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内蒙古一湖两海水资源与水生态

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出版社:科学出版社出版时间:2022-10-01
开本: 16开 页数: 365
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内蒙古一湖两海水资源与水生态 版权信息

  • ISBN:9787030732323
  • 条形码:9787030732323 ; 978-7-03-073232-3
  • 装帧:一般胶版纸
  • 册数:暂无
  • 重量:暂无
  • 所属分类:>

内蒙古一湖两海水资源与水生态 本书特色

可供从事湖泊保护与治理、水环境管理与规划与生态环境保护修复和水利管理等方面工作的管理人员、科研人员和大专院校师生等参考。

内蒙古一湖两海水资源与水生态 内容简介

本书针对内蒙古“一湖两海”(呼伦湖、岱海和乌梁素海)流域水资源时空演化及生态退化机理问题,总结了团队围绕内蒙古“一湖两海”区域水资源、水生态与气候变化和人类活动间关系、湖泊水量水质时空演变规律与驱动机制、湖泊水量水质动态耦合与生态退化机理及湖泊地表水-地下水互馈机制与贡献及水资源、水生态承载力间的协同效应等研究的新成果新认识,意在破解气候变化与人类活动驱动下的“一湖两海”流域水资源-水环境-水生态协同演变机制,攻克“一湖两海”流域水循环过程的精细刻画技术方法和寒早区流域冰封期水资源-水环境-水生态协同承载提升技术方法难点。综合性解析内蒙古“一湖两海”全流域全过程水量水质水生态耦合机制是本书的重要创新,体现了水质、水量、水生态统筹协调的湖泊保护治理理念。 本书围绕内蒙古“一湖两海”水资源、水环境、水生态三者联动关系,较为系统地总结了课题组的研究成果,可供从事湖泊保护与治理、水环境管理及规划与生态环境保护修复和水利管理等方面工作的管理人员、科研人员和大专院校师生等参考。

