三江源地区是长江、黄河、澜沧江三大河流的发源地, 是我国重要水源涵养区, 由于其生态系统十分脆弱, 生态地λ特殊, 受到广泛的关注。本研究从三江源移民安置区农户能源利用对三江源生态系统影响的角度, 使用问卷调查法、半开放式访谈法和生态系统服务功能评价法, 对三江源移民安置区农户能源利用现状、农户对现有能源满意度和农户能源环保认知对三江源生态系统服务功能价值影响进行研究, 结果表明:① 三江源移民安置区种植农户能源利用结构较多样, 以畜粪和秸秆为主要能源, 放牧农户能源利用结构单一, 基本依靠畜粪;② 农户普遍对能源现状满意度低, 放牧农户满意度低于种植农户;③ 农户倾向于使用环保能源, 但对能源环保认知度较低, 阻碍了清洁能源的广泛使用;④ 农户使用生物质能源导致生态系统服务功能价值ÿ年损失约23.6737亿元。

目前, 三江源移民安置区居民利用的能源主要是各种生物质能源、化石燃料和二次能源电能等, 这些能源在生产和利用过程中对环境造成不同程度的污染和破坏。为缓解环境问题, 近些年国家在太阳能资源丰富的三江源地区实施民用太阳能能源开发利用工程。民用太阳能的开发和普及受当地居民对太阳能资源的认知水平的影响。本研究采用个人问卷调查方法, 揭示三江源移民安置居民对太阳能资源认知的现状, 剖析影响居民太阳能认知水平的主要因素, 并评价居民对太阳能使用意愿。研究结果显示:三江源移民安置区居民基本对太阳能资源开发利用有不同程度了解, 但认知时间短、水平低;性别、受教育程度和信息渠道等因素对居民的太阳能认知水平影响极显著;安置区居民对太阳能资源开发利用整体上呈乐观态度, 但经济成本和居民知识水平是影响太阳能开发利用推广的重要障碍。

为解决青藏高原地区气温低所带来的沼气池发酵物料温度低、沼气产气效率低等问题, 充分利用该地区丰富的太阳能光热资源, 本研究设计了一种以太阳能为辅助加热源的沼气发酵装置。结合当地气候条件, 确定了该装置总体结构与关键部件设计选型, 并进行了相关沼气发酵试验。试验结果表明, 该装置能够实现在太阳辐射强度高、昼夜温差大的高原地区处于不同日照环境下的沼气发酵, 能够使各种常用沼气发酵物在较为恒定温度下, 产气时间缩短, 较普通沼气池产气效率有所提高, 增加了经济与使用效益。该装置的设计将为中国太阳能辅助沼气发酵装置的研发提供参考。

人畜饮用水中砷、氟、矿化度的超标, 是影响三江源区饮水安全的因素之一。本文针对人畜饮水中砷、氟超标情况, 引进F-Catch、As-Catch2高性能粒状吸附材料, 进行技术开发, 设计出JCD-砷(氟)吸附系统。这种吸附材料对氟、砷酸、亚砷酸具有很高的吸附能力, 吸附能力是目前国内外砷、氟吸附剂吸附能力的6倍以上, 能吸附大量0.01ppm以下低浓度的氟离子和砷酸、亚砷酸。将JCD-砷(氟)吸附系统与活性碳联用形成砷、氟水处理工艺流程, 该工艺流程的处理能力可达到0.5m³/h, 按照国家农村用水标准每人每天40L水, 能够解决200人的安全饮用水, 适合于农村人畜安全饮水的需求。并在项目区进行了试验示范, 将含砷原水打入JCD-砷(氟)吸附系统, 吸附系统中的功能材料As-Catch2与进水中的砷进行物化反应。再通过JCD-砷(氟)吸附系统中的As-Catch2层下方的30cm高度的多孔质活性炭滤层, 利用活性炭具有的高效吸附作用, 吸附水中的微污染物质, 最终出水进入集水箱中, 通过泵打入居民生活用水管道, 进入用户家中得以安全使用。设备处理速率快、时间短, 无需进行预处理, 实现了砷、氟、磷等指标的同时去除, 砷去除率达到100%, 氟去除率达到85%以上, 处理后的水质满足国家生活饮用水卫生标准, 且系统不产生污泥, 节省了污泥处理费用, 设备结构简单、具有灵活的可变性、成本较低, 自动化程度高、操作简单、易于管理, 为三江源区人畜安全饮水提供了技术保障。

本文基于人口与环境相关联的地理视角, 运用最大化合成法、缓冲区分析法, 研究三江源地区植被分布与人口、居民点的关系。研究表明:①从大的空间尺度看, 居民点主要分布在NDVI条件好的区域;NDVI条件差的区域, 居民点分布较少;②在几十公里距离范围内, 植被盖度与离居民点的距离的关系是:居民点密度大的地区, 随着距居民点距离的增加NDVI呈上升趋势;居民点密度居中的地区, 随着距居民点距离的增加NDVI呈下降趋势;居民点密度小的地区, NDVI与距离居民点远近没有明显相关关系;③对典型牧业居民点小尺度范围内人口分布与NDVI关系的研究发现, 距居民点2km范围内, 由于人类的放牧活动造成了植被的退化, NDVI较低;2~4km范围内, 植被受人类放牧活动影响越来越小, 随着距离的增加NDVI呈显著上升态势;4~10km范围内, 因为自然条件的差异, NDVI随着距离的增加逐渐变小;④在1998年-2009年即三江源生态治理工程期间, NDVI总体上是上升的。

