内陆河流域水文过程研究的一些科学问题

水科学研究的发展,对水文科学提出了新的挑战,即如何在流域、区域和全球尺度进行学科交叉、综合集成和协同研究,从而更全面地认识水在地球资源和环境变化中的作用,认识水圈及其与大气圈、岩石圈和生物圈的相互作用。为了解内陆河流域水文循环和水量平衡各分量之间的变化和转化关系及其与生态和环境之间的相互作用,以及对全球变化和人类活动的响应和反馈,基于内陆河流域上游山区径流形成区、中游人工绿洲水资源开发利用区和下游荒漠绿洲径流散失区的流域水文循环特征,从能水通量、生态和生物地球化学过程讨论了山区水文过程;从生态水文、尺度转换、阈值和反馈讨论了水文和植被的相互作用;从国外提出的关键作用带的概念讨论了内陆河流域地下水—土壤—植被作用层的水文过程。提出了开展内陆河流域水文过程观测和研究的基本框架。     

黑河下游额济纳绿洲荒漠植被与地下水位埋深的 定量关系

干旱区植被生长与地下水的依存关系是生态水文地质学研究的热点之一。由于降水稀少,中国西北地区植被的生长发育与地下水的关系极为密切,从大尺度上研究地下水变化的生态效应问题对生态环境的保护和恢复具有重要的意义。借助遥感方法,结合地下水观测数据,在区域尺度上定量地研究了我国黑河下游额济纳绿洲荒漠植被发育与地下水埋深的关系。结果表明:适宜植被生长的地下水埋深范围约为2~5 m,当地下水埋深超过5.5 m时,由于植被根系缺水,不能维持冠层正常生长,几乎没有植被发育。     

新疆焉耆盆地绿洲水盐双梯度下天然植被多样性分异特征

通过对焉耆盆地河畔带、荒漠带、湖畔带土壤水盐及地下水位和天然植被关系的分析,研究了干旱绿洲水盐过程与分异天然植被生长和绿洲生态的影响.结果表明:绿洲天然植被生物多样性取决水盐双梯度影响,盐分不断向湖畔积聚是引起焉耆盆地湖畔生态系统生境恶化的主导因子.绿洲内部河畔带物种多样性与地下水埋深关系表明,在埋深1.5m区域,随着地下水埋深的加大,物种多样性减少;在埋深1.5～3m区域内,随着地下水埋深加大,其物种多样性在增加;而当埋深在3～4m之间时,随着地下水埋深的加大,植物多样性呈明显减少趋势;而在埋深4m区域内,多样性指数波动不大.调查表明,随着埋深的变化,地表的天然植被草本、灌木、乔木也呈现明显的分异,地下水水盐条件制约植被分布、生存和演替,各种植被类型适应不同的地下水位和盐分特征.     

柴达木盆地生态植被的地下水阈值

生态植被的地下水阈值是指植被依赖地下水生长的最大水位埋深和溶解性总固体含量（TDS）。控制地下水开采生态风险的基础是弄清生态植被与地下水的依存关系并给出地下水阈值。文章利用遥感数据集MOD13Q1和水文地质调查获得的实测数据,统计分析了柴达木盆地主要平原区生态植被与潜水的水位埋深、TDS的关系。结果表明:天然植被依赖地下水的阈值是水位埋深为5.3 m、TDS为7.5 g/L;埋深＞5.3 m地带的天然植被基本与地下水无关;埋深＜1.1 m是水生植被、湿生植被与湿生耐盐碱植被适宜生长的水位埋深区间;埋深1.4~3.5 m是耐盐植被及中生植被与旱生植被适合生长的水位埋深区间;TDS≤1.5 g/L适宜植被生长,1.5 g/L＜TDS≤5 g/L较适宜植被生长,5 g/L＜TDS≤7.5 g/L基本不适宜植被生长,TDS＞7.5 g/L不适宜植被生长。     

海流兔河流域植被分布与地形地貌及地下水位关系研究

干旱区植被与地形地貌及地下水的相互依存关系是揭示植被生态水文过程的关键。由于降水稀少,中国西北地区植被的生长发育与地貌和地下水的关系极为密切,从大尺度上研究地形地貌和地下水变化的生态效应问题对生态环境的保护和恢复具有重要的意义。应用遥感方法,基于地形地貌和地下水位观测数据,在流域尺度上定量地研究了中国鄂尔多斯高原海流兔河流域植被发育与地形地貌和地下水埋深的关系。结果表明：河谷、滩地、沙丘、沙地地貌的植被发育状况是依次变差的,植被在高程1 220 m左右处发育最好。地下水位埋深对植被的影响范围为1~5 m,当地下水位埋深超过5 m时,气候与土壤因素是决定植被的主要因素,地下水位的变化对植被的长生状况影响不大。     

