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西北內陸干旱區地下水合理開發及生態功能保護理論與實踐 版權信息
- ISBN：9787030722836
- 條形碼：9787030722836 ; 978-7-03-072283-6
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
西北內陸干旱區地下水合理開發及生態功能保護理論與實踐 本書特色
本書文圖表并茂，科學用語規范，章節及每章內部結構邏輯強，具有豐富的科學指導和科學普及性。
西北內陸干旱區地下水合理開發及生態功能保護理論與實踐 內容簡介
本書圍繞西北內陸國家生態安全面臨的地下水大規模超采-引發自然濕地和天然植被綠洲退化危機問題，介紹了該區地下水合理開發與生態保護面臨主要難題和保護戰略目標、以及自然環境概況與水資源開發利用現狀，闡述干旱區地下水生態功能退變特征與機制、天然綠洲地下水生態位閾域與恢復生態輸水量閾值，重點詮釋了石羊河流域和艾丁湖流域地下水生態功能退變危機形成機制與調控關鍵技術體系，以及基于自然濕地保護下地下水調控技術體系，包括原創的干旱區地下水功能評價與區劃理論技術方法和應用案例、干旱區地下水資源量與可開發利用量確定方法、干旱區地下水合理開發“水位-水量”雙控單元與指標體系、干旱區地下水開發與安全情勢預警技術體系和干旱區地下水合理開發與生態保護戰略對策。
西北內陸干旱區地下水合理開發及生態功能保護理論與實踐 目錄
前言
第1章西北內陸區地下水開發及生態保護面臨問題與背景概況1
1.1主要問題與必然需求1
1.2西北內陸區地下水合理開發與生態保護戰略目標10
1.3自然地理環境與氣象水文概況12
1.4區域地下水補給-徑流-排泄條件23
1.5社會經濟與水資源開發利用概況27
1.6水資源開發利用引發生態環境問題31
第2章西北內陸區生境質量演變特征與生態水源供給機制34
2.1生境質量演變及其驅動因子34
2.2植被凈初級生產力對氣候變化及人類活動響應53
2.3不同類型區生態耗水與水分利用特征66
2.4旱帶自然濕地分布區植被耗用水來源識別78
2.5生態輸水驅動下綠洲空間格局復雜性演變特征85
2.6干旱區天然植被綠洲地下水生態位閾域識別90
2.7干旱區自然濕地綠洲恢復生態輸水量閾值識別98
2.8小結104
第3章干旱區地下水功能評價與區劃理論方法及應用106
3.1干旱區地下水功能理念與研發基礎106
3.2干旱區地下水功能評價與區劃理論方法109
3.3石羊河流域地下水功能評價與區劃135
3.4艾丁湖流域地下水功能評價與區劃154
3.5干旱區地下水功能評價與區劃作用及效應——以石羊河流域為例165
3.6小結167
第4章石羊河流域地下水生態功能退變危機形成機制與調控169
4.1石羊河流域地下水生態功能退變特征與危機形成機制169
4.2石羊河流域地下水生態功能可控性與可恢復性184
4.3石羊河流域地下水生態功能退變危機標識特征與情勢191
4.4石羊河流域地下水合理開發與生態保護指標體系194
4.5石羊河流域地下水合理開發與生態保護模擬195
4.6石羊河流域地下水合理開發與生態保護技術方案211
4.7小結235
第5章艾丁湖流域地下水合理開發與生態保護協同調控236
5.1艾丁湖流域地下水生態功能退變背景與特征236
5.2艾丁湖流域天然綠洲生態退化與地下水開發利用關系247
5.3艾丁湖流域天然綠洲生態退化可控性與有限性267
5.4干旱區地下水-季節性河流-湖泊耦合分布式模型273
5.5艾丁湖流域地下水合理開發與生態保護技術方案287
5.6艾丁湖流域地下水超采治理與生態保護示范應用296
5.7小結303
第6章西北內陸典型自然濕地地下水生態功能保護調控技術體系305
6.1面臨挑戰與研究背景305
6.2干旱區自然濕地生態-地下水系統多要素動態一體化監測319
