“塔里木河下游生态安全与生态需水量研究”获得国家自然科学基金资助

中国科学院新疆生态与地理研究所陈亚宁研究员主持的“塔里木河下游生态安全与生态需水量研究”再次获得国家自然科学基金委“中国西部环境和生态科学”重大研究计划的资助。     

国家基金委西部计划专家组赴塔里木河检查课题进展情况

2007年10月，以中国科学院院士孙鸿烈为组长的国家基金委西部计划专家组赴塔里木河流域对国家基金委西部计划的两个重点基金“塔里木河下游生态安全与生态需水量研究”和“塔里木河下游浅层地下水变化的生态效应及生态健康评价”执行情况进行了检查指导。     

塔里木河下游生态输水河道两侧区域地下水运动规律研究

根据塔里木河下游断流区域含水层水文地质特征及其实际输水过程中河水对浅层地下水的补给规律,建立了塔里木河下游绿色走廊生态输水河道附近区域地下水运动的一维非稳定流模型,并通过在整个输水过程中流量与水位两种边界条件相互转换的一种方法求解模型。最后应用上述模型分析了间歇性输水条件下塔里本河下游断流河段河道两侧地下水位恢复状况,为输水生态效益的定量评价及其今后输水工作的决策提供理论基础。     

塔里木河下游长期输水条件下河流剖面地下水埋深估算

准确估计输水条件下河岸地下水埋深的动态变化,可以量化生态输水量与地下水埋深的响应关系,并由此估计自然河道所需输水量及持续时间,这对于干旱区水资源管理的可持续发展具有重要的科学意义。结合塔里木河下游20 a生态输水监测数据,用发展的包含地下水和土壤水的拟二维地下水模型,对输水条件下塔里木河下游上、中、下段3个断面(英苏、阿拉干和依干不及麻)的地下水埋深变化进行20 a长期模拟。通过率定期和后11 a(2010—2020年)的地下水埋深模拟结果与站点数据比较,发现两者较一致,证明该模型在塔里木河下游河岸断面地下水长期模拟上的合理性和适用性。然后根据3个断面20 a的模拟结果分析输水条件下地下水埋深和土壤水的长期变化及其对生态输水的响应。结果表明:经过20 a的生态输水,英苏、阿拉干和依干不及麻3个断面上的地下水位和土壤湿度都有明显的上升,地下水位埋深从输水前的8 m左右抬升到输水后的4 m左右,土壤湿度从最初的0.20上升到0.35以上,特别是自2009年以来,随年输水量增加,地下水位和土壤湿度增加幅度明显。生态输水与地下水的年际变化有一定的滞后性,由于土壤湿度和地下水位表现为正相关关系,这使得土壤湿度对输水量也有滞后性的特点。相比于河水流量,地下水水平传导率的取值对断面地下水埋深变化起着更重要的作用。另外,输水量与地下水的年际变化表明塔里木河下游河岸要想获得持续的生态效益,需要对河道提供间歇性的生态输水。     

塔里木河下游生态输水对地下水补给量研究

地下水对干旱区荒漠生态系统的维持至关重要,生态输水对地下水的补给量及影响范围是评估输水成效的要素之一,对于准确理解地下水循环特征至关重要。基于2000—2020年塔里木河下游生态输水过程中的地下水监测数据,拟合输水前后地下水水面线方程,结合水均衡原理,对塔里木河下游近20 a生态输水过程中的地下水埋深时空变化、地下水补给量以及输水期地下水最大影响范围进行了估算与分析。结果表明:(1)塔里木河下游实施生态输水后,地下水位呈明显抬升趋势,抬升幅度具时空差异性,在英苏、喀尔达依和阿拉干断面分别抬升了3.01 m、2.87 m、5.75 m;前10 a输水对地下水位抬升作用明显小于后10 a;(2)塔里木河下游近20 a的输水对地下水的总补给量为30.6×10~8m~3(占输水总量的36.2%),包气带补给40.1×10~8m~3(47.5%),入台特玛湖水量为11.7×10~8m~3(13.8%);(3)塔里木河下游前10 a的输水对地下水补给量(61.6%)大于后10 a(25.2%),主要归因于输水量增大,地下水埋深减小引起土壤含水量饱和差减小;(4)塔里木河下游输水期地下水的最大影响范围具有较大的波动,与输水前地下水埋深和输水量正相关;近10 a,英苏、喀尔达依、阿拉干、依干不及麻断面,输水期地下水单侧影响范围高达1075 m、2326 m、1623 m、856 m。     

塔里木河下游地下水化学特征对生态输水的响应

结合2000~2002年塔里木河下游5次生态输水过程,通过对沿河40眼地下水监测井采集的水化学资料的分析表明：塔里木河下游地下水化学特征随五次间歇性生态输水发生明显变化。地下水化学对输水的响应表现为初期、中期和后期三个阶段：初期,地下水化学成分中的主要离子含量和矿化度都明显上升;中期逐步下降;输水后期又逐步上升。通过对地下水盐运移机理以及生态输水后地下水化学变化特征的分析得出,单一河道输水方式不如双河道,甚至多河道输水更有利于生态的恢复,另外,生态输水只是对地下水中盐分浓度起到了稀释作用,只有采取一系列工程和管理措施才能使下游水质真正好转。     

