柴达木盆地荒漠植物水分来源定量研究——以格尔木样区为例

选择柴达木盆地的格尔木作为研究区域,选取沙拐枣、合头草、驼绒藜和麻黄4种典型的地带性荒漠灌木,应用稳定氢氧同位素技术定量分析典型荒漠植物的水分来源。结果表明:1柴达木盆地典型荒漠植物能灵活利用各种水源(河水、地下水、降水和土壤水等),最主要的水源是土壤水。2不同种类植物水分利用方式存在差异:驼绒藜、麻黄和沙拐枣主要利用深层土壤水和地下水,合头草以土壤水为优势水源。3植物水分来源的时间变化为:生长季初期,植物主要利用河水和地下水;生长季中后期,合头草主要利用浅层土壤水,其他3种植物主要利用较深层土壤水和地下水。     

青海湖沙柳河流域浅层地下水不同时期补给特征

地下水稳定同位素组成的时空变化特征可以反映不同时期、不同区域地下水补给来源的差异。通过青海湖沙柳河流域浅层地下水氢氧稳定同位素组成的时空变化特征以及地下水、河水与降雨之间的补给关系的分析，结果显示：季风时期，地下水主要受降雨入渗和河流侧向补给为主，在补给过程中蒸发作用是影响地下水稳定同位素值的主要因素；非季风期，冰雪融水对低值区的地下水影响显著，同时降水的快速入渗则是该时期高值区地下水的主要补给方式之一。地下水同位素高值区，地下水与河水间补给作用较弱，补给时间超过5个月；地下水同位素低值区，地下水与河水补给关系较为密切，补给时间在1~4个月间。本文所得结论可初步反映干旱半干旱内陆流域地下水稳定同位素特征以及补给方式的基本规律，在一定程度上可为流域地下水及其他水体间的转换研究提供科学依据，并为地下水资源管理和水环境治理提供一定理论指导。     

荒漠绿洲湿地水分来源及植物水分利用策略

水分是干旱区不同景观界面间的水分循环过程与水力联系的主体,维持着干旱区湿地生态系统的结构与功能。为量化水分来源及其对植物水分的贡献率,以河岸灌木湿地和草地盐沼湿地为研究对象,通过测定降水、径流、地下水、土壤水和植物水中δD、δ¹⁸O组成,利用多源线性混合模型分析水分来源对荒漠植物水分利用的贡献率。结果表明：（1） 黑河流域荒漠绿洲湿地年均降水量104.6 mm,约占蒸散量（604.47 mm）的17.03%,具有明显的季节性分布特征。地下水位与土壤含水量的波动取决于河流距离,离河道较近的河岸灌木湿地地下水深度及土壤含水量随季节波动较小,而离河道较远的草地盐沼湿地则变化很大。（2） 当地大气降水线δD=6.33δ¹⁸O+4.04 （R²=0.931）,斜率和截距均略小于全球大气降水线则符合黑河流域湿地整体降水少而蒸散量大的特点。黑河径流δD和δ¹⁸O均值分别为-43.80‰±12.09‰和-8.65‰±23.33‰,地下水为-50.98‰±13.18‰和-9.74‰±25.49‰,土壤水为 -42.07‰±6.89‰和-7.22‰±2.49‰,植物水为-51.84‰±14.46‰和-8.50‰±24.13‰。（3） 地表蒸发是荒漠绿洲湿地土壤氢、氧同位素富集的主要原因。地下水和河水分别是草地盐沼湿地与河岸灌木湿地的主要水分来源,贡献率分别约为61%和50%,表明湿地植物相比于干旱区脉冲式降水更依赖较为稳定的水源。（4） 植物根系深度和毛细根分布是决定荒漠绿洲湿地植物水分利用策略的重要因素。     

额济纳盆地浅层地下水演化特征与滞留时间研究

以地球化学和氚(3H)同位素测年技术相结合,通过额济纳盆地地下水、地表水地球化学及同位素的研究,探讨中国西北干旱区内陆河流域下游盆地地下水地球化学演化规律和平均滞留年龄.额济纳盆地浅层地下水状况主要受地表水补给状况的影响,离河道近的水样矿化度低;而离河道较远的戈壁区,地下水矿化度高.水体化学成分主要受岩盐、石膏、白云石等矿物的溶解及蒸发作用的影响.通过利用指数-活塞模型流模型(EPM),计算出额济纳浅层地下水年龄在13～58年之间.     