6.3生態輸水影響與干旱脅迫植被吸水響應特征344
6.4干旱區自然濕地地下水生態功能保護關鍵指標體系378
6.5青土湖濕地生態-水文耦合模型構建383
6.6基于濕地生態功能保護的輸水方案與安全調控技術體系393
6.7小結408
第7章西北內陸區地下水合理開發及生態保護支撐體系與對策409
7.1西北內陸區地下水合理開發及生態保護面臨挑戰與亟需409
7.2西北內陸區地下水合理開發及生態保護準則與限閾411
7.3西北內陸區地下水開發及生態保護分區分級管控指標體系415
7.4西北內陸區地下水開發利用及生態保護的預警與保障技術體系423
7.5西北內陸區地下水合理開發與生態保護戰略對策435
第8章結論與建議443
參考文獻448
第1章西北內陸區地下水開發及生態保護面臨問題與背景概況1
1.1主要問題與必然需求1
1.2西北內陸區地下水合理開發與生態保護戰略目標10
1.3自然地理環境與氣象水文概況12
1.4區域地下水補給-徑流-排泄條件23
1.5社會經濟與水資源開發利用概況27
1.6水資源開發利用引發生態環境問題31
第2章西北內陸區生境質量演變特征與生態水源供給機制34
2.1生境質量演變及其驅動因子34
2.2植被凈初級生產力對氣候變化及人類活動響應53
2.3不同類型區生態耗水與水分利用特征66
2.4旱帶自然濕地分布區植被耗用水來源識別78
2.5生態輸水驅動下綠洲空間格局復雜性演變特征85
2.6干旱區天然植被綠洲地下水生態位閾域識別90
2.7干旱區自然濕地綠洲恢復生態輸水量閾值識別98
2.8小結104
第3章干旱區地下水功能評價與區劃理論方法及應用106
3.1干旱區地下水功能理念與研發基礎106
3.2干旱區地下水功能評價與區劃理論方法109
3.3石羊河流域地下水功能評價與區劃135
3.4艾丁湖流域地下水功能評價與區劃154
3.5干旱區地下水功能評價與區劃作用及效應——以石羊河流域為例165
3.6小結167
第4章石羊河流域地下水生態功能退變危機形成機制與調控169
4.1石羊河流域地下水生態功能退變特征與危機形成機制169
4.2石羊河流域地下水生態功能可控性與可恢復性184
4.3石羊河流域地下水生態功能退變危機標識特征與情勢191
4.4石羊河流域地下水合理開發與生態保護指標體系194
4.5石羊河流域地下水合理開發與生態保護模擬195
4.6石羊河流域地下水合理開發與生態保護技術方案211
4.7小結235
第5章艾丁湖流域地下水合理開發與生態保護協同調控236
5.1艾丁湖流域地下水生態功能退變背景與特征236
5.2艾丁湖流域天然綠洲生態退化與地下水開發利用關系247
5.3艾丁湖流域天然綠洲生態退化可控性與有限性267
5.4干旱區地下水-季節性河流-湖泊耦合分布式模型273
5.5艾丁湖流域地下水合理開發與生態保護技術方案287
5.6艾丁湖流域地下水超采治理與生態保護示范應用296
5.7小結303
第6章西北內陸典型自然濕地地下水生態功能保護調控技術體系305
6.1面臨挑戰與研究背景305
6.2干旱區自然濕地生態-地下水系統多要素動態一體化監測319
6.3生態輸水影響與干旱脅迫植被吸水響應特征344
6.4干旱區自然濕地地下水生態功能保護關鍵指標體系378
6.5青土湖濕地生態-水文耦合模型構建383
6.6基于濕地生態功能保護的輸水方案與安全調控技術體系393
6.7小結408
第7章西北內陸區地下水合理開發及生態保護支撐體系與對策409
7.1西北內陸區地下水合理開發及生態保護面臨挑戰與亟需409
7.2西北內陸區地下水合理開發及生態保護準則與限閾411
7.3西北內陸區地下水開發及生態保護分區分級管控指標體系415
7.4西北內陸區地下水開發利用及生態保護的預警與保障技術體系423
7.5西北內陸區地下水合理開發與生態保護戰略對策435
第8章結論與建議443
參考文獻448