海流兔河流域植被分布与地形地貌及地下水位关系研究

干旱区植被与地形地貌及地下水的相互依存关系是揭示植被生态水文过程的关键。由于降水稀少,中国西北地区植被的生长发育与地貌和地下水的关系极为密切,从大尺度上研究地形地貌和地下水变化的生态效应问题对生态环境的保护和恢复具有重要的意义。应用遥感方法,基于地形地貌和地下水位观测数据,在流域尺度上定量地研究了中国鄂尔多斯高原海流兔河流域植被发育与地形地貌和地下水埋深的关系。结果表明：河谷、滩地、沙丘、沙地地貌的植被发育状况是依次变差的,植被在高程1 220 m左右处发育最好。地下水位埋深对植被的影响范围为1~5 m,当地下水位埋深超过5 m时,气候与土壤因素是决定植被的主要因素,地下水位的变化对植被的长生状况影响不大。     

陕北能源化工基地地下水开发的植被生态效应及对策

为了建立陕北能源基地基于生态良性循环的地下水开发利用模式,依据生态学和水文地质学原理,采用生态-水文地质调查与遥感定量分析相结合的方法,在研究陕北能源化工基地的植被生态空间分布特征、近30年来的演化趋势和影响因素的基础上,从植物类型、植物根系、植被指数与潜水埋深对比分析入手,建立了本区地下水位埋深与植被生态的依存关系,确定了影响植被生态的地下水位阈值,并开展了地下水开发的植被生态环境效应敏感性区划,提出了基于生态良性循环的地下水资源开发利用对策。     

银川平原植被生长与地下水关系研究

干旱区植被生长与地下水的关系是生态水文地质学研究的热点之一。西北内陆干旱地区降水稀少,植被的生长发育与地下水的关系极为密切,从大尺度上研究地下水变化的生态效应问题对生态环境的保护和恢复具有重要的意义。借助遥感方法,结合地下水观测数据,在区域尺度上定量地研究了中国银川平原地区地下水埋深及矿化度与植被生长的关系。结果表明:适宜植被生长的地下水埋深范围约为1~6m,当地下水位埋深为3.5m左右时,植被长势最好。而在水位埋深为3.5m左右的地区,植被生长的相对好坏又受地下水矿化度的影响。当地下水矿化度为0.9g/L时对该地区植被的生长最为有利。     

民勤绿洲天然植被生长与地下水埋深变化关系

甘肃石羊河流域民勤盆地水资源短缺,生态环境脆弱,弄清地下水埋深与天然生态植被生长的关系,是精准调控地下水开采、针对性制定生态保护政策的重要理论依据。利用民勤盆地2000—2017年LANDSAT遥感数据,计算归一化差值植被指数（NDVI）年均值,结合85眼监测井的地下水埋深实测数据,分析了植被生长与埋深的关系。结果显示:研究区植被NDVI较低,多年均值约0.1,2012年后NDVI趋于增大,反映人工造林等措施成果明显。地下水埋深总体趋于增大,2008年后增幅减缓,目前埋深西部大于20 m,东部、北部小于20 m。区内适宜植被生长的埋深范围为2.5~3.9 m,多年平均适宜生态水位约2.66 m;埋深小于4 m时,NDVI与埋深表现为高度负相关(R<-0.8),即埋深越小,NDVI越高;埋深大于4 m时,两者无明显关系。较前人成果,文章从长序列时间、盆地空间尺度分析了民勤绿洲区天然植被生长与地下水埋深的变化,得到浅埋区生态水位,进而圈定了生态治理重点靶区。     

新书介绍:生态水文过程观测方法

生态水文学(Ecohydrology)是生态学和水文学的新兴交叉学科,研究陆地表层系统生态格局与生态过程变化的水文学机理,揭示陆生环境和水生环境植物与水的相互作用关系,了解与水循环过程相关的生态环境变化原因与调控机理.生态水文学关注在不同时空尺度上和一系列环境条件下的生态水文过程,系统性研究气候—土壤—植被动态过程中的水文机制.目前水资源短缺已经成为全球性问题,对生态水文过程的认知是评估全球变化对水安全和生态系统功能影响的基础,这不仅是联合国可持续发展目标的重要议程之一,同样也是"未来地球"和地球关键带研究的热点问题.     