内蒙古一湖两海水资源与水生态 目录

目录
前言
第1章 流域概况及水生态环境问题 1
1.1 流域概况 1
1.1.1 乌梁素海概况 1
1.1.2 岱海概况 3
1.1.3 呼伦湖概况 6
1.2 水生态环境问题 15
1.2.1 乌梁素海主要水生态环境问题 15
1.2.2 岱海主要水生态环境问题 16
1.2.3 呼伦湖主要水生态环境问题 17
1.3 本章小结 18
第2章 湖泊时空演变规律与驱动机制 19
2.1 湖泊时空演变特征及规律 19
2.1.1 湖泊分布特征 19
2.1.2 湖泊动态变化 21
2.2 湖泊演变特征及驱动机制 25
2.2.1 呼伦湖演变特征及驱动机制 25
2.2.2 岱海演变特征及驱动机制 29
2.2.3 乌梁素海演变特征及驱动机制 33
2.3 岱海流域水循环转化关系及水平衡变化 45
2.3.1 岱海流域水循环转化关系 45
2.3.2 基于氧氡同位素的地下水入湖补给量估算 51
2.3.3 岱海水平衡变化分析 56
2.4 岱海水量水质时空演变特征及驱动机制 59
2.4.1 矿化度、氯离子的演变特征 59
2.4.2 总氮、总磷的演变特征 61
2.5 本章小结 62
第3章 流域水资源与水生态对气候变化和人类活动响应 64
3.1 流域水资源与水生态特征及演变 64
3.1.1 呼伦湖 64
3.1.2 乌梁素海 65
3.1.3 岱海 66
3.2 气候变化与人类活动对流域水资源与水生态的影响机制 66
3.2.1 气候变化对流域水资源的影响 67
3.2.2 人类活动对流域水资源的影响 68
3.2.3 浮游植物与流域水生态 68
3.3 呼伦湖流域水资源变化及驱动因素 70
3.3.1 呼伦湖流域气候变化特征 70
3.3.2 呼伦湖流域土地利用变化特征 75
3.3.3 呼伦湖流域植被生长动态与蒸散发变化情况 77
3.3.4 呼伦湖水资源变化对地表径流、降水的响应 78
3.3.5 呼伦湖流域重要水体水生态指标反演与时空变化 84
3.4 呼伦湖流域水资源时空演变及对气候变化和人类活动的定量响应 94
3.4.1 呼伦湖流域产水量空间变化估算 95
3.4.2 基于Budyko假说的流域产水量变化归因分析 97
3.4.3 流域产水量与人类活动、气候变化影响因素定量解析 100
3.5 气候变化和人类活动对呼伦湖流域未来水资源影响 101
3.5.1 IPSL-CM6A-LR模式历史数据校正 102
3.5.2 不同情景模式下呼伦湖流域气候变化情况 105
3.5.3 不同情景模式下呼伦湖流域产水量变化情况 113
3.6 本章小结 116
第4章 典型湖泊流域地下水时空演化及影响因素 118
4.1 典型湖泊流域关键环境要素变化分析 118
4.1.1 乌梁素海水文地质特征 118
4.1.2 流域主要环境要素分析 124
4.2 地下水数值模型构建 134
4.2.1 地下水流模拟的目的和方法 134
4.2.2 GMS MODFLOW地下水模型的构建 136
4.2.3 模型率定结果与模型验证分析 148
4.3 气候变化和人类活动对典型湖泊地表水-地下水交互作用影响 152
4.3.1 气候变化情景下流域水文循环演变 153
4.3.2 人类活动影响下流域水文循环演变 160
4.4 本章小结 166
第5章 “一湖两海”地表水-地下水互馈关系及其贡献 168
5.1 乌梁素海地表水-地下水交互关系解析 168
5.1.1 乌梁素海流域演化 168
5.1.2 乌梁素海地表水-地下水交互作用 180
5.1.3 乌梁素海水生态演替 187
5.2 岱海地表水-地下水交互关系解析 187
5.2.1 岱海流域演化 188
5.2.2 岱海地表水-地下水交互作用 193
