黑河流域中游地下水时空变异性分析及其对土地利用变化的响应
黑河流域水资源研究进展_宁宝英
文章编号:1000-694X (2008)06-1180-06黑河流域水资源研究进展收稿日期:2008-04-17;改回日期:2008-07-02基金项目:中国科学院创新团队国际合作伙伴计划(CXT D -Z2005-2);中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2-YW -317);玉龙雪山旅游开发管委会地方项目资助作者简介:宁宝英(1979)),女,山东费县人,博士研究生,主要从事生态经济与区域可持续发展方面研究。
E mail:ningbaoying@宁宝英1,2,何元庆2,3,和献中2,4,李宗省2(1.中国科学院资源环境信息中心,甘肃兰州730000; 2.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室,甘肃兰州730000; 3.中国科学院青藏高原研究所,北京100085; 4.玉龙雪山省级旅游开发区管委会,云南丽江674100)摘 要: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。
关键词:黑河流域;水资源;研究进展中图分类号:F323.213文献标识码:A1 研究区概况黑河流域是我国西北干旱地区第二大内陆河流域,大致介于38b 00c )42b 00c N,98b 00c )101b 30c E,流域面积约113@105km 2,流长821km,流域地跨青海、甘肃和内蒙古3省区[1]。
黑河流域平均海拔为3600m,相对高差为3000m 左右,生态格局、气候状况具有明显的垂直地带性,大致可分为高山冰雪冻土带、山区植被带、山前绿洲带和荒漠带[2]。
黑河流域中游地区生态环境变化特征及驱动力
中国环境科学
２ ０ １ ４ ， ３ ４ （ ３ ） ：７ ６ ６ － ７ ７ ３
Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ １ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ
黑 河流 域 中游 地 区生 态环 境 变 化 特 征 及 驱 动 力
周 沙 ， 黄 跃 飞 ， 王光 谦 （ 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室， 北京 １ ０ ０ ０ ８ ４ ）
黑河中游地区水循环过程对土壤盐分特征的影响
黑河中游地区水循环过程对土壤盐分特征的影响佚名【期刊名称】《生态环境学报》【年(卷),期】2015(000)007【摘要】干旱、半干旱区的土壤盐渍化是重要的生态环境问题。
黑河流域是我国第二大内陆河流域，研究该地区的土壤盐渍化问题对于我国西部地区的可持续发展具有重要意义。
黑河的中游地区集中了流域内绝大部分人口和经济活动（以农业生产为主）。
该研究对黑河中游地区表层土壤进行了全面采样，测定了土壤含盐量及其离子构成；并通过主成分分析确定了表征盐渍化程度的第一主成分和表征碱化程度的第二主成分。
结合地表-地下水耦合模拟的结果，探讨了研究区水循环过程对土壤盐分特征的影响。
研究结果表明，黑河中游表层土壤的盐渍化程度较高，高台-金塔一带盐渍化最严重，含盐量最高可达31.4%，其次为酒泉北部和张掖南部地区，含盐量在0.20%~0.37%之间。
黑河中游土壤的盐渍化程度与地下水埋深密切相关。
总体而言，地下水埋深越浅，土壤含盐量的均值越高，而标准差越大。
研究区土壤主要呈原生盐渍化，次生盐渍化现象不显著。
黑河中游土壤碱化程度较轻，碱化程度和盐渍化程度的空间分布呈反向关系。
黑河中游的灌溉活动未造成显著的次生盐渍化，但一定程度上提高了土壤的碱化程度。
与以往研究相比，该研究更全面地覆盖了黑河中游地区的代表性地点，并定量分析了区域水循环与土壤盐渍化之间的联系，研究结果对于我国西部地区水土资源的可持续开发利用具有重要参考价值。
【总页数】5页(P1108-1112)【正文语种】中文【中图分类】S153;S151.9【相关文献】1.西北地区黑河中游盐渍化地区土壤盐分特征 [J], 石迎春;辛民高;郭娇;吴利杰2.干旱地区水循环过程中的地下水化学特征研究\r——以蒙古国前巴音钼矿水源地为例 [J], 杨闪3.土壤质地和灌溉水量对黑河中游地区甜高粱生长特征及水生产力的影响 [J], 朱钊岑;刘冰;司瑞;赵颖4.土壤质地和灌溉水量对黑河中游地区甜高粱生长特征及水生产力的影响 [J], 朱钊岑;刘冰;司瑞;赵颖5.黑河中游景观格局变化特征及其与水文过程相互关系分析——以张掖地区为例[J], 徐茂森;徐宗学;王子丰;赵刚因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
黑河流域40多年来生态环境变化驱动力分析及对策
第21卷 第10期干 旱 区 资 源 与 环 境Vol.21 No.10 2007年10月Journal of A rid Land Res ources and Envir on ment Oct.2007文章编号:1003-7578(2007)010-043-05黑河流域40多年来生态环境变化驱动力分析及对策3王海青,张勃(西北师范大学地理与环境科学学院,兰州730070) 提 要:结合黑河流域40多年来水文,社会经济等方面的资料,采用趋势分析法估算人为因素对流域地表径流的影响,通过相关和主成分分析等数学方法分析人类活动诸因子与流域地表径流之间的关系。
研究结果表明:随着从上游至中下游的顺序,各水文站年径流量差积曲线先上升,而后呈长时期连续下降的趋势,而且顺河流方向越往下,曲线的坡度越明显,即径流量减少的趋势越明显,但黑河干流上游地表径流在过去的几十年里并没有减少,且有一定程度的增加,这说明各水文站径流的差积曲线主要是由于人类活动的影响,导致下游生态环境受损。
关键词:差积曲线;趋势分析;主成分分析;径流量;黑河中图分类号:X171.1 文献标识码:A环境问题是全球变化研究的主题,环境变化受人类活动的影响,人类活动越是改变,支配甚至是取代自然生态系统,就越会增加气候和环境变化的脆弱性。
尤其对中国西部生态脆弱区而言,人类活动对生态与环境的影响更加突出和明显。
黑河流域是我国西北干旱、半干旱地区第二大内陆河流域,流域面积约14万k m2。
受气候与人类活动的影响,黑河流域日益恶化,其中以下游地区最为突出,主要表现在河流下泄水量日益减少,河道断流加剧,荒漠区终端湖泊的干涸,地下水位下降。
黑河下游狼心山断面断流日间愈来愈长。
黑河下游断流时间由50年代的约100天延长至现在的近200天。
西、东居延海水面面积50年代分别是267k m2和35km2,已先后于1961年和1962年干涸。
下游地区河流水量的减少以及地下水位的下降直接导致根系较浅的荒漠植被大量枯死、退化。
黑河流域水资源持续利用与生态环境现状及对策