新书介绍:生态水文过程观测方法

生态水文学(Ecohydrology)是生态学和水文学的新兴交叉学科,研究陆地表层系统生态格局与生态过程变化的水文学机理,揭示陆生环境和水生环境植物与水的相互作用关系,了解与水循环过程相关的生态环境变化原因与调控机理.生态水文学关注在不同时空尺度上和一系列环境条件下的生态水文过程,系统性研究气候—土壤—植被动态过程中的水文机制.目前水资源短缺已经成为全球性问题,对生态水文过程的认知是评估全球变化对水安全和生态系统功能影响的基础,这不仅是联合国可持续发展目标的重要议程之一,同样也是"未来地球"和地球关键带研究的热点问题.     

西辽河平原地下水补给植被的临界埋深

许多地区地下水是生态稳定的重要支撑或补充,确定地下水补给地表植被的临界埋深对地下水管理和生态安全至关重要。以西辽河平原为例,主要研究成果如下:①根据地下水补给植被原理划分包气带水分运动结构,描述地下水补给植被的作用机理和物理过程,定义地下水补给植被的临界埋深及相关物理概念。②根据植被根系吸收潜水蒸发的物理机制,地下水面附近由毛管水上升形成的潜水影响层是临界埋深计算的关键。③推导土壤毛管有效孔径计算推理公式,通过构建土壤微结构模型求解推理公式中的孔隙特征参数,解决毛管水最大上升高度的精确计算难题;④结合不同群落植被根系层厚度,形成地下水补给植被的临界埋深计算模型。⑤通过野外调查和观测试验实证,表明计算结果可靠,研究成果在科尔沁草原得到了及时应用。     

新书介绍：生态水文过程观测方法

正生态水文学(Ecohydrology)是生态学和水文学的新兴交叉学科,研究陆地表层系统生态格局与生态过程变化的水文学机理,揭示陆生环境和水生环境植物与水的相互作用关系,了解与水循环过程相关的生态环境变化原因与调控机理。生态水文学关注在不同时空尺度上和一系列环境条件下的生态水文过程,系统性研究气候—土壤—植被动态过程中的水文机制。目前水资源短缺已经成为全球性问题,对生态水文过程的认知是评估全球变化对水安全和生态系统功能影响的基础,这不仅是联合国可持续发展目标的重要议程之一,同样也是"未来地球"和地球关键带研究的热点问题。     

新书介绍：生态水文过程观测方法

正生态水文学(Ecohydrology)是生态学和水文学的新兴交叉学科,研究陆地表层系统生态格局与生态过程变化的水文学机理,揭示陆生环境和水生环境植物与水的相互作用关系,了解与水循环过程相关的生态环境变化原因与调控机理。生态水文学关注在不同时空尺度上和一系列环境条件下的生态水文过程,系统性研究气候—土壤—植被动态过程中的水文机制。目前水资源短缺已经成为全球性问题,对生态水文过程的认知是评估全球变化对水安全和生态系统功能影响的基础,这不仅是联合国可持续发展目标的重要议程之一,同样也是"未来地球"和地球关键带研究的热点问题。     

地下水对银川平原植被生长的影响

植被是反映区域性生态环境状况的重要指标之一,而地下水对植被的生长有着重要的影响。结合MODIS-NDVI遥感数据与地下水位观测数据,从大尺度上研究了银川平原地下水与植被的关系,并结合实测的数据,利用最小二乘法拟合出地下水位埋深与NDVI变化率的关系曲线,定量分析了地下水位埋深对植被生长的影响,并对适宜植被生长的地下水位埋深进行了探讨。研究结果表明：地下水位埋深在3 m时,植被长势最好;而适宜植被生长的地下水位埋深范围是1~5 m;当地下水位埋深超过5 m时,地下水位埋深对植被的影响逐渐减弱;当水位埋深超过8 m时,地下水位埋深对植被的生长没有影响。     

新书介绍:生态水文过程观测方法

正生态水文学(Ecohydrology)是生态学和水文学的新兴交叉学科,研究陆地表层系统生态格局与生态过程变化的水文学机理,揭示陆生环境和水生环境植物与水的相互作用关系,了解与水循环过程相关的生态环境变化原因与调控机理。生态水文学关注在不同时空尺度上和一系列环境条件下的生态水文过程,系统性研究气候—土壤—植被动态过程中的水文机制。目前水资源短缺已经成为全球性问题,对生态水文过程的认知是评估全球变化对水安全和生态系统功能影响的基础,这不仅是联合     

