近20 a塔里木河下游输水对生态环境的影响

塔里木河下游是新疆生态环境问题比较突出的地区。为改善该地区恶化的生态环境,国家自2000年起向塔里木河下游实施了18次以生态建设和环境保护为目的的生态输水工程。近20 a来,塔里木河下游地下水位随输水次数增加呈不断上升趋势,生态植被不断修复,生态环境逐步好转。尤其是2017年实施第18次生态输水后,下输水量及其影响范围取得较大突破,引起社会高度关注。通过近20 a的断面来水监测资料,从水量、水质、地下水变化、植被恢复等方面,初步分析输水对生态环境的影响。同时,对前人研究的成果进行梳理和延展,使其对今后塔里木河下游的生态调度和科学管理起到指导作用。经分析得出以下结论：（1）虽然生态输水量基本都补给了生态植被和河道两侧的地下水,但持续性输水才是保证下游脆弱的生态环境稳定好转的根本途径。（2）输水使下游生态环境得到改善,现生态植被正在恢复,地下水位逐步抬升,地下水质明显好转。（3）采用汛期输水和间歇机动式调度,可使输水效益达到最大化。     

塔里木河下游间歇性输水对土壤水化学的影响

根据塔里木河下游2000-2006 年11 次间歇性输水影响下沿输水河道两侧地下水埋深、地下水化学组分变化的资料, 结合有关输水的基本资料和土壤盐分含量变化的适时监测数据, 分析了地下水化学特征的变化及影响其变化的各相关因子,结果表明：地下水化学特征的变化呈现明显的阶段性规律, 地下水化学组分的变化与距离输水河道的远近、地下水埋深、河道径流量以及土壤盐分含量之间具有较高的相关性; 地下水埋深在5 m 及5 m 以下时, 地下水化学组分含量较低, 水质较好。而埋深在5 m 时的水位条件能够满足该区域建群种植物的生存, 为输水条件下的理想水位;地下水化学特征变化的阶段性特点和土壤剖面盐分含量的分布规律及其相互关系说明,在当前输水模式下配合面上输水将能更好地促进生态恢复。     

塔里木河下游生态输水河道两侧区域地下水运动规律研究

根据塔里木河下游断流区域含水层水文地质特征及其实际输水过程中河水对浅层地下水的补给规律,建立了塔里木河下游绿色走廊生态输水河道附近区域地下水运动的一维非稳定流模型,并通过在整个输水过程中流量与水位两种边界条件相互转换的一种方法求解模型。最后应用上述模型分析了间歇性输水条件下塔里本河下游断流河段河道两侧地下水位恢复状况,为输水生态效益的定量评价及其今后输水工作的决策提供理论基础。     

断流河道输水对地下水净补给量研究——以塔里木河下游为例

依据塔里木河下游断流河道2000—2006年8次生态输水期间地下水埋深监测数据,拟合了输水后地下水埋深与离河距离关系的曲线方程,进而对输水后地下水的补给量及其变化特征进行了计算和分析,探讨了生态输水的横向影响范围及其变化特点。结果表明,塔里木河下游区域输水后地下水总净补给量为7.82487亿m3,占总下泄水量的35.63％。8次输水过程中,除第2次输水和第6次输水外,其余各次输水期间,地下水净补给量都呈下降趋势。对输水后横向影响范围的分析表明,横向影响范围与输水量大小和持续时间密切相关。随着输水的进行,横向影响范围呈明显扩大趋势,纵向上各断面的横向影响范围的变化表现出了局部波动,整体变化与距离输水源头远近呈弱相关性的特点。     