黑河流域水资源持续利用与生态环境现状及对策摘要分析探讨了黑河流域水资源利用与生态环境现状及水资源持续利用与生态环境恢复重建研究的意义，并提出了该区水资源持续利用与生态环境恢复重建的应对措施，以期为实现流域经济—社会—资源—生态环境系统的协调可持续发展提供科学依据。
关键词水资源利用；生态环境；现状；意义；对策；黑河流域1 水资源利用与生态环境现状黑河流域作为甘肃省经济较发达、人口多、开发水资源早且其利用程度高、用水矛盾非常尖锐、生态环境严重恶化但水资源贫乏的地区，因缺乏对水资源的合理开发利用规划与有效管理，其开发利用已接近最大承载量，导致地表水资源急剧减少而过量开采地下水，使区域地下水位快速下降，生态环境急剧恶化，已危及绿洲生存与安全。
当前黑河流域生态环境总的发展趋势是沙漠区向农业区推进、风蚀区向耕作区推进、农业区向牧区推进、牧区向林区推进、雪线向主峰推进，同时植被覆盖度和地下水位下降，灌木林面积、冰川积雪及生物种群减少等，生态系统严重退化，不仅威胁着流域内人们的生存，也对我国北方干旱内陆河流域的生态安全构成严重威胁[1-2]。
上游森林带下限逐渐退缩，水源涵养林、草日渐退化，同时生物多样性也减少。
流域祁连山地森林面积仅逾6.67万hm2，比建国初减少l6.5%，森林带下限退缩至2 300 m。
中游地区生态环境脆弱，水土流失严重。
由于地处干旱、半干旱区，整个生态系统由祁连山森林草原区、走廊中部绿洲农业区、北部荒漠区组成。
区内植被稀疏，森林覆盖率为9.17%，水土流失面积占国土总面积62%，其中风蚀面积占总面积60%以上，重点风蚀面积达92.89万hm2。
尽管人工林网有了较大发展，在局部地带有效阻止了沙漠入侵并使部分沙化土地转为人工绿洲，但土地沙化总体上仍呈发展趋势，沙化速度大于治理速度，如高台县沙化速度是治理速度的2.2倍。
同时，由于不合理的灌排方式，部分地区土地盐碱化严重，局部河段水质污染加重，仅甘州、临泽、高台3个县区就有盐碱化耕地面积约1.53万hm2，正义峡河段水质已达Ⅲ类。
黑河上中游水质时空分异特征及污染源解析
一定的时空分异性.时间上水体污染程度表现为枯水期>平水期>丰水期,空间上表现为上游支流区>上游干流区>中游.依据土地利用类型将 33 个采样点
划分为放牧与工矿企业用地(A 组)、水库建设用地(B 组)和农业与城镇人居用地(C 组).结合因子分析和主成分回归分析得出,NH3-N、BOD5 和 CODMn
是该区域的典型污染物,其中 A 组污染源主要来自于有机物,其次是营养盐;B 组水体主要受到机物和营养物的蓄积污染,而自然因素的影响相对较弱;C
组主要是生物化学污染,其次为非点源营养盐污染.研究表明,人类活动依然是影响水质变差的主要因素,虽然大坝的拦截效应能改善下泄水质,但常年累
积于库底的沉积物随环境变化有二次污染的潜在风险,如沉积物中营养盐的活化释放等问题.
关键词：水质标识指数；多元统计；时空分异；污染源解析；黑河流域
中图分类号：X522
பைடு நூலகம்
文献标识码：A
文章编号：1000-6923(2019)10-4194-11
Spatio-temporal characteristics and source identification of water pollutants in the upper and middle reachers of Heihe River. WANG Yu1,2*, LU Shi-guo1, FENG Qi2, LIU Xian-de3, LIU Juan-juan1, ZHAO Wei-jun3, KONG De-xing1, ZUO Yi-feng1 (1.School of Energy and Power Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China；2.Key Laboratory of Ecohydrology of Inland River Basin, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China；3.Academy of Water Resources Conservation Forests in Qilian Mountains of Gansu Province, Zhangye 734000, China). China Environmental Science, 2019,39(10)：4194~4204 Abstract：Thirty-three water sampling sites in Heihe River of the upper and middle reachers were set to characterize its water quality with spatiotemporal distribution. Water sampling trips were conducted in May (wet period), August (flow period), December (dry period) of 2017. Spatial and seasonal variations of water quality were analyzed by using the multivariate statistical methods and water quality were assessed by employing the comprehensive water quality identification index. The results indicated that the main types of water quality in the region were Class II and Class III, it also had a certain space-time differentiation. In temporal terms, the order of pollution was dry period > wet period > flow period; the spatial pollution situation was the upper tributary > the lower main stream > the middle reaches. According to landscape difference, the sampling sites were divided into 4groups: grazing and industrial area (Group A), reservoir area (Group B), agriculture and urban area (Group C). The results of factor analysis and APCS-MLR show that NH3-N, BOD5 and CODMn were typical pollutants