玛纳斯河流域积雪年内分配与年际变化研究_干旱区资源与环境

天山北坡典型内陆河流域积雪年内分配与年际变化研究

—以玛纳斯河流域为例

陈晓娜1，2，包安明1

（1 中国科学院新疆生态与地理研究所，乌鲁木齐830011，

2 中国科学院研究生院，北京100049）

摘要

以500米分辨率的MOD10A2积雪遥感影像和气象站点数据为基础，以积雪覆盖率和初雪日与积雪日数为变量对玛纳斯河流域积雪的年内分配（2007年10月-2008年9月）与年际变化（1960年-2006年）进行了分析探讨。结果表明：水文年内玛纳斯河流域积雪变化较大，北部开阔的河谷地带积雪覆盖呈现明显的季节性变化；南部山区海拔较高，季节性积雪消融后，流域冰川主要分布在在海拔3600米以上的山顶以及山谷间西北向的坡地上。同时，1960~2006年间玛纳斯河流域积雪呈现出初雪日推迟和积雪日数减短的趋势。对流域初雪日出现的频率分析表明：1960~1988年间流域初雪日出现的时间相对较早，平均出现日期为每年的第303天，1994-2006年间初雪日有显著推迟，平均出现日期为每年的第313天。于此同时，玛纳斯河流域的积雪日数呈将少趋势，速度为0.06天/年，该速度小于初雪日推迟的速度0.3天/年，这说明初雪日推迟的同时，玛纳斯河流域的积雪期呈现减短的趋势；该特征是47年来流域冬季平均气温与累计降水量的升高所直接驱动的结果，但两者并不具备统计学上的相关关系。

关键词：玛纳斯河流域；积雪变化；MOD10A2

0 引言

积雪对地球表层能量平衡、大气循环以及湿度、降雨和流域水文状况有着重要联系和明显的反馈作用[1]，其对气候环境变化十分敏感，特别是季节性积雪，在干旱区和寒冷区既是最活跃的环境影响因素，也是最敏感的环境变化响应因子[2]。IPCC第四次评估报告指出全球平均气温、海温以及海平面在升高，大范围的雪和冰川在融化，气候系统在近100a （1906-2005）发生了显著变化[3]。积雪是气候的产物，气候系统的长期变化必然导致积雪特征的相应变化，从而引起相应水文环境变化。西北干旱区地表水资源贫乏，但季节性积雪

基金项目：国家科技支撑计划项目（2007BAH12B03）；中国科学院知识创新工程重要方向项目（KZCX2-YW-334）作者简介：陈晓娜（1984-），女，河南汝州人，在读硕士研究生，研究方向为遥感与地理信息系统在积雪水文学研究中的应用.E-mail:chenxiaona_gucas@https://www.wendangku.net/doc/e215544347.html,

资源丰富，河流补给与工农业生产主要依靠冰雪融水，有资料显示积雪对河流的补给在春季甚至可达75%以上[4]。在此背景下研究积雪对气候变化的响应对整个干旱区的社会经济可持续发展和生态环境建设有十分重要的意义。

以新疆为例，李培基、叶佰生、康尔泗等人的研究结果显示随着气候的明显变暖，新疆积雪并没有持续下降[5- 6]；张佳华，吴杨等人证明近年来新疆积雪日数处于波动状态，没有呈现出明显的规律性变化[7]；高卫东，魏文寿等则以天山雪崩站为代表，证明新疆境内天山中部地区季节性积雪呈增加趋势[8]。受资料及技术方法的限制，现阶段干旱区积雪对气候变化的响应模式仍然处于讨论阶段。本文以天山北坡最大的内陆性河流——玛纳斯河流域为研究对象，结合MODIS积雪遥感数据与气象站点资料，探讨内陆干旱区积雪特征值对气候变化的响应，具有一定的实际意义。

1研究区概况

天山山区以季节性冰雪资源而著称，被誉为新疆干旱区的“湿岛”[9]，区域气候变化所导致的积雪变化对春、夏季河川径流的影响在该区域表现的更为充分。玛纳斯河发源于天山北麓依连哈比尕山，是准噶尔盆地南缘最大的一条融雪性内陆河流，也是新疆重要的粮棉基地和经济开发区之一。流域面积1.98万km2,其中山区0.515万km2，平原1.465万km2。流域地形复杂，北部玛纳斯湖海拔246m，南端山区最高海拔5289m，且有永久性冰川分布，冰川面积608 km2，储量39亿m3，为源头天然固体水库。本文以玛纳斯河流域肯斯瓦特水文站上游集水区为研究对象，该区域积雪变化对整个流域可利用水资源的影响极为重要。

图1 研究区及相关气象站点分布位置图

Fig.1 Location of Manasi River Basin and relative weather stations 流域水文年定义是积雪变化研究的重要环节，玛纳斯河为季节性融雪河流，受气温和降水的影响，年内径流变化极不均匀，冬季除冰川及地下水的少量补给外，别无来源。而夏季

既有高山区冰川及永久性积雪的大量消融和中低山区丰富的降水产流，又有季节性积雪的融化补给（以春季较多）。据流域出山口肯斯瓦特水文站2000年~2007年平均月流量统计：6月~9月份径流量占全年径流量的80.39%，其中仅7月~8月份径流量水量占全年径流量的54.94%。结合流域水循环特点，本研究将玛纳斯河流域水文年定义为10月1日~翌年9月30日。

2 数据与方法

2.1 MODIS 积雪遥感数据

同其它主要的地球覆盖物相比，积雪具有两个重要特性：在可见光波段有较高的反射率；在短波红外波段有较低的反射率。MODIS 积雪检测算法充分利用了这种特殊的光谱组合特点，使用MODIS 第4波段(0.545~0.565m μ)和第6波段(1.628~1.652m μ)的反射率计算归一化差值积雪指数NDSI(Normalized Difference Snow Index )，并采用一套分组决策支持方法来检测积雪[10]。

在MODIS 的44种标准数据产品中，MODIS10系列是全球每天500m×500m 分辨率的积雪覆盖数据。其中，MOD10A1时间分辨率为1~2 d ，空间分辨率为500m ，MOD10A2由MOD10A1日数据8d 最大化合成得到。黄晓东，张学通等[11]对北疆牧区MODIS 积雪产品的精度验证表明，MODIS 每日积雪产品MOD10A1受天气状况的严重影响，积雪平均识别率仅为33.4%，不宜直接用于积雪覆盖范围的动态监测与制图；MOD10A2积雪分类产品反映8d 内最大的积雪覆盖范围，具有较高的积雪分类精度，平均积雪识别率87.39%，可较好地消除云层对地表积雪分类的影响，能够满足从事冰雪及相关学科较大空间尺度上进行研究的需要。考虑到本研究对积雪遥感数据时间分辨率和空间分辨率的要求，本文选择MOD10A2数据来进行玛纳斯河流域积雪年内变化研究。

研究所需MOD10A2数据来源于美国国家雪冰数据中心NSIDC ( The National Snow & Ice Data Center)，时间序列为2007年10月~2008年9月，覆盖玛纳斯地区的MOD10A2影像在正弦曲线地图投影(SIN ：sinusoidal projection)坐标系统中有2幅，编码为h23v04和h24v04，水文年内，覆盖玛纳斯地区的MOD10A2影像共92幅。

2.2 气象站点数据

研究区位于玛纳斯河流域的集水区，海拔较高，且无实测气象站点资料，其平均气温、累计降水量、初雪日及积雪日数等资料需通过插值得到。为了充分体现气象要素的空间异质性，本文引入了SRM （Snow Run-off Model ）模型中的面积-高程曲线以寻找流域中心点。

SRM 模型使用流域面积-高程曲线确定各高程分带的平均高程，高程分带内平均高程的选取原则是带内平均高程上、下面积相等[12]。本文假设研究区位于同一高程带内，且平均高程处的积雪特征可以代表流域整体的积雪状况。在基础上，本文设定海拔3418米的A （85°46'33"E ，43°32'47"）为可以代表流域积雪状况的虚拟气象站点。

虚拟气象站点

900

18002700360045005400

140019002400290034003900440049005172海拔高度（m）低于某海拔的流域面积（K m 2

）

图2. 研究区虚拟气象站点位置图

Fig.2 Location of virtual weather station in Manasi River Basin

为了对虚拟气象站点进行插值，本文选用虚拟气象站缓冲区200公里内的18个气象站点资料进行基于DEM 的协同Kriging 插值，并利用位于同一地理单元内的大西沟、乌鲁木齐牧业气象站和小渠子对插值结果进行交叉验证。结果证明：基于DEM 的协同Kriging 插值可以较好的反映年平均气温、累计降水量、初雪日及积雪日数随海拔高度的变化趋势，其精度达94%，利用插值结果进行玛纳斯河流域积雪年际变化研究是可行的。

