基于地下水恢复的塔里木河下游生态需水量估算

为探明生态输水后地下水响应带范围及地下水恢复下生态需水量,以塔里木河下游大西海子水库至台特玛湖段为研究区,基于2000—2010年生态输水和地下水埋深分布特征,分析了塔里木河下游生态输水后两岸地下水位恢复状况,并借助遥感和地理信息系统技术对研究区生态需水量进行了研究。结果表明:塔河下游地下水位的抬升幅度与输水量的大小呈一定的正相关关系,并存在一定的时效性。2004—2010年地下水处于长期的负均衡状态,多年下降幅度明显。塔河下游英苏、喀尔达依、阿拉干和依干不及麻断面地下水响应幅度分别为1195、1050、2281 m和1000 m。历经11a输水后,塔里木河下游地下水总恢复需水量为7.06×108m3,其中,齐文阔尔河段为4.98×108m3,老塔里木河段为2.09×108m3,地下水恢复至生态水位4.5m需要5—8a的时间。保护塔里木河下游大西海子以下所有天然植被面积(96114.09 hm2)的生态需水量为0.587×108m3,保护下游地下水响应带天然植被面积(41439.85 hm2)的生态需水量为0.21×108m3。     

农业种植结构等因素对河北省地下水超采的影响

以2001—2014年河北省地下水水位、农业种植结构等数据为基础,采用计量经济学方法,对河北省浅层地下水水位和深层地下水水位的影响因素进行了分析。研究结果表明：河北省农业种植结构、人口、有效灌溉面积、机井数量、经济发展水平等因素对地下水超采均有不同程度的影响,并提出政策建议：为缓解地下水超采状况,要因地制宜,适当调整农业种植结构;大力发展节水农业,提高水资源的利用率;控制机井数量的同时,适当控制机井深度;大力发展经济,提高经济发展水平。     

塔里木河下游荒漠植被保护酶活性与地下水位变化的关系

在塔里木河下游的不同断面,随着距离河道由近及远、地下水埋深的不断增大,柽柳叶片的MDA含量、SOD活性随着地下水位的下降而逐渐增加,与地下水位呈显著正相关．相关系数分别为0．7464和0．5531;POD活性却随着地下水埋深的不断增大而呈下降趋势,与地下水位呈显著负相关．相关系数为0．5518。根据不同地下水位条件下柽柳叶片的MDA含量和SOD活性所反映出的适宜其生存的合理生态水位、(严重)胁迫水位并将其进行综合比较与分析,初步推断出：在塔里木河下游地下水埋深超过3．12m时．柽柳的生长即开始受到抑制,5m左右的地下水位即对柽柳造成严重胁迫,≥8．83m的地下水位则会危及柽柳的生存。     

我国北方干旱半干旱地区人工造林对地下水位变化影响的模拟研究

水资源短缺已成为阻碍我国社会可持续发展的至关因素,而其中地下水资源短缺更甚。自1952年我国于干旱半干旱地区实施大规模人工造林以来,大量研究资料显示人工林的蒸散量要普遍高于当地自然植被的蒸散量,这可能会打破当地的地下水平衡。而以往我国有关人工造林对地下水位影响的研究较欠缺,因此在基于两种假设条件下,运用7种蒸散发模型测算了人工造林活动对北方干旱半干旱地区的地下水位影响。结果表明大规模的人工造林活动会降低地下水位高度,基于假设条件一,甘肃、宁夏和新疆地下水位下降严重;基于假设条件二,北京地下水位下降明显。提出我国在未来生态修复实践中要考虑对地下水供给的影响,确定合理造林规模并选择栽培乡土树种,真正提高地下水资源利用率。     

古尔班通古特沙漠西部地下水位和水质变化对植被的影响

通过对比分析古尔班通古特沙漠西部3a地下水位和水质的变化特点,研究了地下水位和水质变化对地表土壤理化性质、植物多样性、及建群种梭梭种群生长与更新的影响。发现地下水位和土壤理化性质空间变异较大,最浅地下水位为3.3 m,最深可达24.2 m,主要集中在6-8 m;土壤电导率、pH值、Cl^-和SO₄^2-均在表层0-40 cm含量较高,变异系数随土层深度的增加而减小。在时间上地下水位受准噶尔盆地上游农田用水的影响,水位呈季节性波动。一年中最高水位出现在4月,最低水位在7月。玛纳斯河向下游输水对提高盆地地下水位具有明显作用,地下水位平均可升高4.3 cm,地下水矿化度平均增幅1 g/L。地下水位对退化区物种多样性影响不大,但对梭梭生长产生显著影响。梭梭生长的适宜地下水位为5-8 m,且地下水矿化度小于4 g/L。地下水位大于8 m导致梭梭种群衰退,而地下水位小于4 m时,地下水矿化度影响土壤表层积盐,进而显著地降低物种多样性,阻碍梭梭幼苗更新,导致梭梭种群衰败。总结认为准噶尔盆地上游的玛纳斯河断流和农业灌溉对古尔班通古特沙漠西部平原地区的地下水位和水质产生显著影响,梭梭退化与地下水位变化显著相关,必须引起高度重视。     

