塔里木河下游输水过程的分析与模拟

塔里木河下游已经干涸断流多年,其"绿色走廊"濒临消失.自2000年5月至2001年11月,先后3次实施向塔里木河下游输水,使下游的水文状况得到了改善,生态得到了一定程度恢复.根据塔里木河下游3次应急输水的有关资料,在输水过程的分析与模拟方面进行了研究,重点是第2次输水过程的分析模拟.从流量沿程损失率及水头前进速度出发,模拟了历次输水的流量沿程分布、输水距离、输水历时及输水水量,为评价输水的水文效应及选择适当的输水方案提供了初步依据.     

新疆塔里木河下游柽柳、芦苇对生态输水的响应

通过对塔里木河下游生态输水过程中地下水埋深变化的动态监测和天然植物生理指标的测试分析, 探讨了塔里木河下游柽柳、芦苇对生态输水的响应. 研究表明, 塔里木河下游河道输水对抬升其附近的地下水位起到了明显效果, 地下水埋深呈逐级抬升过程. 输水河道附近的地下水埋深由输水前的5～8 m抬升到了2～4 m; 植物各项生理指标对地下水位变化反应敏感, 表现出明显的梯度变化. 不同植物生长由于对地下水位要求深度不一样, 随地下水位变化而表现出不同的响应, 芦苇的反应敏感区约在150～200 m之间, 而柽柳则多在200～250 m之间. 结合野外样地的实际调查分析推测, 芦苇和柽柳的胁迫地下水位分别为3.5 m和4.0 m.     

塔里木河下游应急输水的水生态环境响应

塔里木河下游357km河道断流近30年,向塔里木河下游实施应急输水抢救生态环境,是世界范围内流域退化生态系统恢复与重建的稀有案例。以此为背景,在生态环境本底状况调查的基础上,通过大量的监测资料,应用河道水力学、地下水动力学以及植被生态学,以河道水量沿程消耗-地下水位动态变化-植物恢复为主线,摸清了水流在河道纵向、河道横向两侧和垂向剖面中的运移、转化和消耗规律,研究分析了应急输水的水生态环境三维响应特征和植被恢复效应。为创建和完善干旱区受损生态系统输水、修复与重建的评价体系打下基础,也为塔里木河流域综合治理提供技术支撑。     

塔里木河下游生态输水后地下水变化规律研究

为准确反映塔里木河下游生态输水工程后地下水的动态变化,实现为本地区开展大规模的生态恢复和重建工作提供科学依据,在塔里木河下游沿321km河道上布设了9个监测断面和39口监测井,采用电导法定期监测地下水位近3年。结果显示:输水后地下水位在河道纵向、横向上有各自的变化规律,说明生态输水的效益是逐步显现的。因此,对本地区生态输水的综合评价应该放在几年以后再开展。同时,通过对生态输水后地下水位变化的分析,提出了调整输水规模和方式的建议。     

生态输水条件下塔里木河下游断面尺度地下水流数值模拟

由于中国西北地区地表水资源有限,地下水则成为重要的备用水资源,而地表水和地下水转化过程及其耦合模拟是水资源开发利用和科学评价的基础,因此,为了准确反映塔里木河下游间歇性生态输水后地下水的动态变化,以塔里木河下游英苏断面为例,基于Boussinesq方程建立了改进的地下水动力学(GH-D2)模型,模拟了塔里木河下游绿色走廊典型断面地下水对全时段(2000-2015年)间歇性生态输水的响应过程。结果表明,尽管Boussinesq方程的GH解能较好地模拟地下水位的瞬态变化,但模拟地下水位多年变化的结果并不理想,而改进的GH-D2模型考虑了间歇性生态输水对地下水位变化的滞后效应,对长时间尺度地下水位变化的模拟具有较好的效果。与GH和GH-D1模型相比,GH-D2模型模拟的地下水位值更接近于观测值,这将对塔里木河下游实施科学合理的生态输水计划以及生态恢复和重建策略提供关键的技术支撑。     

