基于遥感的黑河流域生态环境变化特征及成因分析

使用2001~2017年MODIS-EVI产品和2001,2009,2017年Landsat数据提取的湿度指数（WI）、沙漠化指数（DI）、改进归一化水体指数（MNDWI）,并结合气象数据及其它数据,揭示黑河流域生态环境变化特征.结果显示：近17a来,研究区低、中高和高植被覆盖区的面积分别以36,29,132km²/a的速率增加,无植被、中植被覆盖区面积以185,11km²/a的速率递减,且夏季和上游植被覆盖度最高;2001~2009年流域水域面积扩大至3854.5km²,2009~2017年减少至2628.9km²,上游地区水体较多,水量由山岭向山麓递减,由西向东递增;流域湿度指数由2001年0.55上升到2017年0.65,高值中心主要位于上游地区和中游民乐县、山丹县以及金塔县;流域沙漠化程度先逆转后扩展,沙漠化土地主要分布于中游高台县、临泽县、金塔县和下游额济纳旗;流域气温、降水、潜在蒸散量和地区生产总值、第一产业、建成区面积及耕地面积是影响黑河流域生态环境变化的主要驱动因素.     

黑河流域生态环境恶化状况与治理建议

运用野外调查和地理信息系统相结合的方法,系统调查了黑河流域生态环境恶化的现状,分析其影响的原因,提出治理建议。指出,黑河水资源合理利用、土地资源适度开发,必要的水利工程和科学的上、中、下游分水方案是治理黑河流域生态环境恶化所必须采取的措施。      

黑河流域中下游全境地表-地下水耦合模型与应用

耦合概念性水资源评价与规划模型WEAP和分布式地下水模型MODFLOW,建立需求驱动的黑河流域中下游全境地表-地下水耦合模型,并利用地表水文站点和地下水观测点数据进行模型率定.结果表明,率定期和验证期地表水模拟的纳氏系数>0.7,地下水位模拟的均方根残差<0.80m.应用模型对流域历史水循环反演模拟表明,黑河干流(黑河东枝)2002~2012年水量统一调度使正义峡年均来流较原管理方式增加1.63亿m3(约18%);讨赖河(黑河西枝)因人类活动改变了西部子水系河流水文情势,基本切断了与黑河干流下游尾闾水系的水力联系;黑河东西两枝人类活动和出山口径流变化共同影响着下游狼心山断面径流量,直接导致了居延海之前消失和现在的恢复.     

GPM卫星降水数据在黑河流域的适用性评价

论文分别从时间和空间两个角度对GPM卫星降水数据在黑河流域适用性进行评价。以TRMM卫星的降水产品和气象观测站点实测的降水数据作为参考,选用相关系数（R）、均方根误差（RMSE）、相对误差（BIAS）、平均误差（ME）以及标准偏差（SD）多种统计分析指标进行精度评价。结果表明：1）GPM卫星降水数据具有与观测数据较好的一致性以及良好的时间模式;2）GPM卫星降水数据与观测数据之间有着较高的相关系数（R>0.72）以及较低的误差范围 （-0.59%~1.62%）;3）相比TRMM,GPM具有较低的均方根误差（RMSE<28.76）,尤其是对夏季降水,GPM具有相对更高的相关系数（R>0.76）和更小的相对误差（BIAS<1.14）;4）卫星估测降水量的精度与高程具有明显的相关性。总的来说,GPM卫星降水数据在地形复杂的干旱半干旱区域也能够具有较好的精度,能够较为准确地反映干旱半干旱地区的降水分布。     