草原露天煤矿区植被对地下水位埋深变化的响应

草原采矿活动疏排地下水导致区域地下水位下降,植被退化严重。明确草原采矿活动影响区域地下水位埋深的强度和范围,确定影响植被生长的地下水位埋深阈值,对草原矿区生态环境保护有着重要意义。以呼伦贝尔草原伊敏露天煤矿为例,利用遥感方法,建立采矿前后区域地下水埋深变化与NDVI的定量响应关系;通过样方调查,确定研究区植被群落随地下水位埋深变化的演替模式,分析草原矿区地下水位变化对草原植被类型、物种丰富度、植被覆盖度、地上生物量和综合优势比的影响;结合两种方法,确定维持研究区植被正常生长的地下水位埋深阈值。其结果如下：从柴达敏诺尔湖至采坑边缘,地下水位埋深从0 m逐渐下降至60 m,植被群落演替为盐化草地→典型草原→退化典型草原→退化草甸草原→盐化草甸草原;研究区最适宜植被生长的地下水位埋深约为1 m;1-30 m为维持研究区植被正常生长的阈值地下水位埋深。最后根据以上结论,将研究区划分为地下水开发的一级敏感区、二级敏感区和三级敏感区,针对不同敏感区提出了不同的地下水开发政策,以防止采矿活动疏排地下水引起草原退化。     

西部干旱区生态需水的规律及特点——以塔里木河下游绿色走廊为例

天然植被蒸散耗水量小,水分有效利用程度高,生态需水可塑性及水质变幅较大等是生态需水的主要特点．保护塔里木河下游绿色走廊的生态需水量,主要是指大西海子以下自然植被的需水量．即地下水位恢复总水量和全河段生态总维持水量,前者主要包括水位恢复水量、侧向排泄量及河道蒸发水量．2005年泄水目标为阿尔干,生态总需水量为恢复大西海于至阿尔干地下水的总水量,该水量为13．20×10^8m^3,年均需水量为2．64×10^8m^3．2010年泄水目标及植被保护目标都是台特玛湖,生态总需水量包括恢复阿尔干至台特玛湖段地下水位的水量以及维持大西海子至台特玛湖段生态的维持水量,该水量为18．32×10^8m^3,年均需水量为3．66×10^8m^3．2010—2030年的生态总需水量包括每年维持大西海子至台特玛湖段生态的总维持水量,同时也包括增加植被18．67×10^4hm^2所需要的水量,20年生态总需水量为139．00×10^8m^3,年均需水量为6．95×10^8m^3．通过一系列措施保证生态用水,是干旱区生态建设的关键．     

基于GIS的下辽河平原地下水生态敏感性评价

从地下水系统结构特征、区域自然条件、外界压力、资源与保护和生态环境5个方面考虑,构建了下辽河平原地下水生态敏感性评价指标体系.运用GIS空间分析技术,从水量和水质两方面对下辽河平原地下水生态敏感性进行评价.结果表明:在水量敏感性方面,主要以轻度与中度敏感区为主,占研究区总面积的65.14％;在水质敏感性方面,主要以轻度和中度敏感区为主,占研究区总面积的86.56％.综合水量和水质两方面,下辽河平原地下水生态敏感性在中度敏感以上的区域面积占研究区面积的59.62％,生态敏感性较高,容易受到破坏.从空间分布来看,不敏感和轻度敏感区分布在新民一辽中平原、东部山前冲洪积平原;中度敏感区域主要分布在中部平原及西部低山地区;高度敏感和极敏感区分布在辽阳和抚顺城区、平原周围山区.     

