基于氢氧稳定同位素的澜沧江流域水体来源差异分析

研究不同时期澜沧江流域不同河段水体补给来源差异,从而为该流域的水文循环研究提供数据支撑。通过对枯水期(2017年2月)和丰水期(2017年6月)澜沧江云南段地表水体δD和δ~(18)O值的测定,得出δD与δ~(18)O值在枯水期变化范围分别为-16.90%～-12.50%与-2.012%～-1.694%,而在丰水期分别为-10.55%～-7.65%与-1.438%～-1.102%,初步揭示了该流域水体氢氧同位素的空间分布特征。结果表明:枯水期与丰水期澜沧江云南段地表水体δD、δ~(18)O值的沿程变化趋势基本一致,且枯水期的δD、δ~(18)O值均明显低于丰水期。在枯水期,研究区上游自然河段地表水体主要受冰雪融水与蒸发作用影响,中游水库段受一定蒸发作用与支流汇入影响,下游自然河段主要受大气降水补给。在丰水期,整个澜沧江云南段地表水主要受大气降水影响,同时中游水库段受一定支流汇入影响,下游自然河段受一定人类活动影响。     

基于同位素技术的且末车尔臣河流域地下水补给来源分析

为了更加合理地利用及开发塔里木盆地南部且末县车尔臣河流域地下水资源,利用和田及乌鲁木齐2个监测站点多年大气降水同位素数据,拟合出当地大气降水线LMWL:δD=7.5δ~(18)O+5.9 (n=178,R~2=0.952 6)。通过不同地貌单元地表水与地下水同位素(δD、δ~(18)O、T)变化特征及Cl-δ~(18)O相对变化规律,结合当地水文地质条件,探究了且末县车尔臣河流域地下水补给来源。研究表明:沿河流方向,研究区不同地貌单元地下水均受到冰川雪融水及高山降雨补给,补给源区为南部高山区。此外,灌区人为修建水渠、机民井等节水设施,地表水与浅层地下水发生混合,地下水还受到了河水、农田灌溉水渗漏补给;绿洲带承压水δD、δ~(18)O、T值均偏低,反映地下水受到高海拔水源的早期补给且更新较慢;在沙漠一带地下水T值偏低,δD、δ~(18)O值接近当地大气降水线,推测此段地下水还受到了局部大气降水补给。     

珠江泗河水流域降水事件中氢氧同位素特征分析

以珠江泗河水流域为研究对象,分析降水事件中降雨、河水和地下水氢氧同位素的变化特征和规律,研究降雨、河水和地下水的转化关系。研究结果表明:珠江泗河水流域雨季的降水线方程与全球大气降水线相比,斜率和截距偏小,反映其降水过程经历了一定的蒸发。场次降水事件中氘盈余平均值先减小后增加,反映了大气降水形成时水汽来源和运移过程中受环境变化影响导致的同位素分馏不平衡的差异。不同季节降水事件中降雨氢氧同位素组成差异显著,春末夏初降雨氢氧同位素组成较富集,随后同位素值逐渐贫化。单场降水事件中,降雨氢氧同位素值呈现先贫化后富集的现象。不同场次降水事件中,降雨的δD、δ~(18)O含量变化范围较大,河水次之,地下水变化最小。不同水体δ~(18)O～δD关系线斜率的大小为:地下水河水降雨,河水和地下水δ~(18)O～δD关系线均偏离大气降水线,反映出泗合水流域河水和地下水经历了蒸发分馏过程。     

石头口门水库上下游地下水同位素特征及年龄

石头口门水库为长春市重要的水源地,为查明该地区地下水来源及年龄,采集地表水和地下水等不同水体同位素样品,并测试D、18O和氚,分析其同位素特征。结果表明,石头口门上下游地下水主要补给来源于大气降水,地下水年龄普遍较轻,多数10 a之内,部分为核爆炸时期与现代水混合水。地下水与地表水联系比较密切,深层地下水受到地球化学作用影响较深。     

皮山河绿洲带大气降水同位素特征及其应用

采用稳定同位素D、~(18)O对塔里木盆地南缘皮山河绿洲带主要水体进行研究,探明其在空间上的变化规律,弄清各水体之间的相互联系。通过对样品D、~(18)O的分析,结合全球大气降水同位素监测网(GNIP)和田站1988-1992年的降水同位素数据和前人研究成果开展研究,结果表明:研究区全年降水同位素值具有明显的季节差异,大致可分为4-10月、12-3月2部分,4-10月降水同位素相对富集,12-3月降水同位素相对贫化;由于不同时期内各水体受到不同季节降水和冰雪融水持续补给的影响,研究区不同时期的水体在区域降水线的同一块区域交错分布,具有相似性;对于南疆地区主要接受冰雪消融、降水混合补给的河流,在应用各水体稳定同位素D、~(18)O差异判别地表水地下水转化关系时,需要对由接受补给造成的各水体之间的同位素差异进行充分考虑。     

