敦煌绿洲水资源安全评价及模拟研究

发布时间：2017-05-20 14:18

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【摘要】：水是保障人类生存发展和维系生态平衡的重要基础,是基础性的自然资源和战略性的经济资源。水资源作为人类赖以生存发展的物质基础,不仅在生产中担负着驱动经济增长的角色,而且为人类不断改善生活质量、提高生活水平做出了重大贡献。然而,大自然的资源是有限的,人类在享受高耗水的生活方式和经济发展模式所带来的财富积累、科技进步等利益的同时,也加剧了水资源安全问题在全球范围内的挑战。尤其是在水资源极度缺乏、生态环境敏感的干旱区,水资源安全问题迫在眉睫。水资源短缺已经成为区域可持续发展的主要制约和突出瓶颈。敦煌绿洲作为丝绸之路上的明珠,自古以来都是中西经济和文化交流的必经之地。然而,近几十年来的高速发展导致该区域生态环境恶化的速度之快和危险程度已不容人们迟疑和忽视,并且正在逐步演变成为全国和国际性的生态环境问题。本文以敦煌绿洲作为研究对象,以1987、1990、1996、2000和2007年五期土地利用/土地覆被的遥感解译结果数据,1986-2010年气象站资料、绿洲地下水位资料、敦煌市社会经济统计数据和相关敦煌水资源规划目标参数等作为数据源,结合田间作物结构调查、遥感数字处理方法、GIS空间分析方法、参考作物蒸散发方法、分段单值平均作物系数法、“驱动力—压力—状态—影响—响应”(DPSIR)水资源安全评价方法和系统动力学模型等方法,开展了对敦煌绿洲多年农业用水、生态环境用水和社会经济用水的演变研究,充分分析了研究区用水结构变化及其原因；在此基础上,选取适合于敦煌绿洲的水资源安全评价指标建立评价体系,分析了敦煌绿洲1986-2010年间的水资源安全整体情况；并在现阶段水资源合理利用规划的背景下,预测了未来不同情景下绿洲用水结构的演变以及用水总量的变化,为内陆河绿洲水资源的合理开发利用和生态恢复提供理论依据。主要结果如下：第一,遥感影像处理和空间分析结果表明,在1987-2007年间,研究区城镇用地和耕地增长迅速,而草地面积减少,特别是在1996-2007年间变化剧烈；绿洲边缘的耕地向外扩张明显,耕地区的增加主要是由草地和无植被区转变而来；减少的高覆盖度草地退化为无植被区和中覆盖度草地；低覆盖度草地较为频繁的与中覆盖度草地和无植被区转换；城建用地呈快速扩张趋势,主要由耕地和无植被区转化而来。人工绿洲的扩张使绿洲自然植被面积总体减少。第二,敦煌绿洲用水结构的分析结果表明,农业用水量是总用水量的最主要组成部分。敦煌绿洲的总耗水量从1987年的4.00×108m3增加到2007年的4.75×108m3,年平均增长率约为3.6%。将绿洲中各部门耗水比例合并为三大类：农业耗水、天然植被耗水和生活生产耗水。结果显示,在1987-2007年间,农业用水在绿洲总耗水中占的比例最大,其中经济作物耗水贡献最大；天然植被耗水量持续减少；与此同时,生活生产用水持续增加,但由于基数较小,其在总耗水中所占份额非常小。第三,不同代表区地下水观测井的多年水位变化趋势对比结果表明,农业灌溉区的地下水水位年平均下降率最高,地下水超采问题严重。在当前绿洲灌区用水中,抽取地下水灌溉仍是当地农业用水的主要方式。在1987-2007年间,随着敦煌绿洲开垦耕地面积的不断增加、农业结构的逐渐转变,加之渠系衬砌工程的逐步实施,使得绿洲地下水补给量越来越小,而抽水灌溉量越来越大,最终导致绿洲地下水位持续下降。第四,DPSIR水资源安全综合评价结果表明,敦煌绿洲水资源安全处于不稳定状态,主要表现为：党河流域下游天然绿洲区西湖湿地的稳定度下降,人工绿洲边缘核心植被面积减少和绿洲灌区内地下水超采。评价体系中的响应指标表明：当地的水资源管理措施有待加强,尤其是应该从根本上解决灌区地下水超采的问题。第五,系统动力学模型下的情景分析表明,现状情景为不可持续发展情景。节水措施和调水工程全面实施运行后的情景模拟数据显示,农业用水总量将在2025年减少约5300万m3,其在总用水量中的比重将由现状发展情景下的89.0%降低为86.6%。虽然农业用水比重减幅较小,但是农业节水量可对灌区的地下水进行回补,对减少灌区地下水负均衡有一定贡献。
【关键词】：敦煌绿洲 绿洲耗水 水资源安全评价 系统动力学
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV213.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 研究背景15-19
• 1.1.1 水资源安全问题的提出15
• 1.1.2 中国水资源问题的基本特征15-18
• 1.1.3 水资源安全与粮食安全18
• 1.1.4 现实背景与政策背景18-19
• 1.2 研究目的及意义19-20
• 1.2.1 研究目的19-20
• 1.2.2 研究意义20
• 1.3 研究内容20-21
• 1.4 研究方法与技术路线21-23
