塔里木河下游地下水化学特征对输水响应的阶段性研究

通过对塔里木河下游英苏断面地下水化学特征在生态输水作用下变化的观测资料研究发现,地下水化学特征对间歇性输水的响应表现出阶段性的特点:在受输水影响的初期地下水中矿化度和主要离子含量呈现上升变化,随着输水的进行,矿化度和主要离子的含量逐步下降,最后又表现出上升态势.根据地下水盐变化特点可将地下水化学对输水的响应划分为3个阶段:初期阶段(盐分横向累积阶段)、中期阶段(淡化压盐阶段)和后期阶段(蒸发溶盐阶段);输水间歇地下水化学特征的变化与地下水化学对输水响应表现出的阶段性特征相一致的特点.在“盐随水来,盐随水去”规律作用下,地下水化学特征的阶段性变化受土壤盐分含量、与河道距离、输水水质、水量的影响,其中土壤盐分、输送水的水质与地下水位的抬升是主导因素,而距河道远近与水量的多寡则是导致与河道不同距离处阶段性变化时间差异的重要原因.从水盐运移规律的角度考虑,河道输水方式比面上输水方式更利于生态恢复.     

黑河下游地下水位变化特征及其原因

论文选取分布于黑河下游段额济纳东河、 西河沿岸具有代表性的6眼长期观测井,根据其地下水位旬观测数据(1990-2009年),应用统计特征分析以及Mann-Kendall和Mann-Whitney趋势检验法分析黑河下游地下水位动态变化特征。研究发现:1990-2009年期间,东、 西河地下水位平均埋深存在上中部浅、 下部深的空间分布特征;下部地下水位埋深呈显著增加、 上中部呈非显著性减少态势。各井地下水位埋深在2000年后不同年份出现了变化趋势转折。分析表明:2000年实施的生态输水是研究区地下水位得以逐渐恢复的根本原因,但输水量不足、 抽取地下水灌溉是导致下部地下水持续下降的主要原因。研究结果可为黑河下游生态输水的效果评估和输水管理工作提供参考。     

塔里木河流域综合治理的生态效应

结合塔里木河下游输水和中游段输水堤防建设工程,在下游、中游分别设置了9个和3个地下水位和地下水化学特征监测断面,并在中游的3个断面和下游的6个典型断面进行了植物样方调查,以分析综合治理工程的实施对地下水和植被的影响.结果表明,在生态输水影响下,塔里木河下游断流河道两岸地下水位抬升显著,植被的盖度有明显增加,胡杨的当年生枝叶都表现出积极变化;塔里木河中游地区在建有输水堤防又有生态闸的断面地下水位、水质以及植被综合优势比均明显好于无生态闸断面.     

塔里木河下游输水前后NDVI差异分析

运用统计方法分析塔里木河下游英苏、喀尔达依、阿拉干三断面输水前后归一化植被指数(NDVI)的差异大小并推测河畔植被对输水的响应程度。结果表明:随着输水进行,研究区NDVI与地下水埋深逐渐呈负相关趋势,NDVI增幅随地下水埋深减小逐渐增大;输水前后相同断面NDVI差异极显著,根据输水前后NDVI差值大小确定植被恢复速度为:英苏>喀尔达依>阿拉干;各断面NDVI在输水前没有差异,输水后断面间NDVI差异显著,根据差异大小确定恢复程度顺序为英苏>喀尔达依>阿拉干;以大西海子水库周边NDVI为参照,确定经7年8次生态输水英苏、喀尔达依、阿拉干三断面植被恢复度分别为20.2%、18.4%和8.4%。以上研究表明,研究区植被恢复仍然有限,坚持持续输水很有必要。     

生态输水后塔里木河下游地下水的动态变化

以生态建设和环境保护为根本的塔里木河下游生态输水工程,在实施近3年中,有10.15×10⁸m^3/生态水分5次流向塔里木河下游地区.随着生态水流的到来,该地区生态环境发生了明显的变化,直接反映在输水河道周围地下水的动态变化以及下游植被的响应上.根据近3年在塔里木河下游对地下水的动态监测,就生态输水后地下水位的变化规律进行了初步分析.结果显示,输水后地下水位表现出明显的时空动态变化规律.从时间上看,距河道远近不同的地下水位升降规律各异;从空间变化看,地下水位表现出以输水河道为中轴向外变化逐渐减弱和输水后不同地区地下水位抬升幅度的差异;鉴于地下水在达到一定水位以后其变化明显趋向复杂,而不同植被生长所要求的水位不同.因此,确定输水后的最佳生态水位将对今后在塔里木河下游进行大规模恢复和重建工作具有重大意义.     