in this region, and the pollution sources of group A were mainly from organic matter, followed by nutrients; the water quality of group B was mainly polluted by the accumulation of organic matter and nutrients, while the influence of natural factors were relatively weak; group C was mainly polluted by biochemistry, followed by non-point source nutrients pollution. The results show that human activities were still the main factors affecting the deterioration of water quality. Although the interception effect of dams could improve the quality of discharge water, the pollutants accumulated in the reservoir area all the year round have the potential risk of secondary pollution with the change of environment, such as the activation and release of nutrients in sediments. key words：water quality index；multivariate statistical methods；spatial-temporal disparity；source identification；Heihe River
黑河流域中游盆地地下水补给机理分析
文章编号:10002694X (2009)022*******黑河流域中游盆地地下水补给机理分析 收稿日期:2007211227;改回日期:2008202228 基金项目:国家重点基础研究发展计划项目(2009CB421305);知识创新工程领域前沿项目(O7V70020SZ )资助 作者简介:张应华(1977—),男(汉族),河南上蔡人,助研,主要从事同位素示踪与污染控制研究。
Email :zhangyinghua @ ;yinghuazhang @张应华1,仵彦卿2(1.中国科学院地理科学与资源研究所,陆地水循环及地表过程重点实验室,北京100101;2.上海交通大学环境科学与工程学院,上海200240)摘 要:分析地下水水循环机理是有效评价地下水资源量和合理开发利用地下水资源的前提。
对此,利用皮帕尔(Piper )图解法分析地下水的水化学特征类型,结合区域构造水文地质和环境同位素,分析黑河中游盆地内不同地区的地下水补给机理。
结果表明,位于黑河较上游地区两个相邻山前冲洪积扇之间的地下水水力联系微弱,分别来自于不同的补给来源;不同区域的黑河沿岸地区,受地理地形控制,地下水补给来源存在显著差异;以榆木山隆起相隔离的张掖盆地和酒泉盆地,地下水水化学特征和同位素存在显著差异,处于不同的地下水补给单元;利用放射性同位素氚含量,初步估算出不同地区地下水的更新期,其地下水年龄均低于32a 。
为合理开发利用黑河中游地下水资源、保护脆弱的生态环境提供科学依据。
关键词:黑河;水化学;同位素;地下水中图分类号:P641文献标识码:A 黑河流域位于河西走廊中部,是我国第二大内陆河流域,地处青藏高原向蒙古高原的过渡带上,水资源十分缺乏。
流域大部分属干旱气候区,仅南部祁连山地较为湿润,形成沿青藏高原北缘分布的祁连山2黑河流域绿洲带。
在干旱的气候大背景下,由于黑河内陆河流域四周为高山高原的地理环境所围绕,山地和盆地相间,形成了我国西北干旱区地形地貌独特的内陆河流域和独具特色的水循环系统。
黑河流域地下水水化学特征分析研究背景及意义
黑河流域地下水水化学特征分析研究背景及意义黑河流域位于我国西北内陆地区，地处干旱半干旱区，区域内降水稀少，蒸发强烈，尤其是中游、下游流域。
该区域亦是丝绸之路经济带的重要部分，经济发展潜力大，但黑河流域经济发展受水资源短缺影响较为显著，不仅如此，水资源的长期短缺甚至还对当地居民的正常生产生活造成了困扰。
地下水是黑河流域的重要和最可靠的淡水供应来源。
当前，该地区城镇或乡村大多数居民饮用水资源依赖于地下水[1]。
因此，对该地域地下水的水化学特征进行分析，进而研究黑河流域的地下水的水质，对当地的经济发展以及居民的生活具有重要意义。
水化学组分受到环境的长期作用影响，同时水化学组分中包含气候变化信息和水体来源信息等，通过分析水化学组分可了解水体环境质量以及其生态功能等[2]。
不同水体在运移过程中不断与周围介质相互作用，经过一系列物理化学作用后，水化学组分处于动态平衡中。
水化学特征可以有效判别水化学组分形成过程，反映水体中元素化学行为和化学风化强度等重要信息。
因此，处于不同水文地质条件和人为活动下的水体，具有不同的水化学特征。
而水中的K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-、NO3-和HCO3-8种常量组分，在很大程度上决定了水体物理化学特征。
水体中的组分如离子含量等受到所处岩石特性和气温等多种影响共同影响控制，同时也受到水文条件影响。
在分析流域水化学控制因素和物质来源时常用水体中的离子成分等指标进行衡量，学者Gibbs 对河水、大气降水以及海洋等多种水化学组分进行分析后认为全球地表水化学组分受三大因素共同影响控制，分别为大气降水输入、岩石风化以及蒸发结晶。
本文从pH值、总溶解物质量（TDS）、电导率（EC）、主要阴阳离子（Na+, Ca2+, Mg2+, K+, Cl-, SO42-, HCO3-）以及氟离子（F-）和三氮（氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮）、氯碱性指数（CAI）等方面对黑河流域中地下水化学参数和分布特征进行分析。
黑河流域中游地区水资源演变特征及成因分析
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黑河流域中游地区水资源演变特征及成因分析 余志山 白 福 李文鹏
析黑河流域中游地区水资源演变特征 ,寻求重新合理规划水资 源利用方案 ,为政府决策提供依据 。
从黑河莺落峡站 1945～1999 年水文系列分析 ,各河径流 量存在 4～7 年和 10～14 年周期 ,按年代划分为 20 世纪 50 年 代较丰 ,60 年代平水 ,70 年代较枯 ,80 年代较丰 ,90 年代平水 的过程 。最大年径流量 23. 1 亿 m3 ,出现在 1989 年 ,最小年径 流量为 11. 06 亿 m3 ,出现在 1973 年 ,丰水年与枯水年河水径流 量相差 2 倍 (见表 1) 。