2.3 数据处理方法

MOD10A2是NASA （National Aeronautics and Space Administration ）陆地产品组按照统一算法经过多次处理的积雪产品，可以直接用于积雪研究。针对玛纳斯河流域，其数据处理方法包括：1）格式转换: 将MODIS 数据原有的投影系统为SIN 的hdf 文件转换为较为常用的Erdas 、Arcmap 可以处理的投影系统为的WGS84的tif 文件；2）影像拼接和研究区影像提取：将格式转换后的编号为23v04和h24v04的两幅影像进行拼接，并基于边界文件提取研究区影像；3)积雪分类编码提取及统计：读取影像属性值，并利用积雪属性值和其他区域属性值的不同计算积雪面积覆盖率；4）影像选择及积雪覆盖率校正：NDSI 可以把雪从大量的云中分离出来，但不能很好的识别光谱特征与雪极其相似的薄卷云[10]，同时，玛纳斯河流域有大量的冰川存在，冰川上空的云覆盖会直接导致冰川区误判。因此，本研究剔出了云覆盖过多的影像，并引入研究区冰川边界，对云干扰区进行修正。其中，a 为研究区MOD10A2

影像，b为玛纳斯河流域冰川区边界，c 为修正后研究区积雪覆盖影像。

a b c

图3 根据实际冰川范围纠正的冰川云干扰区

Fig.3 Correction of MOD10A2 image based on the real extention of glacier in Manasi River Basin 3 玛纳斯河流域积雪变化

3.1 积雪年内分配变化

水文年内玛纳斯河流域积雪面积变化较大，从2007年10月~2008年9月的流域积雪覆盖变化图（图4）中可以看出，流域积雪主要分布在海拔较高的南部山区。山顶及冰川发育区积雪相对稳定，而北部开阔平坦地区积雪具有明显的季节变化。10月份流积雪开始增多（图l），逐步呈现片状连续分布；11月~次年2月份为流域积雪最多的时段，积雪基本覆盖整个玛纳斯河流域（图c，图d，图e）；3月~4月份季节性积雪开始消融，积雪分布逐渐破碎，裸露地表增多（图f）；7月~8月份为流域积雪覆盖率最低的月份，季节性积雪全部消融，仅南部冰川区有永久性积雪存在（图j，图k）。

对比玛纳斯地区Landsat5 TM影像和DEM图可以发现，流域积雪分布与海拔高度和下垫面的坡度、坡向密切相关，且流域内不同海拔高度的积雪覆盖变化呈现一定的不同步性。季节性积雪消融后冰川主要分布在海拔3600米以上的山顶以及山谷间西北向的坡地上（图j，图k，图l）。

图4 2007年10月~2008年9月玛纳斯河流域积雪覆盖变化

Fig.4 The snow cover change of Manasi River Basin between Oct of 2007 and Sep of 2008

将其与相同时间段内流域气温和降水变化进行对比分析（图略），可以看出：10月份至次年2月份为玛纳斯河流域的积雪累计期，其中10月~11月份流域气温开始降低，积雪覆盖有小幅增加；11月~12月份，流域平均气温开始降低到零度以下，降雪大量累积；12月~次年2月份流域平均温度处于零度以下，降雪累积而不消融，积雪覆盖率持续上升并达到全年最大值。3月~5月份为玛纳斯河流域的积雪消融期，其中3月份流域平均气温回升到零度以上，受中纬度西风环流的影响，降水增加，而积雪大量消融，流域气温处于波动状态，积雪覆盖率出现相应变化，流域进入融雪期；4月~5月份流域积雪迅速减少，此时以季节性积雪融为主，也包括高温期的冰川及永久性积雪的消融，积雪覆盖率降低到较低水平。因为永久性冰川的存在，流域积雪覆盖率在6月~9月份相对稳定，其中6月~7月份积雪覆盖率达到最低值，此时流域平均温度达到全年最高值。

3.2 积雪年际变化

建立积雪时间序列是研究积雪年际变化的主要手段，为了探测出气候变化所导致的积雪a b c d

e f h

i j k l

g

波动,序列需具备自身的均匀性和较长的时间跨度[13]。玛纳斯河流域面积较大，面域积雪覆盖率的时间序列建立受遥感影像的限制。同时，玛纳斯河流域地形复杂，测站稀少，高海拔地区没有气象台站分布，受坡度、坡向以及风向等诸多因素的影响，低海拔站点的雪深数据难以反映整个流域的积雪状况。因此，玛纳斯河流域积雪年际变化选用初雪日和积雪日数作为变量，其值通过对图3所设的虚拟气象站点的插值得到。

低温（≤ 0℃）与降雪是积雪得以形成和维持的天气气候条件，积雪的年际波动与冬季积雪季节气温和降雪量的变化密不可分[14]。根据玛纳斯河流域年内积雪变化情况，12月份至次年2月份为流域积雪覆盖率最高的三个月份，此时流域温度位于零度以下，降水以降雪形式出现。因此玛纳斯河流域气温和降雪量的年际变化分别以1960年-2007年12月份至次年2月份的平均气温和累计降水量代表。

y = 0.039x - 15.281

-20

-18

-16

-14

-12-10

-8

1960196519701975198019851990199520002005

年 份气温（。C ）y = 0.3416x + 14.263010203040

501960196519701975198019851990199520002005年 份降水量（m m ）

图5 1960~2006年玛纳斯河流域冬季平均气温和累计降水量变化

Fig.5 Variations of average temperatures and precipitations of Manasi River Basin between

years of 1960 and 2006

对玛纳斯河流域冬季平均气温的Mann-Kendall 检验结果表明，流域冬季平均气温在1988年左右出现明显波动（图略）。以1988年为界对玛纳斯流域的初雪日频率进行分析，结果表明：1960~1988年间流域初雪日出现的时间相对较早，平均出现日期为每年的第303日；1994~2006年间初雪日有显著推迟，平均出现日期为每年的第313天。于此同时，玛纳斯河流域的积雪日数呈将少趋势，速度为0.06天/年，该速度小于初雪日推迟的速度0.3天/年，这说明初雪日推迟的同时，玛纳斯河流域的积雪期呈现减短的趋势。以差积值为基础进一步对流域积雪日数进行趋势分析，可以发现1960-2006年间，流域积雪日数波动与初雪日的波动并不同步，1960~1962年间流域积雪日数呈增加状态；1963年开始流域积雪日数显著减少；1972年开始，流域积雪日数在波动中缓慢上升，并于1985年左右回升到积雪日数平均水平；2000年以后，流域积雪日数再次呈减少趋势，该趋势持续至2006年。

0.2

0.4

0.60.81

282287292297302307312317322327337338

初雪日

累计频率1960-1988年1989-2006年-0.8-0.6-0.4-0.200.2

0.40.61960196519701975198019851990199520002005年 份差积值年积雪日数差积值差积值平均值

图6 1960~2006年玛纳斯河流域初雪日和积雪日数变化

Fig. 6 Variations of Julia day and snow days of Manasi Basin between 1960 and 2006

对比玛纳斯河流域冬季平均温度和冬季累计降水量变化图（图5），可以发现：47年来流域冬季平均温度呈上升趋势，速度为0.039℃/年，这是流域积雪期减短的直接原因；同时，流域冬季累计降水量也呈上升趋势，速度为0.34mm/年，这表明积雪期长度与冬季累计降水量呈现负相关关系。积雪期整体推迟的同时，流域冬季平均温度和冬季累计降水量均呈上升趋势，且降水量增加的幅度(0.34mm/a)大于平均温度的增加幅度(0.039℃/a)。流域冬季平均温度在-10℃~-20℃之间，降水以降雪形式出现，不具备消融条件，这表明冬季平均温度升高的同时，流域积雪量呈增加趋势。在这样的背景下，积雪期的减短意味着春季季节性融雪水量的增加，对以季节性融雪水补给为主的玛纳斯河流域来说，这一变化将缓解淡水资源不足对农业和生态业发展的影响，这与施雅风、沈永平等中国西北气候由暖干向暖湿转型的论断是一致的[15]。

4 结论

积雪年内分配与年际变化反映气候变化背景下玛纳斯河流域的积雪响应模式，对流域生态宏观规划有积极的指导意义。通过对玛纳斯河流域积雪年内分配与年际变化的分析，可以得到如下结论：

（1）水文年内玛纳斯河流域积雪变化较大，其中4月~5月份为流域的积雪消融期，因为永久性冰川的存在，消融期过后积雪主要分布在海拔较高的南部山区，7月~8月份流域积雪覆盖率达到年内最低值。同时，积雪分布与下垫面的坡度、坡向密切相关，季节性积雪消融后冰川主要分布在海拔3600米以上的山顶以及山谷间西北向的坡地上。

（2）1960~2006年间，玛纳斯河流域冬季平均气温和冬季降水量呈增加趋势，这是流域年际积雪变化的主要驱动因素。然而，其冬季气温和冬季降水量变化并不同步。

（3）在流域冬季平均气温和累计降水量变化的此基础上对初雪日和积雪日数的分析表平均值

明，1960~2006年间玛纳斯河流域呈现初雪日的推迟和积雪日数的减短的趋势，且初雪日推迟的速度小于积雪日数减短的速度。

（4）数据源方面，MODIS数据较好的时间序列为研究者提供了方便，但不可避免的误差及不确定性需要研究者根据研究区做进一步的修正处理。同时，二维的积雪面积信息并不能定量的代表积雪变化的实质内容，雪深、雪密度也是积雪遥感需要解决的问题之一。

值得注意的是，流域冬季平均气温与冬季累计降水量的变化并不同步，这与不同变量对全球系统循环的响应模式不同。李培基等[14]认为，冬季降雪量的年际波动并非是由于冬季气温年际波动所引起的，冬季气温和降雪量变化受不同的欧亚环流振荡所控制，二者是相互独立、不可相互替代的气候变量。流域初雪日与积雪日数的变化也不同步变化，这可能是相同的原因导致。

参考文献：

[1] 施雅风，张祥松．气候变化对西北干旱区地表水资源的影响和未来趋势．中国科学（B辑），1995，25

（9）：968-977．

[2] 李培基．中国积雪分布．冰川冻土，1983, 5(4):9-18．

[3] IPCC．Summary for Policymakers of Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of

Working Group I to t he Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change．Cambridge : Cambridge University Press，2007．

[4] 裴欢,房世峰,刘志辉，等.分布式融雪径流模型的设计及应用．资源科学，2008，30（3）：454-459．

[5] 李培基．新疆积雪对气候变暖的响应．气象学报，2001，59(4)：491-501．

[6] 叶佰生，丁永建，康尔泗，等．近40a来新疆地区冰雪径流对气候变暖的响应．中国科学（D辑），

1999，29(增刊1)：4O-46.