塔里木河下游长期输水条件下河流剖面地下水埋深估算

准确估计输水条件下河岸地下水埋深的动态变化,可以量化生态输水量与地下水埋深的响应关系,并由此估计自然河道所需输水量及持续时间,这对于干旱区水资源管理的可持续发展具有重要的科学意义。结合塔里木河下游20 a生态输水监测数据,用发展的包含地下水和土壤水的拟二维地下水模型,对输水条件下塔里木河下游上、中、下段3个断面(英苏、阿拉干和依干不及麻)的地下水埋深变化进行20 a长期模拟。通过率定期和后11 a(2010—2020年)的地下水埋深模拟结果与站点数据比较,发现两者较一致,证明该模型在塔里木河下游河岸断面地下水长期模拟上的合理性和适用性。然后根据3个断面20 a的模拟结果分析输水条件下地下水埋深和土壤水的长期变化及其对生态输水的响应。结果表明:经过20 a的生态输水,英苏、阿拉干和依干不及麻3个断面上的地下水位和土壤湿度都有明显的上升,地下水位埋深从输水前的8 m左右抬升到输水后的4 m左右,土壤湿度从最初的0.20上升到0.35以上,特别是自2009年以来,随年输水量增加,地下水位和土壤湿度增加幅度明显。生态输水与地下水的年际变化有一定的滞后性,由于土壤湿度和地下水位表现为正相关关系,这使得土壤湿度对输水量也有滞后性的特点。相比于河水流量,地下水水平传导率的取值对断面地下水埋深变化起着更重要的作用。另外,输水量与地下水的年际变化表明塔里木河下游河岸要想获得持续的生态效益,需要对河道提供间歇性的生态输水。     

简讯

“塔里木河下游生态安全与生态需水量研究”获得国家自然科学基金资助中国科学院新疆生态与地理研究所陈亚宁研究员主持的“塔里木河下游生态安全与生态需水量研究”再次获得国家自然科学基金委“中国西部环境和生态科学”重大研究计划的资助。2006年元月7日,陈亚宁博士主持的“塔里木河下游浅层地下水变化的生态效应及生态系统健康评价研究”项目顺利通过了由国家自然科学基金委在北京组织的专家验收。该项目分析了塔里木河下游生态输水后的地表生态变化,探讨了塔里木河下游断流河道实施人工输水过程中所引起的浅层地下水变化及其与生态响…     

塔里木河下游断流河道输水后潜水埋深变化规律研究

通过对塔里木河下游断流河道2000-2006年8次生态输水期间9个地下水监测断面40口监测井潜水埋深变化监测数据的分析,探讨了生态输水以来潜水埋深变化的规律.结果表明:在8次输水的影响下,潜水埋深总体有显著抬升.运用SPSS统计软件对监测数据进行的回归分析表明,近年来塔里木河下游地区潜水埋深抬升是生态输水作用的直接结果,且抬升幅度与输水持续时间和输水量大小成显著正相关关系,横向和纵向上还表现出潜水埋深抬升幅度随距输水源距离改变而变化的正相关关系.塔里木河下游地区地表水是地下水的主要补给来源,且地表水补给地下水主要是以线型渗漏补给,这是输水以来潜水埋深变化呈现上述规律性的主要原因.输水对潜水埋深的影响具有累积性和滞后性,随着输水的继续进行,潜水埋深变化的规律性会越来越明显.     

塔里木河下游生态输水对地下水补给量研究

地下水对干旱区荒漠生态系统的维持至关重要,生态输水对地下水的补给量及影响范围是评估输水成效的要素之一,对于准确理解地下水循环特征至关重要。基于2000—2020年塔里木河下游生态输水过程中的地下水监测数据,拟合输水前后地下水水面线方程,结合水均衡原理,对塔里木河下游近20 a生态输水过程中的地下水埋深时空变化、地下水补给量以及输水期地下水最大影响范围进行了估算与分析。结果表明:(1)塔里木河下游实施生态输水后,地下水位呈明显抬升趋势,抬升幅度具时空差异性,在英苏、喀尔达依和阿拉干断面分别抬升了3.01 m、2.87 m、5.75 m;前10 a输水对地下水位抬升作用明显小于后10 a;(2)塔里木河下游近20 a的输水对地下水的总补给量为30.6×10~8m~3(占输水总量的36.2%),包气带补给40.1×10~8m~3(47.5%),入台特玛湖水量为11.7×10~8m~3(13.8%);(3)塔里木河下游前10 a的输水对地下水补给量(61.6%)大于后10 a(25.2%),主要归因于输水量增大,地下水埋深减小引起土壤含水量饱和差减小;(4)塔里木河下游输水期地下水的最大影响范围具有较大的波动,与输水前地下水埋深和输水量正相关;近10 a,英苏、喀尔达依、阿拉干、依干不及麻断面,输水期地下水单侧影响范围高达1075 m、2326 m、1623 m、856 m。     

