采用氯离子示踪法计算沙漠降雨入渗量

为了研究巴丹吉林沙漠东南部地区的降雨入渗补给量,基于沙漠东南部两个剖面的氯离子质量浓度、质量含水率数据,利用氯离子示踪法计算了巴丹吉林沙漠东南部地区的降雨入渗补给量。结果表明乌海子、诺尔图地区的年平均补给率分别为0.81 mm/a和1.24 mm/a,仅占多年平均降雨量的0.9%和1.4%,因此当地现代降水对巴丹吉林沙漠东南部地区地下水的补给十分微弱,即当地现代降雨并非为此区域地下水的主要补给源。     

毛乌素沙地南缘降水入渗滞后补给与模型参数敏感性分析

[目的]研究陕北毛乌素沙地南缘降水入渗滞后补给与数值模型参数敏感性,为该地区地下水资源合理开发利用与生态环境保护提供科学依据。[方法]基于原位监测数据分析降水入渗滞后补给现象,采用输入输出变化率(ROV)分析数值模型参数敏感性。[结果]小雨型的降水包气带响应深度为3～10 cm,中雨型为30～60 cm,大雨型为60～90 cm,暴雨型均大于90 cm,地下水补给滞后时间约4～11 h。参数敏感性分析表明,底部通量对于饱和含水率最为敏感。[结论]入渗响应深度与降水量线性相关,降水补给滞后时间与饱和含水率显著正相关。     

蒸发与降水入渗过程中不同水体氢氧同位素变化规律

为了研究土壤水蒸发与降水入渗非饱和带过程中不同水体氢氧同位素的变化规律,该文选用2种不同性质的土壤-砂土和黄土,设计了土壤水蒸发和降水入渗室内试验。结果表明:对于砂土,土壤水蒸发过程中剩余水体氢氧同位素分馏遵从瑞利模式;对于黄土,随着蒸发时间的延长,剩余土壤水氢氧同位素值越来越远离瑞利分馏关系线;在降水入渗非饱和带的初期,相对于风干砂土,风干的黄土颗粒对土柱出流水的氢氧同位素值产生了影响,并且出流水的氢氧同位素亦受到土壤原水同位素值的影响,只有入渗的降水达到了一定数量,土柱出流水才能与降水的同位素值相同。该研究可为运用氢氧同位素研究降水能否通过非饱和带补给地下水提供数据分析的依据。     

基于蒸渗仪测量的水文要素影响因素分析

降水入渗、地表径流、潜水蒸发等水文要素是研究流域水文及生态环境的重要因素。采用五道沟水文试验站蒸渗仪测量资料,统计分析前期土壤含水量、降水强度、地下水埋深及作物对降水入渗补给、地表径流及潜水蒸发的影响。结果表明:不考虑超渗产流,且在其它条件一致时,前期土壤含水量越大,降水强度越小,入渗补给和地表径流系数越大。无论地表有无作物覆盖,入渗补给、地表径流及潜水蒸发系数均随地下水埋深的增加而减少。降水量小于100mm时,无作物比有作物时的入渗补给系数大;降水量大于100mm时,无作物时的入渗补给系数较小。无作物比有作物时地表径流系数大、潜水蒸发系数小,而潜水蒸发系数的差异在作物生长旺季更为明显。研究成果对淮北地区水土流失治理和生态环境保护具有重要的理论和实际意义。     

黄土高原粗质地土壤剖面水分运动与浅层地下水补给可能性模拟

黄土高原水土流失严重,生态环境脆弱,水资源短缺,地下水对保障区域社会经济发展和维持生态系统平衡具有重要意义,而该区的地下水转化和补给机制尚不明确。为探究黄土高原水蚀风蚀交错区土壤剖面深层水分运动及降水对浅层地下水补给的可能性,利用六道沟小流域分布的粗质地风沙土样地2013—2016年土壤剖面0~600 cm含水量数据,运用HYDRUS-1D模型对各土层水力参数进行反演和验证,并用于模拟样地土壤深剖面0~1 500 cm水分运移过程。结果显示,在平水年2014年(439 mm)和干旱年2015年(371 mm),0~600 cm土壤含水量生长季末与生长季初持平或略有亏缺;降水充沛年2013年(669 mm)和2016年(704 mm)土壤含水量生长季末远高于生长季初,降水入渗深度超过观测深度(600 cm)。深剖面水分运动模拟显示,2014年和2015年剖面含水量变化不明显,水分向深层运移微弱缓慢;但是,2013年和2016年降水可分别入渗运移至1 100 cm和1 200 cm深度,远超过样地上生长的旱柳根系区域,可能补给浅层地下水。在4年模拟期间,平均土壤蒸发为14.87 cm·a-1,平均植物蒸腾为33.70 cm·a-1,土壤水分主要以植物蒸腾形式损耗。在2个丰水年,得益于较充足的降水和粗质地风沙土壤的高入渗率,降水大量转化为土壤水快速向下入渗运移,模拟显示当年生长季末降水最深运移至1 200 cm,至年末已超过模拟深度(1 500 cm),水分继续运移可能补给浅层地下水。相关研究结果为黄土高原水蚀风蚀交错区地下水来源和补给机制提供理论依据。     

