黑河流域近两千年人—水—生态演变研究进展

doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2015.03.0396

理解流域历史时期的人—水—生态演变过程和规律,对其当前和未来的管理规划极为重要。通过梳理近几十年来有关学者对西北干旱区典型内陆河流域——黑河流域过去2 000年的水环境、人类活动、生态环境演变及其耦合研究等方面的成果,发现单个方面的研究均已较为普遍和成熟,并且积累了大量的素材和数据,但是缺乏以流域为单元,从长时间尺度综合考虑人—水—生态相互作用,定量分析人—水—生态协同演化过程的研究成果。今后的研究,一是应当着重于数据挖掘方法的探索,对已有成果进一步挖掘并进行对比和校正,构建一套长时间序列的可靠的人类活动、水文和生态数据集;二是应当着重于动力学模型的构建,增加生态—水文系统与人类活动的互馈机制描述,刻画人—水—生态的协同演化过程,从而达到通过揭示流域过去2 000年的人—水—生态协同演化过程,为流域当前和未来的管理提供历史镜鉴,为国内外的其他类似流域提供参考。社会水文学的提出无疑将极大地促进流域人—水—生态演变研究的发展。

关键词: 流域科学, 人—水—生态协同演化, 数据挖掘方法, 动力学模型, 社会水文学

Understanding the evolution process and rule of the human-water-ecology is very important for the current and future river basin management and planning. This study briefly reviews the achievement obtained by many scholars for decades on the water environment, human activities and ecological environment and their coupling research in the past two thousand years in the Heihe River Basin, a typical inland river basin in arid region of northwest China, including the changes of the precipitation, temperature and runoff in historical period, the evolution process of the terminal lake, desertification process and oasis succession, social development, such as the changes of the population, alternation of agricultural and animal husbandry production, water allocation, water management. Although a lot of important progress has been made in the individual study and a lot of material and data have been accumulated, there are lack in full description of human-water-ecology co-evolution process and quantitative analysis of their interaction in long time scale at basin scale. In the future we should concentrate on two aspects, one is data mining method for producing a set of long time series reliable data about human, water and ecology by comparing and calibrating the exciting achievements and data; the other is constructing dynamical model for depicting the process of human-water-ecology co-evolution by adding mutual feedback mechanism between human activities and eco-hydrological system. It can light on river basin management in current and future and provide references for other basins both at home and abroad by revealing the human-water-ecology co-evolution process in the Heihe River Basin in the past two thousand years. Now the rise of socio-hydrology will greatly promote the development of the study of the human-water-ecology evolution in a basin.

Key words: River science, Human-water-ecology co-evolution, Data mining method, Dynamical model, Socio-hydrology.

中图分类号:

P951

表1 历史时期祁连山及周边地区降水变化

Table 1 The precipitation fluctuation in Qilian Mountains and surrounding areas in historical period

研究区域	研究时段	偏湿润期	偏干旱期	参考文献
青藏高原东北部	BC 1500— AD 2000	BC 1500-1300、1000-900;AD 600-1100、1320-1420、1550-1600、1850-2000	BC 1150-1000、650-300、250-200;AD 200-400、1450-1550	[ 13 ]
同上	BC 515- AD 2000	AD 367—425、576—625、951—1050、1351—1375、1551—1600、1826—2000	BC 74—25,AD 51—375、426—500、526—575、626—700、1100—1225、1251—1325、1451—1525、1651—1750、1801—1825	[ 14 ]
祁连山中部	AD 904—1997	AD 1210—1300、1810—1900	AD 910—1000、1310—1400、1410—1500、1510—1600、1610—1700、1710—1800、1910—2000	[ 17 ]
青藏高原北部	全新世	BC 710—210,AD 490—1190、1390—1990	AD 1200—1370	[ 18 ]
祁连山地区	AD 1310—1991	AD 1310—1330、1345—1361、1391—1403、1424—1461、1513—1532、1571—1587、1654—1671、1728—1762、1777—1783、1832—1851、1896—1922、1942—1959	AD 1331—1344、1404—1423、1533—1570、1588—1605、1634—1653、1672—1681、1710—1727、1763—1776、1816—1831、1923—1941	[ 19 ]
黑河流域	AD 0—2000	AD 150—300、400—900、1500—2000	AD 0—150、300—400、1050—1150、1400—1450	[ 20 ]

表1 历史时期祁连山及周边地区降水变化

Table 1 The precipitation fluctuation in Qilian Mountains and surrounding areas in historical period