塔里木河下游生态输水对地下水埋深变化的影响

地下水是维系荒漠河岸植被生存、生长的关键因子,对于退化植被的恢复具有重要的意义。结合塔里木河下游生态输水过程中地下水埋深的实测数据,详尽分析了2000—2020年地下水埋深的时空变化及对生态输水的响应。监测结果显示:在生态输水条件下,塔里木河下游河道两侧地下水埋深大幅抬升。(1)在纵向上,自上游段的英苏、中游段的喀尔达依,至下游段的依干不及麻,在距河道100 m处,地下水埋深分别由输水前的7.76 m、9.31 m、7.82 m抬升至3.70 m、4.48 m和2.69 m;在距河道300 m处,地下水埋深分别由输水前的8.09 m、9.15 m、8.25 m抬升至4.53 m、5.00 m和3.29 m;在距河道500 m处,地下水埋深分别由输水前的8.21 m、9.45 m、9.08 m抬升至6.61 m、5.46 m和3.82 m。(2)在垂直于河道方向上,根据地下水井监测数据,生态输水对塔里木河下游的上、中、下3个区段地下水位的影响范围均达到了1050 m,分别抬升了2.69 m、1.38 m、1.59 m。(3)生态输水前期(2000—2009年),上、中段地下水位抬升迅速,2009年以后,下游段依干不及麻地下水位抬升幅度明显高于英苏(0.88～4.65 m)和喀尔达依(0.53～4.07 m)。并且,70.5%监测井地下水位波动趋于稳定,说明间歇性的生态输水有助于抬高地下水埋深,是地下水补给的主要来源,对于维持地下水较高水位的动态平衡具有一定的促进作用。     

博斯腾湖向塔里木河生态输水效果及风险

为了挽救濒临毁灭的塔里木河下游生态环境,中国政府2000~2003年实施5次向塔里木河下游生态应急输水,结束塔里木河下游300 km河道近30年的断流历史。文章基于大量数据资料,简单介绍塔里木河断流过程;再分析近期博斯腾湖向塔里木河下游输水效果;最后从博斯腾湖来水水文特性分析、博斯腾湖调节计算和输水风险分析等方面,阐述博斯腾湖向塔里木河下游输水的风险及控制措施。     

天山哈密榆树沟流域地下水化学特征及其来源

根据天山哈密榆树沟流域地下水的pH 值、总可溶性固体（TDS）、电导率（EC）和主要化学离子的测定,运用综合特征描述法、三角图示法、相关性分析和主要离子比值法,探讨了流域地下水的水化学特征及其形成原因。分析结果表明：地下水的pH 值为中性略偏碱性;阳离子中Ca²⁺ 质量浓度含量最高,阴离子中HCO₃^-浓度最高,阳离子质量浓度序列为Ca²⁺ >Na⁺ >Mg²⁺ >K⁺,阴离子质量浓度序列为HCO₃^->SO₄^2- >Cl^- >NO₃^-;该流域地下水主要离子类型为HCO₃^--Ca²⁺ ;TDS 含量分别为104.33 mg·L^-1和99 mg·L^-1,属于弱矿化度水;地下水中离子组成主要受碳酸盐风化作用的影响。     

巴丹吉林沙漠湖泊与地下水的补给来源及化学组成(英文)

Based on the analysis of ion chemical composition of lake water and shallow groundwater in the Badain Jaran Desert, this paper discussed the characteristics of ion chemical composition, spatial variation of lake water, and possible supply sources of lake water and groundwater in the desert areas. The results show that the pH, salinity, TDS and electrical conductivity of the lake water are greater than those of groundwater. The ion con-tents of water samples are dominated by Na+ and Cl?. Most of the higher salinity lakes are Na (K)-Cl-(SO4) type, and a few of low salinity lakes belong to the Na-(Mg)-(Ca)-Cl-(SO4)-(HCO3) type. Most of the groundwater is Na-(Ca)-(Mg)-Cl-(SO4)-(HCO3) type, attributed to subsaline lake, and only a few present the Na-Cl-SO4 type, flowing under saline lake. The pH, salinity, TDS and electrical conductivity in the southeastern lakes are relatively low, and there are slightly alkaline lakes. The pH, salinity, TDS and electrical conductivity in the northern lakes are much greater than those of the southeastern lakes, and the northern lakes are moderately alkaline and saline ones. In the southeastern part of the Badain Jaran Desert, the ion chemical characteristics of the lake water from south to north show a changing trend of sub-saline →saline→hypersaline. The changing trend of chemical compositions of ions in recent 9 years indicates that most of the ion contents have a shade of reduction in Boritaolegai, Badain, Nuoertu and Huhejilin lakes, which state clearly that the amount of fresh water supply is increasing in the 9-year period. The ion chemical composition of the lake water reveals that the flow direction of lake water is from southeast to northwest in the Badain Jaran Desert. The ion chemical composition, moisture content of sand layer water level height and hierarchical cluster analysis of the lake water and groundwater demonstrate that the lake water is mainly supplied by local rainfall and infiltration of precipitation in Yabulai Mountains and Heishantou Mountain, and the supply from the Qilian Mountains is almost impossible.     

