中国科学技术信息研究所--国家工程技术数字图书馆

[学位论文] 左婷方新疆大学 2022年博士导师: 陈亚宁共277页

摘要 : 区域土地利用功能转型和生态空间优化调控是区域国土空间可持续发展急需解决的问题，也是当前我国向生态文明建设转型的根本要求。本文以新疆南疆为研究区，基于生态文明理论、地理学、生态学和地理信息系统科学等理论基础，按照“生产、生活、生态”... 展开区域土地利用功能转型和生态空间优化调控是区域国土空间可持续发展急需解决的问题，也是当前我国向生态文明建设转型的根本要求。本文以新疆南疆为研究区，基于生态文明理论、地理学、生态学和地理信息系统科学等理论基础，按照“生产、生活、生态”（PLE）国土空间主导功能分类，识别了南疆国土空间利用及其类型，定量分析了南疆地区国土空间转型的特点和时空分布特征，评估了南疆国土空间功能及其生态环境质量，解析了南疆国土空间利用及其生态环境质量变化的驱动机制，探讨了南疆地区生态环境效应及其空间聚集特征，并提出了优化调控策略与建议，为南疆地区国土空间优化和国土资源的合理利用提供科学依据。本文的主要结论如下: （1）在2000-2018年间，随着城市化进程不断加快，南疆地区的城镇、农村生活空间是在利用农业生产和生态空间开发建设进行的，生活空间持续增加，生态空间面积减少，特别是林地、草地等生态空间面积减少。（2）2000至2018年间，农业生产空间面积持续增加，主要由草地、荒漠和林地转化而来;工业生产空间面积呈现持续增加趋势，主要由荒漠、草地和农业生产空间转化而来。从重心移动方向来看，在南疆的西北部区域，生产空间重心偏移不大，生活功能重心由南疆的西北部区域向东北部区域偏移，生态功能重心由南疆北部向西南部区域偏移。（3）GDP、坡度、年平均降水量、土地利用强度、人口密度、工业生产用水、农业生产用水、生活用水、生态环境用水、化肥施用量等是影响南疆地区生态环境质量变化的主要影响因素，不同时间节点各因子的影响作用时空差异明显。未来南疆国土空间配比、分布合理因素应考虑“国土空间”功能演变的生态环境效应。（4）从导致南疆生态环境变化的主要国土空间利用类型来看，南疆国土空间利用转型过程中对生态环境产生一定影响，部分区域空间冲突导致生态空间被挤压，牧草、林地生态空间转变成农业生产空间。生态环境改善和退化趋势并存，生态环境质量稳定区面积总体平稳，空间分布不均导致生态源地集聚效应显著。（5）从整体性的视角构建南疆生态网络体系，实现山、水、林、田、湖、草生态环境质量一体化提升。完善了生产、生活和生态空间的适宜格局。收起