研究区域	研究时段	偏湿润期	偏干旱期	参考文献
青藏高原东北部	BC 1500— AD 2000	BC 1500-1300、1000-900;AD 600-1100、1320-1420、1550-1600、1850-2000	BC 1150-1000、650-300、250-200;AD 200-400、1450-1550	[ 13 ]
同上	BC 515- AD 2000	AD 367—425、576—625、951—1050、1351—1375、1551—1600、1826—2000	BC 74—25,AD 51—375、426—500、526—575、626—700、1100—1225、1251—1325、1451—1525、1651—1750、1801—1825	[ 14 ]
祁连山中部	AD 904—1997	AD 1210—1300、1810—1900	AD 910—1000、1310—1400、1410—1500、1510—1600、1610—1700、1710—1800、1910—2000	[ 17 ]
青藏高原北部	全新世	BC 710—210,AD 490—1190、1390—1990	AD 1200—1370	[ 18 ]
祁连山地区	AD 1310—1991	AD 1310—1330、1345—1361、1391—1403、1424—1461、1513—1532、1571—1587、1654—1671、1728—1762、1777—1783、1832—1851、1896—1922、1942—1959	AD 1331—1344、1404—1423、1533—1570、1588—1605、1634—1653、1672—1681、1710—1727、1763—1776、1816—1831、1923—1941	[ 19 ]
黑河流域	AD 0—2000	AD 150—300、400—900、1500—2000	AD 0—150、300—400、1050—1150、1400—1450	[ 20 ]

表2 历史时期祁连山及周边地区气温变化

Table 2 The temperature fluctuation in Qilian mountains and surrounding areas in historical period

研究区域	研究时段	温暖期	寒冷期	参考文献
青藏高原中东部	BC 484—AD 2000	AD 401—413、604—609、864—882、965—994、1970—2000	AD 348—366、686—705、1271—1296、1599—1702	[ 21 ]
青藏高原北部	AD 1129—2000	AD 1130—1150、1580—1620、1640—1720、1900—1990	AD 1210—1230、1260—1290、1310—1330、1360—1420、1440—1490、1510—1530、1760—1890	[ 22 ]
青藏高原	AD 0—2000	AD 800—1000、1150—1350	AD 250—500、1400—1850	[ 23 ]
青海都兰地区	AD 159—1993	AD 159—240、383—423、505—532、568—622、819—1086、1236—1256、1345—1421、1530—1590、1745—1774、1834—1863、1875—1993	AD 241—382、424—504、533—567、623—818、1087—1235、1257—1344、1422—1529、1591—1744、1775—1833、1864—1874	[ 24 , 25 ]
青海都兰地区	AD 0—2000	AD 0—230、810—1070、1880—2000	AD 240—800、1080—1870	[ 26 ]
敦德	AD 1400—1980	AD 1521—1570、1680—1770、1890—1980	AD 1420—1520、1570—1680、1770—1890	[ 27 ]
祁连山	AD 1059—1975	AD 1200—1260、1390—1440、1520—1620、1870—1930	AD 1060—1200、1260—1390、1440—1520、1620—1870、1930—1975	[ 28 ]
祁连山中部	AD 1000—2000	AD 1050—1150、1350—1440、1510—1580、1890—2000	AD 1000—1050、1150—1350、1440—1510、1580—1890	[ 30 ]
青海乌兰地区	AD 1013—2002	AD 1144—1264、1305—1361、1384—1479、1519—1591、1846—2002	AD 1013—1143、1265—1304、1362—1383、1480—1518、1592—1845	[ 31 ]

表2 历史时期祁连山及周边地区气温变化

Table 2 The temperature fluctuation in Qilian mountains and surrounding areas in historical period