[7]张佳华，吴杨，姚凤梅，等．利用卫星遥感和地面实测积雪资料分析近年新疆积雪特征．高原气象，2008，

27(3)：551-557．

[8]高卫东，魏文寿，张丽旭．近30 a来天山西部积雪与气候变化—以天山积雪雪崩研究站为例．冰川冻土，

2005，27（1）：68-73．

[9] 胡汝骥．中国天山自然地理．北京：中国环境科学出版社，2004

[10] Hall D K，Riggs G A，Salomonson V V，et a1．MODIS Snow-Cover Products．Remote Sensing of

Environment，2002，83：181-194．

[11]黄晓东，张学通，李霞，等．北疆牧区MODIS积雪产品MOD10A1和MOD10A2的精度分析与评价．冰

川冻土，2007,29(5)：722-729．

[12] Martinec J，Rango A ，Roberts R．Snowmelt Runoff Model （SRM）User's Manual．Switzerland：University

of Bern，1998．

[13]李刚发，魏玉东．玛纳斯河流域水文特征．中国西部科技，2008，7（17）：22-23．

[14]李培基．1951-1997年中国西北地区积雪水资源的变化．中国科学（D辑），1999，29(1)：63-69．

[15]施雅风，沈永平，康尔泗等．中国西北气候由暖干向暖湿转型问题评估．2003，北京，气象出版社．

Snow Cover Change of Manasi River Basin during the Months between 2007 and 2008 and Years between 1960 and 2006

Chen Xia o na1),2)，Bao A n ming1)

(1. Xinjiang Institute of Ecology and Geography，CAS，Urmqi 830011，China；

2. Graduate University of the Chinese Academy of Science，Beijing 100049，China )

Abstract

The variation of snow is very important for water management in Manasi River Basin because the melt water from snow is a vital water supply in this region. In this paper, we analyzed the variation of snow cover change between 2007 and 2008, and the julia days and snow days fluctuation between 1960 and 2006 based on the MOD10A1 snow images and the data of weather sites . The results of snow cover change between 2007 and 2008 demonstrated that there are abviously seasonal change of snow which distributed at the flat river valley; when the seasonal snow disappear, the glacier was distribute at the tops and northwest slopes of the mountain because of its high elevation. The results of the julia days and snow days fluctuation between 1960 and 2006 reflected that there are a trend of significant postponing of julia days of snow and reducting of snow days in Manasi River Basin. The analysis of the frequency of julia days in this region between 1960 and 2006 showed that the average of julia days between 1960-1988 was the first 303 day , while the average of julia days between 1994-2006 was later and the date was delayed to the first 313 day in the year. At the same time, the snow days in this basin is shortened at the rate of 0.06 days / year, the rate is less than the speed of snow postpone 0.3 days / year. This variation is the result of the increasing of winter temperature and cumulative precipitation between 1960 and 2006, but there are not statistical correlations between both of them.

Key words: Tianshan Mountain；Manasi River Basin；snow cover change；MOD10A1

玛纳斯河资料

玛纳斯河概况： 在新疆维吾尔自治区准噶尔盆地南部。源出天山北麓，流域面积 3. 35 ? 104 km 2 , 由东向西分别由塔西河、玛纳斯河、宁家河、金钩河、八音沟河以及相连的 五片冲积平原组成。玛纳斯河发源于天山中段, 沿天山北坡向北流向干旱的准噶尔盆地, 最后注入玛纳斯长约450千米。 行政区划上属于玛纳斯县、沙 湾县、石河子市以及克拉玛依部分地区。流域内年均 气温在 4 # ~ 7 # , 极端最高气温为42 # ~ 43 # , 极端最低气温为- 43.年均降水量在100~ 200 mm , 主要集中在夏季, 年均蒸发量( 潜在) 在 1 500~ 2 100 mm, 属典型的温带大陆性干旱半干旱气候。 玛纳斯河流域为干旱区典型的山盆结构, 从南到北依次为上游山区, 中游绿洲区和下游荒漠区。这 3 大地貌类型以玛纳斯河为主线联系在一起, 构成一个相互依存相互制约的统一体。本文按照各个生态系 统类型的生态服务功能和生态受损程度, 将流域分为3 个不同的生态区, 即上游生态服务区、中游平原绿洲生态受益区、下游荒漠生态受损区。上游水急多峡谷，中下游平原坦荡，河曲发育。 解放后兴修水库，渠灌事业迅速发展，成为著名的棉粮产地。也是我国著名的玛纳斯垦区所在地。 河流贯穿了山地-绿洲-荒漠系统，地表过程复杂。该流域的主要径流水源为高山区的冰雪融水与上游的降水。上游峡谷较多因而水流湍急，下游河曲发育而平原坦荡，最大支流为清水河。水利1949年后其河段上兴修水库，使得渠灌事业发展迅速，成为著名的棉花和粮食产地。矿藏玛纳斯河上游河段蕴藏碧玉，“玉色黝碧，有文采，璞大者重十余斤”，故古时也曾称其为碧玉河。清代乾隆年间曾在此设玉厂，称为玛纳斯玉，与和田羊脂玉齐名，为贡品。河床及两岸产金，但时至今日所剩无几。 “建国前，常因洪水冲坏龙口、堤坝，造成水灾。形成了‘水小不够用，水大不能用’的局面。”自1950年1月，玛纳斯河的综合治理多由兵团农八师完成。90年代以来的节水努力，全面改善了北疆的生态环境，浇灌着20.4万公顷的土地。从红山嘴山口逆流而上，已经实现了梯级开发 如“红山嘴发电站”“肯斯瓦特水库”等。在天山分隔出来的北疆，这是最大的一条内陆河流，尽管年径流量只有13亿立方米。

人教版高中地理必修三3.2《流域的综合开发——以美国田纳西河流域为例》教学设计

第二节流域的综合开发——以美国田纳西河流域为例 第一课时 教学目标 一、知识与技能 1．利用图表了解田纳西河的位置，理解田纳西河流域的基本特点和开发背景。 2．了解田纳西河流域不同阶段的开发的方向与结果，分析流域综合开发的意义。 3．培养阅读分析图表和数据的技能，逐步形成运用基本原理综合评价地理事物的能力。 二、过程与方法 1．学会从教材、网络等各种媒体获得文字、图表、数据等地理信息资料，分析和理解田纳西河流域开发的背景、方向和意义，使学生通过分析某个特殊案例，掌握研究或规划流域开发建设和综合治理的一般过程和方法。 2．通过运用有关知识，学会分析我国主要的河流长江、黄河、珠江等熟悉流域的开发和治理。 三、情感、态度与价值观 培养学生从可持续发展的角度认识环境和资源的关系，培养对环境、资源负责的观念和行为，还要关心我国的基本地理国情，增强保护生态环境的意识。 教学重、难点： 1. 掌握田纳西河流域开发的自然背景和综合开发状况。 2. 根据流域的自然背景，分析流域综合开发的措施。 突破方法：案例分析、归纳总结。 教法与学法导航 教法：讨论探究法、比较法、多媒体辅助教学法。 学法：讨论探究法、比较法。 教学准备 教师准备：吃透课标和教材，搜集相关资料，制作多媒体课件等。 学生准备：预习教材，熟悉相关概念，完成预习任务。 教学过程 导入新课 阅读98长江大洪水和长江“黄金水道”远未充分开发两则资料。提出问题：导致98 长江大洪水的原因是什么？长江“黄金水道”如何充分开发？流域怎样进行开发治理？（全流域开发整治——以田纳西河的治理为例） 讲授新课 一、流域 1．几个基本概念 （1）干流、支流（一、二级支流）、分水岭、流域。 （2）流域的特性： ①特殊性