塔里木河下游生态输水后植被景观格局动态变化研究

2000-2005年, 塔里木河流域管理局先后7次向塔里木河下游断流区进行了生态输水, 输水河道两岸的植被得到了一定的恢复. 以2000-2005的中巴资源卫星CCD影像为主要数据源, 获得了6 a的植被/非植被二值图, 并计算各年的景观格局指数, 分析了6 a植被景观格局的变化. 结果表明: 植被景观动态度在第四时段(2003-2004年)最大, 为47.83%; 在第三时段(2002-2003年)最小, 为-1.39%; 2000-2005年植被景观的动态变化呈正向趋势. 2000-2005年, 植被景观斑块个数与景观形状指数增加, 蔓延度指数下降了36.9, 斑块结合度指数均高于99, 表明研究区的植被景观破碎化程度、分离程度增加, 而景观类型联通性较高. 植被斑块面积均处于增加趋势且远离河道植被恢复率越小, 但植被景观的比重仍小于50%, 说明非植被类型是研究区的基质类型, 组成了景观的最大斑块. 针对缓冲区Zone 1, 植被景观的平均分维数处于减小趋势且2005年的斑块个数最小, 斑块结合度指数处于增加趋势, 表明近河道区域植被较为稳定, 受生态输水的干扰度较小, 植被景观斑块之间越来越聚集. 6 a间Zone 1的植被最大斑块指数均大于10%, 远高于其它5个缓冲带, 表明离河道越近植被景观的优势度最大.     

塔里木河下游生态输水及植被恢复遥感监测评价

在干旱区内陆河流域,由于水资源过度开发利用,生态环境退化已成为普遍现象.向断流的河道和生态退化区域实施生态输水,是河流生态系统恢复的基本行为和必然过程.基于向塔里木河下游7次生态输水过程中地表水、地下水、植被恢复等系统监测,并运用卫星遥感技术,对生态输水后植被恢复响应特征指标NDVI(植被指数),进行了系统研究分析,并提出植被相对恢复度的评价方法.     

塔里木河下游输水优化配置模型研究

在调查塔里木河下游各子区生态用水需求的基础上,采用带约束条件的非线性优化理论建立了塔里木河下游各子区优化分配水量模型。采用Kuhn-Tucker条件,对模型进行求解,合理分配了各子区的输水水量。计算结果表明,通过向塔里木河下游河道输水3.4亿m3,可改善下游生态面积达1 490 km2。所建模型为将来的应急输水及水资源的合理配置提供了技术支持。     

额济纳绿洲沿河区地下水位埋深对生态输水的响应研究

通过连续3 a对额济纳绿洲沿河区的地下水位埋深监测,分析地下水位埋深在纵向、横向的响应及地下水位埋深响应强度情况,探讨生态输水后地下水位埋深动态响应的初步规律。初步结论:生态输水后地下水位埋深出现显著地变化,平均地下水位埋深由输水前的4.5m降低到3.27m,降幅为27.3%;距输水口越近,距输水河道距离越近,地下水位埋深越小,其降低幅度也越大。     

塔里木河下游物种多样性与地下水位灰色关联分析

根据植被样地资料和地下水埋深观测资料, 运用灰色关联法对物种多样性与地下水埋深的关系进行了分析. 结果表明: 在塔里木河下游, 物种多样性与地下水埋深变化关系密切, Shannon-Weiner指数、 Simpson指数、 Margalef指数、 Menhinick指数、 JSW指数和JSI指数与地下水埋深之间的灰色综合关联度都在0.70以上, 其中物种多样性指数Simpson指数与地下水埋深变化的灰色综合关联度最高, 为0.866, 其关联度数值体现了地下水埋深对物种多样性变化的主导性.     

