马海盆地荒漠绿洲区生态地下水位对人类活动响应的研究
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摘要
马海盆地位于青海省柴达木盆地北缘，属于中国西北地区典型的内陆干旱盆地，由于降水稀少，蒸发强烈、水资源匮乏，生态环境极为脆弱。荒漠绿洲区植被覆盖程度低，其生长状况与生态地下水位埋深关系密切。随着近年来人类活动的加剧，地下水的大量开采利用已经引起了绿洲区植被退化。因此，研究绿洲区生态地下水位对人类活动的响应，为马海盆地合理利用地下水资源、制定有效的生态环境保护政策以及我国西北地区的可持续发展提供理论支持。
本文利用MODIS NDVI和GIMMS NDVI遥感数据，分析荒漠绿洲区植被年际和年内的变化趋势以及空间分布特征；通过小波分析法、距平分析法对马海盆地1970～2010年41年间降水、气温数据进行分析，揭示研究区降水、气温的周期、趋势等特征，并结合植被变化趋势特征分析了研究区植被与降水的相关性；根据研究区水文地质信息，利用GMS软件建立地下水数值模型，预测地下水不同开采情景下马海盆地地下水流场的变化；利用ArcGIS软件中Spatial Analyst模块，基于相同分辨率的地下水位埋深数据和NDVI数据，分析不同埋深区间NDVI均值与地下水位埋深的关系，确定荒漠绿洲区生态地下水位埋深，并根据二者间关系的数学拟合方程，预测绿洲区植被的变化。
本研究获得的主要结论如下：
1、马海盆地荒漠绿洲区植被在1982～2009年近30年间，植被生长趋势总体呈现下降趋势；在空间分布上，近1/3面积的绿洲区植被出现了缓慢衰退的生长迹象；
2、马海盆地41年间（1970～2010）降水的总体变化趋势呈波动状态，2000～2009年降水显著增加；在气温变化方面，41年间马海盆地气温总体呈上升趋势，升温率为0.32℃/10a；在多年尺度上，马海盆地荒漠绿洲区植被指数年际变化与降水、气温年际变化无相关性；
3、定量化得出马海盆地荒漠绿洲区适宜植被生长的生态地下水位埋深为3～4.5m，与前人在额济纳和银川平原的研究结果有所区别，其原因可能与不同的气象、水文、土壤的条件有关；
4、通过构建马海盆地地下水数值模型，分析地下水不同开采情景下研究区地下水位的变化。结果显示：在未来鱼卡煤矿与电厂生产用水情景、钾盐矿区山前洪水资源化情景下，对马海盆地的地下水流场的影响较小；而在盐湖钾盐无论采用浅层溶采还是盐湖深层承压卤水开采情景下，均对马海盆地的地下水流场影响较大；
5、对马海盆地地下水不同开采情景下的荒漠绿洲区植被生长变化进行预测，结果表明：在盐湖未开采情景下，马海绿洲区的植被的总体长势较好，NDVI值在0.3～0.5之间；在鱼卡河中游煤矿、电厂工业生产情景以及西北山区洪水资源化利用情景下，绿洲区的植被指数变化不大；在盐湖钾盐浅层溶采和盐湖钾盐深层承压卤水开采情景下，绿洲区植被指数降低，植被生长出现退化。
Mahai basin, an inland basin in Northwest China, is located at the northern marginof Qaidam Basinin, Qinghai Province. Due to the lack of rainfall and the strongevaporation, water resource shortage, ecological environment is extremely fragile.The low vegetation cover in desert oasis, its growth is closely related to groundwaterdepth and ecological conditions. Along with the increasing human activities in recentyears, a lot of exploitation of groundwater has caused degradation of oasis vegetation.Therefore, the study on the effect of the level of oasis ecological groundwater onhuman’s activities is essential for providing a theoretical support on the sustainableutilization of water resources in Mahai basin, establishing effective protection policyof ecological environment and sustainable development in Northwest China
This article, by means of MODIS and GIMMS NDVI remote sensor data, analyzesthe annual and seasonal trend of changes on oasis vegetation of dessert, and does theanalysis on the spatial distribution characteristics. We analyze the rainfalls andtemperature records of this area in41years that from the year1970~2010bywavelet-analysis technique and distance-average analysis technique, to discloserecords’ characteristics, comparing with the analysis on the changing trends.According to hydrology information and models established by GMS software, weforecasted how the flowing field of Mahai basin would be changed by different meansof exploitation. Using the Spatial Analyst Module under ArcGIS software system, weanalyze the relationship between the average data with different depths ofgroundwater, to make sure the location of groundwater under oasis and to predicatethe changes of oasis on basis of equation module in kinds of excavating situation.