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西北內陸干旱區地下水合理開發及生態功能保護理論與實踐 節選
第1章西北內陸區地下水開發及生態保護面臨問題與背景概況 本章以我國西北內陸典型流域——新疆艾丁湖流域和甘肅石羊河流域等為研究區，基于過去50年水資源及地下水開發利用和自然生態退化演變過程中發生狀況、史實和研究成果，從新時代生態文明建設要求出發，聚焦現狀和未來西北內陸區地下水合理開發、生態保護面臨問題與必然需求，闡述研究區自然地理、氣象水文、水資源與區域地下水補給-徑流-排泄條件，以及水資源、地下水開發利用狀況及其引發的生態環境問題，為后續章節闡述奠定背景基礎。 1.1主要問題與必然需求 本書中的西北內陸區，是指包括大興安嶺以西，昆侖山-阿爾金山-祁連山和長城以北，包括新疆維吾爾自治區、甘肅省的西北部、青海省柴達木地區、寧夏回族自治區和內蒙古自治區中西部等，它深居中國西北部內陸，具有面積廣闊、干旱缺水、荒漠廣布、風沙較多和自然生態境況脆弱的特點。近50年來，該區各流域中、下游自然濕地和荒漠天然植被綠洲不斷退化，其中艾丁湖流域和石羊河流域較為典型。 1.1.1西北內陸典型流域地下水開發與生態保護情勢 1.艾丁湖流域 艾丁湖流域位于新疆維吾爾自治區東部的吐魯番盆地，流域面積為5.3萬km2。艾丁湖位于吐魯番市高昌區南50km的恰特喀勒鄉境內（圖1.1），地理坐標為89°10′～89°40′E、42°32′～42°43′N，是我國著名的內陸咸水湖，以及吐魯番盆地14條主要河流的匯集點。在艾丁湖流域內，分布著世界*大范圍的野生闊葉駱駝刺生長地和艾丁湖自然濕地保護區。艾丁湖的維吾爾語意為“月光湖”，以湖水似月光般皎潔美麗而得名，與火焰山、葡萄溝并稱為吐魯番盆地的三大自然景觀。 吐魯番市東鄰哈密地區，西南與巴音郭楞蒙古自治州接壤，北隔天山與烏魯木齊市和昌吉回族自治州毗鄰，南北寬為240km、東西長為300km。吐魯番盆地四面環山，中間低洼；東有庫木塔格山（沙山），南有覺羅塔格山和庫魯克塔格山，西有喀拉烏成山，北依博格達山，中部有鹽山、火焰山隆起帶。吐魯番盆地總體地勢為西北高，海拔為3000～4500m；東南低，海拔為600～2000m；中間洼，*低處艾丁湖海拔為-154.3m，是一個較大型山間拗陷盆地（圖1.1）。 2018年艾丁湖流域所在的吐魯番地區，實施了《艾丁湖生態保護治理規劃》（2018年）、《吐魯番市用水總量控制實施方案》（2018年9月）和《吐魯番市地下水超采區治理方案》（2018年9月），明確“保護艾丁湖生態系統的基本功能，保證艾丁湖生態系統不崩潰”，“維持現有的176萬畝（1畝≈666.7m2）天然植被（駱駝刺鹽生草甸）面積不退化，以及保障一定的艾丁湖水域面積”。 艾丁湖流域地下水合理開發與生態保護，主要面臨如下4個方面情勢。 （1）灌溉農業及經濟社會快速發展，導致艾丁湖自然濕地水域面積不斷萎縮。1909年，吐魯番地區灌溉面積為10萬畝，艾丁湖水域面積為230km2；1940年，該區灌溉面積增至40萬畝，艾丁湖水域面積縮減至150km2；至1970年，灌溉面積由1949年的45.49萬畝擴大為93.7萬畝，艾丁湖水域面積萎縮至約60km2；1990年，灌溉面積達100萬畝，艾丁湖水域面積進一步縮小至23km2；到2009年，該區灌溉面積擴大至192.5萬畝，艾丁湖水域面積僅6.4km2。目前，僅白楊河季節性補給艾丁湖，其他主要河流除較大洪水外，均不能流入艾丁湖，地下水補給正在逐年減少，艾丁湖已演變為季節性湖泊，湖區裸露鹽化面積達90km2，湖床已成為鹽沼地或鹽殼地。 （2）水土資源過度開發，地下水嚴重超采，導致地下水生態功能加劇退變。隨著人口數量和經濟社會規模不斷增長，艾丁湖流域水土資源開發力度不斷增大，該流域總用水量早已遠超天然水資源可利用量，總用水量（14.44億m3/a）曾達流域天然水資源合理開發閾值（40%×12.59億m3/a）的2.87倍。