研究区域	研究时段	温暖期	寒冷期	参考文献
青藏高原中东部	BC 484—AD 2000	AD 401—413、604—609、864—882、965—994、1970—2000	AD 348—366、686—705、1271—1296、1599—1702	[ 21 ]
青藏高原北部	AD 1129—2000	AD 1130—1150、1580—1620、1640—1720、1900—1990	AD 1210—1230、1260—1290、1310—1330、1360—1420、1440—1490、1510—1530、1760—1890	[ 22 ]
青藏高原	AD 0—2000	AD 800—1000、1150—1350	AD 250—500、1400—1850	[ 23 ]
青海都兰地区	AD 159—1993	AD 159—240、383—423、505—532、568—622、819—1086、1236—1256、1345—1421、1530—1590、1745—1774、1834—1863、1875—1993	AD 241—382、424—504、533—567、623—818、1087—1235、1257—1344、1422—1529、1591—1744、1775—1833、1864—1874	[ 24 , 25 ]
青海都兰地区	AD 0—2000	AD 0—230、810—1070、1880—2000	AD 240—800、1080—1870	[ 26 ]
敦德	AD 1400—1980	AD 1521—1570、1680—1770、1890—1980	AD 1420—1520、1570—1680、1770—1890	[ 27 ]
祁连山	AD 1059—1975	AD 1200—1260、1390—1440、1520—1620、1870—1930	AD 1060—1200、1260—1390、1440—1520、1620—1870、1930—1975	[ 28 ]
祁连山中部	AD 1000—2000	AD 1050—1150、1350—1440、1510—1580、1890—2000	AD 1000—1050、1150—1350、1440—1510、1580—1890	[ 30 ]
青海乌兰地区	AD 1013—2002	AD 1144—1264、1305—1361、1384—1479、1519—1591、1846—2002	AD 1013—1143、1265—1304、1362—1383、1480—1518、1592—1845	[ 31 ]

表3 黑河上游出山径流变化

Table 3 The runoff fluctuation in upstream of Heihe River Basin

研究区域	研究时段	丰水期	枯水期	参考文献
黑河干流	AD 575—2006	AD 868—1000、1056—1094、1228—1271、1327—1440、1510—1583、1877—2006	AD 818—852、1112—1196、1453—1495、1680—1710	[ 32 ]
黑河干流	AD 1000—2008	AD 1000—1011、1054—1103、1213—1258、1353—1441、1500—1592、1740—1788、1885—2008	AD 1012—1053、1104—1212、1259—1352、1442—1499、1593—1739、1789—1884	[ 33 ]
同上	AD 700—2000	8世纪初、8世纪中后期、10世纪中期、13世纪中后期、14世纪末至15世纪初期	AD 938—958、1051—1057	[ 6 ]
同上	AD 1776—1995	AD 1784—1800、1831—1840、1866—1875、1888—1925、1941—1951、1963—1969、1979—1990	AD 1776—1783、1801—1830、1841—1865、1876—1887、1926—1940、1952—1962、1970—1978、1991—1995	[ 34 ]

表3 黑河上游出山径流变化

Table 3 The runoff fluctuation in upstream of Heihe River Basin

研究区域	研究时段	丰水期	枯水期	参考文献
黑河干流	AD 575—2006	AD 868—1000、1056—1094、1228—1271、1327—1440、1510—1583、1877—2006	AD 818—852、1112—1196、1453—1495、1680—1710	[ 32 ]
黑河干流	AD 1000—2008	AD 1000—1011、1054—1103、1213—1258、1353—1441、1500—1592、1740—1788、1885—2008	AD 1012—1053、1104—1212、1259—1352、1442—1499、1593—1739、1789—1884	[ 33 ]
同上	AD 700—2000	8世纪初、8世纪中后期、10世纪中期、13世纪中后期、14世纪末至15世纪初期	AD 938—958、1051—1057	[ 6 ]
同上	AD 1776—1995	AD 1784—1800、1831—1840、1866—1875、1888—1925、1941—1951、1963—1969、1979—1990	AD 1776—1783、1801—1830、1841—1865、1876—1887、1926—1940、1952—1962、1970—1978、1991—1995	[ 34 ]

表4 黑河流域尾闾湖演变过程

Table 4 The evolution of the terminal lakes in Heihe River Basin

研究区域	研究时段	湖泊扩张或大湖面期	湖泊萎缩期	参考文献
东居延海	2650~0 BP	2650~2560、2360~2120、1600~650 a BP	2560~2360、2120~1600、650~0 a BP	[ 36 , 37 ]
东居延海	AD 450—1970	AD 450—850、1050—1370	AD 850—1050、1370—1970	[ 41 - 43 ]
西居延海	AD 1800—1999	AD 1852—1871、1932—1952、1973—1982、1995—1999	AD 1871—1932、1952—1973、1982—1995	[ 44 ]
额济纳古湖	38.150~4¹⁴C ka BP	38.15~22.79、14~4¹⁴C ka BP	22.79~14¹⁴C ka BP	[ 45 ]