基于GIS的黑河流域生态环境敏感性评价与分区

针对黑河流域存在的主要生态环境问题,利用调查资料和相关研究成果,在GIS支持下,对流域生态环境敏感性进行综合评价,明确了生态环境敏感性分布规律及其地域差异,在此基础上,对生态环境功能区进行划分,并对各区存在的主要生态问题提出整治对策,为流域生态环境建设和保护规划方案的制定提供依据。研究结果表明:①黑河流域的生态环境敏感性区域分布比较广泛,其中土壤侵蚀高度敏感区占2.05%,主要集中在祁连山区;②沙漠化极敏感区面积占37.06%,主要集中在流域下游额济纳旗和金塔县;③土壤盐渍化敏感区主要集中在流域中部绿洲,对于这些敏感区域的保护,应该作为生态环境保护和建设的核心。依据评价结果,流域划分为7个生态功能区。     

SWAT模型在黑河中上游流域的改进与应用

基于物理机制的分布式水文模型是定量化研究人类活动影响下流域水文过程非常有效的工具。使用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)对黑河中上游流域2000—2009年的月平均径流过程进行模拟的结果表明,SWAT模型很好地模拟了黑河上游自然状态下的径流过程,但对中游地区冬季径流模拟明显偏低。分析表明,黑河中游地形和农业生产高强度、反复的地下水抽取灌溉—渗透—地下水补给过程可能是导致模拟偏低的主要原因。基于此机制,论文提出了增加地下水下渗过程的模型修改方案,来间接模拟黑河中游的这一特定过程。对比模型修改前后的黑河中游的径流过程模拟结果表明,验证期的模型效率系数ENS和决定系数R²分别从0.53、0.61提高到了0.70、0.75,取得了较好的模拟结果。结果还表明,加强对黑河中游人工灌溉过程的模拟研究对于研究黑河中游水资源管理和水循环过程至关重要。     

基于ArcGIS和Visual MODFLOW的黑河流域中游平原区地下水流数值模拟与预测

在系统分析黑河流域中游平原区地质及水文地质条件的基础上,利用Visual MODFLOW和ArcGIS技术,建立了研究区地下水系统数值模型,利用研究区2012年1月1日至2012年12月31日地下水位动态观测资料对所建立的模型进行求解与识别,并利用识别后的模型对现状开采和调整开采条件下地下水位动态变化趋势进行预测。结果表明:现状开采条件下研究区地下水处于负均衡,地下水位持续下降;调整人工开采量大小及空间分布,地下水位变化趋势发生明显改变。该研究可为区域地下水资源合理开发利用提供依据。     

基于WebGIS的污染场地信息共享平台的架构设计与应用

对我国重点区域搬迁污染场地的污染状况进行了调查,并借鉴国外发达国家污染场地成功管理经验,从污染场地对人体健康与环境的潜在威胁出发,构建了污染场地分类评价指标体系及污染场地优先治理名录框架。基于WebGIS技术建立了我国污染场地信息共享平台,实现了污染场地信息的采集与编辑、查询与统计、空间地图服务、场地分类评价、优先治理名录筛选、报表统计分析、可视化输出及系统维护等功能。该平台的建设有利于加强各级环境保护部门污染场地数据交换与信息共享,推动我国污染场地信息的数字化与网络化。     

基于ArcIMS实现切片式WebGIS及其在地震应急中的应用

利用ArcIMS提供的地图服务功能,实现切片式WebGIS,从而可以获得更稳定、更快速的系统应用,以及更友好的用户体验。文章提出了以ArcIMS为基础实现切片式WebGIS的基本原理与思路,实现了所涉及的关键技术,主要包括:地图切片与实际地理坐标间的转换、地图切片的生成、地图切片的存储管理策略及网络发布与应用等。文章就基于切片式WebGIS实现地震应急指挥系统进行了简单的讨论,并且利用本文讨论的原理和方法,实现了地震应急日常运维管理系统,在实际工作中得到成功应用。     