塔里木河下游胡杨对输水的生态响应

对塔里木河下游不同离河距离成过熟胡杨和输水后更新胡杨胸径、地径、树高、冠幅、枯枝比以及优势胡杨百分比的调查表明:随离河距离增加(地下水埋深增加),胡杨(大树)枯枝比增加,优势胡杨百分比降低;胸径、树高、冠幅随离河距离增加,增减规律不明显。输水后萌蘖更新胡杨的树高、冠幅和地径均随离河距离增加而降低。以上调查指标确定胡杨输水后恢复等级,离河50~300 m胡杨整体恢复"优",离河300~500 m胡杨恢复"良",离河500~1 050m胡杨恢复"中",离河1 050~1 500 m胡杨对输水响应微弱,整体恢复"差"。胡杨具明显的随离河距离增加恢复等级降低的梯度响应特征,生态输水促进了河畔带胡杨的恢复,水是制约塔里木河下游胡杨生长与恢复的关键因子。     

塔里木河下游生态输水后地下水的响应研究

由于近50a来人类不合理地资源开发,造成塔里木河下游的生态环境问题日趋严峻.为拯救下游绿色走廊,恢复和重建受损的下游生态系统,于2000年7月始,实施了塔里木河下游应急生态输水工程,水流于2001-11-02流进塔里木河尾闾--台特玛湖,使干涸近30a的台特玛湖重新受到水的滋润.笔者根据近2a在塔里木河下游的监测结果,通过对塔里木河下游地下水在河道纵向、横向的响应,地下水位响应强度及地下水位的变化带来下游天然植被的变化等方面对塔里木河下游生态输水工程进行阐述,分析了生态输水后地下水位响应的初步规律.研究结果表明:地下水位在一定范围内对生态输水的响应很明显,并由此带来下游生态环境向有利的方向转变.      

塔里木河下游第五次应急输水后地下水恢复量的计算

依据塔里木河下游应急输水前与第五次第一阶段输水后地下水的监测资料,分析了输水前后地下水位的响应特征:地下水位在应急输水前持续下降,呈近似水平状态;输水后则由于接受了河道渗漏的补给,地下水位表现出逐次回升的趋势且受输水的影响,宽度(距离河道)也随之加大。在此基础上,逐断面拟合了第五(I)次输水后地下水位与离河距离的二次多项式方程,同时运用地下水水均衡的原理,推导了计算地下水净恢复量的数学公式,并以此为工具对第五(I)次输水后地下水的净恢复量进行了计算。     

塔里木河下游植被覆盖度变化与地下水质关系

植被覆盖度的变化是地球内部作用与外部作用的共同结果,但在短期内主要受人类活动的影响.人类对自然植被覆盖度的影响最常见的就是通过对水分和水质状况的改变而影响植被覆盖度的变化.本研究基于2002~2007年间塔里木河下游地下水化学特征变化的监测资料和植被覆盖度的适时监测,探讨了植被覆盖度与地下水质之间的关系.结果表明,植被覆盖度在沿河道方向上,从A断面的80%,下降到Ⅰ断面的不足10%;在垂直河道方向上表现为距离输水河道越近植被覆盖度越高的特点;地下水pH值也表现出沿河道方向从上段到下段,从距离河道近处向距离河道远处下降的变化趋势.回归分析发现,胡杨覆盖度随地下水pH值的升高而指数增加,柽柳覆盖度则随地下水pH值的增加而降低.胡杨和柽柳与地下水质的关系是造成胡杨主要分布于距离河道近处而柽柳则分布在远离河道处的因素之一.     