关键词 : 国土空间利用功能演变生态环境效应调控策略

2. 中亚天山地区冰川变化及其对河川径流的影响

[学位论文] 张齐飞中国科学院大学 2021年博士导师: 陈亚宁共229页

摘要 : 山地冰川作为冰冻圈的重要组成部分，不仅被认为是气候变化的天然指示器和预警器，而且，作为山区淡水资源的固体水库，对干旱气候环境起着重要缓冲作用，是下游众多大江大河的主要补给源。深入开展冰冻圈的重要组成部分一冰川变化研究，对了解全球变... 展开山地冰川作为冰冻圈的重要组成部分，不仅被认为是气候变化的天然指示器和预警器，而且，作为山区淡水资源的固体水库，对干旱气候环境起着重要缓冲作用，是下游众多大江大河的主要补给源。深入开展冰冻圈的重要组成部分一冰川变化研究，对了解全球变化背景下区域地理环境差异及变化规律具有重要意义。中亚天山是世界第七大山系，地处欧亚大陆腹地，分布有大面积的冰川和积雪，是中亚干旱区众多河流的发源地，被誉为“中亚水塔”。气候变暖背景下引起的山区冰川变化将直接影响河川径流过程与水资源量的改变，对于中亚地区的经济社会发展和生态安全具有重要影响。为此，深入开展全球变暖背景下的中亚天山山区冰川变化及其对河川径流的影响研究，对于了解和掌握中亚天山地区的水资源变化，科学制定水资源管理方案具有重要的科学意义。本研究基于多源遥感数据和气象水文资料，对近25年中亚天山地区冰川、冰川湖泊变化进行深入分析，并探讨了冰川、积雪对气候变化的响应以及对天山山区河川径流、水资源储量变化的影响。主要研究结论归纳如下: (1)在过去的25年间（1990-2015年），中亚天山地区冰川总体上处于面积萎缩和物质亏损状态，但不同地区冰川变化存在明显的空间差异:(①东天山地区冰川面积萎缩和物质亏损强烈。近25年冰川面积减少了73.19km2(22.04％)，年均退缩速率达0.88％/a。②北天山地区冰川变化较东天山次之，在近25年间，北天山冰川总面积从1990年的2838.94km2减少到2015年的2382.51km2，面积减少了456.43km2(16.08％)，年均减少速率为0.64％/a。③中天山阿克苏河流域冰川呈持续退缩趋势，但明显低于东天山和北天山。冰川面积从1990年的2868.67km2减少到2016年的2685.14km2，近26年冰川面积减少了6.40％，减少速率达0.25％/a;冰川条数也由从1990年的2481条减少到2016年的2433条。 (2)近25年，天山山区湖泊呈现快速扩张，表现为数量增加，面积增大。同时，不同类型湖泊呈现出明显的时空差异性。①在湖泊类型上，天山山区湖泊以冰川湖类型为主，冰川湖数量和面积分别占整个天山山区湖泊总数量的85％和总面积的87％。其中，冰缘湖和冰前湖面积分别占冰川湖总面积的20％和79％;②天山山区冰川湖数量和面积均表现出增加和扩张态势，数量增加了45.45％，面积扩张了27.08％。其中，冰缘湖面积扩张了60.32％，冰前（冰舌末端）湖面积扩张了21.06％，而冰上湖（冰面湖）面积减少近3.74％;非冰川湖面积扩张了19.01％;③在空间分布上，天山山区湖泊集中分布在高海拔冰川区附近。就天山不同区域而言，冰川面积退缩最为显著的东天山和北天山地区，冰川湖面积扩张速率亦最大，分别达2.44％/a和1.65％/a。反观冰川规模较大的西天山和中天山地区，冰川湖扩张速率较小，分别为0.98％/a和0.87％/a。1990至2015年间，东天山地区的冰缘湖和冰前湖面积分别以6.47％/a和2.0％/a的速率扩张。中天山地区虽然冰川较为发育，但该地区冰川退缩缓慢，冰川湖扩张速率也较缓。其中，冰缘湖和冰前湖分别以1.44％/a和0.74％/a的速率扩张;④温度升高是导致天山地区冰川消融加速、冰川湖扩张和增多的主要原因;而非冰川湖的扩张很大程度上与降水的驱动有关，并且，存在明显的空间差异。 (3)全球变暖导致天山山区冰川和积雪融水补给的河流径流发生变化，但存在明显的区域性差异。东天山山区多为小型冰川，对气候变化的响应较为敏感，伴随冰川的快速萎缩，甚至消失，冰川融水补给径流组分减少，多条河流出现冰川消融拐点，河川径流呈现明显减少态势;北天山和中天山地区大多河流表现为径流增加态势。然而，发源于托木尔峰地区的台兰河和阿克苏河却是特例，在1979-2002年间，阿克苏河径流量表现出强烈的增加趋势，然而，在2002-2015年间，却呈现逆转减少趋势。阿克苏河主要由托什干河和库玛拉克河两大支流构成，在1979-2002年间，托什干河的春季和夏季径流显著增加主要与春季融雪径流较大和夏季降水的增加有关;自2002年以来，春季径流的显著减少主要与春季降水的显著减少以及冬/春季积雪面积和雪深的显著减少有关，而夏季径流的减少主要是夏季冰川和积雪融水减少所致。库玛拉克河在1979-2002年间，由于夏季气温的显著上升，导致夏季冰雪融水径流量显著增大。然而，自2002年以来，库玛拉克河年均径流减少速率达1.02×108m3/a，而这主要与夏季径流的减少有关。库玛拉克河夏季径流的减少主要与夏季气温（地表和高空）的偏低有关。同时，库玛拉克河流域夏季气温的降低与夏季降水的显著增加有关。夏季山区降水增加导致积雪面积和雪深增加、雪线高度下降，但同时，山区降水是一个降温过程，温度降低在一定程度上抑制了山区冰川消融，从而使得补给夏季径流减少。收起