抚仙湖子流域尺度氮排放清单构建及关键源解析

对高原湖泊流域总氮(TN)污染的精准调控是预防湖泊水体富营养化的重要环节.但过去基于全流域尺度具体时点建立的流域TN排放清单,因忽略TN污染的时空异质性,导致关键因子识别不清,控源减排措施针对性不强等问题.以典型高原深水湖泊抚仙湖为例,通过资料收集和现场调查,根据上中下游子流域特征,建立子流域尺度TN污染负荷模型;结合GIS空间分析功能,构建抚仙湖流域1990～2020年25个子流域的TN排放清单,分析TN污染负荷时空分布特征及关键污染来源.结果表明:①1990、1995、2000、2005、2010、2015 和 2020 年的抚仙湖流域TN污染负荷分别为 933.43、1 012.90、1 090.25、1 096.93、1 075.69、996.27和514.80 t,点源污染负荷逐年递增,但面源污染负荷仍是其主要来源.TN面源污染负荷主要来自化肥施用,点源污染负荷主要来自于农村生活;②TN污染负荷在空间上呈放射状递减的特点,流域整体单位面积负荷为65～6 877 kg·km-2,下游子流域单位面积TN污染负荷(1 009～6 877 kg·km-2)远远高于上中游子流域(65～1 167 kg·km-2);③污染源在子流域上存在较强的空间异质性,其中化肥施用、农业面源和农村生活污染主要来自于北岸河外直沟、抚澄河和山涧河子流域;畜禽散养污染主要来自于东岸大提坎箐河、大箐河和石股箐河子流域.研究结果可为抚仙湖流域TN控源减排措施的实施、子流域差异化管理措施的制定和湖泊水质恶化预警提供一定的科学依据及技术支撑.     

黑河流域草地承载力研究

应用RS和GIS技术,从研究区植被类型、土壤侵蚀、坡度、距水源距离、生物多样性和生态系统保护等方面,确定了黑河流域不适合和适合放牧的区域。在适合放牧的区域,根据草地类型估测产草量。在牧草分配方面,从避免土壤侵蚀和遭遇干旱时保证植被群落弹性和再生的需要以及满足昆虫和土壤无脊椎动物及野生动物需要两个方面考虑了满足生态需要的牧草生物量。在确定放牧强度时,从坡度和距离水源远近两个方面考虑了载畜量的减少比例。在此基础上,计算出满足生态保护需要的草地承载力。研究结果表明,黑河流域适合放牧的区域仅占总面积的17.693%,在适合放牧的区域,天然草地的承载力为0.009～2.055只羊单位/hm²。     

黑河流域生态承载力估测

以黑河流域为例,探讨了生态承载力的概念和估测的方法,笔者认为利用自然植被的净第一生产力数据可以反映自然体系的生产能力 和受内外干扰后的恢复能力,是自然体系生态完整性维护的指示。      

黑河流域张掖市生态系统服务恢复价值评估研究——连续型和离散型条件价值评估方法的比较应用

条件价值评估法的调查问卷格式主要有连续型(包括开放式、支付卡式)和离散型(即封闭式)两种类型。针对黑河流域张掖市生态系统退化的现状,在连续型的支付卡问卷格式调查的基础上,以离散型单边界两分式和双边界两分式的封闭式问卷格式各设计了400份调查问卷,调查了黑河流域居民对恢复张掖市生态系统服务的支付意愿。封闭式两分式问卷调查结果的分析表明,黑河流域90.2%的居民家庭对恢复张掖市生态系统服务存在支付意愿。单边界两分式和双边界两分式问卷分析的黑河流域居民家庭对恢复张掖市生态系统服务的平均最大支付意愿每户每年分别为162.82元和182.38元。按黑河流域有支付意愿的家庭数量计算,用单边界两分式和双边界两分式问卷分析,恢复张掖市生态系统服务的经济效益每年分别为7094.36×104元和7946.66×104元。由于双边界两分式问卷更能逼近市场行为,以双边界两分式问卷的结果作为条件价值评估的结果相对比较恰当,因此,未来5年时间恢复张掖市生态系统服务总经济价值的现值为3.7478×108元。由于恢复张掖市生态系统服务具有巨大的正外部效应,因此,仅就黑河流域居民家庭数量估计的经济价值是对恢复张掖市生态系统服务的经济价值的最低估价。     