新疆塔里木河下游物种多样性变化与地下水位的关系

根据塔里木河下游9个断面40眼地下水位观测井和8个植物样地野外采集的数据，运用物种多样性指数对塔里木河下游物种多样性与地下水位变化进行了分析计算。研究表明，塔里木河下游物种多样性与地下水位变化有着密切的关系，地下水位对物种多样性的变化起着主导作用。塔里木河下游浅层地下水位埋深较大，并且表现为由上游段至下游段逐渐加深这样一个明显的递减变化。塔里木河下游物种多样性指数较低，Shannon Weiner指数和Simpon指数分别变化在1.93~0.53之间和0.82~0.35之间；随着由上游段至下游段地下水位埋深的加大，塔里木河下游植物种类减少、群落结构简单、物种多样性指数和丰富度指数呈明显降低的态势。反映了干旱区水分胁迫对生态系统的强烈影响。     

弹性波技术在探测塔里木河下游地下水位中的应用

保护塔里木河下游生态环境是塔里木河综合治理工程的重要目标。由于塔里木河下游地区人烟稀少、气候干燥、自然环境差, 因而试验研究一种方便快捷的的方法探测本地区地下水水位就显得尤其重要。介绍了使用SWS-3型工程勘探与工程检测仪在塔里木河下游地区探测地下水水位的应用效果, 并阐明了塔里木河下游地区潜水位面的变化规律。     

塔里木河下游生态环境整治与生态效应分析

塔里木河(简称塔河)下游生态环境问题十分突出，综合治理势在必行．根据塔河下游现状。针对塔河治理已经实施的一系列措施，运用对比分析方法探讨了各类治理措施的实效，并着重对应急输水工程的实施所带来的生态效应及存在问题进行分析．提出塔河下游生态环境综合治理的几点建议。     

塔里木河下游植被生态风险遥感定量评估

以我国最大的内陆河--塔里木河下游区段为研究区域,将遥感、地理信息系统等技术手段与模糊数学方法相结合.根据ERA框架和层次分析思想,建立塔河下游植被的生态风险评估指标,运用模糊综合评判的方法进行塔河下游植被生态风险的遥感定量评估.评估结果:①塔河下游的植被生态风险程度较重,普遍都是中度、重度风险;②从英苏到台特玛湖河段植被风险最大;③明显呈现出下游上段植被风险小于下游下段,绿洲内部植被风险小于绿洲外围:④偏离河道越远.植被风险越大.植被生态风险评估数据的获取是采用遥感与地面相结合的方法,这在今后的生态风险评估研究中将有很大的应用潜力.利用RS和GIS技术手段并结合景观生态、模型预测的生态风险评估正处于研究开发阶段,如何把这些方法运用到干旱区特殊环境的生态风险评估之中,将是干旱区环境研究的一个新方向.     

永定河生态补水的地下水位动态响应

永定河流域生态修复是京津冀协同发展的重要议题,地下水位对生态补水动态响应的研究是关键的科学问题。以2020年春季永定河生态补水实践为研究基础,采用地下水均衡分析、相关分析和聚类分析等多种技术手段,详细讨论了不同河段河道渗漏损失、地下水动态变化与控制因素。研究发现,2020年春季大流量生态补水河道的渗漏损失率（20%~40%）比2016年（30%~60%）和2019年（41%~58%）的小流量生态补水低;生态补水条件下,77眼观测井地下水动态呈现显著回升、变化不显著和持续下降三种变化规律;根据影响因素划定了河道渗漏补给主控型、河道渗漏和降水主控型、河道渗漏-降水-地下水开采作用明显型、河道渗漏-降水-地下水开采作用不明显型4种类型。其中,河道渗漏主控型的监测井在补水期的地下水位迅速升高,升幅一般在1~19 m之间,最大达20 m,而且存在明显的滞后性。这些规律可为制定科学的生态补水方案提供技术参考。     