额济纳绿洲柽柳群落蒸散特征的初步分析

利用波文比能量平衡法对额济纳绿洲柽柳群落蒸散进行研究, 发现柽柳蒸散速率日变化成双峰形, 各月出现峰值和低谷值的时间各不相同, 8月最迟; 平均蒸散速率值8月>7月>6月>9月; 各月蒸散总量大小依次为126.9mm(8月)>93.85mm(7月)>77.3mm(6月)>65.2mm(9月)。整个生长季蒸散总量为363.35mm。蒸散速率的变化受植物自生生理特性及气候因子和下垫面条件影响, 其中净辐射起主导作用; 蒸散速率与地下水位变化成反相关关系, 地下水位的大幅度下降可能致使柽柳死亡。     

实施分水方案后对黑河下游地下水影响的分析

由于黑河中上游的水土资源近年来的大规模开发利用,加之缺乏有效的水资源管理,使得下游河道来水量逐年减少,进而产生了一系列严重的生态问题,为了遏制这种恶化,以及加以恢复和重建下游的生态环境,自2000年7月开始在黑河下游实施国家分水方案。本文根据近五年来的黑河分水资料以及对分水前后地下水监测区的地下水位观测资料进行分析,探讨了分水过程及分水量在各年的变化,以及分水前后地下水位的时空变化,同时依据前人的一些研究结果,探讨了分水前后地下水位与生态环境之间的关系,尤其是地下水位与植被生长之间的关系。进而为下游分水以及生态环境建设提供科学依据。     

估算干旱区地下水依赖型植物蒸散发的White法评述

日尺度上的地下水位波动是干旱区地下水依赖型植物蒸散消耗地下水的直接证据与指示。White通过分析日尺度地下水位波动与植被蒸散之间的关系,提出了利用地下水位观测数据来计算植被蒸散速率的方法,简称White法。该方法由于计算简单,所需数据少,在干旱区河岸林蒸散定量方面得到了广泛的应用。本文通过系统回顾White法的提出、“四大假设条件”及其在实际应用中的不足,梳理了近年来对White法不断修订的总体思路,总结了各种形式White法的特点、使用条件以及存在的主要问题;在此基础上,提出了White法进一步改进的方向。当前,结合地表蒸散发的多尺度观测与模拟,White法不仅可以用来估算区域尺度地下水蒸散,而且能够为定量解析干旱区植物的水分利用来源提供验证与参考。     

干旱区内陆河流域荒漠河岸林群落生态过程与水文机制研究

干旱区内陆河流域生态水文过程研究已成为当今地理学、生态学研究的焦点,是开展生态恢复研究的重要内容。塔里木河下游断流河道的生态恢复是以沿自然河道生态输水为主要形式的,因此,有必要加深对塔里木河下游荒漠河岸林群落生态过程与水文机制的认识。在对塔里木河下游荒漠河岸林植被生态退化及其退化原因分析的基础上,综述了塔里木河下游典型植物生态水位的研究进展,阐述了植物适宜生态水位、胁迫地下水位和临界地下水位研究的阶段性成果,并进一步展望了未来研究的焦点问题。指出了群落生态水位、植被群落与土壤水分、盐分异质性的关系,提出植物水分利用机制是群落生态过程与水文机制研究的核心问题。     