胡杨生理指标对塔里木河下游生态输水的响应

根据塔里木河下游受生态输水影响的断面和未受输水影响断面的胡杨生理指标脯氨酸、脱落酸和叶片含水量的变化,就胡杨生理指标对生态输水的响应进行了初步分析.结果显示:①在受到生态输水影响的断面,胡杨叶相对含水量增加,脯氨酸、脱落酸因水分条件的好转而分解降低;在未受到生态输水影响的断面,因为干旱胁迫程度的加重,胡杨叶相对含水量减少,脯氨酸、脱落酸因积累而增加.②在生态输水前,胡杨生理指标总体上与地下水位变化相一致,即:随着地下水位的降低,胡杨脯氨酸和脱落酸水平增加;随地下水位的升高,脯氨酸和脱落酸水平有降低的趋势.③从个别数据的异常看,在塔里木河下游,当地下水位较低时,地下水位的升降仅是影响胡杨干旱胁迫的一个因子.因此,在塔里木河下游开展的生态输水工程,对该区胡杨生长的影响非常显著,它在一定程度上缓解了胡杨水分的亏缺,减轻了干旱胁迫程度.      

Changes in groundwater levels and the response of natural vegetation to transfer of water to the lower reaches of the Tarim River

Restoration and reconstruction of the degraded Tarim River ecosystem is an important challenge.A goal of an ecological water conveyance project is to protect and restore the natural vegetation in the lower reaches of Tarim River by transferring water from Bosten Lake,through the river channel,to the lower reaches.This study describes the changes in groundwater depth during the water transfer and the respondence of riparian vegetation to alterations in groundwater levels.The results indicate that groundwater depth along the Tarim River channel has a significant spatial-temporal component.Groundwater levels closest to the river channel show the most immediate and pronounced changes as a response to water transfer while those further away respond more slowly,although the observed change appears to be longer in duration.With a rise in the groundwater level,natural vegetation responded with higher growth rates,biomass and biodiversity.These favorable changes show that it is feasible to protect and restore the degraded natural vegetation by raising the groundwater depth.Plant communities are likely to reflect the hysteresis phenomenon,requiring higher water levels to initiate and stimulate desired growth than what may be needed to maintain the plant community.Because different species have different ecologies,including different root depths and densities and water needs,their response to increasing water availability will be spatially and temporally heterogenous.The response of vegetation is also influenced by microtopography and watering style.This paper discusses strategies for the protection and restoration of the degraded vegetation in the lower reaches of the Tarim River and provides information to complement ongoing theoretical research into ecological restoration in arid or semi-arid ecosystems.     

成都市地表水天然水化学变化特征及影响因素

为揭示大型城市对地表水天然水化学的影响,于2019年春开始对长江上游岷、沱江流域成都段河流进行了每月采样监测,同时采集成都市57个污水处理厂进出口水样,测试所有样品的主要离子等水化学参数,并与搜集的历史岷、沱江数据对比.结果表明,成都地表水天然水化学目前仍是中-低矿化度水,水化学类型为重碳酸盐钙组水,是流域碳酸盐岩风化作用决定的天然水化学特征,同时受硅酸盐和蒸发岩风化的影响.成都地表水天然水化学表现出明显的月变化特征,即枯水期主要离子和矿化度质量浓度高而丰水期质量浓度低,反映出点源影响特征;空间上城市下游主要离子和矿化度高于城市上游,而且支流流域高于干流流域,反映出明显的城市影响.模拟计算等进一步分析显示,城市活动是成都地表水天然水化学变化的主要驱动因素,表现在污水排放对水体Cl^-和Na⁺升高的显著贡献,和人为酸性气体排放导致的水体总硬度/碱度>1.对比岷、沱江20世纪60年代天然水化学数据说明,目前水体Cl^-/Na⁺比已显著升高,尽管水体尚未出现天然水化学性质的根本变化,但已表现出一定的盐渍化趋势.作为距长江源头最近的特大型城市,成都市对长江水系天然水化学的影响及其环境效应值得进一步关注.