关键词 : 冰川气候变化河川径流天山地区

3. 塔里木河下游铁干里克绿洲水土生态安全及可持续性研究

[学位论文] 周洪华中国科学院新疆生态与地理研究所 2009年博士导师: 陈亚宁共223页

摘要 : 绿洲是干旱区人类安身立命的场所、生存繁衍的基地，绿洲的水土生态安全是干旱区可持续发展的关键。本论文针对绿洲生态系统的特点以及其发展过程中日益突出的生态与经济矛盾，以塔里木河下游铁干里克绿洲为例，结合野外调查和室内分析，利用多样性指... 展开绿洲是干旱区人类安身立命的场所、生存繁衍的基地，绿洲的水土生态安全是干旱区可持续发展的关键。本论文针对绿洲生态系统的特点以及其发展过程中日益突出的生态与经济矛盾，以塔里木河下游铁干里克绿洲为例，结合野外调查和室内分析，利用多样性指数、格局分布指数、经典统计方法、聚类分析、地统计方法、Kriging和IDW插值法、土地潜力衰减法、多目标规划模型以及能值分析等数理方法分析了绿洲-荒漠过渡带水-土-植被的关系和绿洲地下水、土壤特性时空动态演变过程，解析了土地利用方式、灌溉方式和种植年限对土壤特性的影响，计算了土壤生产潜力、生态需水量，探讨了绿洲水盐运移规律，确定了维持绿洲-荒漠过渡带稳定和绿洲水土生态安全的合理地下水埋深，提出了保证绿洲外围稳定和绿洲水土生态安全的水资源优化配置方案及可持续发展对策。主要研究结论如下： (1)绿洲-荒漠过渡带植物群落结构简单，物种多样性低，优势种群均呈聚集分布。受地下水埋深的影响，群落结构和物种多样性随着地下水埋深变化呈梯度变化，<4m是维持绿洲-荒漠过渡带群落物种多样性、保护绿洲稳定的合理地下水埋深，9m是绿洲-荒漠带植被生存的极限埋深。 (2)利用地统计学和Kriging、IDW插值法等分析发现：绿洲土壤水分含量整体上较低，空间分布不均，土壤盐分含量普遍较高，空间分布格局明显，盐分由深层向表层积聚，具有极强的表聚性，表层土壤盐渍化程度较重。棉田、梨园和人工林地有利于提高土壤水分和养分，改善土壤质量，特别是对表层土壤影响最大；滴灌有助于改善土壤养分条件，有效减轻土壤盐碱化程度，但滴灌后水分携盐扩散将加剧灌溉地周围的非灌溉地表层积盐；种植年限的延长可显著提高10-80cm土壤含水量，减轻0-30cm土壤盐渍化程度，缓解30cm以下土层的碱化程度，增加表层土壤的粘粒含量，但延长种植年限会显著减少土壤碳氮比。 (3)研究区土地生产潜力处于较低水平，从空间分布来看，表层土壤水分含量低、盐分含量高的土地生产潜力低于土壤水分含量高和盐分含量少的土地生产潜力。因此，地表水资源缺乏，土壤盐渍化程度较高、土壤水肥较差是造成土壤生产潜力低下的主要原因。 (4)受地表水灌溉和地下水大量开采的影响，绿洲地下水埋深较深、矿化度较高的区域主要分布在建筑用地和靠近过渡带的绿洲边缘，地下水埋深较浅、矿化度较低的区域主要分布在灌溉干渠附近的农业耕地，其空间相关性随季节变化逐渐增加。绿洲平均地下水埋深未达到潜水蒸发极限埋深，地下水的强烈蒸发加剧了土壤盐渍化的程度；地下水为中咸水，部分为咸水，不宜饮用和灌溉。因此，铁干里克绿洲不论是潜水位还是水质都处于不安全状态。 (5))绿洲土壤水盐运动规律表现为：在水平运动上，土壤盐分向棉田周围扩散、积累，使得棉田周围的荒草地变成干排盐地；在垂直运动上，地下水埋深均在潜水蒸发极限埋深以上，地表蒸发强烈，土壤水分向表层的迁移过程始终存在，因此土壤盐份表聚性强，且花铃期和吐絮期的土壤积盐程度比苗期强烈。水盐过程分析表明，当地下水埋深<6m时，0-50cm土壤盐分含量高，呈T型分布，由地下水通过毛细管作用携带的盐分解释了土壤盐分增加量的90%以上；地下水埋深>6m时，0-50cm土壤盐分急剧下降，呈菱形分布，地表灌溉水的矿化度大小对土壤盐分的积累效应起着决定作用。可见6m是绿洲土壤表层积盐过程停止的临界埋深。 (6)不考虑渠道渗漏和蒸发以及生态水文过程等条件下，维持铁干里克绿洲现状的最低生态用水量为129.11×106m3/a；若按目前人口和耕地的变化趋势，要维持绿洲外围稳定和绿洲内水土生态安全，保证绿洲可持续性发展，则在2009年、2015年及2016年恰拉水库必须为铁干里克绿洲下泄水量154.32×106m3、156.64×106m3和180.97×106m3。 (7)多目标优化模型和能值分析表明：铁干里克绿洲目前的发展主要依赖不可更新资源，处在以经济发展为主，环境效益次之的结构下，属于消费型经济系统。为实现经济、环境和社会效益的协调发展，必须大力降低社会经济投入，努力提高绿洲本身的自然资源投入，优先保障生态环境的建设，把天然植被的生态用水放在可持续发展的战略高度。其中天然植被的生态用水应占到总耗水量的64%以上，农业耕地灌溉耗水不能超过25%，果园灌溉用水量应保持在11.43%左右，在农业发展上需优先发展林果业等生态环境效益明显的产业。收起

