黑河中游（精选五篇）
黑河中游 篇1
水是内陆干旱区保持社会经济可持续发展、维持良好的生态系统和绿洲稳定的关键因素和敏感因子。很多流域下游河道断流,地下水更是维系绿洲稳定的唯一水源[1]。内陆干旱区是中国主要的商品粮生产基地,因此地下水的研究显得尤为重要。天然状态下,内陆干旱区地下水接受大气降雨和河流的入渗补给,以潜水蒸发、泉和泄流形式排泄,补给项和排泄项处于动态平衡状态。人类活动的介入改变了原有的地下水补排平衡状态。为了社会经济的可持续发展,必须维持绿洲生态的稳定性,如黑河中游地区,须保持黑河中游向下游的下泄水量以防止下游生态环境的恶化。对地下水系统来说,人类活动的结果是地下水补给量的减少和开采量的增加。例如,水库和人工衬砌渠系的修建减少了河道入渗量。地下水的可持续开采量应为在考虑生态约束条件下的地下水补给量的增加量和排泄量的减少量之和[2],但很多情况下地下水的开采量是不可持续的。当增加的地下水开采量小于补给量的减少量和可以夺取的天然排泄量(如天然蒸发、泉排泄量)之和时,地下水系统在经历若干时间后可以达到新的平衡状态。但如果地下水开采量的增量超过了补给量减少量和能减少的天然排泄量之和,地下水含水层最终会被疏干。地下水系统在平衡状态被打破之后达到新的平衡状态要经历相当长的时间,经历时间与地下水特性相关,但人们没有完全认识到这种转化的长期性。例如,沿海地区土地填埋时,由于增加了补给区的面积,填埋区及附近区域地下水位回升,地下水系统由初始的稳定态转变至新的稳定态需要经历近百年的时间[3]。在实际地下水流系统中,由于介质的非均质性及地下水补给与排泄量变化的变异性,地下水系统变化复杂。常规地下水模型用于预测时,一般改变某一源汇项模拟30或50年,而在50年内地下水系统没有达到稳定状态,计算地下水可持续开采量的确定却是依据地下水流达到稳定这一前提条件。对于黑河干流中游地区,笔者曾进行了15年地下水的动态预测,但15年后地下水远未达到稳定,将模拟时段扩展至500年,泉水会干涸吗?河流会断流吗?另外,要持续多少时间才可稳定?稳定以后新增地下水开采量由哪些均衡要素与其平衡?本文正是基于此思路进行探讨,以方便人们更加清晰认识到干旱内陆区地下水动态变化的复杂性,更有效地进行地下水动态的模拟与地下水资源的管理[4]。
2 黑河干流中游地下水系统特征
黑河干流中游地区地下水与地表水的转化具有中国西北干旱区的典型特征[5](如图1示)。南部祁连山冰雪融化水和降水大部分以地表径流形式流入研究区,出山口的黑河年径流量达15.50亿m3,梨园河达2. 24亿m3,再加上其他小河流,地表水流入研究区的年总径流量达23.80亿m3。地下水总的流向是从南向北、从东至西,在冲、洪积扇群带接受地表水的入渗补给,至扇缘和与之相毗邻的细土平原,由于含水层的导水系数变小,地下水沿沟壑以泉水形式大量溢出地表,汇集成泉沟,排泄于河道;这期间地下水接受一部分田间灌溉水的回归入渗。黑河河床切割含水层,且河水水位低于地下水水位而成为地下水排泄的天然通道。泉群溢出、黑河河床排泄、人工开采和潜水蒸发构成地下水的主要排泄项,泉群溢出和黑河河床的排泄量占总排泄量的65%以上;河水、渠系水的入渗为该区地下水主要的补给来源,占80%以上。
黑河干流中游地区上游段含水层为单一介质,厚度大;在下游转化为多层结构,厚度小。在中北部一线为多层含水系统,地下水运动大致如图2所示。地下水以垂直向上为主排入黑河河床[6]。在研究区的洪积扇上部,虽然含水介质为单一的砂砾石层,但黑河是一条切割很浅的非完整河,河水在非饱和带非连续地垂直入渗补给地下水,并形成地下水丘,在这种条件下地下水将具有不可忽略的垂直流速分量;同时,潜水蒸发、泉、混合井孔等因素都可使地下水具有垂直流速分量。这表明研究区的地下水流具有明显的三维特征[7]。由于干旱缺水和经济的快速发展,黑河干流中游地区地下水开采持续增加,地下水头逐渐下降,与地下水密切相关的泉、潜水蒸发量、黑河与地下水交换量也会随之减少。
3 黑河干流中游地区地下水系统稳定性模拟分析
研究区面积约8710km2,南边界接受地下潜流及沟流的侧向入渗,北、东边界为弱透水边界;西边界取与相邻盆地的地下水分水岭处,为零通量边界;垂向上,上边界包括降雨入渗、盆地南部洪积扇上部黑河等河流入渗、渠系入渗、潜水蒸发和泉边界;下边界以胶结的下更新统Q1底面作为模型的底边界,研究区地面高程1250～2030m之间,模拟层总厚度一般约100～300m,最小厚度只有50m左右,最大厚度达500～800m之多。研究区共收集到34个观测孔,按照观测孔滤管深度和岩性结构可分为单层观测孔与混合观测孔两类。区内只有3个水文站的河流水位和径流量信息,水文站间河水位由两水文站间水位资料插值给出。模型分层是在分析各钻孔柱状图的基础上,以分层较多的结构为基础,划分为8层模拟层,即1层粘土层 (第1模拟层),潜水层和3个承压含水层(第2、4、6、8模拟层),和3个弱透水层(第3、5、7模拟层)。