• 1.4.1 研究方法21
• 1.4.2 技术路线21-23
• 第二章 相关理论研究综述23-42
• 2.1 绿洲与水资源23-25
• 2.1.1 绿洲的概念23
• 2.1.2 绿洲系统的构成23-24
• 2.1.3 绿洲的形成与演化24-25
• 2.1.4 绿洲与水资源的国内外研究进展25
• 2.2 生态需水研究25-30
• 2.2.1 国外生态需水研究概述26-27
• 2.2.2 国内生态需水研究概述27
• 2.2.3 生态需水估算方法27-30
• 2.3 水资源安全评价30-36
• 2.3.1 水资源安全问题的提出30
• 2.3.2 水安全的定义及内涵30-32
• 2.3.3 水资源安全评价32-34
• 2.3.4 评价方法34-36
• 2.4 水资源承载力的基本理论36-42
• 2.4.1 水资源承载力的定义37-38
• 2.4.2 水资源承载力研究的指导思想—可持续发展理论38-39
• 2.4.3 水资源承载力的方法支撑——系统动力学39-42
• 第三章 研究区域概况42-52
• 3.1 研究区域位置及范围42-43
• 3.2 研究区域自然地理概况43-47
• 3.2.1 地质与地形地貌43-44
• 3.2.2 气候44
• 3.2.3 河流水系分布及水资源44-46
• 3.2.4 土壤46
• 3.2.5 植被46-47
• 3.2.6 动植物47
• 3.3 研究区域社会经济概况47-50
• 3.3.1 人口47-48
• 3.3.2 经济48
• 3.3.3 旅游48-49
• 3.3.4 交通49-50
• 3.4 研究区域存在的主要生态环境问题50-52
• 3.4.1 水资源不足、水域湿地减少50
• 3.4.2 土地沙漠化、盐渍化加剧50-51
• 3.4.3 生态危机51-52
• 第四章 数据资料52-58
• 4.1 遥感影像数据52-53
• 4.2 基于CROPWAT模型的参考作物腾发量ETo计算53-57
• 4.3 社会经济数据57
• 4.4 地下水数据57-58
• 第五章 绿洲耗水估算58-73
• 5.1 研究思路58
• 5.2 研究方法58-64
• 5.2.1 土地利用/覆被类型的空间转化方向58-59
• 5.2.2 土地利用/覆被类型的转化速度59
• 5.2.3 农业耗水的计算59-63
• 5.2.4 草地-林地蒸散发63
• 5.2.5 生活生产用水63-64
• 5.3 各用水结构耗水估算64-70
• 5.3.1 LUCC时空变化特征64-66
• 5.3.2 绿洲作物耗水量估算66-67
• 5.3.3 天然植被耗水量估算67
• 5.3.4 生活生产耗水量估算67-69
• 5.3.5 地下水状况69-70
• 5.4 本章小结70-73
• 第六章 水资源安全综合评价73-88
• 6.1 研究思路73
• 6.2 研究方法73-76
• 6.3 敦煌绿洲水资源安全评价体系的构建76-82
• 6.3.1 准则层指标确定76-78
• 6.3.2 水资源安全综合评价78-82
• 6.4 结果分析82-87
• 6.4.1 驱动力指标82-83
• 6.4.2 压力指标83-84
• 6.4.3 状态指标84-85
• 6.4.4 影响指标85-86
• 6.4.5 响应指标86-87
• 6.5 本章小结87-88
• 第七章 敦煌绿洲水资源承载力估算88-105
• 7.1 研究思路88
• 7.2 水资源开发利用背景88-90
• 7.2.1 调水工程88-89
• 7.2.2 节水改造工程89
• 7.2.3 月牙泉恢复89-90
• 7.2.4 地下水源地置换工程90
• 7.2.5 河道恢复与归束工程90
• 7.3 模型建立90-96
• 7.3.1 系统与模块的确定92
• 7.3.2 饮水子系统92-93
• 7.3.3 产业子系统93-95
• 7.3.4 水资源子系统95-96
• 7.3.5 生态需水子系统96
• 7.4 主要方程和变量96-98
• 7.5 模型检验与情景设置98-103
• 7.5.1 模型检验98-99
• 7.5.2 情景设定与系统仿真99-101
• 7.5.3 水资源承载力分析101-103
• 7.6 本章小结103-105
• 第八章 总结与展望105-109
• 8.1 结论105-106
• 8.2 政策建议106-107
• 8.2.1 转变用水结构,确保流域生态安全106
• 8.2.2 提升敦煌及其周边大敦煌区自然文化遗产旅游价值106-107
• 8.2.3 重视调水工程区水资源数据监测工作107
• 8.3 创新点107
• 8.4 研究不足与未来展望107-109
• 在学期间研究成果109-111
• 参考文献111-121
• 致谢121-122

【参考文献】

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本文编号：381907