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…     

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。     

塔里木河下游地下水抬升的地表植被恢复价值初探

基于塔里木河下游生态输水前后地下水动态变化和地表植被响应的长期监测资料,以输水后地下水动态变化引起的地表植被生物量差异为出发点,借鉴国内外生态经济价值量化的计算方法,从地表植被响应的生态经济价值和地下水抬升的潜在恢复价值来计算生态输水后植被恢复的地表生态经济价值。目的是为量化生态输水工程的恢复效益提供理论依据。结果显示:在塔里木河下游典型的考干断面,垂直河道方向为长的2 000 m、平行河道方向为宽的100 m的样带内,地下水位出现了明显的抬升,水位抬升幅度以河道为中心由近到远逐渐降低,这点突出地反映在以柽柳灌丛为主的地表生物量的明显变化上。根据5年的河道区间耗水量资料,计算出该区间100 m宽的样带因输水而投入的水资源价值为0.65×104元,而输水后从地表植被生物量变化引起的地表生态响应价值为1.119×104元,投入产出比为1?1.72;地下水抬升的潜在经济价值是3.741×104元,总的投入产出比为:1?7.477,表明输水有显著的生态效益。     

塔里木河下游河岸带地下水埋深对生态输水的响应过程

为了解塔里木河下游生态输水量与地下水埋深多年响应变化过程,得出地下水埋深对生态输水的响应变化规律,以塔里木河下游英苏断面为研究区,运用定性与定量分析方法,综合考虑不同输水差异（包括零输水年即2008年、输水极少年即2009年、输水较多年2011年等）,对2000-2015年英苏断面1 050 m范围内地下水埋深数据进行了分析。结果表明：研究断面内地下水埋深在各年份总体呈现比较平稳的递减趋势,年内个别月具有较大的增幅,另外由于冻土消融等因素影响,地下水埋深在2~3月有一定的增幅;离河较近区域的地下水埋深变化对生态输水的响应具有时间同步性,而离河道较远地区的地下水埋深在响应时间上存在滞后性,本研究断面1 050 m范围内地下水埋深响应时间维持在1 a内;经过多年生态输水过程,英苏监测断面距离河道约750 m范围内地下水平均埋深维持在2~6 m范围内,基本达到植物生长所需地下水埋深水平;另外,综合分析研究断面多年输水引起的地下水位响应过程,为获得生态输水过程所带来的最大生态效益,生态输水不仅要保持一定的输水量,还要保持输水年周期的连续性。     

A quantitative assessment on groundwater salinization in the Tarim River lower reaches, Northwest China

Based on monitored data from 840 samples, we assessed the spatial and temporal variability of groundwater salinization in the Tarim River lower reaches combining classical statistics and geostatistics. Results show that total dissolved solids （TDS） is significantly correlated with other related ions, such as Na＋, Mg2＋, Ca2-, C1- and K＋. TDS and underground water level have characteristics of spatial autocorrelation, both of which present the isotropic characteristic and con- form to the spherical model in each year from 2001-2009. TDS is basically greater than 1 g/L but less than 2 g/L in the Tarim River lower reaches, which indicates that salt stagnation pollution is more serious. The most serious salinization （3 g/L 〈 TDS _〈 35 g/L） contaminated area is mainly in the middle and lower part of the study area.     

A quantitative assessment on groundwater salinization in the Tarim River lower reaches, Northwest China

Based on monitored data from 840 samples, we assessed the spatial and temporal variability of groundwater salinization in the Tarim River lower reaches combining classical statistics and geostatistics. Results show that total dissolved solids (TDS) is significantly correlated with other related ions, such as Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Cl^? and K⁺. TDS and underground water level have characteristics of spatial autocorrelation, both of which present the isotropic characteristic and conform to the spherical model in each year from 2001–2009. TDS is basically greater than 1 g/L but less than 2 g/L in the Tarim River lower reaches, which indicates that salt stagnation pollution is more serious. The most serious salinization (3 g/L < TDS ≤ 35 g/L) contaminated area is mainly in the middle and lower part of the study area.     