内蒙古河套灌区灌溉入渗对地下水的补给规律及补给系数

为准确估计内蒙河套灌区灌溉水入渗补给地下水量,采用试验研究与数值模拟相结合的方法,分别根据灌水前后地下水位变化和土壤含水率变化计算了灌溉水入渗补给地下水系数,并依据土壤水动力学原理,采用数值模拟验证,得到作物生育期灌溉补给地下水系数为0.15,秋浇灌溉补给地下水系数为0.3。河套灌区地下水位埋深相对较浅,通过灌水前后的土壤含水率变化情况和数值模拟结果显示,灌水2～4 d补给地下水量达到最大,8～10 d后即完成对地下水的入渗补给,不同灌水量灌溉水入渗规律基本一致,入渗补给量和入渗时间与灌溉水量直接相关。研究结果将为确定维持灌区生态环境良性发展的引水量阈值提供参考。     

不同水土保持措施对地下水的动态影响研究

水土保持对地下水的动态变化影响显著。基于渭河流域缺水高含沙土壤的条件,通过室内模型模拟降雨试验和利用数值分析软件VisualMODFLOW进行数值模拟相结合的方法,研究了不同水土保持措施对降雨转化为地下水这一动态过程的影响。并在此基础上分析了地下水沿程水位、径流量等对不同水土保持措施的响应。研究发现:1)水土保持措施可促进降雨入渗以补给地下水;2)降雨入渗补给系数α和各层土壤给水度Sy主要受下垫面变化的影响;3)在同一坡度同一雨强,不同下垫面条件下,地下水补给量为秸秆覆盖>种植草地>裸坡。     

宁夏中部干旱风沙区降雨入渗补给系数的估算

降雨入渗补给量是干旱地Ⅸ地下水资源的重要组成部分,降雨人渗补给系数取用的正确与否直接关系到降雨入渗补给量的估算.宁夏中部干旱风沙区地下水资料相对较少,只能采用现场观测与验证结合的方式进行确定.利用宁夏盐池县猫头粱降雨资料与地下水动态观测资料对宁夏中部干旱风沙区的降雨入渗补给系数进行估算,并用宁夏同心县长沙河流域地下水资料进行验证,得出宁夏中部干旱风沙区的降雨人渗补给系数0.119～0.257,为该地区水资源评价工作提供依据.     

华北平原典型土地利用类型下包气带土壤水稳定同位素变化特征

基于华北平原典型土地利用类型(梨园、农田)包气带(>18 m)土壤水同位素测定结果, 分析了华北平原深层土壤水稳定同位素(δD、δ18O)特征, 揭示了不同土地利用类型下包气带土壤水补给过程中蒸发和入渗的规律。结果表明, 研究区大气降水线δD =6.07δ18O-5.76(R2=0.86), 土壤水δD、δ18O值均落在大气降水线下方, 表明降水入渗补给土壤水过程中经历了强烈的蒸发作用；除梨园Ⅰ, 土壤水同位素值变异系数浅层＞中层＞深层, 表明浅层土壤水δD、δ18O波动较大, 主要由于其易受到降水和蒸发的影响, 随土壤剖面深度的增加, 蒸发和降水的影响逐渐变弱；梨园Ⅰ深层土壤水同位素变异系数较大, 表明该样点深层土壤水受到地下水波动的影响；梨园浅层土壤水氘盈余(d-excess)较农田大, 说明农田浅层土壤水蒸发强度大于梨园；0.25~0.5 m深处土壤水均出现δD、δ18O的明显富集, 主要受土壤质地分层影响导致土壤水入渗受阻, 同位素较为富集的土壤水在此深度层积聚；而梨园2~5 m出现δD、δ18O的贫化现象, 主要是梨树根系埋深使得降水以优先流形式补给至此土壤层。梨园和农田包气带土壤水δD、δ18O垂直剖面上差异显著，表明了华北平原不同土地利用方式的包气带土壤水入渗过程有明显差异, 梨园包气带土壤水入渗过程主要以优先流补给影响。本研究为深入了解华北平原农田区厚包气带水分运动、氮素迁移转化与地下水水质之间的关系提供了理论依据。     

