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乌拉盖河流域水文过程变化及其对生态系统质量的影响研究

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乌拉盖河流域水文过程变化及其对生态系统质量的影响研究

作者：陈红光内蒙古师范大学

学位级别：硕士

近年来,全球气候变暖和持续的人类活动显著地改变了干旱半干旱区内陆河流域的水文循环及与之密切相关的生态环境。为了深入了解变化环境下该类区域水文过程和生态系统的协同演变效应,本研究选取典型干旱半干旱区内陆河流域-乌拉盖河流... 详细信息

近年来,全球气候变暖和持续的人类活动显著地改变了干旱半干旱区内陆河流域的水文循环及与之密切相关的生态环境。为了深入了解变化环境下该类区域水文过程和生态系统的协同演变效应,本研究选取典型干旱半干旱区内陆河流域-乌拉盖河流域为研究区域,基于多源遥感和地面监测数据,采用改进的SWAT水文模型（Soil and Water Assessment Tool）,模拟了乌拉盖河流域1982～2018年水文过程因子。与此同时,采用归一化植被指数、降水量、叶面积指数、地表温度指数、温度植被干旱指数构建遥感生态指数（Remote Sensing Ecological Index,RSEI）,评价了乌拉盖河流域1982～2018年生态系统质量。此外,结合灰色关联和皮尔逊相关分析等方法探究乌拉盖河流域水文过程和生态系统的协同演变特征。在此基础上,结合人口及生产总值等数据进一步探讨了该流域水文过程与生态系统协同演变的内外在关系。得到以下研究结论:1)乌拉盖河流域SWAT模型率定期和验证期NSE和R均高于0.6,PBLAS均小于20%,以外,MODIS积雪面积和蒸散发数据与模型模拟值的相关系数均高于0.8。模拟结果显示1982～2018年流域蒸散发呈显著增加趋势,降水量、地表径深、侧向流、地下水补给和融雪量均呈减少趋势;并且径流深在2000年发生突变。空间上,流域东北部地区降水量和融雪量较多、径流深小,而下游地区蒸散发、地表径流和侧向流较多的空间分布特征。1982～2018年乌拉盖河流域水文过程因子呈减少趋势,气候变化为导致水文过程因子减少的主要因素;气候变化使径流深减少了40.07mm,贡献率为95.84%;人类活动使径流深减少了1.74mm,贡献率为4.16%。研究时段内,气候变化对径流的贡献率逐渐减少,而人类活动逐渐成为主导因素,由11.74%上升到74.53%。此外,乌拉盖河流域不同地表状态下总产水量呈先增加,后减少,再增加的趋势,1982～2018年总产水量减少了21.4mm。2)1982～2018年乌拉盖河流域生态系统质量以0.001/yr的速率呈不显著下降趋势,多年平均值为0.41,该流域整体生态系统质量处于中等水平（等级Ⅲ）。研究时段内,1985年生态系统质量最好,2000年生态系统质量最差。流域生态系统质量呈现由东向西逐渐变好的分布格局。生态系统质量最好的区域（等级Ⅴ）集中在流域上游地区,面积占比为1.21%,最差的区域（等级Ⅰ）在流域下游湿地周围地区,面积占比为21.11%。研究时间段内,乌拉盖河流域整体生态系统质量呈下降趋势（slope>0）,占流域总面积的88.9%。3)1982～2018年间,流域蒸散发、降水量、融雪量、侧向流、径流深、地下水补给与生态系统质量的关联度分别为0.96、0.92、0.88、0.88、0.78、0.72。子流域尺度上,水文过程因子与生态系统质量的关联度均高于0.65。1982～2018年流域上游和下游南部水文过程因子与生态系统质量的协同性最强,而流域中部协同性较差。1982～2018年乌拉盖河流域人口数量和生产总值均呈上升趋势。人口的增长和经济的发展增加了对水资源的利用、加大了草原的负担。一系列生态修复政策的实施有效扩张了该流域草地和林地面积,使生态系统质量呈好转趋势。但人类活动以及政策执行度的影响,1982～2018年间该流域生态系统质量整体仍有微弱的退化趋势。这些人类活动均对该流域水文过程因子和生态系统质量的协同演变产生了一定的影响。