关键词 : 铁干里克绿洲水土生态安全空间分布需水量优化配置可持续发展

4. 新疆渭干--库车绿洲地下水演变机制研究

[学位论文] 王万瑞中国科学院大学 2021年博士导师: 陈亚宁共205页

摘要 : 地下水资源对人工绿洲的发展至关重要，同时，也是维系干旱区荒漠生态过程的重要水源。伴随气候变化和人类活动强度不断加大，塔里木盆地河道断流严重，水资源-生态-经济矛盾十分突出，地下水位持续下降已给区域水资源和生态安全带来了严峻挑战。人类... 展开地下水资源对人工绿洲的发展至关重要，同时，也是维系干旱区荒漠生态过程的重要水源。伴随气候变化和人类活动强度不断加大，塔里木盆地河道断流严重，水资源-生态-经济矛盾十分突出，地下水位持续下降已给区域水资源和生态安全带来了严峻挑战。人类活动已显著改变绿洲自然地下水循环过程。干旱区地下水系统演变机制及其对气候变化和人类活动响应等成为关注的热点。系统开展干旱区绿洲地下水时空演变规律及其影响因素研究，对于理解人类活动下地下水水-盐运移机制及可持续管理地下水资源至关重要。本文以渭干-库车绿洲（简称“渭-库绿洲”）为研究靶区，基于2000-2018年绿洲22眼监测井实测地下水数据，以及2018-2019年绿洲水样氢氧稳定同位素和水化学数据，首次系统分析了地下水水位和水质在近20年的时空演变规律，采用标准化的偏回归系数和逐像元的多元线性回归方法，从单影响因子和多影响因子2种角度，评估了地下水变化的影响因素，并利用水量均衡模型定量评估了近20年地下水系统均衡变化，结合水文分割模型和多变量交叉验证法，定量揭示了绿洲地下水循环过程及不同含水层之间的水盐交互机理。研究结果可为深入理解人类活动下的地下水循环及水资源可持续利用提供参考。本论文的主要研究内容与结论如下: (1)地下水埋深具有显著的时空变异性，其对环境因子的响应呈现明显的季节分异。2000-2018年，渭-库绿洲年均地下水埋深介于2.4-5.7m之间，均值为4.0m，表现出明显的增加趋势(2.05m/10a)，主要归因于人类活动。地下水埋深呈现出明显的季节差异，春季最浅，秋季最深。地下水埋深较浅的区域，地下水位变化也较小，东部地下水埋深的变化明显大于西部地区。地下水埋深与降水量、实际蒸散发和耕地面积呈显著正相关。耕地面积和实际蒸散发是影响地下水埋深变化的主控因素，两者均具有正向效应。河床渗漏减少、蒸散发增加、地下水过度开采等可以引起地下水埋深持续增加。 (2)地下水水化学组分时空变异较大，季节差异显著，没有明显空间变化趋势，主要归因于蒸发浓缩、矿物溶滤、混合作用和农业灌溉排水。2000-2018年，浅层地下水矿化度均值为3.3g/L，呈现减少趋势(-0.21(g/L)/10a)，主要归因于气候变化。2018-2019年，降水为HCO3-Ca型水;上游河水为SO4-HCO3-Ca型水，其TDS含量从西向东呈现递增趋势;浅层地下水为Cl-SO4-Na-Mg型水，受蒸发浓缩作用影响;中层地下水为Cl-SO4-Na-Mg-Ca型水，受蒸发浓缩与岩石风化作用影响;深层地下水为HCO3-SO4-Cl-Na-Ca型水，受岩石风化作用影响。 (3)地表水和地下水氢氧稳定同位素值波动范围较大，不同水组分具有差异的氢氧同位素值，具有明显的时空分异，主要归因于蒸发富集效应。2018-2019年，上游河水中δ2H为-53.6‰、δ18O为-8.9‰，浅层地下水中δ2H为-65.5‰、δ18O为-9.7‰，介于河水与深层地下水之间，中层地下水δ2H为-65.0‰、δ18O为-9.5‰。地表水蒸发线为δ2H=6.44δ18O+2.91;地下水蒸发线为δ2H=7.22δ18O+4.53。上游河水δ18O值从西向东呈现递增的规律，绿洲地下水δ18O值的空间变化趋势不明显。δ2H和δ18O值年内变幅大小排序为:地表水＞浅层地下水＞深层地下水。生长季，地表水与地下水之间的氢氧同位素值差异较小。 (4)2002年之前，绿洲地下水系统补给项和排泄项之间基本处于动态平衡;2002-2015年期间，地下水系统呈现持续负均衡;2015年以后，地下水系统补给项和排泄项在波动中形成新的平衡，浅层地下水系统得到缓慢恢复。2000-2018年，绿洲降水入渗、渠系渗漏、渠灌田间入渗、潜水蒸散发量及农业排水量均呈减少趋势，河道渗漏量呈增加趋势。2015-2018年，绿洲多年平均地下水总补给量为75356×104m3，总排泄量为67529×104m3，浅层地下水蓄变量为4489×104m3，相对均衡差为4.4％，表明计算结果可信度较高。 (5)简单概念图系统阐述了绿洲扩张前后的地下水循环过程及潜水-承压含水层间的水盐交互规律。绿洲浅层地下水主要受到河水与侧向地下水径流补给，贡献比率分别为88％和12％，河水是主要补给源。过度开采地下水改变了潜水与承压水间的越流补给方向，潜水越流补给承压水，引起“咸淡水交互”，导致承压水水质恶化。当潜水水位的下降幅度超过7.66m时，承压含水层的水质不再恶化，此时潜水与承压含水层之间失去水力联系。收起