5.2.3 岱海水生态退化原因分析 196
5.3 呼伦湖地表水-地下水交互关系解析 204
5.3.1 呼伦湖流域演化 204
5.3.2 呼伦湖地表水-地下水交互作用 211
5.3.3 呼伦湖水质演化分析 218
5.4 本章小结 220
第6章 流域气候变化和人类活动对水生态退化的影响和指示作用 222
6.1 气候变化和人类活动对湖泊流域压力变化影响及湖泊水质水量演变的驱动作用 222
6.1.1 模型与方法建立 223
6.1.2 流域压力演变过程 227
6.1.3 流域压力与湖泊水环境间响应关系 229
6.1.4 流域压力时空特征及驱动演变 231
6.1.5 流域压力对湖泊水质水量变化的驱动及管控策略 236
6.1.6 方法的局限 238
6.2 呼伦湖光学活性物质变化特征及对水生态退化的指示 239
6.2.1 光学活性物质反演模型的建立与验证 239
6.2.2 光学活性物质的时空变化分布情况 242
6.2.3 光学活性物质变化影响因素分析 245
6.2.4 湖泊光学活性物质变化对水生态退化的指示 247
6.3 湖泊沉积物溶解性有机质演变及对生态退化的指示作用 251
6.3.1 沉积物稳定性特征及演变 252
6.3.2 生态系统演变 254
6.3.3 沉积物DOM稳定性特征变化与湖泊水生态系统演化关系 255
6.3.4 DOM稳定性与生态系统演变相互影响机制 256
6.3.5 沉积物DOM稳定性变化对水生态系统演变指示 260
6.4 本章小结 262
第7章 气候变化和人类活动对水质水量变化的影响及耦合驱动机制 264
7.1 流域水文气象与人类活动对呼伦湖水质水量变化影响及耦合驱动机制 264
7.1.1 基于SWAT模型的呼伦湖流域入湖径流量模拟 265
7.1.2 气候和土地利用变化对入湖径流量变化影响 272
7.1.3 气候和人类活动变化对呼伦湖水质变化影响 275
7.1.4 流域变化对水质水量变化的耦合驱动机制 281
7.2 呼伦湖水质水量的耦合作用及对水生态退化影响 285
7.2.1 呼伦湖水质水量变化响应关系 285
7.2.2 呼伦湖水生态变化规律研究 290
7.2.3 水量水质耦合作用对水生态的影响 292
7.2.4 呼伦湖水生态系统管理的启示和建议 296
7.3 湖泊水量水质动态耦合及生态退化机理解析 299
7.3.1 基于CBN的“一湖两海”水生态响应模型的建立 299
7.3.2 变化环境下湖泊水生态退化关键指标的识别 302
7.3.3 变化环境下湖泊水生态退化研究 302
7.3.4 水量水质耦合作用下湖泊水生态退化机理 307
7.4 本章小结 308
第8章 水资源-水环境-水生态协同承载力 310
8.1 协同承载力理论体系 310
8.1.1 流域湖泊承载力概念内涵及特征 310
8.1.2 水资源-水环境-水生态协同承载力 311
8.1.3 水资源-水环境-水生态协同承载力演进机理 313
8.2 协同承载力测度方法 315
8.2.1 协同承载力测度框架 315
8.2.2 系统要素选取及测度方法 315
8.2.3 内蒙古“一湖两海”协同承载力体系 324
8.3 协同承载力动态调控方法 328
8.3.1 动态调控框架及目标 328
8.3.2 调控优化设计 329
8.4 乌梁素海协同承载力分析研究 330
8.4.1 指标权重确定及协同承载力计算 330
8.4.2 系统动力学(SD)模拟分析 334
8.5 本章小结 341
参考文献 342
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内蒙古一湖两海水资源与水生态 节选