关键词：干旱区水文过程生态系统质量协同演变乌拉盖河流域

近20年乌拉盖河流域植物群落演替和植被动态变化研究

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近20年乌拉盖河流域植物群落演替和植被动态变化研究

作者：陈盼盼内蒙古大学

学位级别：硕士

植物群落演替和植被动态研究一直是生态学热点科学问题之一,而阐释流域植物群落演替规律、厘定气候因素和人为因素对植被动态的影响,则可为流域退化、生态系统恢复和综合管理政策实施提供科学依据。本研究以乌拉盖河流域为研究区域,基于... 详细信息

植物群落演替和植被动态研究一直是生态学热点科学问题之一,而阐释流域植物群落演替规律、厘定气候因素和人为因素对植被动态的影响,则可为流域退化、生态系统恢复和综合管理政策实施提供科学依据。本研究以乌拉盖河流域为研究区域,基于1997年和2018年对应点位植物群落调查,阐释流域植物群落演替特征;利用流域1997-2018年归一化植被指数(NDVI),结合植物群落调查与剩余趋势(RESTREND)方法,区分气候因素与人为因素对乌拉盖河流域植被动态的影响,旨在检测人为因素影响的植被变化,评估草场管理方式及土地利用政策对研究区植被动态变化的影响。论文取得如下研究结果:(1)从1997至2018年,研究区对应点位草甸草原植物群落物种分布较均匀,生态系统稳定,退化趋势不明显;湿地和典型草原植物群落出现优势种更替,其中典型草原群落中出现大针茅与克氏针茅的替代现象,均呈退化趋势。(2)从1997至2018年,研究区NDVI整体变化呈现逐渐上升趋势,尽管三种植被类型趋势略有不同,但均呈上升趋势。(3)剩余趋势方法中NDVI与降水的相关性很好,与温度相关性不显著。1997-2003年期间残差呈下降趋势,表明植被逐渐退化;2004-2008年期间残差呈缓慢上升趋势,而2009-2018年间残差呈显著上升趋势。结合当地草场管理政策可知,草原恢复和草场管理新政策的实施有助于遏制人口和放养率的上升趋势,使得该地区植被大面积得到改善。

关键词：乌拉盖河流域湿地剩余趋势法植被动态群落演替驱动力分析

内蒙古乌拉盖河流域水体和沉积物重金属污染物特征及污染风险评价

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内蒙古乌拉盖河流域水体和沉积物重金属污染物特征及污染风险评价

作者：张娜内蒙古大学

学位级别：硕士

本文以乌拉盖河流域水体和沉积物为研究对象,系统分析其理化性质、空间分布特征和重金属元素的污染程度,通过污染评价指标对其重金属污染状况进行评价,利用多元统计分析来探究乌拉盖河流域重金属污染的来源,再利用绝对主成分-多元线性回... 详细信息