近30年以來，艾丁湖流域年均地下水超采量（3.06億m3）是該區地下水資源量的1.53倍；該流域農業用水量占總用水量90%以上，地表水供給量占當地總用水量的比率不足40%。由此，導致艾丁湖流域下游天然綠洲區地下水位不斷下降，許多區域地下水生態功能長期失效。 （3）自然生態退變危機征兆呈現，生物多樣性瀕臨喪失。艾丁湖自然濕地分布區大片蘆葦、紅柳等植被枯死，天然植物由蘆葦向鹽節木演替；世界上分布面積*大的耐鹽、抗旱的疏葉駱駝刺的生長范圍，已由20世紀80年代的220萬畝，減至目前的160萬畝，其中90萬畝為生長不良狀態。曾棲息生存于該濕地分布區的眾多國家一、二類重點野生保護動物，如1909年艾丁湖及周邊棲息著白黑鸛、大小天鵝等18種鳥類，以及鵝喉羚等12種獸類，目前基本絕跡。 （4）*嚴格水資源管理制度的“三條紅線”控制指標已分解至縣（區），但地下水生態功能情勢仍然不樂觀。艾丁湖流域所在的吐魯番市，已實施多年*嚴格水資源管理制度，包括“三條紅線”控制指標分解至縣（區），以及全力建設節水型社會，灌溉水利用系數從0.5提高至0.7以上；地表水資源直接配置到經濟社會需水量大和生態脆弱區域，全方位減緩和修復艾丁湖濕地分布區地下水生態退變情勢。但是，即使全面實施壓采、各種節水措施和*嚴格水資源管理措施，至2035年艾丁湖流域下游一些綠洲區地下水位仍呈下降特征，地下水生態功能退變情勢難以出現根本性扭轉。 2.石羊河流域 石羊河流域位于甘肅省河西走廊的東部及祁連山北麓，西以大黃山-馬營灘與黑河流域為界，東以烏峭嶺-毛毛山-老虎山與黃河流域為界，地理坐標為101°22′～104°04′E、37°07′～39°27′N。在行政區劃上，石羊河流域涉及4個地級行政區的9個縣，包括武威市古浪縣、涼州區和民勤縣，金昌市，張掖市肅南縣、山丹縣和白銀市景泰縣的部分地區，流域面積為4.16萬km2。 石羊河流域地勢呈南高北低、自西向東北傾斜特征，南部為祁連山地，中部是走廊平原區，北部是低山丘陵區和荒漠區。該流域南部祁連山地海拔為2000～5000m，山脈呈西北-東南走向。中部走廊平原區被東西向龍首山東延的余脈韓母山-紅崖山-阿拉古山分割為南、北兩個盆地（圖1.2），其中南盆地包括武威盆地、大靖盆地和永昌盆地，海拔為1400～2000m；北盆地包括民勤盆地和金川-昌寧盆地，海拔為1300～1400m，*低點——白亭海的海拔僅1020m（已干涸）。北部低山丘陵區為趨于平原荒漠化的低山丘陵區，海拔小于2000m。 2007年實施了《石羊河流域重點治理規劃》，中游蔡旗斷面下泄水量達到了預期目標。至2019年，曾干涸的青土湖濕地水域面積達20km2以上，地下水位埋深回升至2.94m，林草覆蓋率由20%恢復為30%以上，“沙進人退”的態勢得到遏制。 石羊河流域地下水合理開發與生態保護，主要面臨如下4個方面情勢。 （1）石羊河流域下游自然生態退變情勢，尚未根本性扭轉。該流域下游天然綠洲保護區，東、西、北三面被騰格里和巴丹吉林沙漠包圍，其中綠洲面積僅占9.66%，沙漠和荒漠化面積占90.34%。青土湖濕地等天然綠洲是遏制騰格里和巴丹吉林兩大沙漠合圍、防止河西走廊東部地區沙漠化的重要天然生態屏障。但是，該區地下水功能尚未整體有效恢復，生態保護與維系的良性機制尚未深化建立，自然濕地水域面積尚未根本性穩定修復，波動變化仍然較大。 （2）90%以上的自然生態退化問題與水土資源沒能合理開發利用有關，灌溉農田規模過大是主要動因。1970年以來石羊河流域氣候變化、水土資源利用和地下水動態變化數據表明，由于大規模開荒造田，長期大規模攔蓄引出山地表徑流水量，導致平原區地下水位不斷下降和天然綠洲面積不斷萎縮；每增加1.0hm2的灌溉耕地，天然綠洲面積減少1.35～2.07hm2。與1970年相比，2017年該流域灌溉耕地面積增加1200km2，天然綠洲面積減少1850km2。 （3）干旱區獨*的氣候條件，決定了“沒有灌溉就沒有農業”。