第1章 流域概况及水生态环境问题   湖泊被誉为“地球之肾”,湖泊及其流域是人类赖以生存的重要场所,在国民经济的发展中发挥着重要作用。内蒙古湖泊众多,大部分地区都属于干旱半干旱地区,且每年有4~6个月的冰封期(李畅游等,2016a),当地的湖泊水资源对于维持区域环境生态的协调可持续发展具有毋庸置疑的关键作用。其中,“一湖两海”分布在内蒙古的东部、中部及西部,分别代表了草原湖泊、农牧交错带湖泊、灌区湖泊,是我国干旱半干旱地区的典型代表湖泊(李畅游和孙标,2013)。   1.1 流域概况   寒旱区湖泊是我国北方生态脆弱区水资源的重要载体,在承载流域社会经济发展、调节区域气候、保持生态平衡、调配水质水量、美化人居环境等方面发挥着关键作用。它们所处位置远离海洋,降水少,气候干旱寒冷,过去几十年来,以内蒙古“一湖两海”为代表的寒旱区湖泊普遍呈现快速消退、水资源极其短缺、水生态极度退化、水环境持续恶化等共性问题(张亚丽等,2011),威胁华北、东北、西北乃至全国的生态安全,影响区域经济社会发展和居民生活安定。   1.1.1 乌梁素海概况   1. 地理位置及形态   乌梁素海位于内蒙古自治区巴彦淖尔市乌拉特前旗境内,属干旱半干旱地区,地理坐标介于40°36′~41°03′N,108°43′~108°57′E之间(图1-1),湖区呈南北长、东西窄的狭长形态,其中南北长约35~40 km,东西宽约5~10 km。乌梁素海面积随周边芦苇变化波动在293~330 km2,其中芦苇区约占55%,明水区约占45%,明水区随季节变化分布有沉水植物,湖面运行水位1018.8~1019.2 m,大片水域水深在0.5~1.5 m,*大水深4 m。湖岸发育率为2.15,岛屿率为6.1%,湖盆特征形态系数为22.2,湖泊水体滞留时间为160~220天。2002年,乌梁素海被国际湿地公约组织正式列入国际重要湿地名录,成为深受国际社会关注的湿地系统生物多样性保护区(李畅游等,2019;Mao et al.,2020)。   乌梁素海是1850年由黄河改道而形成的河迹湖。由于狼山西部缺口,在西北风作用下,阿拉善沙地流沙向东蔓延,加之色尔腾山、乌拉山等流域山洪所携带泥沙的不断堆积,并不断向南扩展,促使河床不断抬高,到1850年将现在西山咀以北早期黄河主流隔断15 km左右,造成黄河主流南移,留下故道一段,形成一半弧形的长条洼地,即乌梁素海的前身(Sun et al.,2011)。   图1-1 乌梁素海地理位置及灌排系统图   整个河套平原在地质上是一个内陆断陷盆地,乌梁素海流域受狼山旋扭构造作用,形成扇面状。沉积层在流域地层结构中分布十分广泛,沉积层上部是冲积层、洪积层和风积层,下部是巨厚的新老第四纪湖相淤积层。   2. 流域灌排系统分布   乌梁素海是河套灌区灌排水系统重要的组成部分,是当地生活污水、工业废水的唯一承载渠道,*为重要的是河套灌区农田退水的唯一排泄渠道。河套灌区的农田退水通过总排干、八排干、九排干进入乌梁素海,上游城镇如磴口、临河、五原等地的生活污水和工业废水处理后也通过总排干汇入乌梁素海,除此之外,乌梁素海还接纳大气降水、地下径流、周围山沟季节性洪水和总排干季节性洪水的径流补给。湖水的排泄途径以蒸发为主,其次是退水和渗漏,乌梁素海的出水*终通过湖区南端的退水渠(西山咀镇附近)排入黄河。经过多年建设,流域形成了引水、排水、乌梁素海调蓄、退水入黄的完整水循环系统,在维持灌区水环境系统平衡等方面发挥着重要作用,乌梁素海不仅是河套灌区排水的承载渠道,控制河套灌区土地的盐渍化,同时也是黄河水质安全的保障(史小红等,2015;Sun et al.,2013)。   3. 区域气候特征   乌梁素海地区处在干旱半干旱的高纬度地带,属北温带大陆性气候。主要气候特点是四季温差大、冰封期长、气候干旱、降水量小且年内分配不均匀、蒸发量大、湿度适中及风沙活动强烈(李兴等,2015)。   据气象资料统计,多年平均降水量为224 mm,降水主要集中在7~9月,该期间降水量占全年总降水量的67.9%。年蒸发量达到1992~2351 mm,流域内湿润程度很低(0.11~0.20),是天然降水资源极度缺乏的地区,其中5~7月蒸发量占全年总蒸发量的47.4%。多年平均气温为7.3℃,7月份气温*高,多年平均值为24.6℃,1月份气温*低,多年平均值为-10.2℃。多年平均日照时数约3185 h;多年平均风速3.0 m/s,大风多出现在3~5月,*大风速可达27.7 m/s,年内大风日数在20天以上,风向多为西北风。乌梁素海封冻期每年约5个月,通常从11月中旬至翌年4月中旬(图1-2至图1-4)。   图1-2 乌梁素海区域气温年内变化过程   1.1.2 岱海概况   1. 地理位置及形态   岱海(112°33'31″~112°46'40″E,40°29'7″~40°37'6″N)位于内蒙古自治区乌兰察布市凉城县境内,地处阴山山脉东段南侧,北靠阴山支脉的蛮汉山,南邻马头山丘陵低山区,东接丰镇丘陵,西部地形开阔,主要分布数条间歇性入湖河流。岱海湿地是列入《中国湿地保护行动计划》的179块国家重要湿地之一,同时也是自治区级湖泊湿地自然保护区。岱海主要受中温带半干旱大陆性季风气候影响,四周环山,属于典型内陆咸水湖泊,是内蒙古自治区重要的内陆湖泊之一。岱海东西长约13 km,南北宽约8 km,*大水深达到7.6 m。岱海结冰日期*早的为10月4日,*迟的为12月5日,冰融时间多数从3月中旬开始,冰融终止日期*晚为4月26日,封冻天数为101~143天(周云凯等,2008)。   图1-3 乌梁素海区域降水量年内变化过程   图1-4 乌梁素海区域蒸发量年内变化过程   岱海位于岱海盆地中央,是一个狭长陷落型盆地,长轴约为45 km,短轴约为14 km,形成于上新世纪第四纪的地壳升降运动(陈建生等,2013)。岱海断陷盆地形成后,大约是早更新世初开始形成为湖泊。构造断裂对本区的地貌形成起控制作用,主要有中低山地、丘陵和陷落盆地平原三种地貌形态。本区的断裂带主要在东北和北北东向断裂,这些断裂在燕山运动时期已经形成。后经喜马拉雅运动使得这一断裂继续运动造成现在地堑式的构造,直接形成本区的地貌形态。   2. 流域分布及水系   岱海属于内陆尾闾湖,湖水补给的常规水源主要来源于地表径流、地下水补给和湖面降水(Wang Q X et al.,2021)。岱海流域总面积为2312.75 km2,其中凉城县流域面积1968.71 km2,丰镇市流域面积222.11 km2,卓资县121.93 km2。凉城县境内流域面积占总流域面积的85.4%。

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