参数统计法与空间化技术的结合,生成了各月及年降水在空间上随时间的变化趋势图。结果表明:27年来,流域总降水量呈下降趋势,空间上表现为北半部以增加为主,南半部以减少为主。各月间差异很大,在秋冬季节,以下降趋势为主,部分地区达到显著;春夏季节除少数月份外,大部分地区降水量有不显著的增加趋势。全年降水呈下降趋势的月份占多数,但主要集中在降水较少的秋冬季节,呈增加趋势的月份集中在雨水充沛的春夏,这种变化趋势使得降水的分布更加不平衡,表现为秋冬季的降水减少,而雨水较多的5～7月降水有微弱的增加趋势。     

水电梯级开发对生态承载力影响评估支持系统的设计与应用

依据生态承载力评价相关模型原理进行了系统设计,并以Visual Basic.NET为平台建立了水电梯级开发对生态承载力影响评估支持系统.系统实现了从基础指标构建、生态承载力评价到生态承载力净影响评价的完整计算过程,完成了评估过程的自动化.结合黄河流域青海片的实例,对系统的应用情况进行了说明.