塔里木河中下游地下水化学及其演变特征分析

 通过对塔里木河中下游14个断面57眼地下水监测井样品离子化学成分分析,探讨了塔里木河中下游地下水化学成分特点、水化学类型及演化规律。结果表明：塔里木河中下游各断面地下水pH值变化不大,矿化度和各离子差异明显,地下水水样以Na⁺、Cl^-占绝对优势;矿化度较低的断面其离子浓度变化较小,反之,矿化度高的断面其离子浓度变化幅度较大;从塔里木河中游沙吉利克断面至铁依孜断面地下水化学类型由以Cl-SO₄-Na、Cl-Na-Mg和Cl-SO₄-Na-Mg型水为主,逐渐过渡为以Cl-SO₄-Na-Mg和Cl-Na型水为主,在下游阿克敦断面至考干断面地下水化学类型由以Cl-SO₄-Na-Mg、Cl-Na-Mg型水为主过渡为以Cl-Na、Cl-HCO₃-Na和Cl-Na-Mg为主;时间上,2006年中游断面沿河道地下水化学类型由Cl-SO₄-HCO₃-Na型过渡为Cl-SO₄-Na-Mg型再到Cl-Na型水,而2010年则由Cl-SO₄-Na型过渡为Cl-SO₄-Na-Mg型再到Cl-Na型水,在下游,2006年沿河道地下水化学类型由Cl-SO₄-Na型过渡为Cl-SO₄-Na-Mg型再到Cl-Na（Mg）型水,2010年则由Cl-SO₄-Na-Mg型直接过渡为Cl-Na-Mg型和Cl-Na型水。塔里木河中下游水样化学组成均落在Gibbs提出的Boomerang Envelope模型上翼,暗示研究区水样化学组成受到蒸发/结晶作用影响。另外,土地利用变化、灌溉、施肥等人为活动的影响不容忽视。     

巴丹吉林沙漠湖泊及地下水化学特征

通过对巴丹吉林沙漠丘间湖泊和古日乃、雅布赖、阿拉善右旗等地及其周围浅层地下水离子化学成分分析,探讨了沙漠地区湖水与地下水化学成分特点、水化学类型、空间变化和湖水补给来源。结果显示,巴丹吉林沙漠湖泊水的pH、盐度、TDS和电导率均远远大于地下水。湖水样品中Na⁺和Cl^-含量占绝对优势,大多数盐度较高的湖泊属于Na(K)-Cl-(SO₄) 型,个别盐度较低的微咸湖属于Na-(Mg)-(Ca)-Cl-(SO₄)-(HCO₃) 型。地下水的化学类型多数为Na-(Ca)-(Mg)-Cl-(SO₄)-(HCO₃)型,属微咸水,个别为Na-Cl-SO4型的咸水。沙漠东南部湖群水的pH值、盐度、TDS和电导率比较低,呈微碱性,属微咸湖;而北部湖群水的pH、盐度、TDS和电导率远远大于东南部湖群,呈中等碱性,为盐水湖。湖水离子化学特征显示沙漠东南部湖群自南向北的演化趋势为：微咸湖→咸水湖→盐水湖。湖水离子化学成分短时间序列变化指示,近9 年宝日陶勒盖、巴丹东湖、巴丹西湖、诺尔图、呼和吉林湖水中的大多数离子的含量有所降低,表明其近9 年来淡水补给量增多。湖水化学成分与湖水位高度显示,巴丹吉林沙漠湖群湖水流向是由东南流向西北。水化学成分和水位分布高度表明,该区沙漠湖水主要来自当地降水补给和来自沙漠东南缘雅布赖山和南缘的黑山头山地降水的补给,而来自祁连山区来水补给的可能性很小。     