长春黑顶子河流域冻土融化期氢氧同位素特征及影响因素分析

基于2016年冻土融化期黑顶子河流域地表水、土壤水和地下水中稳定氢(δD)氧(δ~(18)O)同位素观测数据,分析了该区域融雪产流阶段δD和δ~(18)O的时空变化特征及主要影响因素。结果表明:融化期积雪δD和δ~(18)O平均值最小,分别为-9.33%和-1.28%,且变异性最大。冻土层隔绝了地下水与融雪水的联系,因而地下水、土壤水主要来自冻结期前降雨,其δD和δ~(18)O变异性最小且均匀的分布在大气降水线附近。冻融过程控制了融雪水与土壤水的蒸发速率和混合作用,进而影响了河水δD和δ~(18)O随时间的变化特征。土地利用类型不同导致下垫面之间土壤水和地下水δD和δ~(18)O差异较大。玉米田土壤水主要来自降雨,经历了先入渗再蒸发的过程,呈现表层大深层小的变化趋势。水稻田深层土壤水和地下水主要来自作物生长期灌溉水,经历了先蒸发后入渗的过程,δD和δ~(18)O较大;表层土壤水主要来自冻结期降雨或融雪入渗,δD和δ~(18)O较小。受水稻田地下水补给、河道融冰补给以及蒸发作用的影响,主河道稳定同位素显著大于支流,这种差异的大小与流域水循环活跃程度密切相关。     

基于同位素技术的冬奥会崇礼赛区地表水-地下水转化关系研究

为深入理解崇礼区清水河流域地表水-地下水转化关系,通过D、~(18)O、~(222)Rn环境同位素技术开展了区域地表水-地下水的转化关系研究。结果表明:通过D、~(18)O监测结果可知,东沟中游地区表现为地下水溢出补给地表水,地表水接受地下水泄流补给的贡献为56%,接受上游河水补给为44%;通过~(222)Rn监测结果可知,上游段地表水向地下水转化,地表水向地下排泄27.8 m~3/(d·m);下游段地下水向地表水转化,地下水向地表水补给平均速率为17.6 m~3/(d·m)。由此可见,地表水-地下水的频繁转化是清水河流域水资源循环的主要特征,地下水泄流补给地表水是区内旱季水资源的主要补给来源。     

基于同位素和水化学的地下水污染机理研究

为查明河南省新乡市浅层地下水的污染机理,通过现场调查并对地下水、地表水进行采样,测定其氢、氧稳定同位素及水化学成分,对水样的氢氧同位素和水化学组成的空间分布规律进行了分析。结果表明:降水是地下水的主要补给源。太行山区是剥蚀丘陵岗地地下水的主要补给区;中部冲洪积平原地下水受共产主义渠水的影响,二者同位素值较接近;受黄河灌溉回归水的影响,南部冲积平原地下水氢氧同位素值较接近黄河水,是大气降水和黄河水的混合水体。而研究区地下水污染除与地表污水侧渗、污染物通过包气带直接下渗有关,还与不合理开采地下水导致盐分和污染物的迁移有关。     

达尔罕茂明安联合旗地表水-土壤水-地下水同位素含量时空分布特征分析

为探明达尔罕茂明安联合旗地表水-土壤水-地下水时空分布特征,应用被视为水体"DNA"探索的同位素示踪方法,对达尔罕茂明安联合旗4个典型区进行地表水、土壤水和地下水进行采样分析,并根据同位素检测结果对各水体的时空分布特征进行探究,揭示出研究区地表水、地下水和土壤水的主要补给来源及其时空变化规律,发现研究区地表水、土壤水和地下水主要补给来源为大气降水,仅在部分时段和区域产生互补,从时空变化来看研究区地表水、地下水随时间变化不大但随着自西向东的空间变化同位素含量逐渐变大,而土壤水则是随着空间的变化不大,在随时间变化中,0～125 cm深度土壤水受外界环境影响随时间变化较大,而深层土壤水同位素含量则逐渐趋于稳定。     