这8层模拟层从北部的多层结构向南部的单层结构推进,逐渐变为均一的含水层。笔者曾建立过黑河干流中游地区三维地下水流模型,并以1995～2000年的源汇项和地下水头监测数据进行了模型识别,以2001和2002年作为模型验证期。2000年地下水负均衡3.50亿m3左右,而地下水开采量由2000年前的2.50亿左右增加到2001年的4.42亿多,在该种情况下,模拟长期保持这种地下水开采模式下地下水动态和黑河排泄量、潜水蒸发量、含水层储存量释放量等变化情况。模型对黑河和地下水关系采用河水位、地下水位和河底标高自动判断,其转化量采用达西定律计算;泉流量计算采用泉口标高和地下水位关系和达西定律计算,具体模拟方法可参见文献[8]。地下水流数值计算采用多边形有限差分法为基础的PGMS软件[9]。
3.1 不同时间断面地下水均衡项变化
以2000年底地下水流场为初始水头,2001年地下水开采量和入渗补给项为基础,计算500年期间、地下水头动态和潜水蒸发量、地下水向黑河排泄量(统计张掖黑河大桥以下地下水向黑河的排泄流量)、泉群溢出量的动态变化。在模型计算中,某些含水层会出现疏干,但考虑到多数面井是混合井,将地下水开采量仍保持不变,其水量分配至下层的含水层。统计了2001年现状年、100年后、200年后和500年后的地下水均衡项,如表1示。模型中大气降雨入渗补给量采用滞后补给权系数法[10]计算,即地下水埋藏越深,入渗补给量越滞后,当月补给获得的量就少,因此,降雨入渗补给量呈微弱的下降趋势,其它补给项(河流入渗量、渠系入渗量、田间灌溉回归水入渗量、边界及沟谷流入量)保持不变;排泄项中,地下水开采量每年保持不变,潜水蒸发量、向黑河排泄量(统计的是张掖大桥以下地下水向黑河总的排泄量)和泉群排泄量随着时间增长其量逐渐减小。2001年计算的储存释放量与地下水补排量差值存在一定的差异(1.26亿m3/a),可能是因为程序在计算初期对模拟层疏干和恢复的判定处理不是太好,因而造成一定误差。在100年后,相比2001年,总排泄量减少了约2.03亿m3,其中潜水蒸发量减少约0.44亿m3,约占总排泄量的21.67%;而泉群溢出量减少约0.78亿m3,约占总排泄量的38.42%;另外,地下水向黑河排泄量减少约0.81亿m3,约占总排泄量的39.90%。在200年后、500年后潜水蒸发量、向黑河排泄量和泉群排泄量继续减小。至500年后,地下水总的补给量约为12.68亿m3,地下水总排泄量约为12.69亿m3,总补给排泄量差-0.01亿m3,而由模型计算的储存量释放量为0.05亿m3,说明模型基本达到平衡状态。
(单位:108m3/a)
3.2 典型地下水补给和排泄量动态变化
通过模拟获得了地下水向黑河排泄量(张掖黑河大桥以下的地下水-黑河转换量)、潜水蒸发量、泉群溢出量和储存量变化量的变化,如图3所示。其中前三项为地下水的排泄项,为负值;储存量变化量是由潜水的给水度或承压含水层的储水系数、水头变化和网格面积计算所得。储存释放量为正值说明地下水头在下降;而为负值说明地下水头在上升;接近于0说明水流基本呈平衡状态。黑河大桥以下地下水向黑河排泄量逐渐减少,说明部分河段地下水和黑河关系已发生变化,某些河段由最初的黑河由得到地下水的补给关系转化为黑河渗漏补给地下水的关系,且部分河段已呈“渗水式”补给。泉溢出量和潜水蒸发量随着地下水头的降低也逐渐减少。地下水储存释放量逐渐减少,说明地下水开始时下降速率大,之后下降速率逐渐变缓。典型水量在400年内下降较大,之后其下降趋势逐渐减少,最终趋于一稳定值。我们最关注的是现状方案开采地下水条件下,地下水开采500年后地下水向黑河的排泄量由最初的4.21亿m3/a减少为3.33亿m3/a,减少了0.92亿m3/a;相应地,泉水溢出量由最初的3.77亿m3/a减少为2.91亿m3/a,减少了0.86亿m3/a;潜水蒸发量由最初的2.60亿m3/a减少为2.03亿m3/a,减少了0.57亿m3/a。增加的地下水开采量由地下水向黑河的排泄、泉水溢出量和潜水蒸发蒸腾量三者的减少量与之平衡。目前的开采方案下,黑河干流并不会被疏干。
3.3 典型观测孔水头变化曲线
为进一步分析黑河干流中游地下水系统由非平衡态转变为平衡态的长期性,选择了典型的7个观测孔水头进行研究,观测孔水头变化如图4所示。与典型水量变化一致,地下水头在前200年内降幅较大,之后呈缓慢下降趋势。在500年内,位于冲洪积扇中游的47孔水头下降值最大,约为20m;位于冲洪积扇中前缘的42-1和89-1孔水头下降值居次之,分别约11m和14m;离黑河较远的82-1孔水头下降值居次次之,约为5m;水头下降值最小的为离黑河较近的地下水头观测孔,包括22孔、32孔和37-1孔,500年内水头降幅在0.5m以内。而各观测孔水头值达到稳定值则需要较长的时间。
