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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

地下水和干旱指数对植被指数空间分布的联合影响:以鄂尔多斯高原为例

鄂尔多斯高原无定河与都思兔河之间的地段属于我国西北地区典型的干旱-半干旱过渡带,覆盖毛乌素沙地,存在大量的地下水浅埋区,为植被生长创造了有利条件。前人研究表明鄂尔多斯高原沙地植被的盖度随着地下水埋深的减小而增大,但没有充分考虑气候梯度的影响。本研究依托大量井孔调查资料建立了研究区地下水埋深的高分辨率栅格数据,与区内增强型植被指数EVI的遥感数据和气候数据进行相关分析,并建立地下水埋深与干旱指数双因素坐标系来确定区域植被指数对地下水和气候背景的联合响应。研究结果表明:干旱指数和地下水埋深的增大都会导致植被指数的概率统计值减小。干旱指数介于3~5时,地下水埋深对植被指数的影响比较显著,且地下水埋深介于1~3m最有利于高盖度植被的出现。地下水显著影响植被分布的临界埋深约为7m。这一结果改进了前人关于鄂尔多斯生态水文地质特征的认识。     

陕北能源化工基地资源开发引起的植被生态风险

地下水和煤炭资源开发是否会破环生态环境,以及会给生态环境安全带来多大的风险,是陕北能源化工基地资源开发和生态环境保护中不可逾越的课题。以陕北能源化工基地生态环境最为脆弱的风沙滩地区为研究区,在研究地下水位埋深与植被生态关系的基础上,建立了不同地貌类型、不同潜水水位埋深对应的植被群落类型和植被指数的分布关系,利用Modflow软件建立了风沙滩地区地下水流数值模拟模型,采用蒙特卡洛方法建立了植被生态随机模型,根据地下水水位埋深与植被生态的关系实现了地下水流模型和植被生态模型的耦合求解,对地下水资源和煤炭资源开发可能引起的植被生态变化进行预测和风险评估。     

柴达木盆地乌图美仁区植被覆盖率变化及其与地下水的关系

那棱格勒河乌图美仁区位于青海柴达木盆地西南部,气候干旱少雨,生态系统脆弱。基于MODIS NDVI数据,应用遥感方法,对乌图美仁区2000-2011年的植被覆盖率进行了计算,并分析了地下水对其的影响。结果表明：研究区内裸土和低覆盖率植被的面积是逐年减小的;而较低覆盖率、中等覆盖率、较高覆盖率及高覆盖率植被的面积都是逐年增加的;研究区植被生长与地下水位埋深的关系较为密切。乌图美仁地区植被的地下水位埋深范围为0.4~3 m,在水位埋深为0.9 m的地方,植被长势最好;当研究区的地下水位埋深小于2 m时,水质矿化度小于3.5 g/L,植被发育较好。     

西北干旱区地下水生态功能评价指标体系构建与应用

西北干旱区降水稀少、蒸发强烈,水资源紧缺,自然湖泊湿地、天然植被绿洲和土壤盐渍化程度对地下水生态水位具有强烈依赖性,因此,西北干旱区地下水生态功能评价指标体系构建成为一个重要课题。本文基于对干旱区不同类型生态状况与地下水位埋深之间关系的机制研究,构建了以浅层地下水埋藏状况为核心要素的"西北干旱区地下水生态功能评价指标体系",它由地下水对自然湿地景观维持性、天然植被绿洲维持性、农田土地质量维持性及其隶属的6项要素指标构成;在石羊河流域中、下游平原区应用结果表明,该套指标体系可为西北干旱区地下水功能评价提供参考,同时还表征石羊河流域中、下游平原区地下水生态功能脆弱,生态功能较弱和弱的分布范围占示范应用区总面积的87.86%,地下水生态功能强、较强分布范围仅占5.07%。由此可见,进一步提高西北干旱区地下水生态功能保护能力刻不容缓。     

中国典型地区地下水位对环境的控制作用及阈值研究

研究采用理论分析和实践成果相结合、区域宏观分析与典型地区深入剖析相结合的研究方法,从地下水不合理开发利用引起的环境问题出发,选取华北地区、西北地区以及沿海地区作为典型区,分析地下水位对环境的控制作用,提出了具有针对性的地下水位控制阈值。华北平原有利于山前调蓄的地下水位埋深为10m、中东部平原浅层控制土壤盐渍化水位埋深为2~3 m、防止地裂缝的水位埋深为7 m、深层控制地面沉降水位埋深为50 m、浅埋岩溶区地下水位应控制在岩溶含水层上覆的松散岩类的底板高程(2 m)之上;西北地区控制天然植被衰败的地下水位埋深为2.0~4.5 m和人工绿洲灌溉期控制土壤盐渍化的地下水位埋深为1.2~1.5 m,非灌溉期中冻结期地下水位埋深1.3~1.5 m,冻融期为2.2~2.7 m;沿海地区防止海水入侵的地下水位阈值应控制在漏斗中心水位高程-5~-6 m,最大不超过-8 m。上述地下水位控制阈值的确定,为实施地下水总量控制和水位控制管理提供了科学依据。     