水资源短缺现象原因及解决办法

水资源短缺 21 世纪，水，已成为世界各国关注的焦点。水资源短缺、水资源分布不均、水环境被严重污染等等都是当今社会所急需解决的一系列问题，这些问题对世界各国的经济发展已构成了重大的威胁， 如何解决好水多、水少、水脏和水污染等问题直接关系到水资源的可持续利用、粮食生产的安全、经济增长方式、国民经济的可持续发展、维持生态环境的安全以及国内国际环境的安定。水，是经济，也是挑战。 通过一个学期的学习，对于《环境概论》这门课程也有了一定的认识，对于水资源短缺这一问题可以主要从以下几个方面分析： 一、水资源短缺的当前现状 根据当前形势，全球水资源短缺本就已存在的情况大致可以分为以下几种情况： 1、淡水资源是十分有限的资源。在全球水资源中陆地淡水仅占6%，其余94 为海洋水。而 在陆地淡水中，又有77.2%分布在南北极，22.4%分布在很难开发的地下深处，仅有0.4 % 的淡水可供人类维持生命。 2、淡水资源的分布极不均衡，导致一些国家和地区严重缺水。如非洲扎伊尔河的水量占整个大陆再生 水量的30%，但该河主要流经人口稀少的地区，造成一些人口众多的地区严重缺水。再如美洲的亚马逊河，其径流量占南美总径流量的60%，但它也没有流经人口密集的地区，其丰富的水资源无法被充分利用。俄罗斯和中亚地区也面临类似的情况，丰富的水资源流经西伯利亚注入北冰洋，而人口众多的西部、南部、中亚地区则出现水资源短缺。全球水资源分布在地理上已经基本确定，难以重新分配。巴西、俄罗斯、中国、加拿大、印度尼西亚、美国、印度、哥伦比亚以及扎伊尔9 个国家拥有了全球水资源的60%，即便在一定范围进行重新分配，其成本也是极高的。 3、水是难以替代的资源。人类要找到一种理想的水替代品，要比寻找石油和木材等资源的替代品困难 得多，尽管许多缺水国家已经开始海水淡化工作，但目前在资金和技术上都还远远无法解决水资源短缺问题。 除了以上的情况还有其他一些因素加剧了全球性的水资源危机：I. 人口的增长使淡水供应紧张。随着人口的增加，工业、农业和其他生活用水量不断扩大，但人类的取水量增长缓慢，导致人均用水量的下降。据有学者预测，到20 世纪末，人类的人均占水量将下降24%，像非洲的肯尼亚、尼日利亚等一些国家，人均用水量将下降40-50%。II.生态环境的破坏是 陆地淡水急剧减少。森林被毁、土壤退化等导致地面对水的吸收保护能力下降，雨季大水泛滥，而旱季严重缺水，使得各地灾情不断，比如我国西南旱灾、南方洪灾，还有国外一些地区雨季洪水泛滥，使得居民的生活受到严重影响。III. 水资源遭到污染，造成水质量下降。 随着现代工业、农业的发展，全球水污染变得日益严重，天然水资源被工业废水、农业废水以及生活污水所污染。许多大量河流、湖泊的水已不再适于人类生活使用，地下水也在不同程度上受到污染。非洲的尼罗河、美洲的亚马逊河、亚洲的长江等世界著名河流都已经在不同程度上受到污染。IV. 使用管理不当导致水资源的浪费。人们在用水方面还存在很大的浪费，一些水利设施在设计管理使用上不合理，是造成大量水资源浪费。 从目前来看，水资源缺乏是一个全球性问题，但最为突出的是国家和地区性水资源短缺问题。非洲水资源缺乏比较严重，据预测， 6 个东非国家和5 个邻地中海的北非国家都属于严重缺水的国家，三分之二的非洲地区每年都将面临干旱的威胁。亚洲本是个水资源丰富的地区，但由于人口增长和工农业的发展，也将成为一个水资源紧缺的大陆。一些国际水资源专家的研究报告指出，到下个世纪，亚洲大多数国家将会面临缺水问题。南亚地区干旱日益严重，由于大量抽取地下水，印度、巴基斯坦、孟加拉国等地下水资源面临枯竭。中国水资源总量居世界第六，但人均水占有量仅为

干旱区资源与环境-基于流形学习的土壤高光谱数据特征提取研究_吕杰

第29卷第7期干旱区资源与环境Vol．29No．7 2015年7月Journal of Arid LandＲesources and Environment July．2015文章编号：1003－7578（2015）07－176－05doi：10．13448/j．cnki．jalre．2015．242 基于流形学习的土壤高光谱数据特征提取研究* 吕杰，郝宁燕，史晓亮 （西安科技大学测绘科学与技术学院，西安710054） 提要：尾矿重金属污染是当今矿区环境污染面临的主要问题之一，精确反演土壤重金属含量对矿区土壤污染监测和治理具有非常重要的意义。以陕西金堆城矿区尾矿为研究区，利用ASD光谱仪测量土壤光谱，通过实验室化学分析获取土壤样本铜元素含量；将Isomap流形学习方法应用于土壤高光谱数据降维，利用随 机森林方法对矿区尾矿土壤的Cu含量进行反演建模，并与原始高光谱数据反演结果和PCA降维后的反演结 果进行对比。结果表明：土壤铜含量反演模型在经过Isomap降维后的光谱数据集上预测铜元素含量的相关系 数Ｒ2为0．7272，均方根误差ＲMSE为1140．20，在预测的准确性方面均优于原始高光谱数据。研究结果为探 索土壤高光谱数据特征提取提供了理论依据，同时对尾矿重金属污染监测具有重要的现实指导意义。 关键词：流形学习；土壤；铜；随机森林；高光谱 中图分类号：O433．1；O433．4文献标识码：A 尾矿重金属污染是矿区环境污染最严重问题之一。重金属具有很高的生物毒性，金属矿在开采过程中产生的重金属离子会随着雨水或灌溉进入土壤，通过一系列物理化学过程迁移转化，以一种或多种形式长期驻留在环境中，最终通过食物链等途径危及人类健康［1］。因此，如何更好地反演尾矿土壤重金属含量是矿区环境监测和治理的重要课题之一。 通常采用的土壤重金属污染监测和识别方法是从野外采样带回实验室进行化学分析。化学测试分析普遍要求破坏土壤样本，从大量的土壤样本采集、烘干、称重、研磨到进行测试，在大尺度监测土壤重金属含量时费时、费力。 高光谱遥感技术以其光谱分辨率高、波段连续性强、数据丰富的特点，在土壤盐渍化监测［2－4］、植被叶绿素遥感反演［5］、水质参数定量反演［6－7］、土壤重金属含量的监测研究中得到广泛应用［8］。但同时也因其数据量大、数据冗余度高和Hughes现象给数据处理带来极大的挑战［9］。因此，有效减少数据维数的同时保持数据的内在结构信息为高光谱遥感技术的广泛应用开启了一扇新的大门。目前，针对高光谱数据提出了许多有效的降维方法［10－18］，主要包括线性降维中的主成分分析法（PCA），Fisher线性判别分析（LDA）、多维尺度变换（MDS）、局部保留投影（LPP），非线性降维方法中的局部线性嵌入（LLE）、拉普拉斯特征映射（LE）、等距映射（Isomap）等。 流形学习（manifold learning）是模式识别和机器学习研究中的热点，它能够对高维数据空间进行非线性降维，并且揭示其流形分布，从中找出隐藏在高维光谱数据中有特定的低维结构，从而从中提取易于识别的特征，近年来流形学习已被用于遥感影像的降维与特征提取［19－21］。 重金属污染土壤的光谱信息影响微弱，并且重金属含量与土壤的光谱信息是非线性的关系，因此有必要对土壤光谱进行非线性降维处理，将流形学习引入到重金属污染土壤的高光谱数据降维，是一个有意义的尝试。文中以陕西金堆城矿区尾矿为研究区，以矿区土壤为研究对象，探索运用Isomap流形学习进行高光谱数据降维，利用随机森林构建矿区尾矿铜含量反演模型。 1材料与方法 1．1研究区概况 *收稿日期：2015－1－21。 基金项目：国家自然科学基金（51409204、41401496）；地理空间信息技术国家地方联合工程实验室开放基金项目（2013GSIJJ002）；江西省数字国土重点实验室开放研究基金项目（DLLJ201305）资助。 作者简介：吕杰（1982－），男，山东蓬莱人，博士，讲师，主要从事高光谱遥感研究。Email：rsxust@163．com

