塔里木河下游输水条件下浅层地下水化学特征变化与合理生态水位探讨

结合2000—2005年塔里木河下游间歇性输水过程中地下水化学与地下水位变化的监测资料的分析发现：地下水化学特征对间歇性生态输水的响应表现出明显的阶段性；在地下水化学特征对输水响应的不同阶段，地下水化矿化度和主要离子含量的变化量与采样点距输水河道距离有较强相关性，而地下水埋深的变化是地下水化学特征阶段性变化的直接影响因素；地下水埋深在5m左右时主要离子含量和矿化度最小，水质状况最佳，植被盖度远大于荒漠化临界盖度.在该埋深条件下既能满足生态恢复的需要，又能避免水分的过度蒸发浪费.因此间歇性生态输水条件下，能维持较好水质并抑制荒漠化发展的合理生态水位为5m.     

内陆干旱半干旱盆地地下水生态环境指标研究

探讨了内陆干旱半干旱盆地地下水生态环境指标.内陆干旱地区主要生态环境问题是人工绿洲土壤次生盐渍化和天然绿洲植被衰败.不同区域地下水生态环境指标不完全相同,人工绿洲主要是土壤含盐量和地下水位临界埋深等指标,天然绿洲则主要是土壤含水量、土壤含盐量、潜水矿化度和地下水生态水位等指标.上述指标中最重要的地下水生态环境指标是地下水位埋深,其它指标如土壤含盐量、土壤含水量等指标可通过调节地下水位埋深来进行控制.人工绿洲临界埋深随气候和下垫面条件的变化而变化,年内不同时段指标阈值不同,天然绿洲的生态水位是适宜大多数植被生长的共同潜水埋深,为2.0～4.5m.表2,参9.     

塔克拉玛干沙漠南缘地下水在脆弱生态环境中的作用

塔克拉玛干沙漠南缘属典型的干旱区内陆盆地生态环境弱带,在绿洲与沙漠相交错分布的干旱生态系统中,地下水显示出重要的生态调控作用。土壤环境（水分、土壤含盐量）受地下水环境状况（地下水位、水质）的制约,从而决定了植被生长情况,地下水埋深地４ｍ时,土壤含水量一般在１１．７％～３３．９％之间变化,茺膜河岸林,柽柳灌丛和多数草木植物均能正常生长,当地下水位埋深大于４ｍ时,天然植物生长明显受到制约,土壤含盐量与     

黑河流域地下水埋深与气候变化对植被覆盖的影响研究

植被是联结土壤、大气、水分的自然纽带,在一定程度上,植被变化能在全球变化研究中充当"指示器"的作用.黑河流域位于我国西北干旱地区,气候变化敏感,以黑河流域为研究区,采用1998—2008年Spot-Vegetation的NDVI数据,以同时期的气象数据和区域地下水埋深数据为基础,通过ENVI、Arcgis等软件对数据进行统计分析,利用多元统计模型分析植被指数NDVI与年均温、年地下水埋深之间的定量关系,得出如下结论:1)黑河流域植被覆盖呈上升趋势,其中春季增加趋势最大;在空间分布上,黑河流域上中游的张掖、金塔等地区植被覆盖增加趋势明显,植被覆盖下降的区域主要在下游地区.2)黑河流域的年均地下水水位整体上呈下降趋势,地下水位埋深由年均3.09m上升到4.67m,其中地下水埋深较深的位置主要集中在上游,处于张掖市张掖农场周围,下游地区埋深普遍较浅.3)植被覆盖指数NDVI与温度成正相关,与地下水位埋深呈现负相关,综合分析NDVI变化趋势与气候变化和地下水之间的关系,建立三者之间的定量关系.本研究为定量评价由植被覆盖为主要表征的区域生态环境状况提出了科学的依据.     