本文以乌拉盖河流域水体和沉积物为研究对象,系统分析其理化性质、空间分布特征和重金属元素的污染程度,通过污染评价指标对其重金属污染状况进行评价,利用多元统计分析来探究乌拉盖河流域重金属污染的来源,再利用绝对主成分-多元线性回归(APCS-MLR)模型得出重金属来源贡献率,为可利用资源、污染预防管理和治理措施提供理论依据。(1)乌拉盖河流域水体和沉积物理化指标:研究表明该地区地表水水质呈碱性,p H值8.45～10.13之间,平均温度为15.35℃,平均COD含量为32.11mg·L,平均总磷含量为0.11 mg·L,平均总氮含量为1.19 mg·L,平均高锰酸盐指数含量为10.75 mg·L,平均氟化物含量为0.54 mg·L。结果表明,乌拉盖河流域水质整体情况较差,存在超标现象。(2)乌拉盖河流域水体中重金属Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg和Pb平均含量分别为1.12、0.69、1.29、3.62、0.01、0.019和0.09μg·L;乌拉盖河流域表层沉积物中重金属Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb的平均含量分别为19.65、11.91、11.14、42.54、7.73、0.091和14.11 mg·kg,其中Cu、Zn、As和Cd高于锡林郭勒盟土壤背景值,分别是背景值的1.09倍、1.31倍、1.36倍和3.00倍。乌拉盖河流域水体中重金属Ni、Zn和As空间分布差异较大,Cu、Cd、Hg和Pb的空间分布差异较小。(3)乌拉盖河流域水体中重金属污染评价结果表明,水体中重金属污染较小,只有Hg存在污染风险,结果为轻度污染,污染较大地区位于乌拉盖河源头、上游和湖区,其他区域污染不明显;乌拉盖河流域表层沉积物中重金属污染评价结果表明,Cd存在轻度污染,其他重金属Cr、Ni、Cu、Zn、As和Pb无污染,乌拉盖河源头污染较为严重,乌拉盖河上游、湖区和中游污染程度较小。(4)乌拉盖河流域水体和沉积物重金属来源结果表明,水体中Ni、Zn和Hg主要来自自然源,Cd和Pb主要来自农业生产和交通运输混合污染源,Cu和As主要来自工业污染源,其中自然源占比36.95%,混合源占比19.29%,工业源占比17.26%,未知源占比26.54%,总体来看自然源占比较大;沉积物中Cr、Ni、Cu和Zn的可能是由于自然原因岩石风化引起的,Pb与城市交通有关,推断来自交通源,As可能来源于城市工业污染,Cd可来自畜禽养殖等农业生产活动源,其中自然源占比35.23%%,交通源占比13.89%,工业源占比39.70%%、农业源占比7.05%,未知源占比4.13%,自然源和交通源占比较大。

关键词：乌拉盖河流域重金属元素污染评价污染源解析

内蒙古乌拉盖河流域近20年植被覆盖变化研究

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内蒙古乌拉盖河流域近20年植被覆盖变化研究

作者：王淑芳内蒙古师范大学

学位级别：硕士

植被是连接土壤、大气和水圈的自然因子，植被的变化一定程度上会引起区域生态环境变化。植被覆盖度能够很好地体现植被变化情况，是衡量区域植被变化情况甚至是区域生态环境变化的一个重要指标。乌拉盖河流域是欧亚大陆温带草原乌珠... 详细信息