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。     

黑河下游额济纳绿洲生态需水关键期及需水量

黑河流域中生态最为脆弱、植被退化最为严重而对全流域生态治理目标的实现极为关键的地区在下游额济纳绿洲。黑河分水方案主要控制年总量,由来水过程确定分水时机,采用“全线闭口、集中下泄” 的分水方式,这容易导致分水与下游绿洲需水的时间错位。要实现黑河分水对下游天然绿洲的作用和意义,不仅要充分保证分水量,更要选择适宜的分水时间,如果分水错过了下游绿洲生态需水的关键期,将会直接影响绿洲植被的正常生长。要维持黑河下游额济纳绿洲健康、稳定和持续发展,确定生态需水的关键期是首当其冲的问题。本文通过对黑河下游额济纳绿洲地下水位时空动态变化过程、天然植被耗水过程和绿洲生态过程及水文过程的关系研究,确定了黑河下游额济纳绿洲生态需水的关键期。建议在生态关键期保障输送必需的水量,合理调节水库出水量与河道径流量,保障4月和8月关键期的需水量,其中4月至少要保证0.80亿m3的输水量,8月至少要保证1.08亿m3的输水量,确保下游绿洲植被的生理需水,同时考虑到前期缺水和随后的月份水量消耗,尽可能增加关键月的配水量。     

应用同位素研究黑河下游额济纳盆地地下水

黑河下游额济纳盆地位于两北内陆干旱区,大部分地区为戈壁沙漠,降水稀少,蒸发强烈,生态环境脆弱。盆地内天然植被的生长发育主要依靠于区域地下水,研究盆地地下水形成和循环机制,对流域治理、生态环境建设具有重要意义。本文采用环境同位素示踪技术,结合水化学分析方法和区域水文地质条件,研究分析了盆地地下水循环特征、地下水与地表水的相互关系和流域不同地区地下水补给来源等,为黑河下游水利工程规划和水量调度提供科学依据。     

额济纳盆地地下水盐化特征及机理分析

运用水文地球化学方法,分析额济纳盆地不同含水层地下水盐化特征及其机理。结果表明:额济纳盆地地下水受水文地质条件的制约,潜水的盐化自沿河主要补给区到蒸发排泄区具有明显的分带性,由河流主要补给区向北和向东西两侧,至居延海,进素土海子和古日乃湖中心洼地地下水,地下水由淡水,逐渐过渡为微咸水、中度咸水及极度咸水、盐水;承压水属于微咸水。依据地下水中各离子含量的比值特征的分析结果,控制本区地下水盐化的主要因素为硅酸盐矿物溶解和蒸发沉积作用,硅酸盐矿物溶解主要发生在沿河的地下水补给区;蒸发沉积作用主要发生在地下水径流-排泄区。深层地下水埋藏较深,蒸发的作用大大减弱,因而含盐量少,水质较好。     

How changes of groundwater level affect the desert riparian forest ecosystem in the Ejina Oasis,Northwest China

Groundwater is a key factor controlling the growth of vegetation in desert riparian systems. It is important to recognise how groundwater changes affect the riparian forest ecosystem. This information will not only help us to understand the ecological and hydrological process of the riparian forest but also provide support for ecological recovery of riparian forests and water-resources management of arid inland river basins. This study aims to estimate the suitability of the Water Vegetation Energy and Solute Modelling(WAVES) model to simulate the Ejina Desert riparian forest ecosystem changes,China, to assess effects of groundwater-depth change on the canopy leaf area index(LAI) and water budgets, and to ascertain the suitable groundwater depth for preserving the stability and structure of desert riparian forest. Results demonstrated that the WAVES model can simulate changes to ecological and hydrological processes. The annual mean water consumption of a Tamarix chinensis riparian forest was less than that of a Populus euphratica riparian forest, and the canopy LAI of the desert riparian forest should increase as groundwater depth decreases. Groundwater changes could significantly influence water budgets for T. chinensis and P. euphratica riparian forests and show the positive and negative effects on vegetation growth and water budgets of riparian forests. Maintaining the annual mean groundwater depth at around 1.7-2.7 m is critical for healthy riparian forest growth. This study highlights the importance of considering groundwater-change impacts on desert riparian vegetation and water-balance applications in ecological restoration and efficient water-resource management in the Heihe River Basin.     