关键词 : 地下水演变人类活动水文地球化学水均衡模型塔里木盆地

5. 藜麦在水分亏缺条件下对外源过氧化氢的氧化防御系统和生理生化响应

[学位论文] HASSAN IQBAL 中国科学院大学 2019年博士导师: 陈亚宁共181页

摘要 : 干旱是严重限制作物生产的主要非生物胁迫因素。最近的气候变化情景研究结果显示，全球变暖会导致缺水地区的干旱和盐胁迫风险增加，从而加剧了对农作物生产的威胁。与此同时，到2050年要养活93亿人，对农业科学家来说是一个巨大的挑战，缺水条件下如... 展开干旱是严重限制作物生产的主要非生物胁迫因素。最近的气候变化情景研究结果显示，全球变暖会导致缺水地区的干旱和盐胁迫风险增加，从而加剧了对农作物生产的威胁。与此同时，到2050年要养活93亿人，对农业科学家来说是一个巨大的挑战，缺水条件下如何提高农作物产量成为农业科技工作者攻克的热点问题。其中，为适应未来气候变化，选择合适的农作物品种是现有的粮食生产系统中的一种可行性选择。藜麦是一种极具营养价值的粮食作物，且具有耐旱等忍受恶劣环境条件的潜力。本研究选择藜麦为主要对象，通过施用外源H2O2，采用四种藜麦基因型(Colorado-407D，IESP，2-Want和Pichaman)作为实验对象，进行了一系列实验，评估了藜麦对干旱胁迫的响应和耐受性。在初步实验和文献综述的基础上，该实验选择干旱处理（范围;30-50％PWHC）和用于种子引发(80mM)，土壤浸润(20mM)和叶面处理(15mM)的不同浓度H2O2用于详细研究。在第一个实验中，评估了干旱胁迫下不同的过氧化氢施用方法，发现叶面喷雾(15mM)有效减轻干旱对藜麦的有害影响;在第二个实验中，我们研究了对干旱和H2O2应用的基因型反应。根据我们的研究结果，将基因型分为高耐受性(2-Want-IESP)、中等耐受性(Colorado-407D)和干旱敏感性(Pichaman)。在第三个实验中，使用了H2O2种子引发和叶面施用方法的组合，研究结果表明，施用外源H2O2（种子引发+叶面喷施）增加了Pichaman（敏感基因型）的耐旱性。藜麦是一种盐生植物，因此，我们进一步研究调查了H2O2在干旱和盐胁迫下的作用。研究结果表明，藜麦在盐和干旱同时胁迫下，施用外源H2O2可以有效提升藜麦作物的抗逆性。由于藜麦的生长和产量在干旱胁迫下减少，并且这种减少归因子较低的气体交换、降低的光合活性和增加的ROS生产，这加速了氧化损伤。然而，外源H2O2可以有效缓解干旱胁迫下的氧化损伤，并显着改善藜麦的表现。在干旱胁迫下，H2O2对藜麦生长的改善与气体交换属性增加有关，包括（气孔导度，蒸腾作用和光合用，通过有机物（脯氨酸，TSS，TSP，GB）和无机物(K+)的更高积累改善渗透调节。（Mg+，Ca2+）渗透物ABA调节和通过显着的抗氧化活性(SOD，POD，CAT，APX，GPX，PAL，PPO和AsA)有效清除ROS有助于减少氧化损伤。主成分分析表明，脯氨酸、SOD、TSP、叶绿素总量、MSI、RWC等生理生化性状与籽粒产量呈较强的正相关关系，叶面施H2O2对籽粒产量的贡献远大于种子引施和土壤淋施。总之，可以选择叶面施H2O2(15mM)来改善藜麦的渗透调节和抗氧化系统，即使是在干旱和盐胁迫环境下，也可以提高藜麦对干旱胁迫的耐受性。此外，本研究还表明，筛选出的抗旱基因型也可广泛应用于其他干旱缺水地区。收起

关键词 : 藜麦干旱胁迫盐胁迫过氧化氢氧化损伤生理响应

6. 博斯腾湖流域水文变化与水量平衡分析

[学位论文] 王怀军中国科学院大学 2015年博士导师: 陈亚宁共176页

摘要 : 水资源是人类赖以生存和社会发展不可缺少的物质基础，博斯腾湖流域位于亚欧大陆腹地，气候干燥、降水稀少、蒸发强烈，水资源非常短缺。同时，博斯腾湖流域也是中国所有流域中水资源开发利用程度最高，用水矛盾最为突出的地区之一。由于不合理的水资... 展开水资源是人类赖以生存和社会发展不可缺少的物质基础，博斯腾湖流域位于亚欧大陆腹地，气候干燥、降水稀少、蒸发强烈，水资源非常短缺。同时，博斯腾湖流域也是中国所有流域中水资源开发利用程度最高，用水矛盾最为突出的地区之一。由于不合理的水资源管理，社会经济用水严重挤占生态用水，导致地表水过度开发，地下水位持续下降。农业作为最大的用水部门，灌溉水管理不善被认为是导致水资源短缺的重要原因。因此，有必要对流域进行水资源系统分析，掌握水资源基本特征，在此基础上制定科学合理的开发模式，最终实现社会经济和生态环境的可持续发展。开都河是博斯腾湖的最大源流，其来水量变化关系到下游焉耆盆地和孔雀河流域国民经济发展与生态环境改善。论文在分析开都河来水量变化以及影响因素基础上，运用大气环流模式(GCM)资料与SWAT水文模型结合，预估了开都河流域未来径流量变化情况。并且，论文在借鉴国内外水资源管理理论基础上，对博斯腾湖流域灌区供水管理进行分析，剖析了博斯腾湖流域灌区水资源管理的主要困境，设计出有利于流域灌溉水资源管理的制度和政策。主要结论如下: (1)基于1958-2012年气温、降水数据，研究了博斯腾湖流域主要气候变量的变化特征。结果表明，气温在过去55年中呈显著增加趋势，但1998年以后平原气温呈增长停滞状态。降水亦呈增加趋势，但趋势不如气温显著。同时，气温观测到均值跃变，山区和平原气温分别在1985和1996发生跃变。气温极值表现为显著变暖趋势，且基于最小气温的极值变化幅度比基于最大气温变化幅度大。降水极值表现为增加趋势，且降水的增加是降水频率和降水强度共同增加的结果。博斯腾湖流域干旱指数变化表明，干旱经历了三个明显不同的时期，即变干(1958-1987)-变湿(1988-2003)-变干(2003-2012)。且干旱的变化与强大的西伯利亚高压和增强的贝加尔湖气流以及增强的西风环流有关。 (2)径流表现出三个明显的变化阶段，1955-1986水量下降期，1987-2003年水量上升期以及2004-2010水量下降期。随着离源流距离的增加，径流表现出明显的人为特征，年际变化曲线平滑性增加，波动性变小。在博斯腾湖流域源流区，气温和降水对径流具有重要的影响，其中降水为线性关系，气温为指数关系。通过多种方法（相关分析、小波互相关以及多元线性回归）证明，北半球极涡面积指数(VPA)和青藏高压(XZH)是影响博斯腾湖流域水文循环变化的主要环流因子。 (3)利用最新的国际耦合模式比较计划(CMIP5)中46个大气环流模式(GCM)，基于集合平均方法，评估了四种典型浓度路径(RCPs)情景下博斯腾湖流域未来气候变化情况。到2070年，四种排放情景下（RCP2.6，RCP4.5，RCP6.0以及RCP8.5），平均气温将升高1.5-4℃，而降水量也将增加，但趋势不如气温显著。运用土壤数据、土地利用数据、气象和水文数据、DEM等数据，构建了开都河流域SWAT水文模型，结果显示，模型率定期月径流量（1988-2000年）纳什系数(Nash-Suttcliffe系数)0.91，相对误差1.6％，确定性系数0.91，验证期（2001-2010年）结果与率定期结果相近，表明SWAT模型可以很好的模拟博斯腾湖流域源流水资源变化情况。将GCM集合平均资料与构建的SWAT模型进行结合，模拟未来径流量变化情况，在四种辐射强迫下，径流都有一定程度增加，且随着辐射强迫的增强，春季径流会持续增加，夏季径流则会减少。 (4)采用多种方法对博斯腾湖流域生活需水量（定额法）、畜牧需水量（定额法）、工业需水量（多元回归和柯布-道格拉斯生产函数）、河道需水（7种水文学方法）、生态需水（蒸发降水差法、基于GIS的潜水蒸发法等）、农业需水量（潜在蒸散法）进行计算，并结合供水量数据，给出了博斯腾湖流域相对合理的水量平衡表。计算结果表明，由于气候变化导致来水量变异加大以及农业需水量逐年激增，缺水量有加剧态势，其中，2010年，缺水量超过了8.56亿立方米。 (5)当前，博斯腾湖流域水资源问题日趋严重，其主要特点为水资源日益稀缺，各种用水矛盾全面激化。在基本农户-用水协会-水管人员-县水利局四个层次上，对博斯腾湖流域主要灌区进行了大量的问卷调查以及实地调研，并对农业节水现状进行了研究，指出灌区用水存在以下问题:工程不配套，老化失修严重;流域管理被区域管理分割;灌区实际灌溉面积统计不到位;地下水开采管理混乱、地下水掠夺式开采导致地下水位下降明显，水质恶化;农民用水协会作用发挥十分有限，部分灌区用水协会难以维系;农业生产结构不够合理。以上这些问题，我们通常采用传统的工程手段来解决，然而，随着新建工程难度加大，因此，必须采用新的灌区管理途径:强化流域的统一协调管理;明晰流域水土公共资源产权;对耕地面积进行普查，强化“以水定地”的流域开发战略;实行地表水与地下水统一管理;稳妥控制流域人口增长，改变灌溉制度和种植结构，达到规模种植;积极培育和发展农民用水协会组织，强化基本农户的权力和意识。收起