宽甸县水中硼的背景浓度及污染现状分析

采集辽宁宽甸县各种水样51个,用ICP—MS分析硼含量。结果表明,宽甸县水中硼含量的背景值与世界水平相当,污染地区地表水和地下水硼含量的平均值分别是背景点的23．1和495．6倍。硼的开采和加工对水体产生了较严重的硼污染。     

黑河中游荒漠绿洲过渡带多枝柽柳对地下水位变化的生理生态响应与适应

以黑河中游荒漠绿洲过渡带主要建群种多枝柽柳成年体为研究对象,对野外不同地下水埋深处柽柳叶片生理生态特性进行观测和分析,评价分析多枝柽柳对地下水埋深差异和地下水位季节变化的响应过程和适应机制.结果显示:在相似大气环境条件下,不同地下水埋深之间,多枝柽柳叶片的生理生态指标没有明显差异,但对于地下水位的季节波动,则表现出较为明显的变化和响应;柽柳通过气孔的调节,在更深地下水埋深下,水分条件更差时,保持了稳定的气孔导度和较高的叶片胞间二氧化碳浓度,从而维持相对稳定的碳同化能力及较高水分利用效率,表现出较好的适应能力;在不同地下水埋深下,叶片生理生态指标随地下水位下降的响应特征呈现出明显差异,这种差异暗示了黑河中游荒漠绿洲过渡带多枝柽柳的适宜地下水位在3 m左右.     

塔里木河下游不同断面胡杨径向生长对地下水变化的敏感性研究

以塔里木河下游干旱荒漠区胡杨为研究对象,选择英苏、依干不及麻、阿拉干、喀尔达依4个不同断面,通过定点监测4个典型断面的地下水位,并测定计算胡杨的径向生长量,对比分析4个不同断面的胡杨径向生长与地下水埋深之间的关系,定量研究胡杨生长的合理水位,为塔里木河下游胡杨健康生长和恢复提供理论依据。结果表明:(1)4个断面的胡杨年轮宽度在2000年以后有明显上升,英苏断面年轮宽度变化起伏最为明显,依干不及麻断面年轮宽度变化起伏最平缓。在2000年以前(为排除人工输水的干扰),胡杨年轮指数的变化有显著差异性,起伏最明显为依干不及麻断面,最平缓为阿拉干断面,喀尔达依断面有明显下降趋势。(2)4个断面的胡杨径向生长量与地下水埋深之间呈负相关关系,建立回归模型,拟合方程均通过0.05水平检验,拟合关系较好。(3)4个断面的胡杨径向生长量随着地下水位的下降,其灵敏度呈先增大后减小的趋势。灵敏度最大值对应的地下水位分别是:英苏断面5.38m、喀尔达依断面6.66m、阿拉干断面7.81m、依干不及麻断面7.84m。说明4个断面的胡杨径向生长对地下水位变化响应的敏感度存在差异,胡杨生长敏感的地下水位范围在5.4~7.8m之间。     

民勤湖区地下水资源时空变化对灌区景观生态安全的影响研究

以生态安全面临着严重威胁的我国干旱区民勤绿洲湖区灌区景观为例,研究地下水资源的时空变化对灌区生态安全的影响．利用GIS进行地下水的空间插值得到地下水埋深与地下水矿化度的时空变化．结果表明,地下水埋深在14年间持续下降,且灌区中心地带的地下水埋深的下降速率较边缘地带快。导致地下水降落漏斗不断加深,并逐渐由灌区中心向边缘扩展．大于3m的地下水埋深面积比例逐年增加,由1987年占湖区总面积的81．2％上升到2001年的97．4％．地下水埋深的持续下降导致土壤含水量降低是除人为破坏而引起林木自然衰败、死亡,并引起灌区自然生态安全水平降低的主要原因．当地下水埋深超过8m,地下2m处土壤含水率达到12％以下,大部分乔木林枯梢率达到90％以上,而灌木林枯梢率也达到50％以上．受地下水位下降的影响,14年间有林地、灌木林地与疏林地的斑块面积分别减少了67％、54％与31％,斑块数量减少35、42与50块．地下水矿化度的上升导致作物的安全生长格局发生显著变化,导致农业经济效益降低、种植业结构调整受到严重制约,构成对灌区经济生态安全的严重影响．合理分配流域中、下游水资源量,限制人类不合理的土地利用方式,减少灌区耕地面积,构建安全的景观格局．逐渐恢复地下水采、补平衡,阻止地下水位的进一步下降与地下水矿化度的上升是提高灌区生态安全水平的重要途径．     