据中国科学院兰州冰川冻土研究所研究成果 ,黑河流域的 山区地表径流由降水和冰川融水组成 ,降水占 90. 2 % ,冰川融 水占 9. 8 %。由于河川径流由降水和冰雪融水混合组成 ,两者 起到了互相补偿的作用 ,降水多 ,径流也多 ,降水少 ,气温高 ,冰 雪融水则增多[2] 。因此地表径流的年际变化相对比较稳定 ,没 有明显的减少和增加趋势 ,各大 、小河流皆存在年际间丰 、枯变 化和年内分配不均的水文特征 (见图 1 、图 2 、图 3) 。
中国农村水利水电 ·20(2007) 0620001203
黑河流域中游地区水资源演变特征及成因分析
余志山1 ,白 福2 ,李文鹏3
(1. 甘肃省地质环境监测院 ,兰州 730020 ;2. 甘肃水文地质工程地质勘察院 ,兰州 730020 ; 3. 中国地质环境监测院 ,北京 100081)
黑河流域地下水利用现状及对策
为 弥 补 灌 溉 水 源 的 不 足 ， 十 年 代 以来 ， 灌 区 七 老 备 旱井应运 而生 ， 出现 了“ 打井 热 ” 由于成 井 质 量 低 ， 劣 ， 投 入使 用 的不 足 ３ 。 能 ０ ２ ４ ２ 下游 生 态持 续 恶化 ．．
黑河干流近 ４ ０年 过 正 义 峡进 入 下 游 的河 水 量 呈
（０Ｉ。ａ １ ｇＩ ） Ｔ／
２ ． ０ ３８９
降水
５ ． ６６
ห้องสมุดไป่ตู้
地下水 Ｉ 融水
Ｉ
用水 的增 加 ， ５ 在 ～６月 份禾 苗 生 长季 节 ， 形成 所 谓“ 卡
脖子 ” 。中游 用 水 量 的增加 ， 入 下游 的河水 量 必 然 旱 进
３ ． ４４
１ ９０ ．
１ ２ 自然 地 理 背 景 ．
维普资讯
２０ ０ ２年 ６月
第２ ４卷
第 ２期
地 下 水 Ｇｒ ｕ ｄ ｗａ ｅ ｏ ｎ ｔｒ
Ｊｎ ．０２ ｕ ． ２ ０
Ｖ ｏ１ ．２４ Ｎ ｏ． ２
黑 河 流 域 地 下 水 利用 现 状 及 对 策
张 红举 曹建 廷 崔 广 柏
西北 流 至 张 掖 市 、 泽 县后 ， 山丹 河 、 园 河 注 入 。 临 有 犁 河面 展 宽 ， 度 变缓 ， 量 河水 下 渗 变为 潜 流 。下 游 到 坡 大
黑 河流 域 开 发 利用 水 资 源 历 史 悠 久 ， 大规 模 开 但
发是 近三 十 年 发展 起来 的 。目前 黑河 流 域拥 有各 类 机 井４５ １ ５眼 ， 中锅 锥 井 占６ ． ， 其 ２ ２ 管井 占２ ． ， 口 ５４ 大
况 日益 严重 。
黑河流域土壤含水量遥感反演及不同地类土壤水分效应分析
第23卷 第8期干 旱 区 资 源 与 环 境Vo.l23 N o.8 2009年8月Journal ofA rid Land Resources and Env ironm ent Aug.2009文章编号:1003-7578(2009)08-139-06黑河流域土壤含水量遥感反演及不同地类土壤水分效应分析*赵军1,任皓晨1,赵传燕2,张勃1,2,孟宝3(1.西北师范大学地理与环境科学学院兰州730070; 2.中国科学院寒区旱区环境工程研究所兰州730000;3.宜宾学院政治系宜宾644000)提 要:利用NASA提供的MOD IS数据产品和黑河流域的野外实测数据,在充分考虑研究区的下垫面特征、数据的时间特性和遥感反演土壤含水量的模型与算法的基础上,采用了热惯量法,计算了表观热惯量,并与实测数据进行回归分析建模,反演了整个黑河流域的土壤含水量。
随后构建了三个区域土壤水分效应评价指标:土壤水分单元权重指数、区域土壤水分单元权重指数和土壤水分效应贡献度,结合黑河流域的土地利用状况,定量评价了不同土地利用类型的土壤水分效应。
研究表明:利用M OD IS数据产品,反演参量获取简单,可降低反演土壤含水量的复杂性,有利于大、中尺度的实际应用;利用当地积累的季节标准日变化曲线将温差修正到最大值,使反演的表观热惯量更接近真实,可提高模型精度;用多个地面采样点的土壤含水量均值与一个像元对应建模,能改善因M OD IS数据空间分辨率低而存在大量混合像元致使反演精度降低的问题;在黑河流域,中覆盖度草地、有林地、高覆盖度草地、水田等用地类型的土壤水分效应最为明显,贡献最大。
关键词:土壤含水量;遥感反演;表观热惯量;土壤水分效应中图分类号:S152.7 文献标识码:A土壤含水量是土壤质量的重要标志,不仅影响着土壤的理化性状,而且还影响着土壤矿物营养物质的分配和植物的吸收,同时还影响着土壤热通量的变化,在干旱区土壤水分是绿洲荒漠生态系统稳定性的重要指标[1]。
黑河流域水资源特征与其循环转化规律研究
黑河流域水资源特征及其循环转化规律研究
丁宏伟肖洪浪蓝永超
甘肃省地矿局水文地质工程地质勘察院
摘要：甘蒙西部黑河流域水资源及其循环转化过程，历来是研究寒区、旱区水文与水资源的热点问题，倍受社会各界的关注。
黑河流域水资源主要以冰雪水资源、地表水资源与地下水资源的形式存在。
上游祁连山区分布有现代冰川４２８条，发育大小河流共计２９条，多年平均出山径流量３７．８３×１０８ｍ３／ａ，年际径流变化比较稳定，近１０ａ来还出现了增加的趋势。
中下游走廊平原主要由４个大型的构造－地貌第四系盆地组成，沿河流呈“串珠状”分布，盆地地下水主要接受出山河水及引灌河水的入渗补给，是地表水资源的重复表现形式，多年平均地下水补给量为
２５． ３５３×１０８ｍ３／ａ。
近５０年来，盆地地下水补给量减少了１３．０４３×１０８ｍ３，由此引起泉水资源衰减了２２．３％。
受构造－地貌条件的制约，自南部山区至北部盆地，地下水与河水之间经过五个不同地带有规律的、大数量的、重复的转化过程，形成完整统一的“山区地下水－出山地表水－中游盆地地下水－中游盆地地表水（泉水）－下游盆地地下水”水资源循环转化系统。
关键词：冰雪水资源；地表水资源；地下水资源；特征；地下水与地表水相互转
化规律；黑河流域。
标准化地下水指数法分析黑河中游地下水时空演变规律
降水量的减少首先引起土壤水分降低，进而引起地下水 补给量降低，导致地下水干旱[8]。与其他干旱不同，地下
水干旱易受人类活动的影响，人类活动很容易直接或间 接的引起地下水位变化[9]。特别是在水文干旱和农业干旱 发生时期，地下水往往作为贮备水源而被利用[10-11]，导致
地下水量的进一步减少，加剧了地下水干旱。地下水干
观测数据，定量评估地下水干旱的复杂性存在困难。目
前还没有一个普遍接受的相对简单而统一的地下水干旱
指数，可以应用在不同的观测站点和地下蓄水层，而且 能够和其他水文气象干旱指数相比较[6, 15-16]，因此很难将