水资源复习答案

1.简述水资源的含义、分类、特征 含义：从供水角度讲，水资源可以理解为人类长期生存、生产、生活活动中所需要的各种水，既包括数量和质量含义，又包括其使用价值和经济价值。 狭义上的水资源，是指人类在一定技术经济条件下，能够直接使用的淡水。广义上的水资源，是指人类在一定技术经济条件下，能够直接或间接使用的各种水和水中的物质。在社会和生产活动中具有使用价值和经济价值的水都可称为水资源。 分类：地表水和地下水资源； 天然水资源和调节性水资源；消耗性和非消耗性水资源。 特征：自然属性：资源的循环性、储量的有限性、时空分布的不均匀性、可恢复性、可调节性、利害两重性、用途广泛性、利用多样性等。 社会属性：商品性、不可替代性、环境特性；对自然环境影响：使水—土—岩系统相对稳定。对社会影响：水资源决定经济发展模式。2.简述全球水资源状况及开发利用趋势状况：全球农业用水占第一位（69%），工业用水第二位（23%）可复原比例最高，居民用水第三位（8%）人均占有量不断提高； 世界各地用水量差异极大，发达国家多为工业用水54%，发展中国家多为农业用水80%; 近年来用水量发展中国家增加幅度达，发达国家趋于稳定。开发利用趋势： 农业用水量及农业用水中不可复原的水量最高； 工业用水由于不可恢复水量最低，将更加重视提高工业用水技术、降低用 水量定额、加大节水力度、大幅度提高用水重复利用率。 水资源的开发将更为重视经济、环境与生态的良性协调发展。 3.简述中国水资源状况及开发利用存在问题状况：人均占有量不足； 时间、空间分布极不均匀；空间：耕地面积和水，河流分配。时间：夏多冬少； 水系：湖泊较多，多数分布在湿润区。干旱、半干旱地区河流稀少。开发利用存在问题：需水量不断增加，供需矛盾尖锐，南方水质型、北方水量型缺；污染继续发展，加剧水资源缺乏；用水浪费，利用率偏低；干旱、半干旱地区水资源过度开发，环境问题突出，地下水利用程度过高；管理水平有待提高，缺点为多头管理、各自为政和以需定供、以供定采的供水政策。 4.为什么要进行水资源量计算 水资源评价是保证水资源可持续发展的前提，而水资源数量评价是水资源评价的重要组成部分。通过水资源量的评价，可以确定可利用水资源数量，可以为合理配置地表水资源提供科学依据。因此，水资源量评价是水资源开发利用与管理的重要依据。 5．区域降水量有几种计算方法各适用于什么条件方法一：算术平均值法。X=1/nΣXi（区域平均降雨量）。 适用于计算区域内各雨量取样站点分布均匀、且密度较大时；方法二：泰森多边形法。 适用于当流域内的雨量和雨量站分布不太均匀时，为了计算流域平均降水量，就假定流域个点降水量可由与其距离最近的雨量站的雨量代表；方法三：等雨量线法。 适用于在较大流域和区域内，如地形起伏，降水量影响显着，且有足够的雨量站时，可用等雨量线法推求区域平均降雨量。 6.简述地表水可利用量含义、计算方法及原理 含义：在经济合理、技术可行、满足河道内用水并估算下游用水的前提下，通过蓄、引、提等地表水工程可能控制利用的河道一次性最大用水量（不包括回归水的重复利用）。 计算方法及原理： 1)水均衡法：Q可利用=Q当地河流径流+Q入境—Q出境。 入境：上游流入；水库放水；区外调入。出境：下游流出；水库蓄水；调出至区外。

2019届高三地理一轮复习区域资源 、环境与可持续发展习题(解析)

高三地理一轮复习区域资源、环境与可持续发展习题 (2018·湛江一模)抱坡岭是三亚市一座山体裸露、地势起伏较大的废弃石灰岩矿山，自开展“城市修补、生态修复”以来，抱坡岭成为首批山体修复试点之一，相关部门采用了削坡退台、设置V型槽等综合治理办法恢复山体的生态环境。据此完成1～3题。 1．抱坡岭需要人工修复最主要的原因是() A．石灰岩易风化，造成危岩崩落，威胁居民生命财产安全 B．处于台风多发区，易引发地质灾害 C．山体坡度大，涵养水土的能力差，自我修复能力差 D．美化环境，增加旅游景点 2．每一级退台都设置为外缘高、内部低的主要目的是() A．降低爬山难度B．增加耕地面积C．便于汇集雨水D．提高地面美观度3．适合用于该山体修复的植被应具有的特点为() A．耐旱、耐贫瘠B．耐旱、耐盐碱C．耐涝、耐贫瘠D．耐涝、耐盐碱(2018·重庆七校联考)沙棘为多年生落叶性灌木，一般每亩荒地只需栽种沙棘120～150棵，4～5年即可郁闭成林。沙棘果含有丰富的营养物质和生物活性物质，可广泛应用于食品、医药、轻工、航天、农牧渔业等领域。近年来，人工引种的沙棘果品质有所下降。下图为我国沙棘种植区分布示意图。读图完成4～6题。 4．下列不属于沙棘生长习性的是() A．喜光，耐寒暑B．喜高温C．耐旱，耐盐碱D．抗风沙 5．我国在黄土高原大面积种植沙棘的主要原因是() A．该地区黄土广布，土层较深厚B．该地区生态脆弱，水土流失严重 C．沙棘果单产高，经济价值高D．该地区人口众多，劳动力资源丰富

6．人工引种的沙棘果品质下降，其可能原因不包括() A．引种地气候条件与野生地差异大B．人工种植沙棘密度增大，通风条件变化C．大量使用农药、化肥D．人工引种技术落后 西沙群岛被誉为中国的“马尔代夫”，不仅有着丰富的旅游资源，在海底还蕴藏着极其丰富的可燃冰。可燃冰是一种主要分布在海底的天然气水合物，燃烧值高且对环境影响小。由于可燃冰大多埋藏在海底，目前没有国家进行商业化开采。我国于2017年5月在南海试开采可燃冰并获得成功，在可燃冰开发方面的技术处于世界领先水平。读下图，回答7～9题。 7．可燃冰目前没有被大规模开采的主要原因是() A．资源量少B．对环境影响大C．开采难度大D．海上交通不便 8．该群岛在夏季有时会出现带状波纹(见上右图)，其最可能的影响因素是() A．洋流B．夏季风C．潮汐D．地壳运动 9．我国可燃冰试开采成功，其主要意义是() A．促进南海地区的经济发展B．占领开采技术高端位置 C．优化我国能源消费结构D．减轻我国空气污染 安徽省淮北市是一个因皖北地区煤炭开采而设立的新兴工业城市。从20世纪50年代开始开采煤矿至今，土地利用类型的变化使得淮北市矿区的生态系统服务价值发生了变化。下图为不同时段淮北市生态系统不同服务价值变化量示意图(图中数值从低到高代表服务价值的增加)。读图回答10～11题。 10．在各项生态系统服务中，产生价值最大的是() A．气体调节B．土壤更新C．生物多样性D．废物处理 11．据材料推测，1987－2000年淮北市()

示范教案 3.2 河流的综合开发——以美国田纳西河流域为例 第1课时

第二节河流的综合开发——以美国田纳西河流域为例 从容说课 河流是人类开发利用最早的、同人类关系密切的一种自然资源。它源源不断地提供人们生存所需要的生产和生活用水，提供便利的航运通道，提供水生生物资源；河流还为农田提供灌溉用水。从古到今，河流两岸往往是人类聚居、城镇密布的区域。随着人们对河流功能的日益开发，它的作用更为突出，具有发电、航运、灌溉等综合效益，又可成为水资源调配的通道。 然而，随着人口的剧增，人类对河流影响的加深及人类开发的浅见，开发利用河流也存在一些不尽科学和不够合理的地方，如水利工程建设产生了洪涝灾害，带来生态环境，耕地减少，物种濒危以至灭绝，原始森林、景观资源的丧失和历史文物的损毁等诸多问题，更为严重的是，由于整个流域通过共用水资源和运输线路而形成天然的整体时，一个地区对资源的不合理利用所带来的不良影响将会波及到其他地区。因此，河流的开发和治理是关系到区域经济与环境协调发展以及区域可持续发展的大事，人类需要认真、科学、综合开发。田纳西河的发展是河流开发史的缩影。由于人类认识自然的局限性，田纳西河走过了一条“先污染，后治理”的道路，这一发展过程对以后的河流的综合开发和治理具有借鉴意义。中国是发展中国家，更应慎重对待自然资源，实行全流域统一管理，保证区域资源的可持续发展。 流域的综合开发是国土整治的重要组成部分，人们往往通过实施大规模的工程建设来达到改造自然、整治环境、促进区域持续发展的目的。大规模工程建设耗费的人力、物力、财力巨大，且对自然环境会造成不同程度的影响。为此，需借鉴世界上成功的流域开发经验。美国田纳西河流域因开发整治卓有成效而闻名于世，有许多可借鉴之处。为此，本节以田纳西河的综合开发为案例，引导学生认识、研究和规划流域开发的一般方法和过程，因为在我国，长江流域、黄河流域、珠江流域等正在继续开发整治，它对我们开发整治有指导意义。 本节内容主要包括流域开发的自然背景、流域的早期开发及其后果、流域的综合开发三部分，其中，流域开发的自然背景、流域的综合开发是本节的重点，各个流域的地理条件不尽相同，因而流域的综合开发对策也必然不同，但是，流域综合开发治理的一般方法与过程还是有许多可借鉴之处的，所以本节重点是使学生理解如何根据流域的有利因素、制约因素，探索综合开发、治理的对策。案例是思维的起点。没有认识一个地区独特的自然地理特征，也就无从进行因地制宜的综合开发。流域开发的自然背景包括多个方面，如流域位置、自然环境、自然资源等地理条件，它还决定了河流的利用方式和流域的开发方向。在观察地图建立了流域和水系的概念之后，总结归纳流域的基本特点：整体性和特殊性。不同的流域，地形、气候、水系、矿产资源各有特色，把握了不同的特色，就能做到因地制宜。 了解田纳西河流域的有利和不利的自然背景之后，结合田纳西河流域不同时期的开发措施和后果，为了更合理地综合开发利用流域的资源，促进区域的可持续发展。田纳西河流域亟待进行综合开发治理。而流域的综合开发以河流的梯级开发为核心，通过修筑大小水坝，整治河道，起到了防洪、航运、发电等多种效益。 任何流域的综合开发既有相似之处，又有不同之处，通过田纳西河流域综合开发的学习，获得相关经验，掌握一种方法，切忌照搬，这也是学习地理知识的终极目标。这需要学生在深刻领会人地协调思想的基础上，通过科学分析，严谨而综合的思维客观统筹兼顾，才能理解该区域为实现经济效益、生态效益、社会效益的统一所进行的综合开发。 教学重点 流域开发的自然背景。 教学难点 流域的综合开发。 教具准备

