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.      

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.     

塔里木河下游输水间歇地下水埋深及化学组分的变化

基于适时监测资料,对塔里木河下游2006年11月第11次输水停止后地下水埋深和地下水化学特征时空变化进行分析总结,结果发现,塔里木河下游上段地下水埋深自2007年3月～2009年9月呈增加变化,地下水主要离子含量以增加变化为主;中段地下水埋深呈增加变化,但主要离子的含量以下降变化为主要特征;下段地下水埋深从2008年8月起呈减小变化趋势,地下水中主要离子含量随地下水位的上升而增加.在各断面距离输水河道远处,地下水埋深变化首先与断面距离水源地大西海子水库的远近有关,距离大西海子水库较近的英苏断面在输水间歇地下水埋深呈增加变化,但变化幅度不大;喀尔达伊断面地下水埋深在输水间歇以增加变化为主;阿拉干和考干断面地下水埋深在2008年8月以后才开始受到输水的影响,地下水化学特征的变化则表现出较复杂的变化.     

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。     

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.      

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。     

塔里木河下游生态输水对植被和地下水位的影响

由于近50a来人类不合理的资源开发,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和改善下游环境,于2000年7月始,实施了塔里木河下游应急生态输水工程,水流到达台特玛湖本文根据2a来在塔里木河下游的监测结果,通过对下游天然植被的一些生态指标的变化和输水后地下水位变化等资料进行对比分析,发现随着输水工程的进行,距输水河道一定范围内地下水位升高明显.相应地,下游植被的生态响应也很显著,沿河岸许多种草本植被又重新出现,而一些耐旱乔、灌木随着生境的改变,长势也出现明显好转,主要表现在植被盖度、植物多样性指数和丰富度指数的提高以及胡杨冠幅的加大.同时,研究结果表明,截止2002年9月,在塔里木河下游中段,生态输水对地下水影响范围为800m,天然植被恢复的范围为700m.由于环境条件的差异,在不同区段的影响范围不一样,总体上表现为由上而下逐步递减的趋势.     

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。     

塔里木河下游区域植被时空变化

为了对比生态输水工程实施前后塔里木河下游植被变化,分析植被对生态输水的时空响应,基于1986-2017年研究区上方无云的22期Landsat NDVI数据,辅以波动分析、趋势分析,探索研究区植被的时空变化特征,并对其驱动因素进行分析。结果表明：（1）空间上,植被的分布与水资源的分布密切相关,主要沿河道和积水区域分布。（2）1986-2000年,NDVI呈现缓慢下降趋势,2000-2017年NDVI总体呈现波动增加趋势;植被对生态输水有一定的滞后性,且与输水量密切相关。（3）研究区NDVI时间序列的方差介于0.0077~0.1957间,存在明显的空间差异,其波动的大小与植被种类密切相关。（4）1986-2000年,植被的NDVI空间趋势以减小为主,并主要发生在英苏和老英苏附近;2000-2017年,植被的NDVI空间趋势以增加为主,且主要发生在沿河道区域和喀尔达依东侧。     

基于决策树分类的塔里木河下游沙漠化动态变化分析

运用决策树分类法对1990年,2000年,2006年3期遥感影像进行分类,寻求生态输水对塔里木河下游沙漠化进程的影响.结果表明,2000年生态输水后沙漠化速度减缓,但沙漠化进程仍在继续.沙漠化变化方向主要为非沙漠化→轻度沙漠化→中度沙漠化→重度沙漠化→极重度沙漠化,生态输水后正向变化减小,逆向变化量增加.沙漠化变化区域主要集中在绿洲边缘和河道两侧,生态输水后变化区域离绿洲边缘和河道更近.沙漠化与距河道距离密切相关,距河道越远沙漠化退化越严重;生态输水后,距离河道1 km内的沙漠化得到抑制并出现逆转.      

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.     