鄱阳湖湿地地下水埋深及其与典型植被群落分布的关系

地下水位直接影响土壤含水量,进而影响湿地植被生长、分布和演替。本研究以鄱阳湖湿地为研究区,基于2014—2018年地下水位野外定点观测数据,分析湿地地下水年内与年际动态变化特征,构建鄱阳湖湿地地下水数值模型,分析地下水流场空间特征以及地下水埋深分布,结合高斯回归方法分析地下水埋深与典型植被分布之间的关系。结果表明: 年内洲滩湿地地下水位呈明显的动态变化,且地下水位与湖水位变化高度一致。地下水埋深年内变化与降水量季节性分布之间存在1个月的滞后。年际洲滩湿地地下水位由上游向下游呈减小趋势,且上游洲滩湿地地下水埋深变幅较小(0.1～1.1 m),下游洲滩湿地地下水埋深变幅较大(0.1～5.6 m)。研究区地下水流场由上游丘陵地区指向下游地势相对平坦的湖区,其流向与地形高程变化一致。研究区平均地下水埋深为2.07 m,且由远湖区至近湖区,地下水埋深不断减小。苔草、芦苇、茵陈蒿群落生长的最适地下水埋深分别为1.1、3.7、5.7 m;典型植被的分布对地下水埋深梯度的响应差异显著;茵陈蒿群落的生态幅宽大于苔草和芦苇群落;3种植被群落在地下水埋深1.1～5.7 m范围内出现生态位重叠现象,其中,苔草植被分布指数迅速减小,芦苇植被分布指数先增大后减小,茵陈蒿植被分布指数持续增至最大值,在地下水埋深达到5.7 m后开始减小。     

基于生态水位约束的下辽河平原地下水生态需水量估算

以我国北方典型的大型地下水盆地——下辽河平原为研究对象,在考虑地下水蒸发特点基础上,统筹考虑对地下水依赖程度较高的天然草地、天然湿地和河流生态系统对于地下水位的要求,综合水文和生态两方面因素确定地下水生态水位;利用Golden surfer软件的体积计算功能,计算出研究区内全年各月的地下水生态需水量;采用正态信息扩散模型,运用月保证率法得到不同保证率、不同恢复等级下的年地下水生态需水量.结果表明:下辽河平原不同月份的地下水缺水量41.83×108-60.07×108 m3、缺水区面积2.05× 104-2.34×104 km2、盈余水量2.73×108-6.68×108 m3、盈余区面积0.30×104-0.59×104 km2、地下水生态需水量35.15×108-57.33×108 m3;经月保证率法整合后的年地下水生态需水量变化规律为,随着保证率的降低,地下水生态需水量不断增加,而需水量等级越高,需水量增加幅度越大.     

干旱区地下水生态水位研究进展

地下水位是维系干旱区生态系统稳定的主要限制因子, 而地下水位又同时受到干旱区气候变化因素、植被特征因素及土壤理化性质因素的影响。在评述干旱区地下水生态水位概念的发展和内涵的基础上, 分析了在地下水生态水位变化影响因素方面所取得的研究进展, 总结了近年来在地下水生态水位研究领域的主要计算方法, 进而结合干旱区在生态水文地质领域存在的主要科学问题, 提出了未来研究的重点方向。     

干旱半干旱区地下水埋深对沙地植物土壤系统演变的驱动作用综述

在干旱半干旱生态脆弱区,地下水是限制植物种类组成、数量和生长发育的关键因素之一。近年来由于气候变化与土地利用强度的增加,我国北方普遍出现以极端气候变化、地表水体萎缩和地下水位下降为特征的生态过程,对区域生态系统安全和可持续发展构成严重威胁。而有关干旱半干旱区地下水埋深变化驱动退化植被恢复和稳定性维持方面的系统研究尚存不足。系统总结了地下水埋深变化分别对植物、土壤产生的影响及其三者间相互作用关系,比较分析了前人的研究成果,归纳总结了地下水埋深变化的驱动作用和影响因素,以及干旱半干旱区地下水埋深变化对植物土壤系统影响的预测模型研究,以期为今后应对地下水埋深变化制定生态保护策略提供理论指导依据。对本研究做了展望。     

