干旱区间歇性生态输水对地下水位与植被的影响机理研究

塔里木河下游生态系统作为典型的干旱区生态系统,对水分具有较强的依赖性。为了解塔里木河下游间歇性生态输水对地下水埋深变化、植被生长的关系,得出地下水埋深、植被生长变化及间歇性生态输水过程之间的相互影响机理,以塔里木河下游英苏断面为研究区,基于达西定律、植物根系吸水速率计算方法,以及2009-2015年生态输水-地下水位变化-NDVI变化相互耦合关系,对三者之间相互影响过程及影响机理进行定性与定量分析。结果表明：（1）输水效益的显现是一个漫长的过程,地下水的响应和下游植被的生态响应均在一个大的空间和时间尺度上将逐步显现,另外由于植物生长具有季节性,当年地下水埋深值在一定程度上可影响次年植物生长。（2）多年研究表明,当地下水埋深低于7 m时,满足乔、灌木植物生长需求;低于6 m时,满足草本植物生长需求。（3）在年总输水量为固定情况下,一年两次是利于河岸植被恢复的最适宜输水次数。由于生态输水-地下水位变化-NDVI变化存在一定的滞后期,建议每年春季4~5月份和夏季7~8月份作为输水期。     

玉龙喀什河流域地下水的时空变异规律

对面积约942km2的玉龙喀什河流域地下水埋深进行取样检测,应用地质统计学方法对取得数据进行了半方差函数分析。结果表明,该地区2005、2006年地下水埋深变异函数曲线的理论模型符合指数模型;2007、2008年地下水埋深变异函数曲线的理论模型符合球状模型。通过对2005、2006、2007及2008年水样的分析,得出该地区地下水埋深在时间与空间上皆存在明显的变异性。在空间尺度上,地下水埋深从研究区的东北向西南方向有增加的趋势。从整体上看,地下水埋深在研究区的中部大于四周边;南部大于北部。在时间尺度上,随着时间的推移研究区中部和南部的地下水位正向下降方向发展。利用软件Geopack与Serfer7．0软件绘制了地下水埋深的时空分布图,为该地区地下水资源的评价与今后的合理开发利用提供了决策依据。     

塔里木河干流两岸土壤水分特征曲线的分形模拟

应用Van Genuchten提出的土壤水分特征曲线公式,推导出了非饱和土壤水分特征曲线的分形模型。通过对塔里木河干流英巴扎断面6种不同土壤样本利用中子水分仪和负压计实测的水分特征曲线资料反求得到相应的分形维数,分析了分形维数与土壤质地之间的关系,结果表明随着土壤砂粒含量的减少或粘粒含量的增加,分形维数逐渐增大。此外,基于土壤颗粒的重量与粒径分布求出了塔里木河干流两岸沙漠地风沙土壤粒径的分形维数。通过对土壤水分特征曲线的分形维数与土壤粒径的分形维数的对比,得知它们之间存在着良好的线性关系。根据此关系,利用易测得的土壤粒径结合所推导的分形模型,对土壤水分特征曲线进行了预测,结果表明土壤水分特征曲线的预测值与模拟值比较接近,模型的预测结果很好地吻合了实测的土壤水分特征曲线。这一结果对于实际工作中根据风沙土土壤颗粒大小分布的分形维数来预测沙漠风沙土土壤水分特征曲线具有一定的指导意义。     

近40 a天山北坡气候与生态环境对全球变暖的响应

新疆天山北坡气候变化与生态环境的历史演变过程及未来可能变化趋势是天山北坡经济带可持续发展必须面对的问题,也是正确制定西部大开发战略方针的重要科学基础。通过利用天山北坡18个气象台站在近40a的气温、降水逐年月资料,采用相关分析及线性趋势分析等统计方法,分析了在全球变暖的大背景下,天山北坡生态环境演变特征及其与气候的关系,指出了未来的气候与生态环境变化对天山北坡地区的社会经济发展将产生重要影响。研究表明：天山北坡目前的生态环境正转向好的态势,天山北坡山区和平原普遍存在升温的变化趋势,尤其是平原绿洲升温比较明显。天山北坡在升温的同时,其降水量也呈现上升的趋势。     

新疆三工河流域地下水矿化度的时空变异及其分形特征

对面积约670 km2的新疆三工河流域地下水矿化度进行了取样检测,应用地质统计学方法对取得的数据进行了半方差函数分析,计算了平均值、方差、标准差、变异系数等传统统计特征值,并指出了用该方法表示地下水矿化度所存在的不足.在此基础上,将分形理论与地质统计学原理相结合,计算了三工河流域在1998、2002年地下水矿化度的分维值,分别为1.75,1.59;其变异系数分别为0.51,0.54,即2002年地下水矿化度的均匀性要比1998年的稍差.研究结果表明,地下水矿化度并不是具有理想分形特征的介质,它只是在一定的空间尺度内才具有分形特征.通过对1998年及2002年地下水样品的分析,得出该地区地下水矿化度在时间与空间上皆存在明显的变异性.在空间尺度上,地下水矿化度在研究区的北部大于中部,中部大于南部;在时间尺度上,随着时间的推移研究区北部的地下水水质正向矿化度加重的方向发展.     