景观生态学视角下玛纳斯河流域生态环境田野调查研究——以石河子市河段为例

景观生态学视角下玛纳斯河流域生态环境田野调查研究——以石河子市河段为例-旅游管理 景观生态学视角下玛纳斯河流域生态环境田野调查研究——以石河子市河段为例 初鸿雁舒梅娟 本论文从景观生态学的角度出发，实地调研与资料分析相结合的方法，针对石河子市范围内玛纳斯河河道部分河段的植物种类，植物分布情况，工业分布以及河流水文资料，进行实地调研和数据资料分析，总结出玛纳斯河生态环境出现的部分问题，结合景观生态学、景观设计学知识提出应对策略，以便为相关研究提供可靠的支撑。 一、玛纳斯河流域开发现状研究 （一）自然条件 玛纳斯河地处新疆维吾尔自治区天山北麓、准噶尔盆地南缘，发源于天山永久性积雪冰川，北流注入玛纳斯湖，河道全长约420千米，流域面积5156平方千米，是准噶尔盆地流程最长，流域面积最大的内陆河流。流域属内陆干旱区，属于典型温带大陆性气候，年均降水量110-200毫米。 玛纳斯河流域以玛纳斯河为中心线，从南到北经过上游高山区、中游丘陵绿洲和下游平原荒漠区。依次分布着冰川，永久积雪，草甸草原，森林，荒漠草原，丘陵绿洲和戈壁荒漠等多种生态系统类型。 （二）玛纳斯河开垦沿革 玛纳斯河流域是西北地区大型绿洲灌区之一，近几十年来人工绿洲的建设使得玛纳斯河流域经济发展，在新疆占有举足轻重的地位。据资料记载，清朝时流域

内水资源得到初步开发，新中国成立后，随着解放军进驻新疆，玛纳斯河流域就开始了绿洲屯垦的新时期。经过半个世纪的开发治理，玛纳斯河流域灌溉系统已经基本形成比较完善的供水体系。50年代以来，流域内经济经历了半农半牧、以农为主和初步建成工业化三个阶段。 二、玛纳斯河流域景观生态问题研究 （一）绿洲化扩张过程 受人工绿洲建设进程影响强烈的玛纳斯河流域，土地利用类型的改变对景观格局变化具有显著影响，其带来的生态环境效应也具有一定得负面性。表现为人工绿洲急剧扩大的同时，开垦造田，拦坝建库，扩充河道，修建水渠，占用草地和天然林为耕地，在戈壁上开辟新城，使得天然绿洲不断减少，原始景观生态环境破碎化加剧，形成边缘环境恶化现象。 （二）城镇化建设的人工绿洲景观 随着人工绿洲的建设形成和发展，流域内逐渐建起了一大批工农结合，城乡结合的城镇和工厂，拥有30万多常住人口的石河子市，是这些城镇中规模最大，基础设施建设最完善的一座新兴的人工绿洲城市，它是随着玛纳斯河水利水能资源开发，在一片密布芦苇、红柳的戈壁滩上逐渐建设崛起的新兴城市。它是人进沙退，干旱区人工绿洲城市建设的突出样本。 （三）水资源开发利用状况 干旱区绿洲建设离不开水资源的开发利用，多年以来，玛纳斯河流域水利工程发展迅速，玛纳斯河流域已建成大小水库11座，水库面积55平方千米总库容451亿立方米；建成水电站4座。总装机容量5.7万千瓦。目前玛纳斯河流域水资源主要用于农业生产，直接用于农业灌溉的水达到13亿立方米以上。玛纳斯

水资源短缺现象原因及解决办法

水资源短缺 21世纪，水，已成为世界各国关注的焦点。水资源短缺、水资源分布不均、水环境被严重污染等等都是当今社会所急需解决的一系列问题，这些问题对世界各国的经济发展已构成了重大的威胁，如何解决好水多、水少、水脏和水污染等问题直接关系到水资源的可持续利用、粮食生产的安全、经济增长方式、国民经济的可持续发展、维持生态环境的安全以及国内国际环境的安定。水，是经济，也是挑战。 通过一个学期的学习，对于《环境概论》这门课程也有了一定的认识，对于水资源短缺这一问题可以主要从以下几个方面分析： 一、水资源短缺的当前现状 根据当前形势，全球水资源短缺本就已存在的情况大致可以分为以下几种情况： 1、淡水资源是十分有限的资源。在全球水资源中陆地淡水仅占6%，其余94 为海洋水。而 在陆地淡水中，又有77.2%分布在南北极，22.4%分布在很难开发的地下深处，仅有0.4 %的淡水可供人类维持生命。 2、淡水资源的分布极不均衡，导致一些国家和地区严重缺水。如非洲扎伊尔河的水量占整 个大陆再生水量的30%，但该河主要流经人口稀少的地区，造成一些人口众多的地区严重缺水。再如美洲的亚马逊河，其径流量占南美总径流量的60%，但它也没有流经人口密集的地区，其丰富的水资源无法被充分利用。俄罗斯和中亚地区也面临类似的情况，丰富的水资源流经西伯利亚注入北冰洋，而人口众多的西部、南部、中亚地区则出现水资源短缺。全球水资源分布在地理上已经基本确定，难以重新分配。巴西、俄罗斯、中国、加拿大、印度尼西亚、美国、印度、哥伦比亚以及扎伊尔9 个国家拥有了全球水资源的60%，即便在一定范围进行重新分配，其成本也是极高的。 3、水是难以替代的资源。人类要找到一种理想的水替代品，要比寻找石油和木材等资源的 替代品困难得多，尽管许多缺水国家已经开始海水淡化工作，但目前在资金和技术上都还远远无法解决水资源短缺问题。 除了以上的情况还有其他一些因素加剧了全球性的水资源危机：I.人口的增长使淡水供应紧张。随着人口的增加，工业、农业和其他生活用水量不断扩大，但人类的取水量增长缓慢，导致人均用水量的下降。据有学者预测，到20 世纪末，人类的人均占水量将下降24%，像非洲的肯尼亚、尼日利亚等一些国家，人均用水量将下降40-50%。II.生态环境的破坏是陆地淡水急剧减少。森林被毁、土壤退化等导致地面对水的吸收保护能力下降，雨季大水泛滥，而旱季严重缺水，使得各地灾情不断，比如我国西南旱灾、南方洪灾，还有国外一些地区雨季洪水泛滥，使得居民的生活受到严重影响。III.水资源遭到污染，造成水质量下降。随着现代工业、农业的发展，全球水污染变得日益严重，天然水资源被工业废水、农业废水以及生活污水所污染。许多大量河流、湖泊的水已不再适于人类生活使用，地下水也在不同程度上受到污染。非洲的尼罗河、美洲的亚马逊河、亚洲的长江等世界著名河流都已经在不同程度上受到污染。IV.使用管理不当导致水资源的浪费。人们在用水方面还存在很大的浪费，一些水利设施在设计管理使用上不合理，是造成大量水资源浪费。 从目前来看，水资源缺乏是一个全球性问题，但最为突出的是国家和地区性水资源短缺问题。非洲水资源缺乏比较严重，据预测，6 个东非国家和5 个邻地中海的北非国家都属于严重缺水的国家，三分之二的非洲地区每年都将面临干旱的威胁。亚洲本是个水资源丰富的地区，但由于人口增长和工农业的发展，也将成为一个水资源紧缺的大陆。一些国际水资源专家的研究报告指出，到下个世纪，亚洲大多数国家将会面临缺水问题。南亚地区干旱日益严重，由于大量抽取地下水，印度、巴基斯坦、孟加拉国等地下水资源面临枯竭。中国水