地下水干旱纳入更广泛的干旱评估中。国外学者对地下 水干旱做了一些探索，如 Calow 等[17]评价了地下水对干 旱的系统影响；MacDonald 等[18]对地下水在干旱演变过程 中的规律进行了分析；Mendicino 等[19]综合考虑气象、水 文和农业多方面信息提出了地下水资源指数（groundwater resource index，GRI），能更好的监测地下水资源；Li 等[20] 通过地下水干旱指数（groundwater drought index，GWI）， 对美国中部和东北部地区的承压井和半承压井地下水干 旱进行了评估；Bloomfield 等[21]依据月地下水位数据参考 标准化降水指数（standardized precipitation index，SPI）
数法构建 SGI。3）张掖区 SGI 指数变化趋势总体上呈先下降后回升趋势（13 眼井），临泽和高台区呈持续下降趋势（10
眼井）。地下水指数的构建可为地下水资源的监测、管理及预报提供依据。
关键词：地下水；干旱；标准化地下水指数；非参数法；黑河中游
doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.10.009
黑河中游地区生态环境演变及其驱动因子分析
黑河中游地区生态环境演变及其驱动因子分析
李 凯，卢广毓
（ பைடு நூலகம்河流域管理局 黑河水资源与生态保护研究中心，甘肃 兰州 ７３００３０）
摘 要：为分析黑河中游地区生态环境变化趋势及其成因机制，选取 ２０００ 年和 ２０１１ 年研究区遥感影像数据资料，建立土地利用类 型转移矩阵并进行对比分析，结果表明：２０００—２０１１ 年，黑河中游地区生态环境演变趋势主要为未利用地向耕地转化，其他各种土 地利用类型间转换也比较频繁；生态环境演变是自然因素与人为因素共同作用的结果，其中人为因素占主导地位。 关键词： 生态环境变化； 土地利用转移矩阵； 驱动因子分析； 黑河 中图分类号： Ｘ１７１．４；ＴＶ８８２．８ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０１８．０３．０１７
在西北干旱内陆流域，水资源开发利用所产生的 生态环境问题由来已久，几乎是伴随人类发展同步出 现的问题［１］ 。 位于河西走廊中部的黑河流域全长 ９２８ ｋｍ，涉及青海、甘肃和内蒙古三个省（ 区） ，流域总面积 １１．６ 万 ｋｍ２，是河西地区最大的内陆河流域，也是西北 干旱区最具有代表性的流域。 认识近 １０ ａ 流域土地 利用类型变化情况及其成因，对掌握流域生态环境演 变趋向意义重大。
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｍｉｄｄｌｅ Ｈｅｉｈｅ Ｒｉｖｅｒ
ＬＩ Ｋａｉ， ＬＵ Ｇｕａｎｇｙｕ （ Ｈｅｉｈｅ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ， Ｈｅｉｈｅ Ｒｉｖｅｒ Ｂｕｒｅａｕ， ＹＲＣＣ， Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００３０， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ Ｈｅｉｈｅ Ｒｉｖｅｒ ｍｉｄｄｌｅ ｒｅａｃｈｅｓ ａｒｅａ ｏｆ ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｃｈａｎｇｅ ｔｒｅｎｄ ａｎｄ ｉｔｓ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｔｈｅ ２０００ ａｎｄ ２０１１ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｍａｇｅ ｄａｔａ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｔｙｐｅ ｍａｔｒｉｘ ｆｏｒ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｍａｇｅ ｄａｔａ ａ⁃ ｎａｌｙｓｉｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ：ａ） ｉｎ ２０００－２０１１，ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｒｅａｃｈｅｓ ｏｆ Ｈｅｉｈｅ Ｒｉｖｅｒ，ｔｈｅ ｍａｉｎｌｙ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎ⁃ ｍｅｎｔ ｉｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｕｎｕｓｅｄ ｌａｎｄ ｔｏ ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ ｌａｎｄ，ｏｔｈｅｒ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｉｓ ａｌｓｏ ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ； ｂ） ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｒｅ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｈｕｍａｎ ｆａｃｔｏｒｓ， ａｍｏｎｇ ｔｈｅｍ， ｈｕｍａｎ ｆａｃｔｏｒ ｏｃｃｕ⁃ ｐｉｅｓ ｔｈｅ ｍａｉｎｌｙ ｐｏｓｉｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ； ｌａｎｄ ｕｓｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ； ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｄｒｉｖｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ； Ｈｅｉｈｅ Ｒｉｖｅｒ
黑河中下游土地覆被变化与驱动力分析