浑河河水及其沿岸地下水污染特征

选择沈阳地区重要河流浑河及其沿岸地下水进行定量分析,研究并探讨了包括无机物和有机物在内的水质综合污染特征。结果表明,浑河河水中氨氮、硝氮、亚硝氮和酚超过了地表水环境质量标准,最大超标倍数分别为15.8、1.5、82.4和1.8倍,检测出的11种卤代烃、氯苯和六六六等有机物均未超标。浑河沿岸地下水中氨氮、硝氮、亚硝氮、化学需氧量、酚和铅超过地下水质量标准,超标率分别为31.6%、10.5%、26.3%、36.8%、47.4%和26.8%,检测出的4种卤代烃和六六六等有机物均未超标。河水及其沿岸地下水中的污染物,尤其是有机污染物种类和浓度高值基本出现在城西的谟家—大祝断面之间。浑河水质主要受城市工业废水、居民生活污水排放的影响,沿岸地下水的污染来源包括工业生产或农村居民生活造成的地表污染物垂直入渗式的点源污染、浑河水侧向渗透补给式的线源污染以及农药化肥使用产生的面源污染,而有机污染物主要通过点源污染地下水。浑河各区段的使用功能、包气带岩性及沿岸水源地开采井布局等因素都为受污染的河水对沿岸几百米范围内的浅层地下水的补给提供了条件,造成浅层地下水的污染,对当地生态系统及人类健康构成潜在威胁。     

基于机器学习模型的沙漠腹地地下水含盐量变化过程及模拟研究

为了研究塔克拉玛干沙漠腹地的地下水盐分变化规律,模拟地下水盐分变化过程,评价适合该区域的地下水变化规律的模型。通过对研究区蒸发量、降水量、气温、气压、地下水位、地下水电导率数据的统计分析,揭示了地下水含盐量及其影响因素的特征;使用GP模型、GPLVM模型和BP人工神经网络模型以及综合模型,模拟了气候变化和人类活动双重影响下的地下水含盐量变化过程,并评价了模型的模拟结果。研究结果表明:(1)研究区地下水流动系统主要受气候变化和人类活动的影响,地下水位在局部地区随开采过程呈现波动变化。地下水位变化过程与气压的变化规律相一致;而气温和蒸发量的季节变化规律相一致。地下水盐分含量呈上升趋势。(2)GP模型对于地下水含盐量的预测效果最好;GPLVM模型对于已知地下水含盐量条件下,与其他环境因素进行多元回归分析的拟合效果最好。而GP、GPLVM和BP人工神经网络模型的综合模型,对于包括模型训练和模型预测的全体数据集的拟合和预测效果最好。     

对话蒙古马（三）——马倌寻访日记（三）

今天我们进入了西苏旗境内，这里是锡林郭勒草原的最西端，也是锡盟最干旱地区。同行几位曾经在2002年来过这里的同伴惊讶地发现．以前到处生长的茂密的锦鸡儿都枯死了。锦鸡儿是一种灌木，地下根系通常是地表枝干的3倍多．最深的根系可以达到地下两三米．吸收地下水．所以特别适合生长在干旱环境里。这样耐旱的植物成片地死亡是否表明这里的地下水位在下降？如果真是这样．造成地下水位下降的原因又是什么呢？     

塔里木河中游水文影响下的胡杨种群格局动态

在利用环境同位素技术与多年径流量数据分析塔里木河中游的水文过程基础上,采用聚集度指标与种群结构动态量化法,研究了水文条件变化下胡杨种群结构特征与时空格局动态,预测了胡杨种群未来发展趋势。结果表明:(1)自1998年以来,中游年径流耗损量逐年减少,依靠地表水补给的地下水日益匮乏,具体表现为地下水埋深呈直线下滑趋势,这导致堤防外植被生长所需的生态用水日益紧缺。(2)在分布格局上,胡杨种群借助集群分布的格局抵抗恶劣的生态环境,其聚集强度随个体发育不断减弱,并有向随机分布发展的趋势;在种群结构上,胡杨种群除2003年为稳定型,其他年份下均属衰退型,表现出结构老龄化且长期衰退的特征。(3)2002年中游水量最为充沛,由于生态对环境变化的迟滞性特征使2003年地下水位抬升,导致胡杨种群变为稳定型,且聚集强度最大,种群增长趋势最强。种群动态指数与地下水埋深的回归模型显示,随地下水埋深的下降,种群增长趋势降低,验证了胡杨种群对水文变化的响应。(4)种群动态预测表明,未来2a,仅幼树数量呈增加趋势,其余径级均为减少趋势;未来5年a大树(或老树)数量将大幅减少。可见,地表水与地下水的逐年减少影响了胡杨种群的分布格局,阻碍了种群的更新发育,水文条件是影响中游胡杨生态特征的直接因素。