4 结论
本文以黑河干流中游地区为例,阐述了内陆河盆地地下水流系统的稳定性,获得如下结论:
(1)模拟了黑河干流中游地区地下水开采量增加后其它补给源不变时地下水系统的变化,着重分析了不同时间断面地下水各均衡要素的变化,以及张掖黑河大桥以下地下水向黑河排泄量、泉群溢出量、潜水蒸发量、储存释放量和典型观测孔水头随时间的动态变化,模型结果反映200年内各要素变化较大,至500年达到近似平衡状态,表明了地下水和黑河转换关系及数量的变化,也说明了地下水系统由非平衡状态向平衡状态转化的长期性。因此,在人类活动强烈影响的干旱内陆区域建立地下水稳定流模型是不可取的。
(2)地下水系统稳定指总补给量与总排泄量达到平衡时地下水头保持不变。对于黑河干流中游地区来说,增加的地下水开采量最终等于排泄量的减少量,即地下水开采增量实际上是夺取了潜水蒸发量、泉水溢出量和地下水向黑河的排泄量。地下水开采量的变化可以在短时间控制,而诸如泉与地下水向河的排泄量等的变化是缓慢变化的,因此黑河干流中游地下水系统由初始的不平衡状态转变为平衡状态需要经历较长的时间,常规地下水模型预测时段选取为50年时地下水系统尚未达到平衡状态。值得注意的是,现状开采方案下,500年后地下水向黑河的排泄并未干涸。
(3)对于地下水系统来说,当外在因素不变时,地下水系统达到稳定(即地下水补给量与排泄量达到平衡)的时间由地下水系统的特征决定;当外在因素变化时,地下水动态更复杂。本文的研究只是针对黑河干流中游增加开采量而其它要素保持不变时进行的理论讨论,模拟500年可反映地下水头和地下水主要均衡项的动态变化。对于实际区域来说,我们往往只重视模拟年份的地下水均衡要素与地下水动态变化,从本文研究来说,地下水动态与模拟前期的源汇项(如气候变化和人类工程活动)变化亦密切相关。
摘要：受气候和人类大规模开发利用地下水影响,干旱区地下水动态规律复杂。在地下水流数值模型的基础上,对黑河干流中游地区地下水、河流和泉水转化关系进行了近500年的模拟分析,得出当增加的人工开采量最终等于排泄量的减少量时地下水系统达到稳定,但需要近百年的时间,现行地下水开采方案最终结果没有引起地下水向黑河的排泄量的干涸。发现黑河干流中游地区地下水系统稳定受气候和人类活动影响很大,其动态非常复杂。模拟结果可为分析干旱区地下水动态提供依据和参考。
关键词：地下水动态,地表水地下水相互作用,黑河干流中游,干旱区,长期性
参考文献
[1]张佩,袁国富,庄伟,薛沙沙.黑河中游荒漠绿洲过渡带多枝柽柳对地下水位变化的生理生态响应与适应[J].生态学报,2011,31(22):6677～6687.
[2]陈崇希.地下水资源评价的原则和勘探思想的探讨[A].地质矿产部水文地质工程地质研究所.全国第一届地下水资源评价学术研讨会论文集[C].北京:地质出版社,1982,22～33.
[3]Hu L T,Jiao J J,Guo H P,Analytical studies on transientgroundwater flow induced by land reclamation[J].Water Resources Research,2008,44(11),W11427,doi:10.1029/2008WR006926.
[4]陈崇希.“防止模拟失真,提高仿真性”是数值模拟的核心[J].水文地质工程地质,2003,30(2):1～5.
[5]胡立堂,陈崇希.数值模型在黑河干流中游水资源管理中的应用[J].地质科技情报,2006,25(2):93～98.
[6]胡立堂.地下水三维流多边形有限差分模拟软件开发研究及实例应用[D].中国地质大学,2004.
[7]曲耀光.河西地区地表水与地下水资源的转化及总水资源的计算[J].自然资源,1987,(2):7～15.
[8]Hu L T,Chen C X,Jiao J J,Wang Z J.Simulated groundwater interaction with rivers and springs in the Heihe river basin[J].Hydrological Processes,2007,21(20):2794～2806.
[9]陈崇希,胡立堂,王旭升.地下水流模拟系统PGMS(1.0版)简介[J].水文地质工程地质,2007,(6):1～11.
黑河中游 篇2
黑河中游灌区水资源综合效益评价研究
在水资源综合效益评价中其指导思想就是水资源综合效益最大化.采用多目标综合评定方法,建立了以经济、社会、生态效益三大目标为准则的评价指标体系,采用了层次分析法确定了指标权重.以黑河中游梨园河灌区为例进行了实例评价,建立了基于灌区经济效益、社会效益、生态效益的水资源综合效益递阶层次结构和26项评价指标,分析计算出了各指标对总目标的`组合权重值,计算结果与灌区实际相符,表明该方法有很好的实用性.