陕西省靖边县沙地水分与植被建设

根据毛乌素沙地靖边县海则滩镇钻孔剖面沙层水分含量的测定,研究了该区沙地剖面水分分布特点、沙层水分存在形式、水分平衡、大气降水对地下水的补给以及植被建设等问题。结果表明,该区500 cm深度范围内沙层剖面含水量的变化特点是草地0-200 cm和灌木林地0-300 cm含水量较低,草地200-500 cm和灌木林地300-500 cm含水量较高;草地沙层含水量明显高于灌木林地,草地含水量变化范围为1.0%~6.0%,平均为3.4%;灌木地含水量变化范围为0.7%~2.8%,平均为1.5%。草地沙层剖面200 cm以下有含量大于3%的高含量薄膜水和含量大于5%的重力水存在,显示大气降水对地下水的补给较强。灌木林地沙层中一般缺少重力水和高含量薄膜水,指示灌木林地降水对地下水补给较弱。该区水分为正平衡,其原因除了降水较多之外,沙层入渗率高和受蒸发消耗较少也是重要原因。由于靖边县沙地区降水量较多,沙地水分活跃层分布深度在200~300 cm之间,较沙漠区分布深度增加了100-200 cm。沙层水分含量的剖面变化表明,该区沙层水分能够满足耐旱灌木林生长的需要,适于发展防风固沙效果好的灌木林。     

荒漠区地下水埋深数据获取方法研究

[目的]分析、遴选出获取荒漠区地下水埋深数据的几种快速、准确的技术与方法,为研究荒漠区植物与地下水埋深的关系、地下水资源查找提供技术参考。[方法]通过分析观测井实测法、土壤阻抗系数法、探地雷达法以及核磁共振技术、地震勘探技术等方法的原理、优缺点及适用情况,最后综合操作便利性、精度和仪器设备价格等因素,分析、遴选出获取荒漠区地下水埋数据的技术方法。[结果]探测荒漠区地下水埋深,应在熟悉这些技术方法的原理、优缺点及适用情况基础上,综合考虑操作便利性、数据精度和仪器设备价格、劳动力成本等因素,多角度权衡比较与遴选。[结论]在荒漠区已有观测井,使用观测井实测是最便宜且准确度最高的方法;在地形条件复杂,交通不便利的情况下,采用核磁共振、地震探测方法中的一种;如果测定沙地地下水埋深,可使用土壤阻抗测定仪探测。     

库布齐沙漠不同发育类型人工结皮对露水凝结作用的比较研究

露水的形成是干旱、半干旱地区生态系统中重要的环境因子.以库布齐沙漠不同发育类型的人工结皮为研究对象,通过每天野外跟踪观测人工结皮的露水凝结量,比较人工结皮露水凝结量的大小及其凝结能力的差异性.试验以人工蓝藻结皮(ACC)、人工藻结皮(AAC)、人工苔藓结皮(AMC)以及自然苔藓结皮(NMC)和流沙(SS)为材料,并以绒布-平板露水测定法(CPM)为参照,试验时间为42 d.结果表明,CPM法测定的日平均露水凝结量为0.02～0.35 mm,ACC露水凝结量为0.012～0.191 min,AAC为0.032～0.230 mm,AMC为0.048~0.274 mm,NMC为0.056～0.304 mm,SS为0.003～0.083 mm.露水凝结量随结皮的发育状况而存在显著差异,露水凝结量大小依次为NMC>AMC>AAC>ACC>SS.结果还发现.人工结皮的形成明显促进了荒漠地表对露水的吸收和保持,结皮能够比沙表面凝结更多的露水,且结皮的露水千化过程比沙表面更慢.推测结皮藻丝体的发育及其胞外分泌物是结皮凝结较多露水的重要原因,同时依赖于结皮表面的微气候环境.本研究揭示了露水在维系结皮生存中的生态学意义,表明人工结皮具有较好的水土保持功能,同时有利于更好地理解生物结皮对露水的凝结机制与吸收利用情况,并为荒漠化地区有限水源条件下人工结皮利用露水等非降雨型水分进行野外生存提供重要的理论支持和试验依据.     