表4 黑河流域尾闾湖演变过程

Table 4 The evolution of the terminal lakes in Heihe River Basin

研究区域	研究时段	湖泊扩张或大湖面期	湖泊萎缩期	参考文献
东居延海	2650~0 BP	2650~2560、2360~2120、1600~650 a BP	2560~2360、2120~1600、650~0 a BP	[ 36 , 37 ]
东居延海	AD 450—1970	AD 450—850、1050—1370	AD 850—1050、1370—1970	[ 41 - 43 ]
西居延海	AD 1800—1999	AD 1852—1871、1932—1952、1973—1982、1995—1999	AD 1871—1932、1952—1973、1982—1995	[ 44 ]
额济纳古湖	38.150~4¹⁴C ka BP	38.15~22.79、14~4¹⁴C ka BP	22.79~14¹⁴C ka BP	[ 45 ]

表5 黑河流域社会发展过程

Table 5 The social development in Heihe River Basin

社会发展方面	发展情况	参考文献
开发举措	移民实边、开发屯田、兴修水利、促进农耕、修筑边塞、驻军守卫、设置郡县、筑城立市	[ 46 , 47 ]
生活方式	农业为主：汉武帝—西晋、唐初—安史之乱、明清以来;牧业为主：汉武帝以前、西晋—唐初、安史之乱—元	[ 47 ]
人类活动与生态经济系统发展	公元前2100年以前：生态经济系统的原始发展时期;公元前2100至121年：过渡阶段;公元前121—1911年：人类活动加强,生态经济系统的原始平衡被打破;1912—1949年：社会动荡,生态经济系统严重受损;建国至1995：经济迅速发展,生态环境急剧恶化;1996年以后：人地共同发展的高效型生态经济系统时期	[ 49 ]
城镇发展	秦汉以前的城市萌芽,两汉时期的奠基期,十六国时期和隋唐时期的第二高峰期,宋以后的衰落期,明清以后城市再度复苏	[ 50 ]

表5 黑河流域社会发展过程

Table 5 The social development in Heihe River Basin

社会发展方面	发展情况	参考文献
开发举措	移民实边、开发屯田、兴修水利、促进农耕、修筑边塞、驻军守卫、设置郡县、筑城立市	[ 46 , 47 ]
生活方式	农业为主：汉武帝—西晋、唐初—安史之乱、明清以来;牧业为主：汉武帝以前、西晋—唐初、安史之乱—元	[ 47 ]
人类活动与生态经济系统发展	公元前2100年以前：生态经济系统的原始发展时期;公元前2100至121年：过渡阶段;公元前121—1911年：人类活动加强,生态经济系统的原始平衡被打破;1912—1949年：社会动荡,生态经济系统严重受损;建国至1995：经济迅速发展,生态环境急剧恶化;1996年以后：人地共同发展的高效型生态经济系统时期	[ 49 ]
城镇发展	秦汉以前的城市萌芽,两汉时期的奠基期,十六国时期和隋唐时期的第二高峰期,宋以后的衰落期,明清以后城市再度复苏	[ 50 ]

表6 黑河流域绿洲与沙漠化演变及其驱动因素

Table 6 The evolution of the oasis and desertification in Heihe River Basin and its driving factors

绿洲发展阶段	影响因素	参考文献
汉代、唐代、建国后至今	政治、经济政策：兴修水利、发展灌溉农业、屯田、推行均田制、设置常平仓	[ 46 ]
荒漠化阶段	影响因素	作者
BC 200—176,AD 220—618、1628—1970	气候干冷、水土资源的时空不稳定性、过垦、滥垦、战争等	[ 68 ]
南北朝,唐末五代,明清两朝	气候干冷,人口过密等	[ 70 ]

表6 黑河流域绿洲与沙漠化演变及其驱动因素

Table 6 The evolution of the oasis and desertification in Heihe River Basin and its driving factors

绿洲发展阶段	影响因素	参考文献
汉代、唐代、建国后至今	政治、经济政策：兴修水利、发展灌溉农业、屯田、推行均田制、设置常平仓	[ 46 ]
荒漠化阶段	影响因素	作者
BC 200—176,AD 220—618、1628—1970	气候干冷、水土资源的时空不稳定性、过垦、滥垦、战争等	[ 68 ]
南北朝,唐末五代,明清两朝	气候干冷,人口过密等	[ 70 ]

[1]	Xiao Honglang,Cheng Guodong,Li Caizhi,et al. Eco-hydrological observational experiments of the Heihe River Basin and integrated eco-water management research at watershed scale[J]. Advances in Earth Science,2008,23(7):666-670.
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摘要

Advances in the Study on the Human-Water-Ecology Evolution in the Past Two Thousand Years in Heihe River Basin