The major conclusions from this article could be stated as below:
(1) The vegetation growth trend of the oasis in Mahai basin shows a declining trendin recent30years from1982to2009. In the spatial distribution aspect, almost1/3area of the oasis vegetation appeares signs of slowly growth recession.
(2) The rainfalls data showed a wavelike appearance in the past41years, therainfall increased significantly from2000to2009. In terms of temperature changes,Mahai basin showed a raising trend in the past41years and the raising rate was0.32℃/10a. In dimensions by years, the changes of oasis of Mahai showed anirrelevancy to rainfalls and temperature.
(3) The ecological groundwater depth which is suitable for vegetation growth isabout3-4.5m through quantitative study in deser oasis of Mahai Basin. The resultdiffered from the previous studies in Ejina and the Yinchuan plain results, whichmaybe most probably caused by different climate, hydrology and the soil.
(4) By constructing the numerical model for Mahai basin groundwater, andanalyzing groundwater level changes in different mining scenarios in the study areas,the results showed that: the usages of Yuka coal mine and power plant had a limiteffect to the groundwater resource and groundwater’s flowing field, for their usedquantity was small. The expoitation of postassium salts had a large effect onto thegroundwater system, no matter whether we took ashallow-solving excavating methodor a deep-confined brine exploitation method.
(5) Forecasting the growing changes of oasis in different mining sceneria, the resultshowed that: in case of the salt lake had not been exploited, the oasis would have ahealthy growth and its NDVI was among0.3-0.5. The Yuka coal mine, together withpower plant and the waterflood utilization in northwest zone, the oasis index numberchanged slightly, while, the deep-confined water exploitation method in salt lake, hada large affect on oasis’growth.
本文利用MODIS NDVI和GIMMS NDVI遥感数据，分析荒漠绿洲区植被年际和年内的变化趋势以及空间分布特征；通过小波分析法、距平分析法对马海盆地1970～2010年41年间降水、气温数据进行分析，揭示研究区降水、气温的周期、趋势等特征，并结合植被变化趋势特征分析了研究区植被与降水的相关性；根据研究区水文地质信息，利用GMS软件建立地下水数值模型，预测地下水不同开采情景下马海盆地地下水流场的变化；利用ArcGIS软件中Spatial Analyst模块，基于相同分辨率的地下水位埋深数据和NDVI数据，分析不同埋深区间NDVI均值与地下水位埋深的关系，确定荒漠绿洲区生态地下水位埋深，并根据二者间关系的数学拟合方程，预测绿洲区植被的变化。
本研究获得的主要结论如下：
1、马海盆地荒漠绿洲区植被在1982～2009年近30年间，植被生长趋势总体呈现下降趋势；在空间分布上，近1/3面积的绿洲区植被出现了缓慢衰退的生长迹象；
2、马海盆地41年间（1970～2010）降水的总体变化趋势呈波动状态，2000～2009年降水显著增加；在气温变化方面，41年间马海盆地气温总体呈上升趋势，升温率为0.32℃/10a；在多年尺度上，马海盆地荒漠绿洲区植被指数年际变化与降水、气温年际变化无相关性；
3、定量化得出马海盆地荒漠绿洲区适宜植被生长的生态地下水位埋深为3～4.5m，与前人在额济纳和银川平原的研究结果有所区别，其原因可能与不同的气象、水文、土壤的条件有关；
4、通过构建马海盆地地下水数值模型，分析地下水不同开采情景下研究区地下水位的变化。结果显示：在未来鱼卡煤矿与电厂生产用水情景、钾盐矿区山前洪水资源化情景下，对马海盆地的地下水流场的影响较小；而在盐湖钾盐无论采用浅层溶采还是盐湖深层承压卤水开采情景下，均对马海盆地的地下水流场影响较大；
5、对马海盆地地下水不同开采情景下的荒漠绿洲区植被生长变化进行预测，结果表明：在盐湖未开采情景下，马海绿洲区的植被的总体长势较好，NDVI值在0.3～0.5之间；在鱼卡河中游煤矿、电厂工业生产情景以及西北山区洪水资源化利用情景下，绿洲区的植被指数变化不大；在盐湖钾盐浅层溶采和盐湖钾盐深层承压卤水开采情景下，绿洲区植被指数降低，植被生长出现退化。
Mahai basin, an inland basin in Northwest China, is located at the northern marginof Qaidam Basinin, Qinghai Province. Due to the lack of rainfall and the strongevaporation, water resource shortage, ecological environment is extremely fragile.The low vegetation cover in desert oasis, its growth is closely related to groundwaterdepth and ecological conditions. Along with the increasing human activities in recentyears, a lot of exploitation of groundwater has caused degradation of oasis vegetation.Therefore, the study on the effect of the level of oasis ecological groundwater onhuman’s activities is essential for providing a theoretical support on the sustainableutilization of water resources in Mahai basin, establishing effective protection policyof ecological environment and sustainable development in Northwest China