隨著灌溉農田規模不斷擴展，90%以上的流域地表水被引入農田，但依然不能滿足灌溉用水需求，由此農業開采量不斷增大，加劇了平原區地下水位下降程度，流域水平衡遭遇根本性破壞，致使下游區地下水生態功能呈現危機（長期失效）。監測數據表明，來自上游下泄補給下游區的水量，由20世紀50年代的5.98億m3至2002年減少為0.85億m3；民勤縣城區地下水位埋深由1998年的21m左右下降至2017年的33m，壩區和泉山兩個灌區的地下水位埋深由1998年的15～17m下降至2017年的27～29m。目前，有些區域地下水位下降趨勢仍未根本性扭轉；以現狀調入生態輸水規模，完全修復下游區自然生態至70年代初境況，需要50年，甚至百年以上。 （4）生活及生產等民生用水規模遠超過天然水資源承載力，需要戰略層面重大調整。石羊河流域下游區天然綠洲生態系統退化，是該流域中、上游區長期大規模攔截應下泄補給下游區的出山地表徑流水量，以及當地長期超采地下水的必然后果。因此，實現“人與自然和諧發展”共贏的生態文明建設目標，需要有序修復下游區地下水生態功能，確保淺層地下水位恢復至“適宜生態水位”范圍，戰略性重大舉措是必要條件。 1.1.2西北內陸區地下水合理開發及生態保護面臨主要問題 從新疆艾丁湖流域和甘肅石羊河流域地下水開發與生態保護面臨的情勢可見，西北內陸區地下水合理開發及生態保護面臨的主要問題，集中表現在5個方面。 1.天然水資源匱乏性 （1）西北內陸的新疆、青海、甘肅和內蒙古西部，由于降水少，蒸散發強烈，所以，水資源和平原區地下水補給的水源匱乏，以至那里水資源可利用的數量，包括地下水開采資源量十分有限（圖1.3）。在我國西北內陸區，由于特殊地理位置，降水量主要集中在高山地區，各流域（盆地）平原區，尤其下游區干旱少雨，降水量一般不足150mm；空間上，自各流域上游山區至下游平原區，年降水量呈現逐漸減少的分布特征，如在塔里木盆地，山地年降水量為200～500mm，盆地邊緣為50～80mm，盆地中心（下游）不足20mm；在柴達木盆地，東部年降水量為50～150mm，盆地西部為10～30mm；在河西走廊，自祁連山山前至西北部下游平原區，年降水量由350mm降至不足30mm。從總體上看，西北內陸各流域的天然雨水資源匱乏，而蒸散發耗水能力較強，其中新疆地區的多年平均蒸發量為1500～2200mm，干旱指數為1.0～82.5；青海地區的多年平均蒸發量為800～1600mm，干旱指數為1.5～50.3；甘肅地區的多年平均蒸發量為700～3000mm，干旱指數為1.5～16.9；內蒙古西部地區的多年平均蒸發量為1900～2400mm，干旱指數為8.0～30.2。 （2）西北內陸區地下水天然補給資源貧乏，難以同時承載現狀生活、生產等民生用水規模和自然生態修復需水規模的共贏目標。西北內陸各流域（盆地）平原區降水少，所以平原區地下水更新與補給的水源主要依賴上游山區降水和冰雪融水形成的出山地表徑流補給，其中在枯水季節（非雨季）以上游區地下徑流溢出形成的出山地表水補給為主，在夏季（雨季）以上游區雨水和冰雪融水形成的出山地表水補給為主（陳夢熊，1997；劉華臺和郭占榮，1999；張光輝等，2005a，2005b，2005c，2006，2009；李相虎，2006；藍永超等，2007，2008；王曉瑋等，2017，2020）。從天然地下水資源模數（即每平方千米的天然地下水資源量）來看，新疆平原區的5.80萬m3/（km2 a）僅為北京平原區模數的15.22%、天津平原區模數的35.85%和河北平原區模數的40.17%；青海平原區的9.34萬m3/（km2 a）僅為北京平原區模數的24.51%、天津平原區模數的57.73%和河北平原區模數的64.68%；甘肅平原區的4.84萬m3/（km2 a）僅為北京平原
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