黑河中下游土地覆被变化与驱动力分析廉耀康;王维邦;张震域;杨泽健;李进【期刊名称】《人民黄河》【年(卷),期】2018(040)002【摘要】黑河流域自2000年实施水资源统一调度以来,土地利用发生了显著变化.利用2000年、2011年两期TM和ETM+遥感影像,解译获取了干流中下游地区土地利用变化数据,并基于GIS空间分析与数理统计方法进行了定量分析.运用区域生态环境质量指数和区域土地利用变化类型生态贡献率,对研究时段内土地利用变化的生态环境效应进行了分析与评价.结果表明:①2000—2011年流域土地利用变化主要表现为耕地、建设用地、水体增加,未利用地减少;②中游地区土地利用变化主要发生在山丹县的马营河灌区和张掖绿洲的边缘区域,下游地区土地利用变化主要发生在沿河区域、额济纳核心绿洲区和古日乃地区的边缘区域;③中游地区2000年、2011年的区域生态环境质量指数分别为0.1908、0.1960,下游地区分别为0.0478、0.0556;④局部地区生态环境呈恶化趋势,其中草地退化及围水造田对区域土地利用/覆被变化产生的影响最为明显.【总页数】6页(P57-62)【作者】廉耀康;王维邦;张震域;杨泽健;李进【作者单位】黑河水资源与生态保护研究中心,甘肃兰州730030;黑河水资源与生态保护研究中心,甘肃兰州730030;黑河水资源与生态保护研究中心,甘肃兰州730030;黑河流域管理局,甘肃兰州730030;黑河流域管理局,甘肃兰州730030【正文语种】中文【中图分类】TV213.4【相关文献】1.新疆渭干河——库车河三角洲绿洲土地覆被变化及驱动力分析 [J], 尼格拉·塔什甫拉提;丁建丽;吉别克·哈力克巴义2.新亚欧大陆桥经济走廊土地覆被变化及驱动力分析 [J], 范泽孟; 李赛博3.基于遥感影像的上海市土地覆被变化及驱动力分析 [J], 杨丽君4.漳州市土地覆被变化的遥感动态监测及驱动力分析 [J], 全斌;杨肖琪;刘绍鸿;黄正清;高建阳;黄德华;李壁成5.三峡地区土地利用/土地覆被变化及其驱动力分析 [J], 江晓波;马泽忠;曾文蓉;周万村;周爱霞;李爱农;孙育秋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
黑河中游灌区地下水位时空变异特性分析
黑河中游灌区地下水位时空变异特性分析
郑利民;杨一松;张二军;陈伟伟;宋静茹
【期刊名称】《中国农村水利水电》
【年(卷),期】2015(0)10
【摘要】近年来,黑河中游灌溉面积的扩张变化,使地下水位持续下降,影响了黑河中游地下水系统的补排关系,对地下水资源时空变异性产生深远的影响;运用统计方法研究了地下水埋深的空间变异特征,分析了中游土地利用变化影响下地下水位时空变异性的特性及地下水对灌溉面积变化的响应。
【总页数】5页(P107-111)
【关键词】黑河中游;土地利用;地下水;空间变异
【作者】郑利民;杨一松;张二军;陈伟伟;宋静茹
【作者单位】黄河水利科学研究院;内蒙古河套灌区义长灌域管理局义和渠管理所【正文语种】中文
【中图分类】TV211.12
【相关文献】
1.西安市黑河引水灌区续建配套工程运行后灌区地下水位及土壤次生盐渍化分析[J], 张新寿
2.基于DEA的黑河中游灌区水资源配置效率时空分异 [J], 蒙吉军;汪疆玮;尤南山;王雅;周朕
3.黑河中游灌区水化学空间变异特征 [J], 郜银梁;陈军锋;张成才;闫云霞
4.黑河中游典型灌区地下水位的动态变化 [J], 陈军锋;郜银梁;闫云霞;张成才
5.黑河中游灌区地下水位短期季节性变化趋势预测 [J], 吉喜斌;康尔泗;陈仁升;赵文智;金博文;张智慧
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黑河流域土地利用变化特征及其对生境质量的影响
黑河流域土地利用变化特征及其对生境质量的影响
张家豪;魏菲菲;李拉拉;王永强;郝若男
【期刊名称】《热带农业工程》
【年(卷),期】2024(48)2
【摘要】土地利用与生境质量变化研究是近年来全球环境变化领域的研究热点。
以黑河流域这一典型干旱内陆河流域为对象,在研究该流域2000~2020年土地利用变化特征基础上,运用InVEST模型对研究区20年间的生境质量变化情况进行定量评估,并借助贡献度方法,进一步分析土地利用变化对生境质量产生的影响。
结果表明:(1) 2000~2020年,黑河流域土地利用转变频繁,裸地和草地是主要的转移类型;(2)黑河流域生境质量整体处于较差状态,但在20年间呈现先降后增的变化趋势;(3)草地转林地对流域生境质量的提升具有推动作用,草地转裸地对区域生境质量的下降具有加速影响,加强流域草原生态的治理保护力度是助力黑河流域生物多样性保护的重要推手。
【总页数】8页(P6-13)
【作者】张家豪;魏菲菲;李拉拉;王永强;郝若男
【作者单位】甘肃农业大学管理学院
【正文语种】中文
【中图分类】F301.2
【相关文献】
1.黑河流域不同土地利用类型下水体N,P质量浓度特征与动态变化
2.南四湖流域1980-2015年土地利用变化及其对流域生境质量的影响
3.基于土地利用的皖江流域生境质量时空变化特征分析
4.基于InVEST模型的岷江流域土地利用变化对生境质量的影响研究
5.近30 a拉萨河流域土地利用变化和生境质量的时空演变特征
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黑河流域地下水水化学特征分析文献综述
黑河流域地下水水化学特征分析文献综述水化学特征分析是通过先进的研究方法，对地下水的影响因子、化学特征进行分析的方式，结合地质条件和人为活动，从而对地下水的水质进行分析。
其原理为地下水的水化学特征受到水文地质条件的直接影响和人类活动的影响，即水体所处的化学环境不同，水体能够溶解的物质的量是存在差异的，水体的化学特征存在差异[3]。
而水化学特征属于水文地球化学特征中的一部分。
研究水化学特征的主要目的是分析地下水化学成分及其含量以及不同水化学组分在水中的迁移状况，进而为人类的生产生活提供指导。
其基本任务是用水化学数据查明地下水水质形成作用、影响因素和时空变化规律[4,5]。
1 国外研究进展上世纪八十年代初，苏联学者比契叶娃在其著作中对地下水的成分形成及其规律特征做了详细说明[6]。
水文地球化学学科从形成到逐渐发展到现在，其基础理论不断完善和丰富，研究结果及方法也不断扩充，学科的交叉渗透，推动了地下水水化学由定向研究向定量研究的发展，也促进了水文化学的模型的研究。
在上世纪六十年代中期，国外学者Garrels和Christ所著《溶液矿物和平衡》的出版标志着地球化学模拟基础理论体系的初步建立，当前学术界广泛认可的地下水平衡化学模型主要包含四种类型，分别为：平衡分布模型、质量平衡模型、物质传输平衡模型和物质输运模型[7]。
Reghunath通过研究印度卡纳塔克邦的地下水表明了地下水的补给和排泄、含水层矿物的沉淀或溶解、离子交换、氧化还原、停留时间和混合等自然过程对地下水水质有很大的影响[8]。
Mondal等人通过探究地下水与盐水的相互作用，证明了地下水的化学特性决定了水是否适合于生活、农业或工业用水[9]。
Sarikhani等人根据地下水中主要离子的浓度对地下水的水化学特征进行了评价，发现盐的溶解导致钠和氯化物的线性增加[10]。
学者Marfia等对中美洲Belize 岩溶区地表水及地下水化学组分及其演变情况进行了充分全面的调查研究[11]。
黑河干流中游平原区地下水资源衰减机制及其对策研究的开题报告
黑河干流中游平原区地下水资源衰减机制及其对策研究的开题报告一、研究背景黑龙江省黑河干流中游平原区是我国东北地区的重要粮食生产基地，但近年来随着经济社会快速发展，地下水资源严重受损，出现了地下水位下降、水量减少、水质恶化等问题，严重威胁着区域的生态环境和经济发展。
因此，开展黑河干流中游平原区地下水资源衰减机制及其对策研究，对保护该地区的水资源具有重要的现实意义。