关键词 : 水资源管理水文变化水量平衡博斯腾湖流域

7. 新疆塔里木河流域水资源承载力评价研究

[学位论文] 孟丽红中国科学院新疆生态与地理研究所 2009年博士导师: 陈亚宁共175页

摘要 : 水资源承载力是一个国家或地区持续发展过程中各种自然资源承载力的重要组成部分，是自然资源承载力的一部分。它对一个国家或地区综合发展和发展规模的确定有至关重要的意义。尤其对于水资源短缺的干旱、半干旱地区，水资源承载力的分析计算和评价已... 展开水资源承载力是一个国家或地区持续发展过程中各种自然资源承载力的重要组成部分，是自然资源承载力的一部分。它对一个国家或地区综合发展和发展规模的确定有至关重要的意义。尤其对于水资源短缺的干旱、半干旱地区，水资源承载力的分析计算和评价已成为寻求区域可持续发展道路的重要依据。本论文对水资源承载力的研究现状和进展进行了综述，在已有研究成果的基础上，提出了主要研究内容和关键问题。围绕水资源承载力评价问题，分析了其所依据的基本理论，包括可持续发展理论，系统理论，区域经济发展理论；水资源社会经济系统是由水资源、社会、经济和生态环境系统组成的多层次复杂巨系统，通过对系统及各子系统的组成、功能、特点及构成要素的分析，研究了各构成要素与水的关系，重点分析了各子系统的用水户组成；通过对水资源承载力定义、内涵与特征分析，研究了影响水资源承载力的主要影响因素，对水资源承载力各子系统构成指标进行了筛选，建立了水资源承载力评价指标体系。结合塔里木河流域水资源及其利用特点，参照全国水资源供需分析中的指标体系和一些关于水资源评价指标体系的研究成果，从众多因素中选取了耕地灌溉率，水资源利用率、水资源开发利用程度、供水模数、需水模数，生活用水定额、人均供水量和生态环境用水率8个主要因素作为评判因素。用变异系数法求解各指标权重。与评价指标体系相适应，构建了四种水资源承载力计算的模型系统，即模糊综合评判模型、可变模糊评价模型、模糊识别理论和极大熵原理，应用这四种模型对塔里木河流域水资源承载力进行评价分析。四种模型得出的评价结果一致。对塔里木河流域5地州综合评价表明：塔里木河流域的水资源承载能力综合评价为2级，水资源开发利用程度已较高。其中，流域行政区中的巴州、阿克苏和喀什三个地州的水资源承载能力综合评价为2级，不容乐观，因此，重点是要加强水资源管理，提高水资源利用率。而克州和和田地区两地州情况乐观一些，评价等级为1级，水资源可利用空间还比较大，可为今后的经济发展、环境保护提供一定水源。塔里木河流域的水资源开发利用，应由耗水型经济结构向节水型经济结构转变。同时，要加强水资源的综合管理，协调好上下游之间的关系，特别注重节约用水，以便科学、合理利用流域内有限的水资源。本论文结合塔里木河流域水资源承载力分析和流域目前管理存在的问题，有针对性地从水权制度的建立、政府宏观调控、水资源统一管理等方面提出了塔里木河流域水资源可持续利用与管理策略。收起