植被是连接土壤、大气和水圈的自然因子，植被的变化一定程度上会引起区域生态环境变化。植被覆盖度能够很好地体现植被变化情况，是衡量区域植被变化情况甚至是区域生态环境变化的一个重要指标。乌拉盖河流域是欧亚大陆温带草原乌珠穆沁草原的主要组成部分。发源于宝格达山南麓的乌拉盖河是内蒙古境内最大的内陆河，是乌珠穆沁草原生存的重要决定因素。乌拉盖河流域由于受发源地林场开发、1980年修建乌拉盖水库截断乌拉盖河上游水着力发展农业和渔业及2004年重建水库截断上游水源发展矿业及附属产业等的影响，乌拉盖河迅速消亡，草原荒漠化。虽然“十一五“期间政府为推动地区发展的有关乌拉盖河流域生态保护政策下乌拉盖草原生态环境得到了一定的恢复。但是目前乌拉盖草原退化还没有得到根本的解决，对乌拉盖流域的垦荒仍未停止，又出现了开矿、办厂等经济活动使乌拉盖草原面临威胁，植被退化迅速，由于生态恶化牧民生活水平迅速下降。本研究考虑行政区的完整性及乌拉盖水库对植被变化的作用把乌拉盖河及其两侧的十一个苏木、镇为主的乌拉盖河流域为研究区，此基础上把乌拉盖河流域分为上、中、下游，利用1991年、2006、2010年三期TM遥感影像，从影像中提取NDVI，把NDVI转换植被覆盖度，根据当地植被生长状况及参考前人的研究成果确定当地植被覆盖度划分等级标准，分析研究区三个时期植被覆盖度状况并对该研究区近20年的植被覆盖度进行动态变化分析，最后分析了引起该区植被覆盖变化的驱动因素。研究结果如下： (1)植被覆盖度模型的选取与植被覆盖度的计算。本文选取了像元二分模型，分析了模型的两个重要参数NDVIveg与NDVIsoil的影响因素，确定了NDVIveg和NDVIsoil，利用NDVI归一化植被指数法从研究区1991、2006、2010三期的TM遥感影像中提取植被指数，再用像元二分模型法计算植被覆盖度。用实测数据验证估算植被覆盖度的估算值发现在植被覆盖度低的地区实测值与用像元二分模型计算植被覆盖度值较接近，随着植被覆盖度的增高实测值与植被覆盖度计算值的差值越大。误差平均值为0.203。精度为72.5%，基于归一化植被指数的像元二分模型适合用于该区。 (2)植被覆盖度的动态变化分析。利用空间叠加法、土地利用动态度等分析乌拉盖流域1991-2010年20年间的植被覆盖度的动态变化。分析乌拉盖河流域三个时期不同等级植被覆盖度间的转移矩阵得到，1991-2006年间主要是中植被覆盖度向低植被覆盖度转变和高植被覆盖度向中植被覆盖度转变，转移面积分别为2129.519km和2237.06km。2006-2010年间中植被覆盖度大面积向低植被覆盖度转变，转变的面积为5179.973km。1991年-2010年间植被覆盖度转移方向为低植被覆盖度主要向无植被覆盖度转变，转移面积为648.671km。中植被覆盖度大面积向低植被覆盖度转移，转移面积为5045.131km。高植被覆盖度向中植被覆盖度转移，转移面积为1591.223km。不同等级植被覆盖度面积变化幅度和速度分析得到，1991-2006年间乌拉盖流域，中植被覆盖面积增加幅度最大，达到11.754%，年增加率为0.735%;无植被覆盖面积增加幅度为其次，为9.4333%，年增加率为0.59%;高植被覆盖面积减少幅度为23.001%，年减少率为1.438%。2006-2010年间乌拉盖流域，无植被覆盖面积增加幅度最大，为138.685%，年增加率为34.672%;低植被覆盖面积增加幅度为118.411%，年增加率为29.603%;中植被覆盖面积大幅度减少，减少幅度为50.862%;高植被覆盖面积减少幅度也很大，减少幅度为29.524%，年减少率为7.381%。 (3)植被覆盖度变化影响因素分析。利用乌拉盖河流域气象统计数据、土地利用矢量数据等资料，分析驱动乌拉盖河流域植被覆盖变化的因素，得到影响乌拉盖河流域上游植被覆盖变化的主要因素是农垦、采矿等人类活动。导致乌拉盖河流域下游植被覆盖变化的是自然因素和人文因素的共同作用，人问因素影响中主要是乌拉盖水库截断水流。中游植被退化的主要影响因素是自然因素。