作 者：赵洪杰 唐德善 ZHAO Hong-jie TANG De-shan 作者单位：水文资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏,南京,210098;河海大学水利水电工程学院,江苏,南京,210098刊 名：节水灌溉 ISTIC PKU英文刊名：WATER SAVING IRRIGATION年，卷(期)：“”(6)分类号：S273.1关键词：灌区 水资源 综合效益 评价
黑河中游 篇3
1 研究区概况
黑河中游地处38°39'-39°59'N, 98°57'-100°52'E之间, 黑河自西南向东北, 贯穿全境, 属西北干旱半干旱生态脆弱区, 总面积9501.85平方千米 (图1) 。在行政区划上包括张掖市甘州区、临泽县、高台县、肃南、民乐和山丹县, 北依合黎山, 南临祁连山, 属温带荒漠气候区, 年均降水量50~250 mm, 年均蒸发量2 000~3 500 mm, 地带性植被为温带小灌木、半灌木荒漠植被。土地类型主要以耕地、草原和戈壁为主, 受人类活动和河流影响, 山前冲积扇下部和河流冲积平原分布有栽培农作物和林木, 呈现以人工植被为主的景观。2012年, 该地区总人口83万人, 耕地面积103 953.33 hm2, 全年粮食产量688 274.57 t。
2 研究方法及数据来源
2.1 研究方法
采用耕地压力指数模型[1], 通过分析2002-2011年黑河中游地区的人口、耕地面积、粮食作物播种面积及粮食产量等指标的动态变化, 计算出不同时期的最小人均耕地面积与耕地压力指数, 进而分析其面临的耕地保护态势。
最小人均耕地面积是在一定区域范围内, 一定粮食自给水平和耕地生产力条件下, 为了满足人口正常生活的粮食消费所需的耕地面积, 它是粮食自给率、粮食消费水平、耕地生产力水平等因子的函数, 公式为:
式中:Smin为最小人均耕地面积, 其实质上是为保障一定区域内的粮食安全而需保护的耕地数量底线;β为粮食自给率 (%) ;Gr为人均粮食需求量 (kg/人) ;p为单位面积粮食产量 (kg/hm2) ;q为粮食作物播种面积比重 (%) ;k为复种指数, 是农作物播种面积与耕地面积之比;q·k代表粮食作物耕地利用指数, p·q·k实际上反映耕地粮食作物生产力水平。
耕地压力指数是最小人均耕地面积与实际人均耕地面积之比, 公式为:
式中:K为耕地压力指数;Sa为实际人均耕地面积。
耕地压力指数能够客观反映耕地压力的动态变化趋势, 并给出了耕地保护的阀值。某一特定点的耕地压力指数K值与1的偏离程度代表了人均耕地面积警戒值和实际值的偏离程度, 偏离越大, 表明耕地压力越明显[2]。
该模型显示, 最小人均耕地面积与人均食物需求量、食物自给率成正比, 而与食物产量、食物播种面比重和复种指数成反比。因此, 在耕地食物生产力不变而人均食物消费水平及食物自给水平较高时, 要求有较大的最小人均耕地面积;在保持一定食物自给率和食物消费水平条件下, 随着食物产量水平提高及食物播耕地利用指数增大, 所需最小人均耕地面积减小。
2.2 数据来源
该文数据主要来源于2002-2012年《甘肃统计年鉴》 (1) 、《中国县 (市) 社会经济统计年鉴》《张掖市统计年鉴》《甘肃省第二次全国农业普查资料汇编 (农村卷) 》等相关统计资料。
3 黑河中游地区耕地压力动态变化的定量分析
3.1 数据的无量纲化处理
耕地面积、人口数量、粮食产量等各因子, 具有不同的量纲和量纲单位, 为了消除由此带来的不可公度性, 在对其进行多指标综合评价分析时, 作无量纲化处理, 并绘制各因子变化的趋势曲线图 (图1) 。由此, 采用无量纲标准化法处理各因子, 公式为:
式中, 为标准观测值;为观测值;为样本均值;为样本标准差。
3.2 耕地压力指标动态变化
人口数量的时空分布和动态变化。黑河流域普遍存在不同程度的生态环境恶化问题, 其中主要表现为, 上游天然林草退化导致生物多样性减少;中游水资源短缺、水土流失严重;下游旱灾频发, 河流湖泊干涸。上下游地区生态问题最为突出, 故黑河流域的人口分布不均且密度低, 上、下游人口仅占流域人口的13.44%, 绝大部分人口居住在水资源相对丰富的中游地区[3]。2003年该地区总人口126.91万, 2012年120.46万, 占流域人口的86.56%, 人口增长总体趋于稳定。
耕地面积的时空分布和动态变化。2012年末, 黑河中游地区土地面积419.38万hm2, 耕地面积21.4万hm2, 占5.1%。该区域耕地面积逐年增加, 随着黑河中游人口剧增, 受干旱区绿洲土地生产力的限制, 只有通过开发未利用土地中的滩涂、荒草地等来增加耕地面积来满足当地人口对粮食的需求。人均耕地面积的变化趋势与耕地面积的变化趋势基本吻合[4]。
粮食产量的动态变化。随着粮食播种面积由2 0 0 3年的1 0.3 3万h m2, 增长到2012年的19.98万h m2, 粮食总产量呈现出波浪式增加的趋势, 由74.38万t增长到119.24万t。受报酬递减规律制约, 2009年以后粮食产量的增幅放缓。
