伊塞克湖水位变化驱动机制与未来变化趋势预测

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山地湖泊普遍处于高山或高原的低洼盆地,具有稳定的冰川融水和降水补给,因此对气候变化的响应更敏感,在自然状态下,能较为真实的反映区域气候变化的状况,该系统受人类活动影响相对较小,是开展全球变化区域响应的理想地区。伊塞克湖是中亚干旱区最大的、世界第二深的山地湖泊,区域内自然资源丰富,对维系区域生态环境平衡方面具有重要意义。然而近年来,伊塞克湖在气候变化和人类活动的双重影响下湖水位持续下降,面积收缩,对区域生态环境造成很大的影响,依据历史监测数据,伊塞克湖湖泊水位表现为明显的不稳定性,但对湖泊水位水量的变化过程及机理的研究存在欠缺,因此,本文以湖泊水量平衡为主线,从气候变化和人文双重胁迫区域水资源的角度,进行了伊塞克湖水位变化趋势及机理的研究,对区域水资源管理具有理论意义和实际应用价值。论文通过对伊塞克湖流域气候水文资料和社会经济数据的分析,对湖泊水位水量等水文过程及其驱动因子进行了系统辨析,并运用系统动力学模型对其变化机制进行模拟,而后,结合各项观测数据,定量辨识气候变化和人类活动对流域径流量影响的分量,预估不同气候情景下未来湖水位的可能变化,并根据流域水资源特点及面临的生态环境问题,提出流域水资源科学利用对策。论文主要结论如下:  (1)对1927~2012年伊塞克湖年平均湖泊水位变化数据分析得出,湖泊水位呈现波动变化,其中以1927~1986年为持续下降阶段,1987~2012年为波动上升阶段,但总体呈下降趋势,湖泊水位在86年间共下降3.3m,下降速度为0.46m/10a。结合降水与灌溉用水量数据分析得出,1980年以前湖泊水位主要受人类活动影响(主要是农业灌溉用水量),20世纪80年代后期开始主要受气候变化影响。  (2)根据伊塞克湖水量平衡关系,选用系统动力学模型,建立1980~2012年伊塞克湖水量动态平衡模型,通过敏感度分析和情景分析定量评估了影响湖水位的主要因素。敏感度分析结果表明,水文和社会经济因素对伊塞克湖水位变化影响程度为:地表径流量(SW)>湖面蒸发量(E)>地下水入湖水量(GW)>湖面降水量(P)>农业用水量(Awd)>农业用地面积(Lagr)>人口(p)>居民生活用水量(Dwd)>工业用水量(Iwd),可以看出流域地表径流量是引起水位变化的主导因素,土地利用类型变化、和需水量下降也是引起湖泊水位变化的重要人为因素。情景分析结果表明,水循环成分如湖面蒸发量和流域河流径流量的变化是引起湖泊水位动态变化的重要因素。  (3)突变检验分析结果表明,伊塞克湖径流量在1986年附近发生突变,1986~2012年的流域年平均径流比1943~1985年增加了8.6%,增加趋势较为显著。基于双曲线累积法和周期趋势叠加模型法,对1986-2012年伊塞克湖气候变化和人类活动对径流的影响贡献分量进行定量分析,结果表明人类活动对径流的贡献率分别为35.3%和18%,而气候变化的贡献率分别为64.7%和82%,即可认为气候变化是引起该时间段内流域径流量增加的主要因素,而人类活动起负面减流作用。  (4)基于伊塞克湖水量动态平衡模型,以气候模式WRF输出为依据,预估了未来气候条件下湖水位(水量)的潜在变化。结果显示,相对于1980~2012年,RCP4.5和RCP8.5气候情景下,2013~2040年间流域年平均降水量增加近40%,而湖泊水量、水位在2013~2040年间呈减少趋势,其结果预示着未来流域的水旱灾害情势将会严峻。  (5)依据伊塞克湖水资源特点及湖区水资源需求特征,确定该区域水资源保护管理与合理利用的措施,加强流域灌溉用水分配管理制度建设,加大流域水利基础设施建立以及制定严格的水价管理制度,提高水资源利用效率,同时可加强全方位水资源监测体系的建立,实现对伊塞克湖流域水文动态监测,对流域水资源安全具有实际意义。  本研究对掌握伊塞克湖湖泊的动态变化特征及驱动机制,正确评估气候变化和人类活动对湖泊水位、水量变化的影响具有实践价值,为干早区水资源的合理利用和湖泊生态环境的保护提供科学依据。
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