中图版必修三《美国田纳西河流域的治理》教案教案设计.doc

第二章区域可持续发展第二节美国田纳西河流域的治理 【课标要求】 以某流域为例，分析该流域开发的地理条件。 【课标解读】 以出纳西河流域为实例，从流域位置、H然环境、H然资源、人口、社会经济基础等方面，分析该流域开发的地理条件。 【学习目标】 1、读图并结合课文分析田纳西河流域的位置、气候、水文、地貌、白然资源等白然条件。 2、阅读课文分析田纳西河流域的人口、社会经济基础等社会经济条件。 【教学重点】 读图并结合课文分析田纳西河流域的位置、气候、水文、地貌、自然资源等自然条件 【教学难点】 读图并结合课文分析田纳西河流域的气候、水文条件 【教学资源】 田纳西河流域的位置图、流域图、世界气候类型分布图、沿河剖面图、矿产资源分布图 【教学过程】

教学环节教师活动学生活动设计意图断田纳西河的流量。 引导学生读图2-2-5,提问：田纳西河 沿河地势有何特点？这种特点对该河有何煤响？ 引导学生读田纳西河流域矿产资源分布图，提问：该流域有哪些自然资源？ 总结田纳西河流域的位置、气候、水文、地貌、白然资源等白然条件读图，思考读图，思考 阅读课文分析田纳西河流域的人口、社会经济基础等社会经济条件。引导学生阅读课文，提问： 说出田纳西河流域的人口和社会 经济基础状况。 早期人们对该流域的开发存在什 么问题？导致了什么后果？ 阅读，思考 阅读，思考 体验通过阅读资料分 析田纳西河流域的自 然条件的学习过程 课堂小结 总结分析该流域开发的地理条件的方 法倾听、思考总结分析该流域开发 的地理条件的方法 知识迁移习题： 阅读《案例研究——塔里木河流 域的治理》，分析塔里木河流域开发 的地理条件。 阅读、思考 利用已学习的分析方 法，分析塔里木和流 域开发的地理条件 河流的综合开发 以美国田纳西河流域为例

西北干旱区水资源变化

西北干旱区气候变化及其对水文水资源的影响 摘要：全球气候变化是当前国际社会关注的重点问题。气候变化对水文水资源的影响受到国内外的高度重视。我国西北干旱区水资源匮乏，生态脆弱，对气候变化响应敏感。本文综述了近50年来我国西北干旱区气候变化的特点及在气候变化背景下水文水资源的响应情况。关键词：气候变化西北干旱区水文水资源水循环 引言：气候变化指在几十年乃至更长的时期内气候系统及要素发生了系统性的变化。气候变化是当今世界关注的热点问题，同时是全球变化科学中的重要研究领域。气候变化对全球各个生态系统造成影响，并深刻影响水文循环和水资源。气候变化对水文水资源的影响已受到国内外的高度重视。 中国西北干旱区位于欧亚大陆腹地，具有山盆相间的地貌格局，气候干旱，降水稀少，水资源短缺，水资源的主要来源是靠山区冰雪融水和降水补给的地表径流，景观以山地荒漠为主体，生态极其脆弱，对气候变化的响应十分敏感。 在全球气候变化的背景下，我国西北干旱区气候、水文过程、水资源的数量分布都会发生变化，给区域未来的水资源安全管理规划带来挑战。因此探讨该区气候变化的规律特点，展开气候变化下该区水文水资源的响应研究显得十分重要。 1.气候变化特征 根据IPCC 第五次气候变化评估报告在过去半个多世纪以来，全球几乎所有地区都经历了升温过程，变暖最快的区域为北半球中纬度地区。报告指出全球气候变化是由自然影响因素和人为影响因素共同作用形成的，人类活动极有可能是20世纪中期以来全球气候变暖的主要原因，可能性在95% 以上。在我国同样存在气温普遍升高的现象，西北干旱区更为显著。 1.1气温变化 在我国西北干旱区，据研究表明过去半个多世纪西北干旱区气温上升速率高达0.34oC/10a，升温幅度明显高于全国平均水平和全球平均水平。1987年，西北干旱区年平均温度出现了“突变型”升高，并以每10年升高0.517C 的速度呈现出加速升高趋势。自1997年以来，温度一直处于高位震荡状态，升温趋势已不十分明显。在对西北干旱区过去50年不同季节气温变化的研究分析表明，冬季气温变化对年平均气温升高的贡献率达57.01%，冬季温度的大幅度升高可能是拉动年平均温度抬升的重要原因。近50年以来，西北干旱区的极端气温变化中，冷指数在减小，而热指数则呈现增加态势，冷指数趋势更为显著；且2000年以后气温的变率明显加快,极端气温变化的频率也更为稳定。 1.2降水变化 西北干旱区的湿日数显著减少，但降水总量增加明显。湿日数减少主要是由于0.1~6mm 强度的降水日数锐减引发。强降水对西北干旱区降水总量贡献很大，降水总量的增加很大程度上是由12-24mm和6-12mm的强度降水的显著增加引起的。因此西北干旱区降水过程发生了变化。 区域气候变化既受到全球气候变化的影响，又影响全球气候。既有外部环境强迫因素的影响，又有内部过程因素影响。外部大气环流和大气组分影响区域气候，据研究西伯利亚高压、温室气体浓度和季风环流的变化是西北干旱区气候变化的部分原因。区域内部受人类活动影响的下垫面的改变，如土地利用、水文的变化影响着区域大气环流。陆气的相互作用使区域气候的变化机理变得复杂。 近30年来西北干旱区温度升高、降水增加的事实，有学者指出气候在向暖湿方向发展，也有学者认为是气候的波动变化。由于气候变化过程和原因的复杂性，关于气候变化趋势的确定很困难，但推测在未来一定时期内，西北干旱区气温仍将升高，气温降水的变率增大。

玛纳斯河流域水资源研究的最新进展

玛纳斯河流域水资源研究的最新进展 1 研究区概况 玛纳斯河流域位于欧亚大陆中心，新疆天山北坡中部，准噶尔盆地南缘，地理位置为北纬43°05′~45°58′，东经84°42′~86°33′(图1)[1]。流域主要有玛纳斯河及其东侧的塔西河、西侧的金沟河、宁家河、巴音沟河、大小南沟河、沙湾河等组成，总面积约为1.76xl04km2[2]。玛纳斯河是流域内流程最长、流量最大的河流，发源于天山北麓依连哈比尕山脉，流经山前绿洲，最终汇入准噶尔盆地西北部的玛纳斯湖(现已干枯)，全河总长约400km，年均径流量12.7×108m3。流域地势由东南向西北倾斜，最高海拔为5442.5 m，最低为256 m，由南向北依次为山地、绿洲和荒漠，属于温带大陆性干旱气候区，降水量时空差异大，年均降水量115~200 mm，年均蒸发量1500~2100 mm，年均气温4.7~5.7℃[3-4]。径流补给主要由海拔3600 m以上冰川积雪的融化和降水，水循环在独立的水系内进行，并且在山区形成径流，在平原区消耗与转化[1]。 图1 玛纳斯河流域示意图[1] 2 研究现状 2.1 径流模拟和预测 分布式水文模型、Mornet小波变换、时间序列分解模型等方法在玛纳斯河流域的径流

量预测研究中得到应用。比如，李慧[5]等建立了适合于玛纳斯河流域的SW AT 分布式流域 水文模型，采用1980~1995年数据模拟，验证了玛纳斯河流域控制性站( 肯斯瓦特水文站) 的日径流的模拟过程基本上反映了实际情况；张璞[6]等通过在玛纳斯河肯斯瓦特水文站应用SRM 模型对日径流量进行预报，取得了较为满意的结果；凌红波[7]等结合玛纳斯河肯斯瓦 特水文站1954~2007年的逐月径流及流域内气候资料,利用小波多尺度分析、混沌理论与周 期性叠加趋势模型研究了玛纳斯河径流的非线性特征及影响因素；马金凤[8]等通过对玛纳斯河水文系统的分析，建立了玛纳斯河流域流量预报的自回归滑动平均ARMA(p,q)模型，对 肯斯瓦特水文站实测径流过程进行了预测检验。 2.2 冰雪变化与径流量影响 卢新玉[9]等研究发现冬季，流域积雪变化对降水更敏感，而春季，气温是影响流域积雪面积变化的更主要的因素。郭鹏[10]等认为1990~2010 年间，玛纳斯河流域冰雪面积从1442.32 km2退缩到710.54 km2，面积减少了50.7%，而气温的升高是冰雪面积不断退缩的主要原因之一。刘艳[11]等通过分析得出结论：冬季山区积雪面积越大，以固态形式存储的水 量亦越大，春夏季随着气温的升高，积雪消融速率越大，河流来水量就越丰富。陈晓娜[12] 等研究发现玛纳斯河流域的积雪日数呈减少趋势，速度为0.06天/年，该速度小于初雪日推迟的速度0.3天/年，并认为该特征流域冬季平均气温与累计降水量的升高所直接驱动的结果。郑璞[13]等通过研究得出高程、坡向对积雪分布影响比较大，而坡度对积雪分布影响则相对 较小的规律特征。 2.3 气候变化与径流关系 禹朴家[14]等运用统计方法对玛纳斯河流域1959-2007年近49 a全年降水量进行分析， 发现49 a来玛纳斯河流域降水量呈增加的趋势，在20世纪70年代有一个明显的干旱期， 从1983年流域内降水量发生由少雨到多雨的变化，流域气候开始变得湿润。唐湘玲[15]等利用玛纳斯河上游2个水文站和4个雨量站1956~2006 年系列径流和降水资料分析得出玛纳 斯河上游流域径流年内分配不均匀，主要集中在6~8月份，占多年平均流量的66.9%~70.3%；近50年来，玛纳斯河径流量总体呈增多趋势，而且在1995 年发生了一次显著的突变，降水量的增加、气温的升高和人类活动是造成径流变化的重要因素。凌红波[16]等利用两个时 间段的气象数据，根据温度、年降水量和年蒸发量序列的Hurst指数预测，在2007年后的 一段时间内玛纳斯河流域温度将呈上升趋势，降水量和蒸发量将表现为下降走势。邹全[17] 等认为玛纳斯河流域自1993年以来夏季洪水频繁发生，尤其超标准洪水次数增多、量级增大主要是由于夏季极端高温和极端降水天气增多引起的。王娟[18]通过研究发现流域年径流 量受降水变化影响不大，气温升高是影响玛纳斯河年径流量变化的主要原因。 2.4 生态环境效应研究 张军民[19]用生态系统耦合原理、空间结构稳定性分析、土地类型及利用评价等方法， 结合相关遥感影像分析，得出：绿洲开发改变了流域水文循环及水资源分配的有效性，圈层结构的脆弱组成-天然绿洲及过渡带趋于退化，流域绿洲化与荒漠化、盐渍化均呈扩大趋势，绿洲建设的生态基础及可持续性能力受到威胁。封玲[20]等认为人口数量增长引起的资源环 境压力，是导致干旱区环境退化的主要人为诱因，不均匀的人口空间分布模式则加剧了这种资源环境压力，而人口的素质状况则决定了人口资源环境压力下最终的环境演化方向。徐海量[21]等认为玛纳斯河流域绿洲区水资源超负荷利用，地下水过度开采及水质恶化，造成绿 洲与沙漠过渡带的土地沙化。张建龙[22]等构建了玛纳斯河流域生态环境质量评价指标体系，并且采用相关数据对该流域1976~2005年近30年的生态环境质量综合指数(EQI)进行了相关