地下变水位条件下塔里木河下游河岸胡杨林蒸腾模型

选择在塔里木河下游普遍生长的胡杨林(Populus euphratica)为供试植被(3种不同大小胡杨),以大气温度、太阳净辐射、大气相对湿度、冠层顶风速、地下水位和胡杨树茎横截面积等6个影响因子作为影响胡杨林蒸腾量的自变量,基于最小二乘法建立了多元线性回归模型与非线性模型相结合的多元非线性回归耦合模型,并应用模型对地下变水位条件下塔里木河下游河岸胡杨林的耗水过程分别进行了时尺度和日尺度上的模拟研究。结果表明:在日内变化(时尺度)方面,大气温度、相对湿度、辐射、地下水位和树茎横截面积等5个因子是影响胡杨林蒸腾量的主要因素,在不同地下水位条件(Hg=1.0 m、1.2 m、2.5 m、3.0 m)条件下,胡杨蒸腾量观测与模拟的平均确定系数分别为0.69、0.87、0.82和0.88;而在日均变化(日尺度)方面,大气温度、地下水位和树茎横截面积等3个因子是影响胡杨林蒸腾量的主要因素,胡杨林的蒸腾量观测值与模拟值表现出较好的相关性,其确定系数与决定系数分别为R=0.73、R2=0.532,平均相对误差为19.6%,其显著性水平均通过p=0.05,表现出较好的拟合性。总之,模拟结果与试验观测结果比较吻合,该回归耦合模型具有使用简便、影响因子易测定,能够更好刻画植被腾发量的复杂非线性特性,为干旱区自然植被耗水量的估算提供了计算方法和科学依据。     

地下水位变化对干旱区植被盖度的影响及其空间变异特征

Sampling and testing are conducted on groundwater depth and vegetation coverage in the 670 km^2 of the Sangong River Basin and semi-variance function analysis is made afterwards on the data obtained by the application of geo-statistics. Results showed that the variance curve of the groundwater depth and vegetation coverage displays an exponential model. Analysis of sampling data in 2003 indicates that the groundwater depth and vegetation coverage change similarly in space in this area. The Sangong River Basin is composed of upper oasis, middle ecotone and lower sand dune. In oasis and ecotone, influenced by irrigation of the adjoining oasis, groundwater level has been raised and soil water content also increased compared with sand dune nearby, vegetation developed well. But in the lower reaches of the Sangong River Basin, because of descending of groundwater level, soil water content decreased and vegetation degenerated. From oasis to abandoned land and desert grassland, vegetation coverage and groundwater level changed greatly with significant difference respectively in spatial variation. Distinct but similar spatial variability exists among the groundwater depth and vegetation coverage in the study area, namely, the vegetation coverage decreasing (increasing) as the groundwater depth increases (decreases). This illustrates the great dependence of vegetation coverage on groundwater depth in arid regions and further implies that among the great number of factors affecting vegetation coverage in arid regions, groundwater depth turns out to be the most determinant one.     

新疆渭干河流域地下水含盐量的时空变异特征

对面积约3 408 km²的渭干河流域地下水含盐量进行取样检测,应用地质统计学方法对取得数据进行了半方差函数分析。结果表明,该地区1998、1999年地下水含盐量变异函数曲线的理论模型符合球状模型;1997年、2000年地下水含盐量变异函数曲线的理论模型符合有基台线性模型。通过对1997年、1998年、1999年及2000年水样的分析,得出该地区地下水含盐量在时间与空间上皆存在明显变异性的结论。在空间尺度上,地下水含盐量从研究区的西北向东南方向有增加的趋势。从整体上看,研究区地下水含盐量东部高于西部;南部高于北部;东南部高于西北部。在时间尺度上,研究区东南部地下水随着时间的推移正向盐渍化加重方向发展。本文利用软件Geopack与Surfer7.0软件绘制了地下水含盐量的时空分布图,为该地区地下水盐分的管理与今后的防止盐渍化提供了决策依据。