基于MEA情景的长江流域氮平衡及溶解态无机氮通量:流域-河口/海湾氮综合管理

以长江流域氮循环为研究对象,基于千年生态系统评估框架下的4种情景,预测了2050年长江流域的氮循环在不同驱动因子作用下的未来变化趋势,并提出长江流域生态系统的优化管理的建议.研究结果表明,在1970—2010年期间,长江流域氮输入量增加了5倍,长江向河口输出的溶解态无机氮(DIN)通量增加了8倍,流域土壤中的氮已经达到饱和并且氮过剩量持续增加,流域对氮的截留率下降,水体输送的DIN通量增加,区域氮循环失衡问题日益严重.在千年生态系统评估框架下,预测在2050年,在采取积极措施的预测情境下,河流向河口和近海输送的溶解态无机氮通量将会比2000年有所下降,而在消极应对的预测情境下,河流向河口和近海输送的溶解态无机氮通量将会继续增加,从而加剧河口和近海地区水体的污染程度.非点源氮输入将是长江溶解态无机氮输出通量的主要来源,其中以化肥氮输入为主,其次为禽畜粪便氮输入,贡献率最低的是点源污水氮输入.情景预测及源解析研究表明,2050年长江流域-河口/海湾氮污染控制的重点在于减少长江下游-太湖流域、沅江-湘江-洞庭湖流域、赣江-鄱阳湖流域及岷江流域的化肥及畜禽粪便排放,2050年要实现长江水系水质全面达标,长江流域的氮输入量需要削减29%,其中长江下游-太湖流域削减40%,汉江流域削减43%,沅江-湘江-洞庭湖流域削减31%.从子流域尺度制定氮污染管理策略更适用于流域-河口/海湾系统框架下的综合管理.     

西北干旱区典型流域生态系统服务价值变化

论文选择西北干旱区塔里木河流域、玛纳斯河流域、石羊河流域以及黑河流域4个典型流域为研究对象,以1994年土地利用分类图、TM影像,2005年CBERS影像数据为基础,参照谢高地等提出的\"中国生态系统服务价值当量因子表\",在对这4个典型流域生态系统服务价格根据其消费指数以及不变价格订正的基础上,逐项估计了这4个流域农田、森林、草地以及水体生态系统各项生态系统面积、服务价值及其变化。结果表明,这4个流域提供环境保护的支撑生态系统(森林、草地、水体)面积2005年普遍小于1994年,而农田生态系统面积增加显著,并且相对于较大面积的内陆河流域,小流域内各类型生态系统面积变动比较大,变动速度相对较快;塔里木河流域生态系统服务价值最大,具有较高的稀缺性,但黑河流域生态系统服务价值的增加幅度最大,这两个流域相比,黑河流域各生态系统的服务功能对于该区域人们的生活生产更为重要,影响更直接;塔里木河流域农田生态系统面积增加幅度最大,但其区域内人们对农田生态系统服务价值支付意愿的增长速度却保持最低,这说明该区域内部人们对这种生态系统服务功能的支付意愿与其资源丰富程度并不对称,需要加强宣传水土安全保护与生态经济发展的观念。     

长江流域主要干/支流水化学特征及外源酸的影响

为了探究人类活动对长江流域水化学特征的影响,本文以流域内主要干/支流代表断面的采样点为研究对象,分别于2016年丰水期和平水期采集地表水样各13组,通过离子比值法、主成分分析法和化学离子平衡计算法,综合分析水化学特征,并估算碳酸和外源酸参与碳酸盐岩的溶蚀比例.结果表明,水化学类型主要为HCO₃-Ca型,指示流域内水化学的主要影响因素为碳酸盐岩的溶解,在碳酸盐岩风化过程中,碳酸与碳酸盐岩的相对快速风化为主导反应.此外,丰水期和平水期各采样点碳酸溶蚀比例均值分别为60.33%和59.14%,不同采样点的溶蚀比例差值较大,指示外源酸对河流与岩石侵蚀风化过程的影响不容忽视,且阳离子交换对水化学有一定影响,但并不是主要的反应过程.与多年前水文监测初期的数据相比,硫酸和硝酸对岩石风化作用加强,人为因素对长江的水质影响增大.     