This article, by means of MODIS and GIMMS NDVI remote sensor data, analyzesthe annual and seasonal trend of changes on oasis vegetation of dessert, and does theanalysis on the spatial distribution characteristics. We analyze the rainfalls andtemperature records of this area in41years that from the year1970~2010bywavelet-analysis technique and distance-average analysis technique, to discloserecords’ characteristics, comparing with the analysis on the changing trends.According to hydrology information and models established by GMS software, weforecasted how the flowing field of Mahai basin would be changed by different meansof exploitation. Using the Spatial Analyst Module under ArcGIS software system, weanalyze the relationship between the average data with different depths ofgroundwater, to make sure the location of groundwater under oasis and to predicatethe changes of oasis on basis of equation module in kinds of excavating situation.
The major conclusions from this article could be stated as below:
(1) The vegetation growth trend of the oasis in Mahai basin shows a declining trendin recent30years from1982to2009. In the spatial distribution aspect, almost1/3area of the oasis vegetation appeares signs of slowly growth recession.
(2) The rainfalls data showed a wavelike appearance in the past41years, therainfall increased significantly from2000to2009. In terms of temperature changes,Mahai basin showed a raising trend in the past41years and the raising rate was0.32℃/10a. In dimensions by years, the changes of oasis of Mahai showed anirrelevancy to rainfalls and temperature.
(3) The ecological groundwater depth which is suitable for vegetation growth isabout3-4.5m through quantitative study in deser oasis of Mahai Basin. The resultdiffered from the previous studies in Ejina and the Yinchuan plain results, whichmaybe most probably caused by different climate, hydrology and the soil.
(4) By constructing the numerical model for Mahai basin groundwater, andanalyzing groundwater level changes in different mining scenarios in the study areas,the results showed that: the usages of Yuka coal mine and power plant had a limiteffect to the groundwater resource and groundwater’s flowing field, for their usedquantity was small. The expoitation of postassium salts had a large effect onto thegroundwater system, no matter whether we took ashallow-solving excavating methodor a deep-confined brine exploitation method.
(5) Forecasting the growing changes of oasis in different mining sceneria, the resultshowed that: in case of the salt lake had not been exploited, the oasis would have ahealthy growth and its NDVI was among0.3-0.5. The Yuka coal mine, together withpower plant and the waterflood utilization in northwest zone, the oasis index numberchanged slightly, while, the deep-confined water exploitation method in salt lake, hada large affect on oasis’growth.
引文
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