中国西北地区额济纳绿洲植被盖度与黑河流量的滞后效应研究

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。西北干旱地区,由于降水稀少,绿洲是当地人类生存和发展的主要依托。近年来,随着黑河流域中游地区用水量的逐年加大,下游来水量减少,使得下游额济纳绿洲的面积不断减小,湖泊干涸,沙漠化严重,生态环境恶化。由于绿洲植被的生长与水有极为密切的关系,因此,研究河流流量与绿洲植被生长之间的定量关系,对改善黑河流域生态环境、协调用水矛盾和合理配置水资源具有重要意义。将遥感数据与黑河径流量数据相结合,在区域尺度上定量研究额济纳绿洲植被生长与河流径流量的关系。结果表明,绿洲植被对黑河径流以及地下水有很强的依赖关系,而且黑河径流对额济纳绿洲的影响存在一年的滞后期,而地下水则通过这种滞后作用将两者联系起来。     

西北地区地下水水量-水位双控指标确定研究——以民勤盆地为例

地下水是西北内陆河流域干旱半干旱地区重要的供水水源、生态因子和环境因子。当前缺乏针对西北干旱半干旱地区特点的地下水水量和水位双控管理指标确定方法研究,无法为西北地区开展流域水资源管理生态保护提供技术支撑。本研究基于地下水可持续利用和生态保护的原则,提出了一套确定西北地区地下水水量-水位双控指标的技术方案。采用“以位定量”的思路,依据指标监测井代表的不同地下水功能区的地下水管理水位,确定水位指标区间值;将通过天然植被排泄的地下水量作为不可袭夺的排泄项,以数值模拟方法预报求解满足水位指标约束的地下水开采量,计算水量指标区间值。以民勤盆地为研究区开展示例研究,依据技术方案计算得到水位指标的下限阈值为埋深5.00～49.37 m,上限阈值为埋深0.00～5.00 m,水量指标上限为6 000×104 m3/a,下限为10 000×104 m3/a。采用2012—2016年区内实际开采量和监测水位变化趋势进行验证,当开采量在水量指标区间内运行时,水位也基本在水位指标区间内变化。该技术方法可以为西北地区开展双控管理提供一定的技术支撑。     

基于植被结构分析法的生态植被与地下水关系研究——以鄂尔多斯盆地内蒙古能源基地为例

生态植被与地下水关系研究是干旱半干旱地区地下水合理开发利用的基础。以植被空间分布和地下水埋深为基础资料,本文尝试提出大尺度生态植被与地下水关系半定量化分析的新方法——植被结构分析法,并以鄂尔多斯盆地内蒙古能源基地为例进行了示范研究。利用植被结构图分析法,可在定量研究生态植被与地下水关系基础上,统计分析地下水开发后生态植被出现演替的临界水位,并预测生态植被的整体演化趋势。     

Responses of phreatophyte transpiration to falling water table in hyper-arid and arid regions,Northwest China

Quantitative assessment of the impact of groundwater depletion on phreatophytes in (hyper-) arid regions is key to sustainable groundwater management. However, a parsimonious model for predicting the response of phreatophytes to a decrease of the water table is lacking. A variable saturated flow model, HYDRUS-1D, was used to numerically assess the influences of depth to the water table (DWT) and mean annual precipitation (MAP) on transpiration of groundwater-dependent vegetation in (hyper-) arid regions of northwest China. An exponential relationship is found for the normalized transpiration (a ratio of transpiration at a certain DWT to transpiration at 1 m depth, T_a*) with increasing DWT, while a positive linear relationship is identified between T_a* and annual precipitation. Sensitivity analysis shows that the model is insensitive to parameters, such as saturated soil hydraulic conductivity and water stress parameters, indicated by an insignificant variation (less than 20% in most cases) under ± 50% changes of these parameters. Based on these two relationships, a universal model has been developed to predict the response of phreatophyte transpiration to groundwater drawdown for (hyper-) arid regions using MAP only. The estimated T_a* from the model is reasonable by comparing with published measured values.© 2021 China Geology Editorial Office.     

西北典型内陆流域地下水与湿地生态系统协同演化机制

以生态输水为代表的湿地修复工程在西北内陆流域得到了广泛应用,生态输水情形下地下水与湿地植被的交互作用决定着湿地生态系统的演化过程。以西北典型内陆流域—石羊河流域青土湖湿地为研究区,基于地下水-湿地生态系统多要素一体化动态监测网络,结合稳定同位素和卫星遥感技术手段,分析生态输水情形下的地下水动态变化与湿地植被恢复情况,从水文地质角度揭示地下水与湿地生态系统的协同演化机制。结果显示:夏季末和秋季生态输水时,湖水补给地下水且土壤含水率增大,最大土壤含水率可达0.45 m³/m³;冬季湿地湖面和表层土壤冻结,湖水对地下水补给量减少,春季冻土和湖面消融导致地下水略有回升,同时增大土壤含水率;夏季在下次生态输水前湖面面积最小(湖面面积最小约为1 km²,地下水水位最大埋深为3.6 m),部分区域地下水补给湖水,此时表层土壤含水率也最低(最小土壤含水率为0.01 m³/m³);夏季末和秋季生态输水通过将生态水储存在地下水和土壤中进而作用于次年的植被恢复与生长,增大生态输水所形成的湖面面积有助...