基于水体溯源的澜沧江梯级水库水体总磷来源及滞留效应分析

梯级水库建设对澜沧江流域生源物质迁移过程的影响受到国内外学者广泛关注。研究利用稳定同位素技术，于枯水期(2017年2月)、丰水期(2017年6月)分别测定了小湾、漫湾、糯扎渡、景洪四个水库不同来源水体(上一级水库下泄水量、支流汇入、坡面径流、人工水循环)总磷(TP)浓度及水库水体氢氧同位素值(¹⁸O、D)，基于多元线性混合模型，分析了不同来源水体水量的贡献率，并计算了澜沧江流域梯级水库TP滞留量。结果表明：上一级水库下泄水量对水库TP来源及滞留效应的贡献率在丰水期及枯水期均占主要部分，贡献率分别为54.8%～79.3%、39.1%～82.8%，从上游到下游呈沿程增加趋势；人工水循环水量在枯水期呈沿程增加趋势；坡面径流水量在丰水期呈沿程增加趋势。TP滞留率在枯水期和丰水期分别为-49.34%～66.72%、-88.79%～88.40%，丰水期滞留率受水量增加影响较大，枯水期则受人类活动及沿程输入影响较大。研究为对有针对性地控制流域TP滞留量及为下游水生态环境质量评价提供数据支撑。     

土地利用方式对平原-丘陵-湿地交融区水资源的影响

近年来三江平原的平原-丘陵-湿地交融区土地利用方式变化显著,造成地下水水位下降、水资源紧缺等问题,然而揭示该区土地利用方式变化对水资源影响的报道较少,且难于精准描述地表、地下、湿地和绿水等水资源量时空变化。本文联合基于格子波尔兹曼法的分布式TOPMODEL和湿地水流运动模型构建平原-丘陵-湿地交融区水文模型,利用GIS和RS技术,结合地学信息图谱与空间自相关方法,分析了挠力河流域土地利用方式变化及其对水资源量影响。结果表明:根据耕地面积变化和动态度分布得1990—2013年间挠力河流域草地和林地面积变化不大,旱地面积轻微下降;挠力河流域中部与北部区域生产条件优越的未利用地和旱地转为水田;土地利用方式变化对水资源影响由强到弱的顺序为灌溉水田抽取地下水量、绿水储量、径流深、绿水流量、补给地下水量;水稻田不同生育期蒸发量不同,造成了挠力河流域5—6月期间绿水流量增加、绿水储量减少、径流深减少、补给地下水量增加和灌溉水田抽取地下水量增加等趋势,7—8月期间这一增加趋势逐渐减弱,8月后这一趋势结束;水田密集区域绿水流量大,绿水储量和径流深减少,而补给地下水量和灌溉水田抽取地下水量增加。     

基于LU-SWAT模型的土地利用/覆被变化对水文过程的影响研究——以黑河上游为例

【目的】揭示内陆河流域集水区土地利用/覆被变化对水文过程的影响及其成因。【方法】基于能够逐年调用土地利用/覆被数据的LU-SWAT模型,并结合控制变量法研究了黑河流域集水区黑河上游1990—2009年土地利用/覆被变化对地表径流、侧向流、蒸散发量、地下径流以及总产水量的影响。【结果】LU-SWAT模型对于黑河上游月、年出山径流模拟结果较好,其月径流模拟的纳什系数为0.93,相关性系数为0.94;其年径流模拟的纳什系数为0.83,相关性系数为0.86。此外,其对各个水文要素的模拟结果符合西北干旱区内陆河流域集水区的水文特征;1990—2001年黑河上游土地利用变化主要表现在林地的减少,而2002—2009年土地利用的变化除了林地和草地的增加之外,还表现在裸地的大面积减少;1990—2001年黑河上游地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量都呈现增加趋势,而地下径流呈减少趋势,2002—2009年流域地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量减少,而地下径流量增加。在黑河上游,干旱条件下各水文要素对于土地利用覆被变化的响应更明显。【结论】1990—2001年林地的减少可能是流域地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量都呈现增加趋势而地下径流呈减少趋势的主要原因。2002—2009年裸地的大面积减少可能是流域地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量减少而地下径流量增加的主要原因。     

Understanding and managing groundwater and salinity in a tropical conjunctive water use irrigation district