3.3 耕地压力指数动态变化
最小人均耕地面积是保障该区域粮食安全的底线。为计算最小人均耕地面积, 需确定各相关因子的数值。中国农业科学院唐华俊[5]基于平衡膳食模式提出人均粮食需求量为386.6 kg/人, 粮食自给率可以根据历年粮食消耗量与粮食产量比值得到, 复种指数为耕地上全年内农作物的总播种面积与耕地面积之比。据此, 结合相关统计资料, 得到各指标统计数据如图2所示。
自2003年以来, 历年的耕地压力指数均大于1, 表明该区域的粮食供给小于需求, 粮食处于不安全状态。近年来, 随着人口增加、人均粮食需求量增加、建设用地扩大、生态退耕等因素的影响, 该区域的人均耕地面积不断减少, 耕地保护形势严峻。2010年以来, 随着退耕还林还草工程的进行, 耕地面积有所减少, 但通过土地复垦和严格限制建设用地占用耕地[6], 该区域的耕地压力指数逐年降低。
4 耕地压力指数的趋势预测
根据表2, 变量耕地压力指数值按时间序列呈自相关性, 可建立该变量的自回归模型, 并由此对其发展变化趋势进行预测。
4.1 时间序列的自相关性判断
自相关性是建立自回归模型的基础, 只有具有显著相关性的时间序列才可以建立自回归模型, 所以需对耕地压力指数时间序列的自相关性进行判断。
其i阶自相关系数ri[7]为:
式中, k为耕地压力指数, t为观察期, 、分别表示和的均值。
时间序列预测中, 一般用向后推移一期或两期的一阶 (二阶) 线性自身回归。因为二阶以上的自身回归计算复杂, 并不能提高顶测准确度, 故本文计该时间序列的一阶和二阶自相关系数r1和r2。
将表1的耕地压力指数列数据代入上式, 通过计算可得:,
通过相关系数检验, r1样本数n=10, 自由度f=10-2=8, 在置信度水平α=0.001下查相关系数的临界值检验表得r0.001=0.8721显然r1>r0.001。这表明一阶自相关系数r1具有高度相关性, 二阶自相关系数也是高度显著。由于故可建立一阶线性自回归预测模型。
4.2 一阶线性自回归预测模型的建立
建立一阶线性自回归预测模型[8]为:
式中α、β为待估计的参数值, εt为随机变量。将、视为α、β的拟合值, 则得到:
参数拟合值的最小二乘法估公式为:
将表4数据代入上式, 可得如下自回归模型:
4.3 耕地压力指数预测
运用该模型进行预测计算, 可得2013-2022年该区域耕地压力指数变化趋势图 (如图3所示) 。
结果显示, 在未来10 a, 该区域的耕地压力指数有下降的趋势, 但压力指数仍然大于1, 说明实际人均耕地面积小于最小人均耕地面积, 此期粮食需求大于耕地生产力的供给水平。随着人类经济活动的加强和生态环境的约束, 建设用地的扩张会侵占绿洲周边大量的耕地。所以要加强对耕地的保护, 提高粮食产量。
5 结语
2003-2012年, 黑河中游地区的耕地压力指数总体上呈降低趋势。利用一阶线性自回归预测模型对未来十年的耕地压力指数进行预测, 也呈降低趋势, 但耕地压力指数始终在1之上, 2022年最低值为1.20。这表明, 2003-2022年, 该区域的耕地压力十分明显, 加上生态环境脆弱, 特别是水资源的限制, 要注意依靠科技投入提高耕地生产水平, 减轻耕地压力, 保证粮食生产。
本研究是在对耕地面积、人口数量、粮食产量等因子动态分析的基础上, 对耕地压力指数进行的预测, 其结果有一定的参考性。但耕地压力涉及因素众多, 因而在预测方法上有待完善, 在研究内容上尚需进一步深入研究。
摘要：以黑河中游地区为例, 对内陆河流域耕地压力进行动态分析与预测。在对该流域2003-2012年耕地面积、人口数量、粮食产量等因子动态分析的基础上, 计算最小人均耕地面积和耕地压力指数, 运用自回归预测模型对该区域未来10 a的耕地压力指数进行预测。研究结果表明:2003-2012年, 该区域耕地压力指数不断降低, 未来10 a进一步降低, 但始终保持在1之上, 粮食消费水平高于耕地生产力的供给水平, 粮食安全形势严峻, 需进一步加强对耕地的保护。
关键词：内陆河流域,耕地压力,动态分析,预测,黑河中游地区
参考文献
[1]蔡运龙, 傅泽强, 戴尔阜.区域最小人均耕地面积与耕地资源调控[J].地理学报, 2002, 57 (2) :127-134.
[2]李晶, 任志远, 周自翔.区域粮食安全性分析与预测[J].资源科学, 2005, 27 (4) :89-94.
[3]高新才, 赵玲.黑河流域人口承载力预测分析[J].西北人口, 2010 (3) :119-123.
[4]居玲化, 石培基, 等.张掖绿洲耕地和建设用地变化驱动力比较研究[J].水土保持通报, 2009, 29 (5) :156-159.
[5]唐华俊.基于中国居民平衡膳食模式的人均粮食需求量研究[J].中国农业科学, 2012, 45 (11) :2315-2327.