本文应用青海省水利厅主持调查的2009年度青海省人口数据、饮水不安全人口数据, 以及青海省县级土地面积、财政收入、耕地面积、降水量、海拔等数据, 利用ArcGis软件建立青海省农村地区饮水安全地理信息系统, 绘出青海省农村地区农牧民饮水不安全人口的数量及不安全率分布图, 利用SPSS软件从自然条件、人口经济、社会文化等方面解读造成青海省农村地区饮水安全现状和区域间差异的原因。研究结果显示:青海省农村地区的饮水不安全问题依然值得认真对待, 2009年饮水不安全人口达到总人口的25%, 其中饮水不安全人口分布比较集中的区域为:青海省的东部、东南部地区以及玉树州的东南部地区;饮水不安全率比较高的区域为:青海省的南部地区, 即三江源地区。

利用三江源地区18个气象台站1961年以来观测的日、旬、月和年气温、日照时数、日照百分率以及玉树站观测的太阳辐射资料, 根据气候学原理, 在充分考虑天文辐射、大气透明系数, 日照百分率等影响太阳辐射因子的基础上, 计算出三江源地区的太阳能资源, 然后以年太阳总辐射量作为一级(主导)区划指标, 以日平均气温稳定通过0℃(日最高气温达10~15℃)以上期间的日数(利用佳期)作为二级区域指标进行分区, 对三江源地区9个不同类型的太阳能资源区进行分区评述, 同时计算了三江源地区粮食光合生产潜力和气候生产潜力, 结果表明农作物生长期光合生产潜力为2 6846.4kg/hm²;光温生产潜力为1 1812.4kg/hm²;气候生产潜力为9449.9kg/hm², 与1997年-2006年实际年平均粮食产量3327.0kg/hm²相比;只占气候生产潜力的35%, 说明三江源地区粮食生产潜力的提升空间还很大, 最后得出:三江源地区由于太阳能资源丰富、土地利用条件优越、电网容量与架构理想、电价水平较低、交通设施便利、光伏产业链完整、太阳能利用市场和国家政策扶持力度较大等优越条件而开发利用潜力巨大。

三江源地区由于发展落后, 当地农户仍以畜粪等生物质能源为主要燃料, 破坏了当地脆弱的草地生态系统的物质循环, 造成生态系统恶化。为缓解能源和环境问题, 政府向当地农户推广使用太阳能设备。本文采用入户调查与统计资料分析相结合的办法, 查明当地农户太阳能使用现状, 并预测农户太阳能开发利用潜力。在此基础上, 评价太阳能资源的开发利用对生态系统服务功能价值的影响。结果显示:①贵南县农户目前使用的太阳能设备每年可产生9971 7500 MJ的能量, 相当于19 1107.8 hm²草地承载的牦牛产生的干牛粪的能量。如果使牛粪自然还草, 可使草地生态系统服务功能价值提高12.5759亿元人民币;②如果太阳能资源全面开发利用, 每年可以节省11 3380 t标准煤, 相当于636 8309hm²草地承载的牦牛每年产生的干牛粪能量。如果这些牛粪全部还草, 可以使草地生态系统服务功能价值提高419.0686亿元人民币。

本文利用1961年-2008年三江源地区16个气象台站观测的日照时数、日照百分率资料, 区内玉树气象站的太阳总辐射观测资料以及改进的Angstrom模型模拟的全区太阳总辐射年分布资料, 应用线性趋势法, 对三江源地区太阳辐射、日照时空分布特征以及可能影响因素进行了分析。研究表明:全区多年平均日照时数为2602.8h, 多年平均太阳辐射值为6751.08MJ/m², 较全国平均而言, 三江源地区太阳能资源非常丰富。日照北部高于南部, 太阳总辐射西部高于东部;1961年-2008年间, 三江源地区日照在玛多、达日地区显著增加, 在治多、兴海显著减少, 其余地区日照百分率和日照时数呈稳定状态, 不同于全国大部分地区日照减少的现象;三江源地区太阳总辐射1960年代后期至1980年代中后期呈减少趋势, 1990年代后呈增加趋势, 其变化趋势和全球先“变暗”后“变亮”过程较为一致。

利用风云系列静止气象卫星可见光通道的行星反照率和红外通道亮温, 依据地球-大气系统的物理模式反演得到三江源地区太阳总辐射。本文在Dedieu模式的基础上, 考虑了高程、气溶胶、云和水汽的变化对晴天地表太阳辐射的影响, 同时结合2005年-2007年玉树、玛沁两站地面实测辐射资料对模型参数修正, 反演得到了地面的太阳总辐射;反演数据与地面辐射站直接测量的结果进行了比较分析, 小时、日辐射相关系数达0.92以上, 晴天两者的差别在5%以内, 绝对误差在2MJ/m²以内。小时太阳总辐射时间尺度上开口向下抛物线, 最大值在中午13时左右, 最小值出现19时;日太阳辐射波动变化, 日最大值约为42.50MJ/m², 最小值为1.38MJ/m²;在对计算地表太阳总辐射的经验公式进行时间推广时, 根据梯形积分的思想, 计算日太阳总辐射, 反演值与实测值一致性较高。从月太阳总辐射空间分布图分析, 年内选择辐射最大月份7月份分析, 三江源地区7月份太阳总辐射在(500~800)MJ/m²之间, 并呈从西到东减少趋势, 最大值分布主要集中在可可西里地区, 最小值集中在东南部地区。研究该区域太阳能其分布特征不仅可以拓展清洁能源的利用, 而且有利于三江源地区植被生态环境保护。