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。     

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。     

塔里木河下游胡杨林根系吸水模型

以塔里木河下游河岸带生长良好具有代表性的胡杨为供试植被,利用土壤水分特征曲线的分形结合胡杨根系分布函数的方法,对根区土壤水分和根长根系吸水关系进行了研究,确定了土壤水分特征曲线和非饱和土壤导水率。根据干旱区胡杨根系分布特征建立了干旱区胡杨二维根长密度函数。所建根长密度函数在根层近地表处服从抛物面分布,而在根层下部服从指数面分布,并基于二维改进的Feddes模型,建立了胡杨根系吸水的二维数学模型。结果表明,春季、夏季、秋季、冬季实验区胡杨根区土壤水分模拟值与实测值的平均误差依次分别为4.0%、7.2%、5.9%、4.9%,均低于10%,得到了较好的模拟效果。这进一步提升了干旱区植物根系吸水模型的模拟精度,为干旱区自然植被耗水量的计算提供了新的方法和科学依据。因此,该二维模型在干旱区植物耗水计算中具有广泛的应用价值和现实意义。     

间歇性输水影响下的2001-2011 年塔里木河下游生态环境变化

采用2001-2011 年野外调查资料和卫星遥感影像数据,对生态输水影响下的塔里木河下游地下水、植被变化特征进行分析,并探讨了典型断面植被对地下水埋深变化的响应关系。结果表明:(1) 各断面地下水位变化过程与河道来水过程密切相关,近10 年来经历了显著抬升(2000-2005 年)—缓慢降低(2006-2009 年)—小幅抬升(2010 至今) 的过程,主要表现为随生态输水量的改变呈波动变化;地下水位抬升幅度与生态放水量的相关系数达0.78,与生态放水持续时间的相关系数为0.70。(2) 2001-2011 年塔河下游植被覆盖面积总体上呈增加趋势,其中灌木林地和草地变化显著,林地和耕地面积呈小幅度变化;植被覆盖度的变化主要表现为2001-2006 年显著提高和2006-2011 年小幅变化。(3) 植被覆盖度随地下水位的抬升呈现出增加的趋势;垂直河道的方向上,同时期植被覆盖度与地下水埋深空间分布特征一致,均以输水河道为轴向两侧植被覆盖度(地下水埋深) 逐渐降低(增大);平行河道的方向,植被覆盖度对地下水埋深的响应幅度随着离大西海子水库距离的增加而减小。     

基于水热平衡原理的塔里木河下游绿洲适宜规模分析

结合近40 a水文气象资料,基于水热平衡原理,构建模型,分析和讨论了20世纪70、80、90年代以及2000年以来塔里木河下游绿洲适宜规模与耕地面积,并结合相应不同时期的遥感影像,对各时期实际绿洲规模进行了比较。结果表明：近40 a来,塔里木河下游绿洲适宜规模和耕地规模趋于收缩,但2000年以后有所扩大;20世纪80年代的绿洲耕地面积与计算得出的适宜耕地规模基本平衡,之后严重超出绿洲承载能力,2009年超出幅度达1.22×10⁴ hm²;耕地面积过大已导致塔里木河下游绿洲进入了不稳定状态,当前应采取措施适度缩小绿洲规模,并及时有效地控制耕地面积。     

塔里木河下游生态输水对沙漠化逆转的影响

1 IntroductionThe Tarim River (Figure 1), located in the X injiang U ygur A utonom ous Region in N orthw estChina,is the largestinland river in China.The annualaverage precipitation of the Tarim Rivervaries from 17.4 m m to 42.0 m m w hile the annual aver…     

Eco-water conveyances applied to control desertification at the lower reaches of the Tarim River

The lower reaches of the Tarim River are one of the areas suffering from most severe sandy desertification in Xinjiang, Northwest China. Irrational utilization of water and land resources results in eco-environmental deterioration in the Tarim River. In May 2000, the local government carried out the water conveyances project in the Tarim River. The influence of water conveyance on desertification reversion is analyzed and discussed according to the monitoring data in the past three years. Based on monitored data of the nine observed sections, along the channel of conveyance, the intensity and scope of desertification reversion in the upper reaches are larger than those in the lower reaches. Dynamic changes of desertification reversion are more obvious from the channel of conveyance to its two sides. However, the range of influence and intensity of desertification reversion is limited at present. It is suggested that the way and range of water conveyances should be adjusted in the future.     