河岸带潜流层动态过程与生态修复

河岸带潜流层是河岸带内地表水与地下水相互作用的生态交错带,在水文地理学、生态学、环境学上含义不尽相同。河岸带潜流层具有复杂的垂向、横向、纵向结构特征,其边缘效应显著,表现为泥沙、水流、生物、环境化学因子之间的复杂动态过程,主要包括水动力动态过程、生态学过程、溶质循环与化学过程等。水动力动态过程是驱动条件,氧气浓度是生态过程、溶质循环和化学过程的决定性因素。在各动态过程的驱动下,河岸带潜流层具有调蓄洪水、削减污染、净化缓冲环境和提供适宜栖息地等功能。针对河岸带潜流层功能退化的问题,需开展健康诊断,明确致病机理,实施适宜的生态修复。未来中国在开展河岸带潜流层研究时,应根据中国河岸带特点,采用示踪试验、数值模拟等方法,集成GIS等现代技术手段,研究多尺度下,水文条件、地形变化、土壤渗透系数、河岸带建设方式、植被分布等对河岸带潜流层水文、热传导、生化、生态等的影响机制,准确界定河岸带潜流层区域范围,制定适宜的生态修复策略。     

生态水利工程对塔里木河荒漠河岸林植被的水文响应研究

在与干旱区河流水文变化过程的长期适应过程中,荒漠河岸林植被繁育更新、群落演替及分布格局与河流水系变迁形成了不可分割的密切关系。因此,深刻理解多尺度下的荒漠河岸林与水文过程的协同适应机制成为开展生态保护最为关键的科学基础。本文针对不同水文过程下荒漠河岸林多尺度协同适应过程的关键科学问题,从水量水文的研究角度出发,以水量平衡原理出发,并采用Mann-Kendall趋势检验对流域覆盖植被盖度进行研究,得到河道耗水量和生态闸放水量的峰值与地下水埋深的谷值存在一致性,生态闸放水对抬升地下水埋深,进而促进植被生长起到关键作用。表明生态水利工程促进了植物生长需水与供水(即生态闸放水和地下水埋深变化)的过程耦合,提高了植物生长对水资源的利用效率。     

河岸带土壤磷素空间分布及其对水文过程响应

野外观测太湖地区典型农业河岸带——浯溪荡河岸带土壤总磷（TP）和溶解性总磷（DTP）含量以及当地降雨量、河水水位和地下水水位,探讨了丰水年条件下该河岸带土壤TP和DTP的空间分布特征以及水文过程对其空间分布的影响。结果表明:①在水平方向上,土壤TP和DTP含量从远岸向近岸均呈现先减少后增加的变化趋势;在深度方向上,各断面TP和DTP含量随土层深度的增加均呈减少的变化趋势。②不同月份河水水位均低于地下水水位,地下水补给河水。河水水位和地下水水位随时间的变化规律与降雨量的相似,但具有一定的滞后性。③降雨是土壤水分运动的主要驱动力,降雨、河水水位以及地下水水位对河岸带土壤磷素空间分布的影响显著不同。     

合理地下水生态水位的估算方法研究——以塔里木河下游为例

从合理地下水生态水位的定义出发,探讨了各类估算合理地下水生态水位的方法。以塔里木河下游为例,分析应急生态输水后,地下水埋深与胡杨样枝生长情况的关系,结果表明,塔里木河下游合理地下水生态水位埋深为4～6m。     

生态输水期间额济纳绿洲区地下水动态数值模拟

根据额济纳盆地的水文地质条件,采用地下水数值模拟软件GMS建立了额济纳绿洲区地下水流数值模型。根据模拟结果分析了生态输水期间(2001~2011年)研究区地下水量均衡要素和地下水位、水量的年际动态变化。研究结果表明:(1)生态输水期间额济纳绿洲区地下水的年平均排泄量为3.54×108m3/a,年平均补给量为3.67×108m3/a。其中,河道渗漏和潜水蒸发分别占地下水补给和排泄的78%和63%;(2)生态输水期间额济纳绿洲区地下水量变化总体为正均衡,均衡差0.13×108m3/a。其中,2001、2004、2009和2010年为负均衡,其他年份均为正均衡;(3)对整个绿洲区而言,潜水补给承压水,平均补给量为0.23×108m3/a;(4)生态输水期间绿洲区的地下水位总体是抬升的,抬升速率0.02m/a。河道附近地下水位的抬升速率大于0.04m/a,较其他区域明显,受河水演进的影响,最大值出现在东河最下段。