Agricultural production around the world is increasingly being constrained by hydrological factors—such as over-extraction of groundwater in some locations, rising water tables in others, and worsening groundwater quality in general. One such area is the Lower Burdekin irrigation area in northern tropical Australia, where rising watertable levels and increasing salinity concentrations within alluvial deposits are causing concern. The aim of this study was to improve understanding of the processes driving trends in groundwater quantity and quality in Mona Park, a conjunctive water use irrigation district in the Lower Burdekin. The analysis is intended to enable land and water managers to explore alternative policy and management practices to help support the reversal in current trends, and to improve water table conditions in terms of both water quantity and quality. Key lessons that are applicable to the development of new irrigation schemes in wet-dry tropical regions elsewhere in the world are emphasised.This study demonstrated that simple qualitative methods that link historical developments and observed climatic and hydrological trends can support development of a robust understanding of groundwater behaviour. The results showed that to minimise groundwater accessions in wet-dry tropical regions, a large soil water deficit should be maintained in the unsaturated zone prior to the onset of the wet season to buffer against potentially large wet season recharge events, and that this strategy should be implemented from when irrigation is first commenced. It is very clear that groundwater systems under or down gradient from irrigated areas need to be managed adaptively, such that: (1) timely decisions are made in response to changes in watertable level and groundwater quality; and (2) suitable mechanisms are in place to ensure farmers have the financial incentives and flexibility to respond in the short-term. The work also demonstrated that the establishment of good baseline data prior to irrigation development, and long-term analysis (>30 years) involving various combinations of wet and dry periods, are required in order to build a comprehensive understanding of potential groundwater behaviour and adaptive management needs.     

黄土高原中部典型流域植被恢复对径流的影响

针对黄土高原植被恢复后水文要素变化和水文要素之间关系不明确的问题,以黄土高原中部半湿润型气候的延河流域为研究对象,利用通用陆面模型CLM5.0,模拟1980—2018年土地覆盖变化对流域关键水文要素和水文要素之间关系的影响。结果表明：延河流域耕地面积从1980年的3277km2减少到2018年的2400km2,减少了26.76%,而林地和草地面积分别增加了244km2和528km2。土地覆盖变化导致延河流域年径流量和年径流系数明显减小,减幅分别为12.34%和11.46%。土地覆盖变化导致延河流域多年平均月径流量和多年平均月径流系数明显减小,其对丰水季径流量影响较小,对枯水季径流量影响较大,并使年内径流分配趋于集中化。本研究可为黄土高原水资源开发利用及科学管理提供参考。     

The influence of early sowing of wheat and lupin crops on evapotranspiration and evaporation from the soil surface in a Mediterranean climate

The losses of water by evapotranspiration and evaporation from soil were investigated during two seasons from wheat and lupin crops sown at two times. Evapotranspiration was measured using ventilated chambers and microlysimeters were used within the chambers to measure evaporation from the soil surface. These techniques allowed the partitioning of evapotranspiration into its two components. In the early part of the season, evaporation from the soil surface was greatest beneath late-sown crops. Larger canopies, associated with early sowing, reduced evaporation during the energy-dependent first stage. The greater losses beneath late-sown crops were not sustained as surface soil water contents declined, decreasing the influence of canopy area on evaporation. Early sowing may increase evapotranspiration early in the season and thereby decrease the risk of drainage losses contributing to groundwater recharge. However, the magnitude of the hydrological advantages from early sowing is likely to vary each year according to seasonal climatic conditions.     

黄土高原不同水平年旱涝时空分布特征分析

全球气候变暖大背景下,黄土高原总体呈现暖干化趋势,未来干旱还可能会加剧。为了全面了解黄土高原旱涝时空变化特征,为黄土高原应对旱涝灾害提供决策依据,根据黄土高原及周边263个气象站的降水数据划分降水水平年,以标准化降水指数（SPI）为指标,分析了黄土高原地区不同水平年年际及年内旱涝特征。结果显示,黄土高原在丰、平、枯水年均有不同程度的干旱发生。丰水年黄土高原干旱面积占5.7%,雨涝面积占40.9%;平水年干旱面积占12.7%,雨涝面积占19.3%;枯水年干旱面积占44.4%,雨涝面积占17.9%。不同水平年的干旱区域存在差异。不同水平年内春旱较重,丰水年和平水年雨季开始后干旱逐渐缓解,枯水年雨季不能有效缓解春季以来的干旱,且秋涝明显,各水平年年内干旱的时空分布存在显著差异。不同水平年年际和年内旱涝差异大且变化频繁,为了确保黄土高原农业生产旱涝保收,应合理布设小型水利工程与田间灌溉设施。      