关键词：植被覆盖度归一化植被指数像元二分法乌拉盖河流域

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乌拉盖河流域水文特点及桥孔设计的研究

内蒙古公路与运输 2000年第1期 9-11页

作者：盛海峰内蒙古交通设计研究院呼和浩特010010

针对内蒙古乌拉盖河流域水文的特点及经验公式和桥孔设计方面存在的问题进行了分析 ,并就如何计算和确定桥孔长度 ,如何确定桥位及选择桥型等方面进行了探讨。

关键词：乌拉盖河流域水文特点桥孔长度桥型选择

北方牧区草原内陆河流域径流演变特征及其驱动因素分析

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干旱区研究 2023年第1期40卷 39-50页

作者：陈红光孟凡浩萨楚拉罗敏王牧兰刘桂香内蒙古师范大学地理科学学院内蒙古呼和浩特010022 内蒙古自治区遥感与地理信息系统重点实验室内蒙古呼和浩特010022 内蒙古自治区蒙古高原草原灾害与生态安全重点实验室内蒙古呼和浩特010022 中国农业科学院草原研究所内蒙古呼和浩特010010

内蒙古乌拉盖河流域是典型的干旱半干旱牧区草原内陆河流域,生态系统极为脆弱,气候变暖和人类活动能直接影响水文变化。本研究采用改进的SWAT水文模型、M-K趋势检验、降水-径流量双累积曲线以及情景分析等方法,系统分析了1981—2020年... 详细信息

内蒙古乌拉盖河流域是典型的干旱半干旱牧区草原内陆河流域,生态系统极为脆弱,气候变暖和人类活动能直接影响水文变化。本研究采用改进的SWAT水文模型、M-K趋势检验、降水-径流量双累积曲线以及情景分析等方法,系统分析了1981—2020年乌拉盖河流域径流时空变化特征,并量化流域不同时期、不同河段气候变化和人类活动对径流影响的差异。结果表明:SWAT模型在乌拉盖河流域的适用性良好,率定期及验证期的NSE及R2均在0.62以上,PBLAS小于18.8%。近40 a在流域呈暖干化趋势下,径流量在上、中、下游均呈显著减少趋势,且在2000年发生突变。气候变化和过度放牧、盲目开垦以及水利水库建设等人类活动对流域径流变化的贡献率分别为95.84%和4.16%。人类活动对流域不同河段的贡献率也有差异,由上游到下游的贡献率分别为1.69%、4.36%和5.03%。且在不同时间段内的贡献率也有较大的差异,由1980年的88.26%减少到2020年的25.47%,不同时间段内不同人类活动方式导致径流变化趋势及幅度也有差异。研究结果能为牧区草原内陆河流域水资源的可持续利用及合理调度提供参考依据。

关键词：径流气候变化人类活动 SWAT模型乌拉盖河流域

乌拉盖河及其主要支流的水资源评价与合理利用的探讨

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干旱区资源与环境 1999年第1期13卷 54-64页

作者：张义刘钟龄内蒙古水利勘察设计院内蒙古大学自然资源研究所

乌拉盖河是内蒙古高原最大的一条内流河，发源于大兴安岭山地，向西流经乌珠穆沁草原中部。水资源充沛而稳定。流域内多年平均径流量为１．１３亿立方米，Ｐ＝５０％保证率年径流量为０．８８亿立方米。根据本流域的中长期发展预测，到... 详细信息

乌拉盖河是内蒙古高原最大的一条内流河，发源于大兴安岭山地，向西流经乌珠穆沁草原中部。水资源充沛而稳定。流域内多年平均径流量为１．１３亿立方米，Ｐ＝５０％保证率年径流量为０．８８亿立方米。根据本流域的中长期发展预测，到２０００年及２０２０年，人口、养畜、农田与草地建设、工业等均有大幅度增长，工农牧业产值将由２．８亿元达到２０００年的５．４亿元及２０２０年的１９．５亿元。按照合理的用水定额和水资源供需平衡分析，预计到２０００年，总需水量将达到０．６８亿立方米；到２０２０年，总需水量１．２亿立方米。因此，本流域的发展中，必须多方开发各项水资源，合理用水，节约用水，科学管理水资源。使乌拉盖河成为草原区可持续发展的资源与环境保障。

关键词：乌拉盖河流域水资源合理利用评价内蒙古