新疆焉耆盆地二元水循环时空动力学机制与模拟研究

水-生态-经济系统之间的耦合关系就是在区域发展过程中这三个子系统相互作用、相互影响和相互制约等非线性关系的总合。人类生态经济建设的日益加剧和现代社会发展需求的提高使流域内原有的自然水文循环产生了二元分化，加之水-生态-经济系统耦合关系的复杂性和不确定性。在自然变化和人类活动双重影响下，研究流域二元水循环的时空动力学机制，揭示其演变规律，是目前区域水循环研究面临的关键科学问题之一。本项研究以新疆焉耆盆地为研究靶区，"自然-人为"二元水循环系统时空动力学机制及其影响因素的作用机理作为主要科学问题，借助国内外相关领域的新理论和研究成果，基于GIS的分布式模型和SD的集总式模型相耦合，建立水资源-生态-经济非线性复合系统的时空动力学模型，揭示该系统的耦合机制，探求焉耆盆地水循环演变规律，进一步促进当前流域水循环的科学研究。通过在不同实施条件下的模拟，提出多目标优化方案，给决策者提供有效的事实依据。

本研究以新疆焉耆盆地为研究靶区，借助国内外相关领域的新理论和研究成果，以3S技术和SD建模方法相结合，探索进行流域水文要素的提取及其时空展布，构建二元水循环过程模拟的时空动力学模型。研究焉耆盆地水资源调节枢纽—博斯腾湖水盐平衡的动态演变及其生态效应。在水文要素信息挖掘方面提出：①无需阈值的水面面积信息提取指数CBDN；②博斯腾湖芦苇湿地动态监测方法；③湖水水位和库容信息的反演方法；④从中分辨率遥感影像提取农作物面积信息的方法等。构建基于GIS-SD的焉耆盆地及博斯腾湖的二元水循环模拟模型，对博斯腾湖水盐平衡的主要水文要素进行敏感度分析和情景分析，得到以下结论：.（1）地表水入湖水量、蒸发量和地表水出湖水量是影响湖水位的主要因素；保持湖水的高水位意味着大量水资源的蒸发损失，博斯腾湖通过蒸发损失的水量大于流入总地表水量的一半以上；.（2）湖水位和湖水交换率是影响博斯腾湖水矿化度的主要因素；.（3）博斯腾湖水交换率的提高不但能够降低湖水矿化度，还能给湖下游的孔雀河流域提供更多的地表水；.（4）通过模型逆算出的博斯腾湖潜在蒸发折算系数在0.44~0.62之间波动，从湖床溶解入湖水的盐分在0.9~1.2 kg/m^2/a之间。.（5）扩大孔雀河流域的灌溉面积比在开都河流域扩大灌溉面积，更有利于湖矿化度的降低和减少湖水无效蒸发的损失量。.（6）博斯腾湖的入湖和出湖地表水量之差大于10亿立方米，同时水交换率大于7时湖水才能保持淡水湖状态，能保证湖及其周围环境的安全。.（7）焉耆盆地山区和平原区降水变化都有明显的突变点，并呈现增加趋势，蒸发量在山区减少，在平原区波动性减少趋势；.（8）山区和平原区的生物量发生了明显的变化，是在不同时空尺度上气候变化和人类活动长期的综合作用引起的结果；.（9）山区陆地生态系统对区域气候变化非常敏感，其中降水变化是决定山区地表植被生存状态和分布的重要因素；.（10）人类活动的推动作用和有益气候变化的支撑是绿洲平原区生态系好转的原因，其中，人口急剧增加和社会经济快速发展，导致绿洲平原区生态系统结构及其时空分布的主要因素。焉耆盆地及其周围区域陆地生态系统的演变对气候变化和人类活动有明显的时空尺度效应，其反应程度各不相同。