[6]冯金.张掖市粮食产量波动分析[J].河西学院学报.2010 (2) :64-68.
[7]徐建华.现代地理学中的数学方法[M].北京:高等教育出版社, 2002:60-67.
黑河中游 篇4
干旱区绿洲-荒漠带土壤水盐异质性及生态环境效应研究--以黑河中游张掖绿洲为例
对黑河中游地区典型绿洲的土壤含水量与含盐量分析表明,在无灌溉情况下,绿洲及绿洲边缘过渡带表层土壤含水量水平分异明显,由绿洲区的20%左右递减到绿洲-荒漠生态过渡带的2.9%.绿洲-荒漠带土壤水分变化反映了人类利用绿洲水资源的程度,在绿洲地下水资源开发过度和绿洲边缘人类活动剧烈的区域均存在着生态裂谷,对绿洲生态系统的`稳定极为不利.绿洲-荒漠带土壤可溶性盐分含量的水平分异表现为绿洲土壤可溶性盐分含量比绿洲-荒漠生态过渡带和荒漠区低;绿洲界外区不同荒漠类型土壤含盐量变化不同,在绿洲外围沙质荒漠区,土壤含盐量较低,在绿洲外围砾质荒漠(戈壁)区,土壤含盐量明显高于绿洲区;荒漠区土壤含盐量的垂直变化表明,含盐量最高的聚集层一般不在表层,而在40～60 cm的亚表层.受土壤水盐分异的影响,绿洲外围荒漠植被类型出现分异,从高位绿洲到中位绿洲,外围区荒漠植被的耐旱性和耐盐性均增加.
作 者：张勃 孟宝 郝建秀 丁文晖 ZHANG Bo MENG Bao HAO Jian-xiu DING Wen-hui 作者单位：张勃,ZHANG Bo(西北师范大学,地理与环境科学学院,甘肃,兰州,730070;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,冻土工程国家重点实验室,甘肃,兰州,730000)孟宝,郝建秀,丁文晖,MENG Bao,HAO Jian-xiu,DING Wen-hui(西北师范大学,地理与环境科学学院,甘肃,兰州,730070)
刊 名：中国沙漠 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF DESERT RESEARCH 年，卷(期)：2006 26(1) 分类号：P152.7+P153.6 关键词：生态环境效应 土壤水盐分异 黑河中游 张掖绿洲黑河中游 篇5
水资源管理的目标是为了达到Allan和Karshenas提出的自然资源重建即资源的利用水平低于自然资源可持续发展水平[1]。从当前国际研究和实际应用来看, 水资源管理的阶段可以分为两个阶段 (见图1) [2,3]:①供给管理, 包括开辟水源, 大规模远距离调水等以获得更多的水资源。随着人口的增长, 水资源需求不断增加, 而工程供水措施 (供给管理措施) 也相应的增加, 随后社会进入水赤字阶段, 水赤字引起社会压力的同时促进了水资源需求管理措施产生。②水资源需求管理, 包括三个方面:第一、技术性节水管理, 努力提高水的利用效率 (提高单方水的产出率) 。第二、内部结构性管理, 涉及到区域社会结构变化等问题, 主要指水资源在不同产业部门之间的重新配置以提高单方水的效益, 就目前来看主要表现在“农转非”。第三、社会化管理。水资源需求管理的最高层次, 充分认识到水资源的社会属性, 以社会属性为主线, 充分利用各种外部资源来缓解局部水资源紧缺。社会化管理阶段的出现, 意味着水资源管理问题范围的扩大, 管理的立脚点从克服自然资源稀缺转向克服社会资源的稀缺, 在这种意义上, 能否调动足够社会资源来克服第一类资源的短缺就成为水资源短缺问题能否解决的关键。
当前, 国际水资源管理中提出的虚拟水, 将本国水资源同国外粮食的可获得性连接起来, 提倡通过贸易, 进口高耗水产品, 同时出口低耗水、高附加值产品, 从而获得本国粮食安全和水安全。显然, 虚拟水是水资源社会化管理的重要组成部分。
2 社会适应性能力
2.1 社会适应性能力及其稀缺
不同的社会实体其适应水资源紧缺的能力不同, 因而针对水资源紧缺问题所采取的措施不同, 最终导致国家 (地区) 经济发展轨迹各有差异。社会适应性能力也叫社会资源是一个多维的概念, 指特定社会开展应付自然资源稀缺的方法手段的能力, 以及接受、采纳和运用这些措施的能力, 包括经济发展、教育、人类平等 (尤其是性别平等) 、制度能力等, 就水资源而言包括水资源的法律法规和水资源管理技能[1]。这样, 一个社会的全部资源除了自然资源 (也称第一类资源) 外, 还存在重要的被Ohlsson称为“适应性能力”的社会资源 (也称第二类资源) , 如果把自然资源稀缺称为“第一类资源稀缺”, 那么, 一个国家 (或地区) 如果没有足够的“适应性能力”以克服自然资源稀缺时, 则被认为“第二类资源稀缺”。因此, 社会实体能否运用社会资源来克服第一类资源稀缺的能力变得尤为重要。社会资源通过制度、机制和制度结构中体现出来。