广东东江流域多氯萘的大气沉降研究

为考察多氯萘(PCNs)通过大气沉降作用对东江流域的影响,利用通用型大气沉降采样器,在东江流域广东省境内代表性地段布设11个采样点,于2010年冬季(1、2月)和夏季(7、8月)分别采集和分析了沉降样品中PCNs的通量及组成.结果表明,东江流域总PCNs日均沉降通量为828 pg.(m2.d)-1,对应毒性当量(TEQ)为0.14 pg.(m2.d)-1,由此估算东江流域广东境内PCNs年沉降总量为8.5 kg,相应TEQ年沉降总量为1.3 g.地域上,广州和东莞地区沉降通量明显高于惠州,同时城镇采样点的沉降通量显著高于农村;季节上,各采样点总体呈现夏季高于冬季的特点;组成上,三氯萘(tri-CNs)是主要的污染物,占总量的50%以上,但广州、东莞的5～8氯萘含量比惠州高.来源分析表明,东江流域PCNs的大气沉降可能受燃烧源与非燃烧源的共同影响;东莞大气沉降中PCNs多来自燃烧源,广州点大气沉降的PCNs以非燃烧源为主.     

Temporal variations of C2 concentration near land surface and its response to meteorological variables in Heihe River Basin, northwest China

Atmospheric CO2 concentration （CC） near land surface and meteorological variables have been measured at four sites, named Yeniugou （alpine meadow and permafrost）, Xishui （mountainous forest）, Linze （oasis edge） and Ejina （lower desert）, respectively, in Heihe River Basin, northwest China. The results showed that, the half hourly CC at night was larger than in daytime, and the daily averaged CC was the largest in winter. The averaged CC of 932 d at the Linze was about 418 ppm, was about 366 ppm in the 762 d at the Ejina. In the same period from September 23 to November 9, 2004, the averaged CC was about 625,334, 436 and 353 ppm, at Yeniugou, Xishui, Linze and Ejina, respectively. The linear relationship between daily averaged CC and air temperature T was negative, between CC and relative humidity （RH） was positive. The linear CC-atmospheric pressure （A P） relationship was negative at the Linze and Yeniugou, was positive at the Ejina. The relationship between CC and global radiation R was exponent, and soil temperature Ts was negative linear, and soil water content was complex. The correlation between CC and wind speed was not existent. Using meteorological variables together to simulate CC, could give good results.     

黑河流域地域系统的下游绿洲带资源-环境安全

额济纳绿洲是我国西北干旱区中心的一道生态防线。20世纪后半叶绿洲生态系统严重受损,景观结构急剧恶化,黑河的供水量逐年下降,由50年代的12.25×108m3下降到90年代的7.24×108m3。地下水位也相应降低,土地盐化也在加剧。各种禾草草甸严重退化,并多已演替成为苦豆子群落。为了维护我国西北的这一生态屏障,论文认为必须坚持以恢复与保护自然绿洲为主,恢复胡杨林、沙枣林、红柳灌丛与梭梭林的覆盖率;建立人工草地,改善土地覆盖,建设自然-人工复合绿洲。在绿洲建设与保育工程中必须保证供水,保持地下水位的临界高度,调控水盐动态,发挥生物-景观多样性的系统耦合效应,实现绿洲生态系统健康与资源-环境安全。