基于标准地下水指数的地下水位动态及其对降水变化的响应

为科学探索地下水位变化规律,研究地下水位对降水变化的响应机理,通过计算2001—2013年期间1～48个月时间尺度的标准化降水指数(SPI)与标准化地下水指数(SGI),统计分析SPI与SGI变化规律和相关关系,研究了地下水位埋深对降水变化的时空响应规律,进而寻求地下水位对降水最佳响应时间。结果表明:2001—2013年期间SPI呈波动变化,干旱期和湿润期持续时间随着计算SPI时间尺度的增加而延长,间隔变化频率随计算时间尺度增加而降低;地下水位对降水最佳响应时间出现的时间尺度为36～48个月。因此可见,SGI是研究地下水动态及其对降水变化响应较为有效的工具。     

塔里木盆地土壤盐分变化特征分析

在潜水蒸发剧烈地区,土壤含盐量与地下水矿化度和埋深直接相关,确定三者间关系是合理排水系统设计和地下水管理的基础.根据塔里木盆地实测土壤含盐量及主要组分含量、地下水埋深和矿化度资料,分析了土壤含盐量主要组分变化特征,建立了0—30,0—60和0—100cm不同土层土壤含盐量与地下水埋深和矿化度三者间函数关系.研究结果显示在旱区土壤积盐与地下水矿化度和埋深存在显著相关关系,并建立三者间经验关系,为根据作物耐盐度确定地下水临界深度和地下水管理提供指导.     

GIS支持下的汶上县地下水资源生态安全评价

以山东省汶上县为例．研究地下水资源的时空变化及其变化原因。在汶上县水资源办公室1995--2004年地下水位观测资料的基础上,利用GIS进行地下水位的空间插值和栅格数据分析得到地下水埋深与地下水资源量的时空变化．研究结果表明：汶上县地下水资源变化存在显著空间分异。研究区地下水埋深在1995—2005年间持续下降：研究区中部地下水埋深的下降速率先慢后快,而东北部丘陵区和南部低洼区地下水位在1999年以后出现回升：1999年以前整个研究区地下水水资源均减少．1999年以后地下水资源减少主要集中于中部平原区．造成地下水空间差异的原因主要有两个方面．其一是有客水作为地表水水源的地区,部分农业用水采用地表水,减少了地下水的开采;其二是汶上县政府加强水资源管理,兴建水利,使地表水用量增加,地下水位出现回升趋势。     

地下水水位变动对土壤盐分运移的影响规律研究

通过对室内均质土柱试验,研究了地下水埋深在80cm．60cm、40cm的情况下,土壤盐分运移的变化及规律。结果表明：地下水埋深对土壤剖面的盐分分布影响显著。不同地下水埋深土柱积盐规律相似。随着地下水埋深逐渐增大,积盐的时间依次延长。当地下水埋深达到80cm时,在试验条件下以毛管水形式上升的地下水已经无法快速到达土柱表面,在该地下水埋深条件下土壤积盐强度不大。灌水后,土壤表层盐分随水分向下运动。     

荒漠河岸植被的受损过程与受损程度的判定

以多年平均地下水位数据为依据,将地下水位划分为6个环境梯度,各梯度上6次重复采集植被样地数据.从物种多样性、植被盖度等几方面分析了不同地下水位梯度上植被的受损过程,以及不同河段的受损程度.结果表明：（1）草本植物丰富度受损发生在地下水埋深大于4m,而木本植物丰富度受损发生在地下水埋深大于8m;（2）植被盖度减少始于草本植物盖度受损,与群落多样性受损的临界地下水位相同,发生在地下水埋深大于4m;在地下水埋深大于6m之后,植被盖度不断减少则是由木本植物盖度的减少所引起.（3）生态受损程度可归为三类：潜在沙漠化类（轻度退化）,轻度沙漠化类（中度退化）,中度或重度沙漠化类（重度退化）.三种退化类型的地下水埋深依次增大,物种多样性与植被盖度依次减小,沙漠化指数也依次增强.     

绿洲-荒漠带植物物种多样性特征对水资源的响应

结合野外调查,采用物种丰富度指数（R）、Shannon—Wiener指数（H）、Simpson指数（D）、Pielou均匀度指数（JSW）分析了塔里木河下游绿洲-荒漠带群落物种多样性特征,并选用地下水埋深和0-20,20-50,50-80,80-130cm土壤含水量作为植物生存的水环境指标,分析了物种多样性指数对环境水资源的响应．结果表明：塔里木河下游绿洲-荒漠带共发现19种植物,多样性指数均较同温带其他植被类型低;地下水埋深和80cm以下深层土壤含水量共同影响群落物种多样性,而且当地下水埋深较深时,深层土壤含水量对群落物种多样性特征的影响作用甚至比地下水埋深大．同时,研究还发现,〈4m是维持绿洲-荒漠群落物种多样性、保护绿洲稳定的植被合理地下水位,9m是绿洲-荒漠带植被生存的极限水位．     