至此, 可以推断是否拥有丰富社会资源是决定一个国家经济、资源是否可持续的主要因素。第一类资源 (自然资源) 稀缺只有在第二类资源 (社会资源) 同时稀缺时, 才会导致绝对的稀缺。如果一个国家 (地区) 拥有丰富的社会资源, 即使面临自然资源紧缺, 也可以实现人们利用资源的最高目标, 即实现自然资源重建, 以支持社会经济的可持续发展。
2.2 社会适应性能力的内在构成
社会适应性能力是一切措施实施的基础, 由两部分构成, 适应性能力的结构要素和社会要素。适应性能力的结构要素一定程度上说属于工程措施范畴, 它是外生的因素, 反映是否能通过能力建设的形式获得外部技术和财务支持, 包括各种制度安排、智力资本和政策措施等。适应性能力的社会要素主要是一些内生影响因素, 存在于政府与人们的心中, 主要反映社会实体接受水资源管理措施的意愿和能力, 以及水资源主管部门制订和实施需求管理措施的能力, 即确保措施的可行性和权威性[1]。社会实体接受需求管理措施的意愿取决于上级水资源主管机构的权威性, 水主管机构制定管理措施的能力依靠于结构要素的质量和构成。因此, 适应性能力的两个要素相互支持、相互反馈, 缺一不可。
2.3 社会适应性能力的度量指标
目前, 国内外对社会适应性能力的研究还没有制订出一套完整的指标体系。从适应性能力的概念中可以看出, 其主要包括经济发展、教育和制度能力等因素。因此, 我们认为, 可以用联合国发展计划署提倡的人类发展指标 (HDI) 来间接反映社会适应性能力。HDI是反映人民生活质量和社会公平性的国际通用指标, 由三项基本指标构成:①人均收入。通常指GDP国际美元值, 代表真实的经济增长状况;②人口平均预期寿命。以反映卫生发展状况;③教育水平。包括成人识字率 (15岁及其以上人口) 和综合入学率 (初级、中级、高级入学率) , 代表制度能力[4]。
3 社会化水资源稀缺评析
3.1 社会化水资源稀缺的定量评析
面对水资源的日益紧缺, 对水资源紧缺程度进行定量评价成为水资源管理的难点和热点。通常人们以水资源稀缺指数 (WSI) 即人均水资源占有量或Falkenmark (1989) 提出的“水阻碍” (一个流量单位100万m3, 以2 000人的承载水平为标准) 来定量评价一国 (地区) 的水资源丰欠状况[5]。
依据上述标准, 可以对国家 (地区) 内和国家 (地区) 之间的水资源紧缺状况予以大致测算, 还可以根据未来人口数量进行预测。然而, “水阻碍”没有考虑到一个国家 (地区) 对水资源稀缺进行调整的社会、制度和经济能力等第二类资源。因而需要对传统水资源稀缺评价指标进一步完善和发展, 建立一个反映水资源获得状况、利用效益和社会适应性能力的指标, 以真正反映水资源稀缺程度。
3.2 社会化水资源稀缺程度的度量方法
一个社会实体拥有强大的社会适应性能力, 可以缓解局部水资源稀缺。因此可以用通常的水资源稀缺指数除以社会适应性能力来构建一个新的指数[6,7], 如下式所示:
式中:HWSIo 水文水资源稀缺指数即1×104 m3水资源支持的人口数 (可以通过WSI计算得到) ;SAC为社会适应性能力指数 (用DHI代替) ; SWSI为社会化水资源稀缺指数。SWSI对原有的水资源稀缺做出了调整, 充分考虑了社会适应性能力成分, 能更好的评价真正的水资源稀缺程度, 为使计算结果更清楚的说明社会适应性能力的变化对水资源稀缺程度评价结果的影响, 在 (1) 式后面乘以一个调整指数 (AI) , 即:
尽管调整指数是主观给定的, 但由于所有的研究对象都进行了同样的操作, 因而对评价结果只起放大或缩小的作用, 并不影响结果分析。
为方便比较, 参考联合国制定的WSI评价标准, 划分了对应的HWSI和SWSI指数的评价标准[7,8] (见表1) 。
4 张掖市社会化水资源稀缺评价
张掖市地处甘肃内陆河黑河流域中游, 年降水量122～370 mm, 蒸发量1 700 mm。全市可供开发利用的大小河流共26条, 均发源于祁连山北麓。其中黑河干流莺落峡站15.8亿m3, 梨园河梨园堡站2.37亿m3, 其他沿山支流6.58亿m3, 另外不重复的地下水资源量为1.75亿m3, 水资源总量为26.50亿m3。市内人均水量1 350 m3, 每公顷水资源拥有量为7 650 m3, 分别约占全国平均水平的60%和30%, 属典型的资源型缺水地区。
4.1 张掖市社会适应性能力指数 (HDI) 度量
表2是张掖市各县 (区) 社会经济、文化和资源 (水资源) 基本状况, 用于HDI和其他相关指标的计算, 计算结果见表3和表4。