二、研究内容1.调研及分析黑河干流中游平原区地下水资源现状及变化趋势，了解地下水位下降、水量减少、水质恶化等问题的具体情况；2.分析黑河干流中游平原区地下水资源衰减的原因及机制，考虑到地形地质、人类活动等因素的影响，探究地下水资源衰减背后的深层原因；3.基于现有的研究成果和数据，构建黑河干流中游平原区地下水资源衰减的数学模型，通过计算、模拟等方法，分析地下水资源衰减的趋势及变化规律；4.针对黑河干流中游平原区地下水资源衰减的原因及机制，提出相应的对策方法，探讨如何科学合理地利用和管理地下水资源，保障地区的生态环境和经济发展。
三、研究意义黑河干流中游平原区地下水资源衰减机制及其对策研究，从科学的角度分析了地下水位下降、水量减少、水质恶化等问题的原因，为地下水资源的科学管理提供了重要依据，具有重要的现实意义。
同时，研究成果还可为本地区及类似地区的水资源保护和管理提供一定的参考和借鉴意义。
四、研究方法本研究将采用实地调查和文献资料收集相结合的方式，通过统计和分析实测数据，了解地下水资源现状及变化趋势。
同时，将对地形地质、人类活动等因素进行综合分析，探究地下水衰减的原因及机制。
此外，还将通过建立数学模型进行计算、模拟等方法，以分析地下水资源衰减的趋势及变化规律。
最后，基于研究结果，提出相应的对策方法，探讨如何科学合理地利用和管理地下水资源。
五、预期结果通过本研究，预计可以深入分析黑河干流中游平原区地下水资源的衰减原因及机制，并提出相应的对策方法，为地下水资源的科学管理提供重要依据，为保护和管理地区的水资源起到积极的作用。
近20a来黑河中游张掖盆地地下水动态变化
近20a来黑河中游张掖盆地地下水动态变化杨玲媛;王根绪【期刊名称】《冰川冻土》【年(卷),期】2005(27)2【摘要】在研究黑河中游张掖盆地水文地质条件及对区内地下水进行动态分区的基础上, 总结了区内1981-2001年地下水水位、储量的时空变化规律. 结果表明: 1)盆地内部沿冲洪积扇自上而下的 4 个区域内由于赋存条件的差异, 地下水多年动态类型分异显著. 其中, 冲洪积扇中上部 20 世纪 80 年代的10 a内地下水储量累积减少56.47×106m3, 90年代地下水储量累积减少150.83×106m3; 冲洪积扇下部80年代储量减少11.80×106m3, 90年代减少77.50×106m3; 细土平原 2 0 a 内储量累积减少0.56×106m3; 临高河谷平原近20 a内储量增加了1.78×106m3; 进入 90 年代后, 各区域变化幅度均有不同程度增加. 2)各区域内地下水年内动态类型复杂, 存在显著的季节差异, 在进入 90 年代后年内动态变化也均有不同程度的增强.【总页数】7页(P290-296)【关键词】张掖盆地;地下动态变化;地下水储量【作者】杨玲媛;王根绪【作者单位】兰州大学资源环境学院【正文语种】中文【中图分类】P641.74【相关文献】1.黑河中游张掖盆地地下水化学变化及补给特征 [J], 曹娜;丁少波;董艳辉;2.黑河中游张掖盆地地下水化学变化及补给特征 [J], 曹娜;丁少波;董艳辉;3.近三十年黑河中下游盆地地下水资源变化特征与演变趋势分析 [J], 胡兴林;蓝永超4.黑河中游张掖地区沙漠化土地动态变化 [J], 齐善忠;王涛;罗芳;丁建亮5.黑河中游近49年降水序列变化规律及干旱预测——以张掖市为例 [J], 张遇春;张勃因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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第24卷 第3期自 然 资 源 学 报Vol124No13 2009年3月JOURNAL OF NAT URAL RES OURCES Mar.,2009 黑河流域中游地下水时空变异性分析及其对土地利用变化的响应周 剑1,李 新1,王根绪1,2,赵 洁3(1.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,兰州730000; 2.中国科学院成都山地与环境研究所,成都610041;3.兰州大学资源环境学院,兰州730000)摘要:应用遥感、地理信息系统和地统计学方法,分析黑河流域中游土地利用变化对地下水位时空变异性的响应。
首先,通过半变异函数模型分析黑河中游地下水的变异特征,进而利用克里格插值拟合黑河流域中游1985年和2005年地下水位时空分布。
其次,结合遥感解译生成的1985年和2005年两期土地利用类型分类图,叠加分析地下水位变化与土地利用类型转移之间的关系。
结果表明:①1985～2005年间,整个黑河中游地下水位变化表现为冲洪积扇中上部荒漠区地下水位下降显著,而河谷盆地中部和下游河谷绿洲区地下水位相对稳定,随机(人为)因素对地下水的影响所占的比重增大,整个黑河流域地下水的连通性和脆弱性增加;②土地利用变化表现出区域面积上的自然植被退化,人工灌溉耕地的扩张变化;③地下水位和土地利用的时空变化具有密切的相关性,地下水位急剧变化的区域均是自然植被变化加剧的区域,主要表现为草地退化,戈壁增加。
进一步分析得出冲积扇下部和河流细土平原耕地扩张的土地利用方式是导致冲积扇中上部地下水位下降和植被退化的主要因素,这种趋势将影响整个黑河中游地下水系统的补排关系,对地下水资源时空变异性产生深远的影响。
关 键 词:黑河中游;地统计;土地利用变化;地下水中图分类号:P641.8 文献标识码:A 文章编号:1000-3037(2009)03-0498-091 概述土地利用与覆被变化对区域地下水变异的响应是目前国际水文科学最具活力的研究领域,大量研究表明大尺度土地覆盖与土地利用变化是导致区域气候与水文循环变化的重要因素[1,2],因此国际地圈生物圈计划(1G BP)、国际全球环境变化人文因素计划(I HDP)、世界气候研究计划(WCRP)、生物多样性计划(D I V ERSI T AS)等将水循环中生物圈作用研究(BAHC)与土地利用与覆被变化的关系及其气候脆弱性等作为其核心计划[3,4],而在I G BP 与I HDP共同确立的国际间研究计划LUCC中,一个主要问题就是要了解区域土地利用与覆被变化对水文过程与水资源的响应[5～7]。
土地覆盖与土地利用变化引起的区域植被生态系统改变反过来又对区域水文循环过程也有着极其显著的影响[2,8,9]。
关于流域尺度土地利用和覆盖变化对水文过程的影响以及植被组成结构与变化的区域水文响应机制已成为近10年来水文科学研究的热点领域,并成为水文科学发展的另一个重要领域[3,7]。
干旱地区的水资源特性决定了地下水通常是干旱地区最重要的水源和供水选择,地下水收稿日期:2008-05-13;修订日期:2008-11-07。
基金项目:973计划“干旱区绿洲化、荒漠化过程及其对人生活动、气候变化的响应与调控”(2009CB421305);中国科学院西部行动计划(二期)项目“黑河流域遥感-地面观测同步试验与综合模拟平台建设”(KZ CX2-XB2-09);中国科学院寒区旱区环境与工程研究所知识创新工程项目(2003102)。