不同水分条件下宁夏枸杞氢氧稳定同位素变化特征试验研究

以宁夏枸杞为研究对象,采取试验区降水、不同灌溉量下枸杞根区土壤水、根系及茎秆样品并测定其氢氧稳定性同位素比率δ¹⁸O和δD,分析不同降水量及灌溉量下枸杞稳定同位素的变化特征,利用IsoSource模型计算了枸杞对各潜在水源的可能利用比例.结果表明:试验区降水中δD和δ¹⁸O之间有很好的线性关系,并得出了当地大气降水线的回归方程;不同灌溉量,枸杞主根系层(20~60 cm)的土壤含水率和与其对应的δD呈负相关趋势变化,随着土层深度加深,δD减小;降水量不同时,各土层δD变化规律相似,5 mm以下20 cm处的δD最大(-64.39‰),枸杞主要利用表层(0~20 cm)及部分中层(20~40 cm)的土壤水,分别占35.2%及25.1%;降水量为13.9 mm时,20~60 cm处δD相对较丰,为-65.20‰以上,枸杞可利用0~60 cm土层土壤含水量:0~20,20~40,40~60 cm土层的土壤水利用量分别占比22.4%,25.3%及23.2%.结论可为干旱区枸杞科学灌溉提供有益借鉴.     

土地利用方式变化对水循环过程响应机制研究

以挠力河流域为研究区,利用1990年和2013年土地利用类型,结合基于格子玻尔兹曼方法(LBM)的TOPMODEL模型定量评价了土地利用方式变化对水循环时空变化过程的影响。结果表明:基于LBM法的TOPMODEL模型可以很好模拟挠力河流域降雨径流水循环过程,对研究区具有较高的适用性;研究区林地、草地和建设用地面积变化不大,对于土地结构变化贡献比较小,而未利用地和旱田部分转为水田对土地结构变化贡献大;由于种植水田,导致5月到10月间的流域总蒸散发量增加、根系区缺水量减少、非饱和带缺水量减少、地表水量减少、地下水量增加;蒸散发增幅达8.9%,根系区缺水量降幅达10.5%,地表水量减少达43%;水田对水文情势影响的差异主要体现在水稻生育期的差异上,分蘖期对蒸散发量、根系区缺水量和非饱和带缺水量影响较大;水田灌溉对水循环过程的影响按变化幅度从大到小的顺序为非饱和带缺水量、根系缺水量、蒸散发量、入根系区水量、出根系区水量和地下径流量,其中入根系区水量差值和出根系区水量差值接近。     

新疆平原区地下水资源评价误差来源分析

分析了新疆平原区地下水补给量、排泄量和可开采量评价的误差来源．提出了减少评价误差的措施：一是地下水动态监测和水运行测量统计是实现逐步逼近地下水资源量的最有效方法；二是加强基本水文及水文地质参数的试验研究；三是地下水资源评价要有动态的观念；四是建立地下水可开采量与当地地表水资源量、水利化标准间的关系：五是利用遥感技术确定土地利用现状等。     

基于线性规划和MODFLOW耦合技术的人民胜利渠灌区水资源优化配置研究

【目的】确定人民胜利渠灌区合理的农业水资源优化配置方案,为灌区水资源管理和机井布置提供科学依据。【方法】针对人民胜利渠灌区水资源分配不合理及灌区生态环境恶化问题,按照灌区地形地貌、工程类型和灌溉水源特点将灌区分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3个计算单元,基于线性规划方法和MODFLOW地下水数值模型对灌区各计算单元进行不同水文年水资源优化配置,并模拟优化配置后地下水位动态变化。【结果】确定了不同水文年灌区的水资源优化配置方案:灌区计算单元Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区不同水文年的井渠比例有所不同,平水年井渠比分别为1/3.14、1/3.25、1/2.92,丰水年分别为1/3.47、1/3.66、1/3.24,枯水年分别为1/2.75、1/2.77、1/2.60;平水年计算单元Ⅰ区模拟地下水埋深相比初始埋深下降0.01 m,水资源总量基本处于平衡状态;计算单元Ⅱ、Ⅲ区模拟地下水埋深相对于初始埋深分别上升了0.12、0.15 m;丰水年灌区计算单元Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区模拟地下水埋深相比初始埋深分别上升了0.1、0.23、0.3 m;枯水年灌区计算单元Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区模拟地下水埋深相比初始埋深分别下降了0.17、0.08、0.04 m。【结论】线性规划方法和MODFLOW地下水数值模型相结合能较好地模拟灌区地下水流场和预测地下水动态变化趋势,进而确定合理的水资源优化配置方案。