黑河中游荒漠植物生长与降水、土壤水和地下水的关系

[目的]分析荒漠化防治中植物生长与降水、土壤水和地下水的关系,为荒漠区植被修复与保护提供科学依据。[方法]在黑河中游荒漠区建立荒漠化综合防治试验站进行长期定位监测,取得降水、土壤水、地下水、植物盖度、生物量等数据,采用特征参数算法、相关分析法和逐步多元回归方法,对植物生长和水分的年内、年际变化特征及相关回归模型进行分析。[结果](1)2006—2014年,土壤质量含水率、生物量、盖度变化接近且最大,降水量次之,地下水埋深最小;生物量、盖度呈波动性增大趋势较明显,降水、土壤水、地下水位变化呈波动性略有降低趋势,但不明显。(2)在植物生长季的3—11月期间,土壤各层含水率变化步调基本一致,植物平均生物量和盖度变化步调基本一致,降水量和地下水埋深变化步调基本一致。(3)建立了盖度与0—20cm土壤质量含水率、生物量与0—20cm土壤质量含水率回归方程,且均通过了R拟合检验,F方差检验,t回归系数检验,通过模型预测盖度、生物量的变差分别为99.0%和91.4%,预测盖度和生物量变化的准确率分别可达86.5%,78.9%。[结论]黑河中游荒漠植被的生长与环境水分变化关系十分密切,可通过水资源管理修复植被,也可根据植被生长状况评估水资源管理工作。     

10 a来民勤县荒漠草地植物群落变化与降雨量的关系

[目的]研究甘肃省民勤县荒漠草地植被与降雨量的关系。[方法]采用样线法和针刺法,对民勤县3种立地条件下的荒漠草地10a植被变化进行4次定位监测,用Excel软件分析植被生长和降水量变化的关系。[结果]民勤县大气降水年际间和年内变幅都很大,这对植物生长十分不利。民勤县荒漠草地植被生长所需水分主要依靠大气降水和地下水。西沙窝沙质荒漠草地和红果子井砾质荒漠草地植被完全依靠大气降水存活和生长,植物生长与降水的关系十分密切,其中一年生草本植物最为明显。但是对地下水位较高的白土井盐渍化荒漠草地植物来说,植物生长主要靠地下水,降水将积聚在表层的盐分淋溶到了根系层,对植物生长不利。[结论]民勤县荒漠草地植被生长情况虽然受降雨的影响较大。总体上该县植物生长呈现衰败的趋势,荒漠化也日趋加重。     

The ion chemistry of lakes and late Holocene desiccation in the Badain Jaran Desert,Inner Mongolia,China

In the markedly arid Badain Jaran Desert, one of the least-studied areas in the world, over a hundred permanent lakes exist among the dunes. The geochemistry of water samples from nine lakes and from the groundwater in the desert and on its periphery was investigated. Ion chemistry of the water from these desert lakes changes considerably on a regional scale. We argue that there is a positive correlation between the ages of these lakes and their totally dissolved solids (TDS) varying between 1.2 and 398.2 g/l. Tritium analysis of groundwater in wells gives an age generally older than four decades and younger than 100 years. The lacustrine deposits, freshwater fauna and shorelines indicate the existence of large water bodies with low salinities in the inter-dune hollows of this desert during the early and middle Holocene. The precipitation in this desert during the early and middle Holocene was estimated to be ca. 200 mm/year on average, at least twice as high as at present. On the basis of paleoecology, TL and radiocarbon ages, it was concluded that the huge enrichment of ions in the lakes and decrease of water availability originated from climatic desiccation during the last 4000 years. The paleoclimate of the Badain Jaran Desert reported here was remarkably consistent with the late Quaternary climatic histories of the regions to the immediate north, west, east and south of the study area.     

Environmental conditions and soils of natural oases in the Alashan Gobi Desert,Mongolia

Environmental conditions and soils of nine natural oases in the Alashan Gobi Desert of Mongolia are characterized. All these oases are allocated to the zones of tectonic faults, where the discharge of slightly saline groundwater takes place. The absolute heights are about 1500 m a.s.l. The oases are found on piedmont plains or in hilly areas occupied by true deserts with fragments of extremely arid deserts. With respect to geomorphological conditions, four types of oases can be distinguished: isolated (isle-type) oases, oases in large mesodepressions, oases formed in naturally ponded areas, and oases within terraced valleys. Each of these types is characterized by specific soil cover patterns controlled by the geomorphological features of the territory, the character of parent materials, and the groundwater depth. At the same time, some common soil properties are typical of all the oases. Hydromorphic soils—peat meadow-swampy soils, dark-colored nonsaline meadow soils, oasis solonchaks that developed in areas with shallow nonsaline groundwater, solonchaks with different degrees of hydromorphism that developed from mottled-colored salt-bearing Cretaceous and Paleogene deposits, and soddy alluvial (floodplain) soils—predominate in the central parts of the oases. Under conditions of deep groundwater, takyric and sandy desert soils are formed. The oases are encircled by desert ecosystems with gray-brown desert and extremely arid soils and with poorly developed stony soils that formed on the low residual mounts. In the period of the study (1991), irrigated farming was only developed within one of the studied oases. The main part of the land was used for pasturing. In some cases, the high grazing pressure led to degradation (desertification) of oasis ecosystems. A comparison of the oases studied in the Alashan Gobi with the Ekhiin-Gol oasis in the Transaltai Gobi attests to the similarity of their nature.     