第一作者简介:周剑(1979-),男,浙江杭州人,助理研究员,博士,主要从事地下水、陆面过程的研究。
E2mail:zhou2 jian@3期周 剑等:黑河流域中游地下水时空变异性分析及其对土地利用变化的响应499 资源往往成为维持干旱区生命绿洲,尤其是沙漠、荒漠地区社会、经济发展的首要因素[10,11]。
从世界范围看,地下水资源确实在解决干旱区缺水问题中起到了不可替代的作用,科学的论证和有效的管理是开发利用好干旱区地下水资源的重要保证和必要前提,其中准确判断地下水在干旱区的空间分布及其时空的变异、变化程度是制定区域地下水合理利用规划的关键[12,13]。
以往对干旱区地下水的分析以人为开采为目标,主要集中在对地下水开采利用的强度与合理性方面,忽略了土地利用变化对流域地下水系统的响应,实际上,作为区域水文循环的重要环节,地下水系统对流域土地利用与覆被变化具有强烈的影响及其响应[10,11]。
本文以河西地区黑河流域中游的张掖盆地为研究区域,利用地统计方法分析干旱内陆河流域中游地下水系统的时空变化特征,并初步探讨地下水的时空变异对土地利用变化的影响及其响应。
2 研究区域黑河流域(97°20′～102°13′E,37°28′～39°59′N )是我国西北干旱区较大的内陆河流域之一[14],位于祁连山和河西走廊的中段。
包括张掖市的甘州区、陆泽县和高台县(图1),总面积41214×104km 2。
该地区属典型的温带大陆性气候,降水少而蒸发强烈,区内多年平均降水量62～280mm ,多年平均潜在蒸发量1000～2000mm 。
黑河出山河流是张掖盆地唯 图1 黑河中游地貌及其地下水观测点分布 Fig 11 Landf or m and gr oundwater observati on sites in the Zhangye basin一地表水径流,研究区域地势自东南向西北倾斜,地形坡度4‰～25‰,地貌上分为南部山前冲洪积戈壁平原和盆地中部冲洪积细土平原两类。
受地貌、沉积物和构造条件制约,地下水主要为第四系孔隙水,并依地貌单元自南部山前至北部盆地中心,划分为4个地下水单元:南部冲洪积扇中上部、冲洪积扇下部、盆地中部冲洪积细土平原、盆地下游河谷平原区。
在各地下水单元内,从1980年开始先后建立了近100个地下水动态长期观测点(图1)。
3 研究方案采用1985年和2005年研究区域卫星遥感T M 数据,在1:100000地形图的基础上,依据国家土地类型分类标准划分土地利用图斑,提取不同时期与地下水位变化密切相关的灌溉土地、草地、林地、荒漠(裸岩、土,沙漠、戈壁等)、河流、渠系等类型的土地利用面积。
然后根据1985年和2005年研究区域的地下水位观测数据,利用地统计的方法获得地下水位的变异特征及其空间分布,并与1985和2005年两期解译的土地利用变化叠加,对比分析地下水位的时空变异对土地利用变化的影响及其响应。
311 地下水位时空变异分析地统计学方法日益被证实能够用来很好地描述环境的空间变异规律,揭示自然现象的空间异质性和空间格局[15,16],在水文和生态学领域应用日渐广泛[17～19]。
半变异函数模型分析与克里格插值法是最常用的地统计分析方法[20～23]。
500 自 然 资 源 学 报24卷半变异函数(Se m ivari ogra m)是一个关于数据点的半变异值(或称变异性)与数据点间距离的函数,对它的表述可以得到一个数据点与其相邻数据点的空间相关关系,可定义为γ(si,s j)=1/2va r(Z(s i)-Z(s j))其中:var就是变异系数。
当定量描述研究区的变异特征时,还需要建立变异函数的理论模型,再根据实验变异函数值进行理论模型曲线的确定和最优曲线的选择。
球体模型是最常用的拟合模型。
球形模型(SphericalModel)的一般公式如下:r(h)=0,r=0C0+C32ra-12r3a3,0<r≤a C0+C,r>a式中:r(h)称为半变异函数,C0为块金值(Nugget),C为偏基台值(Partial Sill),C+C为基台值(Sill),a为变程(Range)或相关尺度,r为步长。
运用交叉验证的方法确定模型及与其相关参数值的设定是否合理。
交叉验证首先使用全部数据来评价自相关模型,然后删除每个数据点,一次一个,并预测该点的值,将所有预测值与观测值进行比较,用计算的统计量(期望、方差)可以对模型做出正确评价。
克里格(Kriging)方法依赖于数学模型和统计模型。
克里格法从预测点周围的观测值中生成权系数进而进行预测,克里格权系数则通过反映数据空间结构的半变异图来计算,其不仅取决于半变异图和距离预测点的距离,还取决于预测点周围的观测值的空间关系。
克里格插值是一种最佳空间局部估计方法,其作为地统计的主要分析方法,综合考虑变量的随机性和结构性,根据采样点的位置关系及变差函数模型,估测研究区域内相关点的空间变异性。
克里格法产生的估计量是线性无偏最优的。
本文采用普通克里格模型(O rdinary Kriging),在观测值的半变异图和空间分布的基础上,对研究区地下水位进行空间插值分析,并绘制等值线图。
312 景观时空变异分析采用两种不同的景观结构变化分析方法研究黑河中游地区从1985～2005年20年间景观变化的趋势:方法一,是利用两个时期的景观图对比分析景观变化;方法二,运用交叉分析方法建立土地利用拼块类型间的转移矩阵,从而定量分析景观中各类元素间相互转换的方向和强度。
4 结果与讨论411 黑河中游近20年地下水位变化特征许多研究表明地下水位的空间异质性主要由空间结构和随机因素两部分引起的。
空间结构如地形、地貌、气候、土壤类型等自然因素,而随机性因素如城建、农垦、种植制度、灌排强度等人为活动。
两者驱动着地下水位的空间相关,但尺度有所不同。
在A rcGI S软件平台下,利用Geostatistical analysis模块,首先对地下水位分布做三维空间结构的趋势分析(图2、图3),结果反映出地下水位由南向北逐渐降低呈线性趋势,东西向呈抛物线型分布的趋势。
去除地下水位空间趋势以后,对1985年和2005年地下水空间随机性因素采用半变异函数建模、预测及验证。
半变异函数采用球形函数进行拟合,通过多次分组实验,调整步长与步长组值,确定1985年和2005年地下水最佳半变异函数拟合模型(图4)。
3期周 剑等:黑河流域中游地下水时空变异性分析及其对土地利用变化的响应501异质性是由尺度结构性因素和随机性因素共同作用的结果。
在半变异函数模型中,块金值(C)是由实验误差和小于取样尺度上的随机因素引起的变异;偏基台值(C)为尺度结0构方差,是由大于取样尺度的结构性因素引起的变异;块金方差/基台值(C/C0+C)称为基底效应,表示空间变异程度,该比值高,说明由随机部分引起的空间变异性程度较大,相反则由结构性因素引起的空间变异性程度较大;变程即观测值相关的最大相关距离,大于该值时,说明数据是相互独立的。
按照区域化变量空间相关性程度的分级标准,当C/C0+C<25%,变量具有强烈的空间相关性;在25%～75%之间,变量具有中等的空间相关性;而在>75%时,变量空间相关性很弱。