塔里木河干流水质矿化度换算方法研究

受人类活动的影响,塔里木河流水质直化不断增加,有必要寻求一种快速简便的方法进行矿化度的监测,从已采集的１００个不同类型水样所得到的分析结构看,其矿化度数值变化范围大,而且水化学类型多样。     

乌鲁木齐河流域西山地区地下水化学特征

乌鲁木齐河西山地区位于流域中游上段山间盆地的西部,具有独特的水文地质条件,作为乌鲁木齐市的备用水源地,其地下水环境和补给排泄条件的研究非常重要。通过地表水和地下水的化学成分演化研究,结合氢氧稳定同位素分析,将地下水的补给分为两期,即全新世补给和晚更新世补给,并以此得出乌鲁木齐河在晚更新世发育于研究区现在河道的西侧,自末次冰期后由西向东摆动的结论。另外西山地区农场的灌溉活动,促进了河水的蒸发以及后续的溶解交替发生,方解石和石膏矿物不断从河水中溶解,芒硝的相对浓度不断在地下水中累积。当原河水蒸发成固相蒸发盐,然后溶解在新补给的水体中时,原河水的氢氧同位素值不再被保留下来。     

喀什噶尔河下游平原区地下水咸化特征及成因分析

为了揭示新疆喀什噶尔河下游平原区地下水咸化的分布特征和形成机制,综合运用数理统计、Duorv图、PCA-APCS-MLR模型、离子比值和水文地球化学模拟等方法,对2018年采集的69组地下水样品进行分析.结果表明,研究区地下水总体呈弱碱性,TDS的变化范围为573.0~16700.0 mg ·L^-1,地下水化学类型主要为HCO₃·SO₄·Cl、SO₄和SO₄·Cl型;咸化系数计算结果表明,从潜水至深层承压水咸化程度呈现出逐渐增加的规律;蒸发浓缩作用和溶滤作用是导致研究区地下水咸化的主要因素,从潜水至深层承压水碳酸盐岩、硅酸盐岩的风化溶解和阳离子交换作用逐渐减弱,而蒸发盐岩的风化溶解持续加强,也是导致深层地下水咸化程度大于浅层地下水的首要因素;人类活动对研究区地下水咸化也产生了一定的影响;相邻含水层咸水的越流补给加剧了研究区地下水的咸化.     

新疆博尔塔拉河流域平原区地表水与地下水水化学特征及转化关系

博尔塔拉河流域地质条件复杂,地表水与地下水转化频繁,研究地表水与地下水水化学特征及转化关系对流域水资源合理开发和配置具有重要意义.基于2021年4～5月采集的15组地表水样和39组地下水样,采用APCS/MLR模型和稳定氢氧同位素与水化学相结合的方法,分析了地表水和地下水水化学类型和氢氧同位素分布特征、水化学组分源贡献...     

不同下垫面土壤凝结水特征及其影响因素

凝结水是干旱区生态系统重要的水分来源。2010年6-7月采用底部连通和不连通的微渗计对塔里木河下游地区胡杨林、柽柳丛和裸地3种典型下垫面土壤凝结水的变化特征、形成时间及其影响因素进行了研究。结果表明:①观测期间研究区裸地土壤凝结水总量最多,其次为柽柳丛的,而胡杨林的最小,其凝结水总量分别为2.60、2.49、1.26 mm,方差分析显示,不同下垫面类型土壤的日均凝结水量之间存在极显著差异(P<0.01);②凝结过程一般从22:00持续到次日8:00,晴天日出后一定时间范围内凝结现象仍继续发生,3种下垫面土壤凝结水量的变化趋势均呈双峰曲线,2:00~4:00左右达到第1个峰值,第2个峰值出现在8:00左右;③连通微渗计产生的凝结水量显著高于不连通微渗计的(t<0.01)。凝结水量主要受气温、大气相对湿度、地温、风速以及下垫面等因素的影响。