新书介绍：生态水文过程观测方法

正生态水文学(Ecohydrology)是生态学和水文学的新兴交叉学科,研究陆地表层系统生态格局与生态过程变化的水文学机理,揭示陆生环境和水生环境植物与水的相互作用关系,了解与水循环过程相关的生态环境变化原因与调控机理。生态水文学关注在不同时空尺度上和一系列环境条件下的生态水文过程,系统性研究气候—土壤—植被动态过程中的水文机制。目前水资源短缺已经成为全球     

生态水文科学研究的现状与展望

生态水文科学研究是区域生态系统研究和区域水文科学研究的交叉领域 ,其核心内容是揭示不同环境条件下植物与水的相互关系机理 ,探索各种植被的生态水文作用过程。近年来 ,生态与水文相互作用过程的数学模拟和专门模型研制日益成为重要的发展领域 ,同时 ,生态水文学的研究十分注重尺度效应 ,把在一定尺度上获得的水文与生态原理或模型向其它不同尺度转换已成为最具挑战性的问题。山地生态系统成为全球变化研究最为重要的研究场所 ,开展与全球变化相关的生态系统物质与能量循环、生态过程的梯度效应及其与水文过程的耦合关系、生态系统结构与功能及其变化等方面的研究 ,是生态水文学研究最具活力的方向 ,其中建立包含区域气候变化因素的多元生态过程动态模拟模型 ,并使该模型具有不同时空尺度、不同地貌和生态带的广泛适应性是目前广泛关注的热点问题。     

淮北平原降雨入渗补给系数随地下水埋深变化特征

水文地质参数对地下水资源评价起着至关重要的作用。其中,降雨入渗补给系数是影响浅层地下水水量、水质的重要参数。它对研究区域水量转化和水量平衡也十分重要。但是由于受降雨量、土壤类型、植被、地下水埋深等诸多因素的影响,准确判断降雨入渗补给系数存在很大困难。如果没有考虑这些因素的影响,尤其是降雨量和地下水埋深的影响,所推求的降雨入渗补给系数就会存在较大误差。结合安徽省淮北平原区五道沟水文实验站观测的降雨量、地下水补给量、地下水水位资料,利用两种不同的方法推求了不同降雨量等级的次降雨入渗补给系数。根据统计学理论研究了不同降雨量条件下,次降雨入渗补给系数随地下水埋深变化的分布规律,建立了次降雨入渗补给系数与地下水埋深的回归模型,并进行了相应的检验。研究表明,在控制地下水埋深的条件下,次降雨入渗补给系数随地下水埋深的变化符合指数分布;在地下水位自由变动的条件下符合伽玛分布。     

黑河下游典型生态系统水分补给源及优势植物水分来源研究

通过对黑河源区降水、 黑河下游河岸林生态系统、 人工梭梭林生态系统梭梭及戈壁红砂生态系统土壤水和浅层地下水稳定氢氧同位素组成(δD、 δ¹⁸O)的测定, 对黑河下游典型生态系统土壤水和浅层地下水的补给源进行了研究. 同时通过对比分析河岸林生态系统胡杨和柽柳、 人工梭梭林生态系统梭梭及戈壁红砂生态系统红砂等优势植物根系水及其对应的土壤水及浅层地下水的δ¹⁸O, 对黑河下游典型荒漠植物水分来源进行了研究, 并对不同潜在水源对植物水分来源的贡献率进行了计算. 结果表明: 河岸林生态系统和人工梭梭林生态系统的土壤水和浅层地下水来自黑河源区的降水, 源区降水通过黑河河道输水补给河岸林进而形成土壤水和浅层地下水, 但人工梭梭林的土壤水蒸发作用强烈. 戈壁红砂生态系统由于远离黑河, 土壤水不受黑河源区中上游输水的补给. 就植物水分来源而言, 在河岸林生态系统中, 乔木胡杨主要利用40~60 cm的土壤水和地下水, 灌木柽柳主要利用40~80 cm的土壤水; 人工梭梭主要利用200 cm至饱和层土壤水和地下水; 戈壁红砂主要利用175~200 cm的土壤水. 因此, 在黑河下游极端干旱区, 土壤水和地下水是维持荒漠植物生存、 生长及发育的主要来源.