青海湖沙柳河流域浅层地下水氢氧稳定同位素分布特征

地下水氢氧稳定同位素的组成与空间分布规律可为研究地下水补给及深入认识水循环过程提供重要理论依据。基于青海湖沙柳河流域浅层地下水样品的氢氧稳定同位素数据，通过空间插值法和δD-δ¹⁸O线性关系法，分析了氢氧稳定同位素组成、空间分布特征及地下水补给关系。结果表明：沙柳河流域中下游地区浅层地下水δ¹⁸O与δD值分别为-8.54‰~-6.02‰和-58.6‰~-34.6‰，平均值分别为-6.79‰和-41.8‰；δ¹⁸O值在流域空间上表现为西北、中部高，南北低的特征；流域西北和中部地区地下水主要受降水补给，补给来源单一、蒸发作用强是该区域地下水同位素值较高的原因，降水→地下水→泉水是其主要补给、排泄关系；流域北部、南部地区地下水与降水、河水、泉水等水体水力联系密切，不同补给来源的平滑作用是该区域地下水同位素值较低的原因，其补给、排泄关系主要为降雨→河水→地下水→泉水（或降雨→地下水→泉水→河水）。     

黑河流域中游盆地地下水补给机理分析

分析地下水水循环机理是有效评价地下水资源量和合理开发利用地下水资源的前提。对此,利用皮帕尔（Piper）图解法分析地下水的水化学特征类型,结合区域构造水文地质和环境同位素,分析黑河中游盆地内不同地区的地下水补给机理。结果表明,位于黑河较上游地区两个相邻山前冲洪积扇之间的地下水水力联系微弱,分别来自于不同的补给来源;不同区域的黑河沿岸地区,受地理地形控制,地下水补给来源存在显著差异;以榆木山隆起相隔离的张掖盆地和酒泉盆地,地下水水化学特征和同位素存在显著差异,处于不同的地下水补给单元;利用放射性同位素氚含量,初步估算出不同地区地下水的更新期,其地下水年龄均低于32 a。为合理开发利用黑河中游地下水资源、保护脆弱的生态环境提供科学依据。     

Impacts of land use changes on groundwater resources in the Heihe River Basin

Land use and land cover changes have a great impact on the regional hydrological process. Based on three periods of remote sensing data from the 1960s and the long-term observed data of groundwater from the 1980s, the impacts of land use changes on the groundwater system in the middle reach of Heihe River Basin in recent three decades are analyzed by the perspective of groundwater recharge and discharge system. The results indicate that with the different intensities of land use changes, the impacts on the groundwater recharge were 2.602×108 m3/a in the former 15 years (1969-1985) and 0.218×108 m3/a in the latter 15 years (1986-2000), and the impacts on the groundwater discharge were 2.035×108 m3/a and 4.91×108 m3/a respectively. When the groundwater exploitation was in a reasonable range less than 3.0×108 m3/a, the land use changes could control the changes of regional groundwater resources. Influenced by the land use changes and the large-scale exploitation in the recent decade, the groundwater resources present apparently regional differences in Zhangye region. Realizing the impact of land use changes on groundwater system and the characteristics of spatial-temporal variations of regional groundwater resources would be very important for reasonably utilizing and managing water and soil resources.     

The research of three-dimensional numerical simulation of groundwater-flow: taking the Ejina Basin, Northwest China as example

Water is a primary controlling factor for economic development and ecological environmental protection in the inland river basins of arid western China. And it is groundwater, as the most important component of total water resources, that plays a dominant role in the development of western China. In recent years, the use-ratio of surface water has been raised, the groundwater recharge rate from surface water has been reduced, and groundwater has been exploited on a large scale. This has led to the decline of ground-water levels and the degradation of eco-environments in the Heihe watershed. Therefore, the study on the change in groundwater levels in recent years, as well as simulating and predicting groundwater levels in the future, have become very significant for im-proving the ecological environment of the Heihe River Basin, to coordinate the water contradiction among upper, middle and lower reaches of Heihe River Basin and to allocate the water resources. The purpose of this study is to analyze the groundwa-ter-level variations of the Ejina region based on a large scale, to develop and evaluate a conceptual groundwater model in Ejina Basin, to establish the groundwater flow model using the experimental observation data and combining Modular Three-Dimensional Groundwater Flow Model (MODFLOW) and GIS software, to simulate the regional hydrologic regime in re-cent 10 years and compare various water-delivery scenarios from midstream, and to determine which one would be the best plan for maintaining and recovering the groundwater levels and increasing the area of Ejina oasis. Finally this paper discusses the pos-sible vegetation changes of Ejina Basin in the future.