第二节美国田纳西河流域的综合治理详解

第二节美国田纳西河流域的治理 一．课程标准 掌握流域治理的方式举措 二．教学目标 1.知识与技能——了解田纳西河流域的自然地理环境特征及其开发治理前后的状 况。 2.过程与方法——掌握田纳西河流域具体开发措施及产生的效应，学会分析不同 流域开发治理的方法。 3.情感态度价值观——理解田纳西河流域成功开发对我国流域开发的启示，并分 析我国流域开发的内容及治理的措施，培养知识迁移的能 力。 三．教学重难点 重点——流域开发的基本内容和综合治理的措施； 流域开发建设和综合治理的一般方法 难点——流域开发建设和治理的一般方法 四．课时安排 3课时 第一课时田纳西河的地理环境

五．教学过程 【新课导入】 我们通常说“水能载舟亦能覆舟”，河流给我们带来生产和生活上的各种优惠之外，也给我们带来了很多的问题，比如洪涝灾害等等。今天我们就来学习学习，如何分析并综合治理一条流域—— 【看图解析】 展示一张流域图，解释流域、水系、支流等流域相关的术语（展示流域图）（1>干流——直接注入海洋或大陆湖泊的河流； 2>支流——注入干流的河流为一级支流；注入一级支流的为二级支流，以此类推…… 3>水系——河流的干流与支流共同组成水系 4>水域——河流集水区。） 【学生活动】 1）阅读课本P46“塔里木河流域”图，试找出塔里木河的1条一级支流和1条二级支流，并且说明水系组成和流域范围。 2）同理，尝试描述田纳西河。 （田纳西河是美国最大河流密西西比河的二级支流，注入其一级支流——俄亥俄河。） 【学生读图】 阅读课本P53“图2-2-3田纳西河流域在美国本土的位置”，分析说明美国田纳西河的位置。 （田纳西河位于美国本土东南部，临近墨西哥湾，处于中低纬度位置。）

《河流的综合开发—以美国田纳西河流域为例》教案

《河流的综合开发—以美国田纳西河流域为例》教案 课标要求： 以某流域为例，分析该流域开发的地理条件，了解该流域开发建设的基本内容，以及综合治理的对策措施。 教学目标 （一）知识与技能 1、观察地图，建立流域和水系的概念，并总结归纳出流域的基本特点：特殊性和整体 性。 2、结合地图和地理图表，分析田纳西河流域开发的自然背景。 3、通过了解田纳西河流域不同时期开发措施和后果，分析流域综合开发的意义。 4、掌握河流开发的分析方法，树立科学发展观念。 （二）过程与方法 1、阅读相关地图，建立流域和水系的概念，并总结归纳出流域的基本特点。 2、阅读相关图表，学会分析河流流域开发的自然背景。 （三）情感、态度和价值观 掌握河流开发的分析方法，树立科学发展观念。 （四）重点、难点 重点：1、分析田纳西河流域开发的自然背景及开发的现状； 2、分析流域综合开发的措施 难点：根据流域的自然背景，分析流域综合开发的措施及意义 课时安排：1课时

一、背景知识 1、河流与人类的关系 ①人类文明大多发源于大河流域：尼罗河文明、两河（底格里斯河、幼发拉底河）、黄河—长江、印度河—恒河； ②大河两岸多是人口、城市稠密地区。 2、流域和水系：图3.14 流域（供水区）——指供给河流地表水源的地面集水区和地下水源的地下集水区的总称；一般指地面集水区。 分水岭——相邻流域间的山岭或河间高地。分水岭最高点的连线，称为分水线或分水界。 水系（河系）——指河流干流、支流和流域内的湖泊、沼泽或地下暗河，彼此连接组成的庞大系统。 支流——注入干流；二级支流——注入一级支流；三级支流——注入二级支流。 3、流域的特性——特殊性、整体性。流域是一个自然区域，又是一个经济区域，区域内各自然要素之间，自然要素和经济要素之间是相互联系、相互影响、相互制约的。 二、河流各部分与人类活动和生态环境的关系：图3.15(学生读图填表)

水资源短缺现象原因及解决办法

水资源短缺 令狐采学 21世纪，水，已成为世界各国关注的焦点。水资源短缺、水资源分布不均、水环境被严重污染等等都是当今社会所急需解决的一系列问题，这些问题对世界各国的经济发展已构成了重大的威胁，如何解决好水多、水少、水脏和水污染等问题直接关系到水资源的可持续利用、粮食生产的安全、经济增长方式、国民经济的可持续发展、维持生态环境的安全以及国内国际环境的安定。水，是经济，也是挑战。 通过一个学期的学习，对于《环境概论》这门课程也有了一定的认识，对于水资源短缺这一问题可以主要从以下几个方面分析： 一、水资源短缺的当前现状 根据当前形势，全球水资源短缺本就已存在的情况大致可以分为以下几种情况： 1、淡水资源是十分有限的资源。在全球水资源中陆地淡水仅占 6%，其余94 为海洋水。而在陆地淡水中，又有77.2%分布在南北极，22.4%分布在很难开发的地下深处，仅有0.4 %的淡水可供人类维持生命。 2、淡水资源的分布极不均衡，导致一些国家和地区严重缺水。如 非洲扎伊尔河的水量占整个大陆再生水量的30%，但该河主要流经人口稀少的地区，造成一些人口众多的地区严重缺水。

再如美洲的亚马逊河，其径流量占南美总径流量的60%，但它也没有流经人口密集的地区，其丰富的水资源无法被充分利用。俄罗斯和中亚地区也面临类似的情况，丰富的水资源流经西伯利亚注入北冰洋，而人口众多的西部、南部、中亚地区则出现水资源短缺。全球水资源分布在地理上已经基本确定，难以重新分配。巴西、俄罗斯、中国、加拿大、印度尼西亚、美国、印度、哥伦比亚以及扎伊尔9 个国家拥有了全球水资源的60%，即便在一定范围进行重新分配，其成本也是极高的。 3、水是难以替代的资源。人类要找到一种理想的水替代品，要比 寻找石油和木材等资源的替代品困难得多，尽管许多缺水国家已经开始海水淡化工作，但目前在资金和技术上都还远远无法解决水资源短缺问题。 除了以上的情况还有其他一些因素加剧了全球性的水资源危机：I.人口的增长使淡水供应紧张。随着人口的增加，工业、农业和其他生活用水量不断扩大，但人类的取水量增长缓慢，导致人均用水量的下降。据有学者预测，到20 世纪末，人类的人均占水量将下降24%，像非洲的肯尼亚、尼日利亚等一些国家，人均用水量将下降40-50%。II.生态环境的破坏是陆地淡水急剧减少。森林被毁、土壤退化等导致地面对水的吸收保护能力下降，雨季大水泛滥，而旱季严重缺水，使得各地灾情不断，比如我国西南旱灾、南方洪灾，还有国外一些地区雨季洪水泛滥，使得居民的生活受到严重影响。III.水资源遭到污染，造成水质量下降。