塔里木河下游丛枝菌根植物的侵染

通过对塔里木河下游自然和人工植物群落中的15种主要建群种植物根系菌根的定殖状况的调查及对菌根侵染部位、菌根中的泡囊、丛枝和菌丝的观察,其结果显示:其中11种植物可被AM真菌侵染,占所调查植物种总数的73.33%,野生乡土植物表现出较高的菌根侵染率和侵染强度,其中有84.62%的植物为菌根植物,且乔木、多年生草本和灌木类植物全部为菌根植物,一年生草本植物未见AM真菌侵染;人工引入种蓼科的泡果沙拐枣(Calligonum junceum)和藜科的梭梭柴(Haloxylon ammodendron)均未见有AM真菌侵染。丛枝菌根真菌侵染率、侵染强度与植物所属的科属关系较密切,也与真菌群落所处时空环境及土壤深度有关。     

Ecological water demand of natural vegetation in the lower Tarim River

We have appraised the relationships between soil moisture, groundwater depth, and plant species diversity in the lower reaches of the Tarim River in western China, by analyzing field data from 25 monitoring wells across eight study sites and 25 permanent vegetation survey plots. It is noted that groundwater depth, soil moisture and plant species diversity are closely related. It has been proven that the critical phreatic water depth is five meters in the lower reaches of the Tarim River. We acquired the mean phreatic evaporation of different groundwater levels every month by averaging the two results of phreatic evaporation using the Qunk and Averyanov formulas. Based on different vegetation types and acreage with different groundwater depth, the total ecological water demand (EWD) of natural vegetation in 2005 was 2.4×108 m3 in the lower reaches of the Tarim River. Analyzing the monthly EWD, we found that the EWD in the growth season (from April to September) is 81% of the year’s total EWD. The EWD in May, June and July was 47% of the year’s total EWD, which indicates the best time for dispensing artificial water. This research aims at realizing the sustainable development of water resources and provides a scientific basis for water resource management and sound collocation of the Tarim River Basin.     

塔里木河下游植被生态需水量(英文)

We have appraised the relationships between soil moisture,groundwater depth, and plant species diversity in the lower reaches of the Tarim River in western China,by analyzing field data from 25 monitoring wells across eight study sites and 25 permanent vegetation survey plots.It is noted that groundwater depth,soil moisture and plant species diversity are closely related.It has been proven that the critical phreatic water depth is five meters in the lower reaches of the Tarim River.We acquired the mean phreatic evaporation of different groundwater levels every month by averaging the two results of phreatic evaporation using the Qunk and Averyanov formulas.Based on different vegetation types and acreage with different groundwater depth,the total ecological water demand(EWD)of natural vegetation in 2005 was 2.4×108m 3in the lower reaches of the Tarim River.Analyzing the monthly EWD,we found that the EWD in the growth season(from April to September)is 81%of the year's total EWD.The EWD in May,June and July was 47%of the year's total EWD,which indicates the best time for dispensing artificial water.This research aims at realizing the sustainable development of water resources and provides a scientific basis for water resource management and sound collocation of the Tarim River Basin.     

新疆塔里木河下游柽柳茎水势变化与影响因子研究

结合塔里木河下游生态输水过程中的实测资料,分析了不同断面柽柳茎水势变化特征、柽柳茎水势的日、月变化规律及其与环境因子之间的关系。结果表明:依干不及麻断面柽柳茎水势普遍低于英苏断面;柽柳茎水势日变化大体呈直线下降趋势;英苏断面9月份柽柳茎水势比7月份和8月份高,依干不及麻断面9月份柽柳茎水势比7月份和8月份低。柽柳茎水势日变化与气温和空气相对湿度之间有显著的相关关系,气温升高,空气相对湿度降低,植物蒸腾失水增多,水势降低。同时与地下水埋深间也有十分显著的相关关系,随地下水埋深增大,土壤含水量减小,茎水势降低,地下水埋深减小,土壤含水量增大,茎水势回升。     

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。     

黑河下游地下水波动带土壤盐分空间变异特征分析

以黑河下游地下水波动带为研究区,根据64个样点的实验数据,采用地统计分析法对区域土壤盐分空间变异函数理论模型进行了选择,同时还利用GIS交叉验证(Cross-Validation)对目前较为薄弱的空间插值方法的适用性选择问题进行了分析.并在此基础上对整个区域土壤盐分空间分布进行了模拟,进而分析了其空间变异特征.结果表明:(1) 受地下水影响,黑河下游地下水波动带土壤盐分含量整体较高,且其空间分布具有明显的变异特征.在沿河流流向及垂直于河流流向方向上,各盐分要素在整体规律性变化基础上都存在局部性变异,且这种局部性变异在垂直于河流流向方向上比河流流向方向更显著;(2) 各盐分要素的变程为本研究今后合理布置采样点提供了参考依据,同时也为黑河下游地区水文及生态研究提供了有关研究尺度的参考信息;(3) 研究区土壤盐分空间分布模拟也为该区植被恢复提供了必要的土壤盐分信息,这对本区乃至整个黑河下游植被恢复及生态重建工作都具有重要指导意义.