塔里木河干流地表水与地下水耦合模拟

基于流域水资源管理需求,揭示塔里木河地表水与地下水转化关系,以更好地发挥区域水资源整体性功能,采用HSPF-MODFLOW耦合模型对塔里木河流域进行日径流模拟,并选用纳什系数E_(ns)、确定性系数R~2、均方根误差σ对模拟结果进行率定,以明晰大气降水-地表水-地下水转化规律。结果表明:率定期和验证期地表水模拟纳什系数均大于0.7,对长期连续径流模拟效果较好;地下水位模拟随补给量变化与实测值基本一致,随着干流下游间歇性输水的延续,下游整体地下水位明显回升,但生态走廊以下河段抬升幅度较小,2004年下游地下水年平均埋深约6.21 m,而在规划年预计达到4.73 m;耦合模型能较为准确地模拟地表径流和地下水动态变化过程,对水资源联合评价与综合管理具有重要意义。     

额济纳三角洲地下水埋深变化与土地覆被变化关系的研究

干旱内陆河流域普遍存在流域中游灌溉农业和下游地区生态环境、地下水埋深之间的平衡问题。本文根据黑河下游额济纳三角洲1988-2009年地下水埋深数据,利用Mann-Kendall检验法和克里格插值法分析地下水埋深时空变化,同时利用1990、2000和2010年的土地覆被数据分析土地覆被变化,探讨了土地覆被变化与地下水埋深变化的关系。结果表明:1988-2009年,研究区年平均地下水埋深在0.1显著水平上呈增加趋势,地下水埋深的空间相关性先减弱后增强;生态环境先后经历了严重恶化到缓慢恢复的过程;地下水埋深空间分布与变化和植被空间分布与变化有着密切的关系。四种荒漠植被生长的地下水位埋深从大到小排序为梭梭、柽柳、胡杨、芦苇。地下水埋深增加,植被退化,水域趋向干涸,地下水埋深减少,植被有所恢复,水域面积增加。     

洮儿河流域平原区气候变化情景下浅层地下水水位动态响应分析

利用研究区降水、气温、地表水径流和地下水埋深数据,使用Mann-Kendall非参数检验法,分析水文气象要素变化趋势,结合研究区水文地质概况,建立地下水数值模型,对未来气候变化下的地下水水位动态进行预测．结果表明:研究区地下水埋深呈显著增加趋势,降水量增加不显著,气温呈升高趋势,地表径流显著减少;通过建立的Visual MODFLOW模型,对基准情景（基准期平均降水量条件）和3种气候情景（SSP126、SSP245、SSP585）下研究区未来地下水位进行预测:基准情景和3种气候情景下研究区北部浅层地下水埋深持续增加,南部地下水埋深有所减少;3种气候情景下地下水埋深均大于基准情景下地下水位埋深．      

干旱环境下高温对胡杨光合作用的影响

在塔里木河下游3个地下水埋深(4.64 m,6.15 m,7.02 m)环境下,利用LI-6400便携式光合作用测定仪测定了胡杨叶片在适宜温度(27℃)和高温(39℃)下的净光合速率(Pn)、气孔导度(gs)、蒸腾速率(E)及胞间CO2浓度(Ci),比较了不同地下水埋深下胡杨光合作用对高温的响应.结果表明:在3个地下水埋深下高温都使得光合速率和气孔导度明显减少,并且在地下水埋深(7.02 m)较深处,高温使得光合速率和气孔导度的下降幅度也最大,这都说明干旱胁迫加强了高温对胡杨光合作用的负面效应.然而,在同一地下水埋深下,由于高温的影响,胡杨叶片的胞间CO2浓度并未随着净光合速率和气孔导度的下降而减少,其原因很可能是气孔发生了不均匀关闭.而叶片的蒸腾速率和饱和水汽压由于高温作用的影响都明显增加,并且在地下水埋深7.02 m处,高温引起蒸腾速率的增加幅度是最小的,这表明了气孔对干旱高温胁迫下胡杨的光合作用具有一定调节作用.     

地下水埋深对冬小麦地下水的利用量及表层土壤含水率的影响

地下水位埋深深浅直接影响冬小麦对地下水的利用量及土壤含水率,通过天长二峰灌溉试验站连续五年排水指标试验,寻求出江淮丘陵区冬小麦地下水位埋深时补水量及0cm～30cm土壤表层含水率的相关关系,为地下水吸收利用,水资源平衡计算及农田排水工程设计,提供科学依据.     