关键词 : 新疆塔里木河流域水资源承载力水资源开发利用评价指标

8. 塔里木河流域地表过程耦合关系及其驱动力分析

[学位论文] 郝兴明中国科学院新疆生态与地理研究所 2008年博士导师: 陈亚宁共170页

摘要 : 研究塔里木河流域地表过程的耦合关系及其驱动力系统，无论对流域水资源的合理开发利用以及维护河岸生态系统稳定与抑制荒漠化等方面有着重要的理论与现实意义。本文以塔里木河流域为研究区域，以地表水过程、地表生态过程和干流区LUCC为研究对象，以... 展开研究塔里木河流域地表过程的耦合关系及其驱动力系统，无论对流域水资源的合理开发利用以及维护河岸生态系统稳定与抑制荒漠化等方面有着重要的理论与现实意义。本文以塔里木河流域为研究区域，以地表水过程、地表生态过程和干流区LUCC为研究对象，以地表过程的耦合关系和互馈机理为主线，以水文学、生态学理论与方法为指导，分析和探讨了过去50年流域地表水过程变化的趋势和特征；并在塔里木河下游生态输水的背景下，研究了植被生态过程与地下水系统之间的关系；对不同时期干流区LUCC变化特征进行了分析；分别对地表水过程、生态过程和LUCC的驱动因子进行了系统的分析。主要研究结果如下： 1.近50年来塔里木河源流出山口年总径流量是增加的，这种趋势仍将持续下去；干流年径流表现为减少的趋势，未来时段径流持续减少的趋势基本不会得到改变。均生函数模型和趋势叠加模型对三源流出山口径流量预测结果显示，在未来10年源流来水量以平水年为主，兼有偏丰水年出现，源流水文情势较好。 2.影响源流区径流变化的主要气候因子是温度变化，年径流量在气候变化下的增加幅度为16.86％。干流年径流量则受到人类活动和气候变化的共同影响。人类活动对整个塔里木河干流(以卡拉水文站计)年径流量减少的影响在20世纪70年代、80年代、90年代和2000-2005年分别为41.96％、74.73％、76.45％和67.18％；气候变化对干流年径流量减少的影响在20世纪90年代和2000-2005分别为1.67％和2.95％。 3.物种多样性、种群生态位和主要物种最适生态水位的高斯模型分析表明：塔里木河下游生态恢复的适宜生态水位可能为地下水埋深2-4m，而植被群落正常生长的临界地下水埋深可能为6m。影响塔里木河中、下游生态过程的主要驱动因素为：(1)大尺度的区域环境因素；(2)人类活动的干扰。其中，人类活动对植被的直接或间接影响是主要因素。 4.干流区土地利用类型和社会经济驱动因子间的相关分析表明：人口因素，经济、技术水平与区域社会经济发展程度是影响干流LUCC的驱动因子，其中人口因素是研究区土地利用变化的主导驱动因子。人类活动对建设用地的干扰程度最大，其次为林地和耕地。根据分析结果，建立了人口密度与土地利用程度之间的数学相关模型。收起