山西浅层地下水水化学特性时空变化特征分析

水体主要元素的时空分布特征可反映水体物理、化学及生物过程,评估水体中的主要离子的浓度及时空变化特征是认识区域水体物质循环及水系统中元素分布的重要依据。通过对2015-2016年山西省不同季节的95个浅层地下水采样数据的检测与比较,综合运用描述性统计、空间插值分析图、Gibbs图和Piper三线图分析等方法,分析研究山西省浅层地下水水化学特征及其影响因素。结果表明：研究区地下水整体属于淡水,水质较好,地下水矿化度呈现显著的空间差异,其中中部、西南部矿化度较高且季节变化显著;东南部及西北部矿化度较低且季节变化不明显。地下水阴离子中HCO₃^-占主要优势,阳离子中Na⁺、Ca²⁺占主要优势,丰水期与枯水期相比,地下水主要离子中Na⁺和Cl^-增加明显,可能受地形和季节性降水的影响。水化学类型复杂多样,主要水化学类型有HCO₃^--Ca²⁺型、HCO₃^--SO^2-₄-Na⁺型、HCO₃^--SO^2-₄-Ca²⁺-Na⁺型和HCO₃^--Cl^--Na⁺型。水体离子的组分变化主要受岩石风化的影响,其中盆地地区受到一定的人为影响和蒸发浓缩影响。不同季节地下水中的离子相对含量变化显著,丰水期与枯水期相比,浅层地下水中的Na⁺和Cl^-增加明显,可能受到不同程度的土壤淋溶作用影响,研究的结果将有助于区域水资源的合理优化配置以及补充区域水化学研究数据的不足。     

潮汐作用下的滨海浅层地下水水质变化

利用雷州半岛东部滨海浅层地下水的逐时采样数据,分析潮汐作用下该区浅层地下水水质变化特征,结果表明：1）研究区地下水中主要离子均以Na⁺和Cl^-为主,K⁺和 CO₃ ^2-的质量浓度则低至可以忽略。其中,东海岛地下水水质较为稳定,各离子不具有明显的相关性,而南渡河和新寮地下水中各离子的变化具有准同步特征。2）南渡河地下水对于土壤的平均碱化危害程度最低,其次是东海岛,新寮地下水对于土壤的平均碱化危害程度最高,且大潮期尤甚。东海岛地下水对土壤的碱化危害程度随潮汐变化不大;南渡河和新寮则表现出大潮期地下水的土壤碱化危害程度大于小潮期的特点,意味着潮动力的增强导致海水入侵强度变大,进而加剧了地下水对土壤的碱化危害。3）就地下水受海水入侵强度而言,东海岛的平均受侵强度最大,但随潮动力变化不大,危害具有常态化特征;新寮地下水大潮期受海水入侵的最大强度高于东海岛,但平均危害则小于后者;南渡河受海水入侵程度最低,部分时段不存在海水入侵情况。4）各监测井地下水中Na⁺和Cl^-具有同源性,是溶解性固体总量（TDS）的主要成分,也是引起TDS 变化的主要原因。就TDS 变化的剧烈程度而言,南渡河的水质波动最为显著,其次是新寮,东海岛水质维持在稳定的水平。5）南渡河和新寮可以通过监测地下水电导率的长期变化间接实现对水体矿化度及Na⁺和Cl^-的长期监测;东海岛则不适合做精确的点监测,但可以考虑进行区间监测。     

塔里木河下游地下水化学特征对生态输水的动态响应

1IntroductionAs an indispensable part of water resource, groundwater plays an important role in ecological environment. Especially in arid and semi-arid area, the changes of groundwater chemistry even determine the ecological process (Ji, 2001; Murgai, 20…     

Dynamical variations in groundwater chemistry influenced by intermittent water delivery at the lower reaches of the Tarim River

The water of Bosten Lake was released to lower reaches of the Tarim River for 5 times from 2000 to 2002. The changes of total dissolved solid (TDS) and the major ions (SO2-4, Cl-, Na+, Ca2+, Mg2+ and HCO-3) were analyzed during this period. It was found out that TDS and the concentrations of the major ions initially and quickly increased and then decreased, but finally increased again. These changes were different at different distances from the river, which indicated that the groundwater changes relied on the distance from the river. In addition, the salt in groundwater was only diluted but not removed by the water. It was suggested that ecological measures should be sought to really promote the quality of the groundwater at the lower reaches of the Tarim River.