基于BNU-SWAT模型的地下水埋深模拟

基于BNU-SWAT模型对通州区地下水埋深变化进行了模拟,模拟结果较好地反映了通州区地下水埋深的实际变化趋势.在此基础上,设置了2020年平水年(P=50%)和枯水年(P=75%)2种情景,改变作物种植结构和再生水灌溉模式,模拟了北京市通州区未来地下水位变化趋势.结果表明:种植结构的合理调整,如小麦、玉米等农业用地向林果等经济林地的转变,可以有效减少农业地下水开采量;同时,利用通州区内及周边污水处理厂的再生水进行农业灌溉,不仅减少地下水的开采量,还可以有效补给地下水.以上2种方法的结合对通州区地下水资源保护具有重要的意义.     

淮北平原区浅层地下水埋深时空分布特征

基于淮北平原区104个观测井1980～2007年的月地下水埋深数据和97个气象站点月降水数据,研究地下水埋深的时空变化规律,并探讨影响地下水埋深的主要影响因素。主要结果如下:①年代际来看,地下水埋深1980年代是最浅的,1990年代地下水埋深最深,最大地下水埋深发生在淮河流域的特大干旱、严重干旱和中度干旱的当年或下一年。②南部地区地下水埋深小于北部地区,东北部的地下水埋深最深;夏季地下水埋深平均最小,春季最大,其次是秋季和冬季。③1980～1985年和1990～2007年地下水埋深在作物生长季节(3～9月)呈增加趋势,1985～1990年地下水埋深呈减小趋势。④3～5月和9月的中西部地区尽管地下水埋深减少,但是降水呈减小趋势。8～9月中东部地区地下水位下降主要是因为降水减小引起的。     

地下水作用下土壤水蓄量变化及其 对蒸发通量影响的模拟

将基于数值积分的土壤水平衡计算与稳态蒸发通量解析解相耦合,提出一种逼近Richards方程的迭代计算模型,分析不同地下水位下土壤水蓄量变化及其对土壤水蒸发量和潜水蒸发量的影响。采用Hydrus-1D模型对迭代模型进行对比验证,并将模型应用于安徽五道沟实验站地下水埋深分别为0.4 m、0.6 m和1.5 m的3个蒸渗仪的土壤水蓄量变化及蒸发通量的模拟。结果表明,迭代模型具有较高的计算精度,能较好地模拟受地下水位以上毛细管力作用的土壤水蓄量动态过程及蒸发通量,还能反演不同地下水埋深下的土壤渗透系数和孔径分布系数。     

地下水渗流对单U形地埋管埋深的影响

为解决因埋深过大而引起的竖直地埋管换热器换热效果不佳的问题,根据黄土高原地区的地质条件,建立轴向岩土分层的单U形地埋管换热器数值模型.通过数值模拟,分别研究了改变含水层厚度、地下水渗流速度和地下水位线高度对地埋管换热性能的影响,并提出了以典型含水层厚度来确定地埋管最佳埋深的方法.结果 表明:当实际含水层的厚度不超过典型含水层厚度时,地埋管最佳埋深的位置为实际含水层底部;反之,地埋管最佳埋深的位置为典型含水层底部;随着渗流速度的减小,典型含水层厚度先增大后趋于不变,在渗流速度为1×10-6 m/s时达到最大值30 m;地下水位线的提高对典型含水层厚度没有影响,但提高了典型含水层的位置,使得最佳埋深变小.     

河套灌区地下水埋深空间异质性分析

综合灌区井灌面积、引黄水量、土地利用类型等影响因素,通过地统计分析,研究河套灌区2000—2013年地下水埋深的空间异质性特征。研究表明:灌区地下水埋深的年内变化曲线呈驼峰型,最高最低值分别出现在秋灌期9月和秋浇期11月;相反,人口集中的城镇地区水埋深年内恒定不变;总体而言,由于井灌面积增大、引黄水量逐年减少等原因使得地下水埋深逐年增高。分析可知,研究区域地下水埋深的空间相关性适中且逐渐增长,空间分布各向异性增大,且因为城镇地区水埋深逐年增大,从而影响了整个灌区的地下水空间结构。克里金插值结果显示,地下水埋深由灌区中部地区至灌区边界总体呈上升趋势。地下水埋深最小值所处区域多为农田,极少部分为裸地,主要集中在解放闸灌域西部边缘地区、义长灌域东南部地区,最大埋深主要集中在巴彦淖尔市。