关键词 : 塔里木河流域地表水过程径流变化耦合关系驱动因子

9. 塔里木河干流区土地利用/覆被变化过程及其驱动力研究

[学位论文] 赵锐锋中国科学院新疆生态与地理研究所 2009年博士导师: 陈亚宁共169页

摘要 : 近几十年来，随着人口的急剧增长和科学技术水平的提高，人类的活动以空前的速度、幅度和空间规模改变着陆地环境，促使土地利用/覆被格局产生了深刻变化，由此引发了一系列环境问题。塔里木河干流区地处我国干旱少雨的西部地区，人类活动的不断加剧及... 展开近几十年来，随着人口的急剧增长和科学技术水平的提高，人类的活动以空前的速度、幅度和空间规模改变着陆地环境，促使土地利用/覆被格局产生了深刻变化，由此引发了一系列环境问题。塔里木河干流区地处我国干旱少雨的西部地区，人类活动的不断加剧及水土资源的无序过度开发和低效利用，使得干流区的整体生态环境十分恶劣，己成为制约绿洲生态稳定和社会经济可持续发展的主要障碍，并直接影响到我国西部开发的战略问题。本研究以塔里木河干流区为研究对象，在遥感和GIS技术的支持下，应用地理学、景观生态学、统计学、数学等学科的理论和方法，研究塔里木河干流区土地利用/覆被空间动态变化过程及景观格局的响应，揭示土地利用格局演变的机制和规律，探讨驱动土地利用变化的主要因素和驱动机制，并在此基础上，对该区土地利用/覆被变化的生态环境效应进行分析，最后提出塔里木河干流区水土资源可持续利用的对策和措施。主要研究结论如下： 1、在过去的30多年里，塔里木河干流区的土地利用/覆被发生了显著的变化，表现为耕地和居工地的大幅度扩张，并伴随着林地、草地和湿地的大面积丧失和未利用地的增加；近15年塔里木河干流区的土地利用程度不断加大，特别是2000～2005年更是明显；土地利用的变化速度经历了一个“显著变化.缓慢变化.显著变化.急剧变化”的U字型变化过程。在空间变化上，耕地、林地、草地和湿地的重心由下游向上中游方向移动，而居工地和未利用地的重心则由上游向中游方向移动。 2、塔里木河干流区的景观格局也发生了显著的变化，在斑块类型水平上，耕地和居工地景观比例持续增加，斑块连片分布，林地、草地和湿地的景观比例减少，破碎化程度加大，未利用地景观比例总体上增加，斑块形状简单化和破碎化；在景观水平上，景观多样性和景观均匀度增加，景观优势度降低，景观破碎度增大，优势景观类型草地和未利用地对整个景观的控制作用降低，景观破碎化程度加大。 3、塔里木河干流区海拔高度、坡度、地貌、土壤条件、水源状况和气候条件等自然因素对于土地利用/覆被格局的形成具有决定性的作用，在长时间尺度上控制着土地利用/覆被变化的方向和趋势。但在短时期内，除地貌和距河道距离对土地利用/覆被变化有一定的影响外，其他自然因素对干流区土地利用/覆被变化的影响较小。在地势较为平坦且距离河道较近的河漫滩和平原区，土地利用/覆被变化较为剧烈，而且变化首先在这些区域开始，随着可开垦土地资源的短缺，土地利用变化开始向地貌较为复杂且距离河道较远的区域发展。驱动干流区土地利用/覆被变化的主要因子是人口及经济发展因素、产业结构和政策因素及人类干扰强度，其中，人口增长和经济发展因素是塔里木河干流土地利用/覆被变化的最直接驱动力。 4、塔里木河干流区土地利用/覆被变化的生态环境效应主要表现为：①耕地和居工地等人工景观所占的比例增加，部分地区的自然景观被人工景观所取代，同时，景观多样性和破碎度逐渐增加，优势度逐渐降低，空间异质性增加，景观的边缘效应显著；②下游来水量减小，地下水位下降，水质沿程逐年恶化，同时改变了水量的年内分配，造成冬季和春季严重缺水；③土地利用/覆被变化改变了土壤的理化性质，一方面，土地的开垦和耕作降低了土壤盐分，另一方面，土地退化造成土壤容重增加，养分下降，有机质含量下降，碱性明显增强；④另外，土地利用/覆被变化引起荒漠河岸林减少，草场退化，土壤盐渍化和土地荒漠化加剧，湿地面积锐减，生物多样性降低，生态环境恶化。 5、提出塔里木河干流区水土资源可持续发展的对策与建议为：①控制人口数量，减轻环境压力；②加强水土资源调控手段和规划管理，落实土地资源可持续利用政策；⑨以保护策略为主，逐步恢复和重建受损的生态系统；④加强生态用地保护，建立环境友好型水土资源利用模式；⑤加强生态环境投入，切实实施生态环境保护和建设；⑥大力宣传环境保护和可持续发展，共同保护生存环境。该研究不仅可以为塔里木河干流区受损生态系统的恢复和水土资源可持续利用提供理论参考，而且对改善区域生态环境、维护社会稳定、保障国家安全、实现西部大开发宏伟战略目标具有重大的现实意义。收起

关键词 : 土地利用土地覆被变化景观格局驱动力生态环境效应塔里木河

10. 塔里木河中下游地下水化学特征变化及其生态效应研究

[学位论文] 陈永金中国科学院新疆生态与地理研究所 2008年博士导师: 陈亚宁共159页

摘要 : 塔里木河下游间歇性生态输水对河道两侧地下水化学特征有明显的影响：处在下游上段的监测断面和近河道处的地下水化学组分在间歇性输水的影响下表现出明显的升降升阶段性变化规律，处在中段地下水化学组分则呈逐渐降低的态势，处在下段的断面和距河道... 展开塔里木河下游间歇性生态输水对河道两侧地下水化学特征有明显的影响：处在下游上段的监测断面和近河道处的地下水化学组分在间歇性输水的影响下表现出明显的升降升阶段性变化规律，处在中段地下水化学组分则呈逐渐降低的态势，处在下段的断面和距河道远处的监测井，其地下水化学组分一直呈增加变化。在输水间歇地下水中各离子的变化方向却不相同：Cl-、Na+等离子的含量表现为上升变化，而SO42-含量则呈下降变化的趋势。地下水化学组分的变化与河道径流量、河道水质、地下水埋深、土壤剖面盐分含量等因素紧密相关。地下水质的变化也深刻影响着植被：胡杨的覆盖度与地下水pH值成正相关，与地下水矿化度和各主要离子含量成负相关；柽柳覆盖度随地下水中各主要离子含量和矿化度的增加而增加。根据水质变化与相关因子以及植被覆盖度关系的数理统计分析，确定了在输水条件下，利于植被复壮，同时保证水分得到有效利用的合理生态水位是埋深5m。塔里木河中游地区输水堤防修建后，地下水化学特征在丰枯期变化规律被打乱，而且地下水矿化度和主要离子含量随时间的变化而上升，尤其在距离堤防800m以外的区域更为明显。在输水堤防修建之初的2001年，距堤防2000m以内各监测井地下水化学组分相关性都非常高。而到2006—2007年，只有距堤防800m以内的地下水化学组分的相关性较显著，说明由于堤防的修建河水对800m以外区域的水力联系被隔断。在堤防修建初期植被覆盖度变化较小，随着时间的推移，植被覆盖度的下降幅度越来越大。植被覆盖度的下降主要表现为胡杨为代表的乔本植物和草本植物，以柽柳为主的灌木覆盖度却呈一定的上升变化。分析表明：胡杨覆盖度的变化与地下水盐分含量的上升有关，草本植物覆盖度的下降是地下水埋深增加的结果，而盐生植物柽柳覆盖度的增加则说明了中游地区河道两侧湿地生态环境的劣变。从中游湿地保护和全流域生态恢复与保护的角度考虑，中游输水堤防的修建弊大于利。收起

关键词 : 塔里木河中下游地下水化学特征生态输水输水堤防生态效应植被覆盖度