注:①人口、GDP数据来源于:甘肃年鉴编委会:《甘肃年鉴 (2004) 》, 中国统计出版社2004年版;②预期寿命为第五次全国人口普查数据[9], 由于缺乏各县区的数据, 以张掖市数据为代表;③成人识字率和综合入学率数据根据张掖市统计年鉴整理计算得到;④人均真实GDP根据世界银行公布的最新《世界发展指标》, 我国购买力平价2000年为1.78美元计算[10];⑤肃南县水资源总量用其自产水来进行计算和模拟[11], 其余各县 (区) 水资源总量=入境水+自产水-出境水, 见:陈昌毓[12].祁连山区水资源及其对河西走廊生态环境的影响.自然资源学报, 1995, 10 (2) 。
通常国际上将人类发展国家分为三类:一是低水平人类发展国家, 在0～0.5之间;二是中等水平人类发展国家, 在0.51～0.79之间;三是高水平人类发展国家, 在0.81～1.0之间[7]。依此标准, 张掖市各县 (区) 总体上都体现出较高的发展水平, 其中除民乐县处于相对较低水平外, 其余各县区都处于中等偏上水平, 甘州区、临泽县和高台县已经接近高发展水平。这就是说张掖市各县 (区) 已具备较强的社会适应能力 (SAC) 。
注:①用SWSI排序减去HWSI排序, 正值表示由于社会资源使得水资源稀缺状况得到缓和;负值则意味着社会适应性能力的不足和低下。②SWSI2考虑了各县 (区) 社会适应性能力, 将AI拟取值为0.35计算得到。
4.2 张掖市社会化水资源稀缺评价结果
从张掖市各县 (区) 水资源稀缺指数、水文水资源稀缺指数以及社会化水资源稀缺指数综合评价表中可以得出以下结论。
(1) 张掖市各县 (区) 整体上呈现出水资源紧缺的一面, 属于典型的资源型缺水地区。根据国际上公认的富水线 (人均年拥有水量10 000 m3) 、最低需水线或基本需水线 (人均年拥有水量1 000 m3) 、绝对缺水线 (人均年拥有水量500 m3) 和极端缺水线 (人均年拥有水量100 m3) 的标准[13], 不难发现, 除肃南县外, 其余各县 (区) 都不同程度地面临水资源紧缺问题。临泽县、高台县和山丹县处于缺水范围, 人均年水资源拥有量低于最低需水线 (基本需水线) , 甘州区和民乐县处于用水紧缺状况。
(2) 从HWSI看张掖市水资源紧缺状况。尽管张掖市各县 (区) 单位流量的人口承载数低于Falkenmark (1989) 提出的“水阻碍”阀值, 但临泽县、高台县和山丹县已迫近“水阻碍”标准, 山丹县表现尤为突出。
(3) 社会资源的动用对缓解水紧缺压力具有举足轻重的作用。由于考虑了社会资源使得张掖市未来水资源利用前景得到有效的改善。从HWSI看, 甘州区水资源紧缺程度比民乐县水紧缺程度高40.04%, 而当考虑SAC后, 甘州区用水紧张程度较民乐县减缓了5.55%。同样地, 从HWSI上看, 临泽县和高台县的水紧缺程度相差不大, 高台县比临泽县稀缺4.82%, 由于高台的社会适应能力低于临泽县, 使得高台县较临泽县水资源稀缺程度上升了0.76%。尽管各县 (区) 由于HDI相差不大, 因而排序并没有发生变化, 但所有县 (区) 水资源紧缺状况得到了不同程度的缓和, 临泽县、高台县和山丹县由缺水变成了用水紧张即从一个经受持续缺水变为只是受周期性、规律性用水紧张的不良状况, 而甘州区和高台县由用水紧张变为用水宽裕。
(4) 水资源的禀赋状况与社会经济发展并非呈正相关。如图2所示, 以人类发展指标 (第二类资源) 为横轴, 以单位流量人口数为纵轴, 建立平面直角坐标系, 反映自然资源禀赋状况与社会经济发展之间的关系, 表中箭头向上和向左分别意味着水资源稀缺和社会资源稀缺;而箭头向下和向右分别表示水资源丰富和社会资源强大。
从图中可以看出, ①社会经济的发展同水资源的可获得性并不存在正相关, 水资源丰欠状况只是一个国家 (地区) 发展的必要条件, 而非充分条件。如图中民乐县的水资源量相对最高 (肃南县除外) , 但相反其社会经济发展水平最为低下。相反, 山丹县是一个水资源极为紧缺的县, 却有着较高的社会经济发展水平。因而大规模的工程建设可以增加某区域的水量, 但不一定会促进经济的发展。②社会适应性能力的增强为缓和当地的水资源问题提供了对策集, 借助这些措施将扭转依赖本地有限水资源的局面, 这意味着水资源不仅从生产效率向分配效率的转变, 而且转向外部资源 (借助虚拟水贸易) 来实现本地的水安全。③第二类资源 (社会资源) 在决定地区未来发展水平上的作用要比第一类资源 (自然资源) 更重要, 如以色列, 从HWSI上看远远超过“水障碍”, 但由于其强大的社会资源, 因而从SWSI上看, 仅仅是处于“水紧缺”[6]。
摘要：在论述当前水资源管理阶段性特征的基础上, 引入了社会适应性能力概念 (也称社会资源或第二类资源) , 并介绍了其内在构成及其度量指标。同时, 构建了社会化水资源稀缺指数, 并以河西内陆河-黑河流域中游的张掖市为例进行了实证研究, 结果表明:张掖市各县区如果考虑动用当地较丰富的社会资源, 则水资源紧缺状况得到不同程度的缓解。社会化水资源稀缺指数更能如实反映水资源状况, 社会资源是一种重要的资源, 对缓解水资源紧缺程度具有重要的作用。