暗管与竖井排水工程改良新疆盐渍土的设计与效果评价

为探讨干旱区盐渍化农田水利改良措施的可行性,在新疆玛纳斯河流域安集海灌区进行了田间暗管与竖井排水工程试验,分别在距离暗管0.5 m（P1）、7.5 m（P2）,距离竖井0.5 m（S1）、30 m（S2）和60 m（S3）,以及未铺管区（CK）域设置7处观测区,评估农田排水措施在盐渍土改良期间的排水功能、土壤脱盐效果,同时监测棉花生长与地下水位动态。结果表明：5 a排水改良期间,0～80 cm深度土壤含盐量的总体降幅达到29.2 g/kg,棉花干物质量和籽棉产量年际增幅分别为22%和28%,浅层地下水位年际降幅1.16 m;改进的暗管与竖井协同排水相比单独应用暗管排水量与地下水位年际降幅分别增加了118%,进一步减少了盐分淋溶时期的深层渗漏量。研究结果可为干旱盐渍区的水土资源合理利用提供科学和理论依据。     

毛乌素沙漠萨拉乌苏组地下水特征与植被分布关系

利用钻探和抽水试验资料,结合遥感资料和植被实地样方调查资料,分析了该区地下水富集特征和开发利用对生态环境的影响。结果表明:含水层的厚度是地下水富集的主控因素,二者呈正相关关系;基底古凹陷分布区含水层厚度较大,是地下水的富集区;埋深3m是滩地地下水开采的约束水位,过量的开采可能造成湖盆滩地植被向沙地植被的演替或退化,甚至消亡,加快沙漠化进程;地下水开采对沙地、沙丘生长的耐干旱植被物种的影响较小。研究结果可为该区内水源地选址、地下水合理开发利用、水土保持和生态环境保护提供基础理论和数据。     

河套灌区解放闸灌域植被指数与地下水埋深的定量关系

干旱荒漠地区地下水补给是地表植被水分消耗的主要补给源,地下水埋深与植被指数(NDVI)关系密切。针对植被指数与地下水埋深响应关系研究的不足,分析了基于河套灌区解放闸灌域植被指数(NDVI)与地下水埋深(H)的定量关系。采用2016年3—9月的10个时相的landsat8遥感影像数据与同时期的57眼地下水埋深观测数据,经NDVI遥感提取与地下水埋深(H)的地统计分析,建立NDVI与H的时空相关关系,并做显著性检验与密切程度的划分,进一步分析不同地下水埋深分区下H与NDVI的关系。结果表明:NDVI与地下水埋深(H)存在显著线性关系,二者的密切程度以中度和高度相关为主,负相关区域在地下水浅埋区居多,正相关区域在地下水深埋区居多。从空间上看,具有统计学意义的线性关系约占灌域总面积的40%。当H≤2.5 m时,不同的埋深分区对灌域的NDVI均值的影响为埋深(H)越小,NDVI均值越大,呈负相关关系变化;当H>2.5 m时,NDVI均值较大,地下水不再对作物生长进行水分补给,此时NDVI均值的增大与埋深(H)分区的变化关系不大。从空间上进行NDVI与地下水埋深(H)的点对点的相关性分析,增强了二者相关性的空间可视性,为灌区灌溉管理提供理论支撑,有助于节水增产措施的深入规划与落实。     

塔里木河下游土壤种子库分布格局及其与环境因子的关系

在塔里木河下游选择20个样地,进行土壤种子库萌发试验,并应用典范对应分析(CCA)方法研究了该地区土壤种子库分布格局及其与环境因子的关系.结果表明,塔里木河下游土壤种子库中共有物种16种,分属于7科,并且以旱生耐盐物种为主,多数样地物种出现频次较低;种子库密度不高.CCA排序表明,地下水埋深、土壤含水量、电导、pH值和植被盖度等5个环境因子对土壤种子库分布格局有一定的影响.CCA第一排序轴与地下水位、地表植被盖度和土壤含水量关系显著,反应了水分因子的作用;CCA第二排序轴与土壤电导率关系显著,反映了盐分因子的作用.根据5个环境因子的特征,CCA排序可将土壤种子库中的16种植物分为4个组,对应于不同的环境变化梯度.