塔里木河下游地下水位与水化学成分关联度排序分析

根据2001年塔里木河下游第四次生态输水前后地下水位、水质变化的监测和取样分析资料。运用灰色关联分析法。对塔里木河下游地表生态输水前、后的地下水位与地下水化学成分进行了关联分析。分析研究表明，生态输水对地下水质的影响比较明显。在关联排序中。阴离子的SO4^2-、Cl^-以及阳离子的Ca^2 、Mg^2 与地下水位变化的关联性较强；pH值与地下水位的关联度最低。仅为0．534；矿化度与地下水位关联度最高,达到0．863。     

断流河道输水对地下水净补给量研究——以塔里木河下游为例

依据塔里木河下游断流河道2000—2006年8次生态输水期间地下水埋深监测数据,拟合了输水后地下水埋深与离河距离关系的曲线方程,进而对输水后地下水的补给量及其变化特征进行了计算和分析,探讨了生态输水的横向影响范围及其变化特点。结果表明,塔里木河下游区域输水后地下水总净补给量为7.82487亿m3,占总下泄水量的35.63％。8次输水过程中,除第2次输水和第6次输水外,其余各次输水期间,地下水净补给量都呈下降趋势。对输水后横向影响范围的分析表明,横向影响范围与输水量大小和持续时间密切相关。随着输水的进行,横向影响范围呈明显扩大趋势,纵向上各断面的横向影响范围的变化表现出了局部波动,整体变化与距离输水源头远近呈弱相关性的特点。     

塔里木河下游河岸带地下水埋深对生态输水的响应过程

为了解塔里木河下游生态输水量与地下水埋深多年响应变化过程,得出地下水埋深对生态输水的响应变化规律,以塔里木河下游英苏断面为研究区,运用定性与定量分析方法,综合考虑不同输水差异（包括零输水年即2008年、输水极少年即2009年、输水较多年2011年等）,对2000-2015年英苏断面1 050 m范围内地下水埋深数据进行了分析。结果表明：研究断面内地下水埋深在各年份总体呈现比较平稳的递减趋势,年内个别月具有较大的增幅,另外由于冻土消融等因素影响,地下水埋深在2~3月有一定的增幅;离河较近区域的地下水埋深变化对生态输水的响应具有时间同步性,而离河道较远地区的地下水埋深在响应时间上存在滞后性,本研究断面1 050 m范围内地下水埋深响应时间维持在1 a内;经过多年生态输水过程,英苏监测断面距离河道约750 m范围内地下水平均埋深维持在2~6 m范围内,基本达到植物生长所需地下水埋深水平;另外,综合分析研究断面多年输水引起的地下水位响应过程,为获得生态输水过程所带来的最大生态效益,生态输水不仅要保持一定的输水量,还要保持输水年周期的连续性。     

塔里木河下游断流河道输水后潜水埋深变化规律研究

通过对塔里木河下游断流河道2000-2006年8次生态输水期间9个地下水监测断面40口监测井潜水埋深变化监测数据的分析,探讨了生态输水以来潜水埋深变化的规律.结果表明:在8次输水的影响下,潜水埋深总体有显著抬升.运用SPSS统计软件对监测数据进行的回归分析表明,近年来塔里木河下游地区潜水埋深抬升是生态输水作用的直接结果,且抬升幅度与输水持续时间和输水量大小成显著正相关关系,横向和纵向上还表现出潜水埋深抬升幅度随距输水源距离改变而变化的正相关关系.塔里木河下游地区地表水是地下水的主要补给来源,且地表水补给地下水主要是以线型渗漏补给,这是输水以来潜水埋深变化呈现上述规律性的主要原因.输水对潜水埋深的影响具有累积性和滞后性,随着输水的继续进行,潜水埋深变化的规律性会越来越明显.     

近20 a塔里木河下游输水对生态环境的影响

塔里木河下游是新疆生态环境问题比较突出的地区。为改善该地区恶化的生态环境,国家自2000年起向塔里木河下游实施了18次以生态建设和环境保护为目的的生态输水工程。近20 a来,塔里木河下游地下水位随输水次数增加呈不断上升趋势,生态植被不断修复,生态环境逐步好转。尤其是2017年实施第18次生态输水后,下输水量及其影响范围取得较大突破,引起社会高度关注。通过近20 a的断面来水监测资料,从水量、水质、地下水变化、植被恢复等方面,初步分析输水对生态环境的影响。同时,对前人研究的成果进行梳理和延展,使其对今后塔里木河下游的生态调度和科学管理起到指导作用。经分析得出以下结论：（1）虽然生态输水量基本都补给了生态植被和河道两侧的地下水,但持续性输水才是保证下游脆弱的生态环境稳定好转的根本途径。（2）输水使下游生态环境得到改善,现生态植被正在恢复,地下水位逐步抬升,地下水质明显好转。（3）采用汛期输水和间歇机动式调度,可使输水效益达到最大化。     

干旱区间歇性生态输水对地下水位与植被的影响机理研究

塔里木河下游生态系统作为典型的干旱区生态系统,对水分具有较强的依赖性。为了解塔里木河下游间歇性生态输水对地下水埋深变化、植被生长的关系,得出地下水埋深、植被生长变化及间歇性生态输水过程之间的相互影响机理,以塔里木河下游英苏断面为研究区,基于达西定律、植物根系吸水速率计算方法,以及2009-2015年生态输水-地下水位变化-NDVI变化相互耦合关系,对三者之间相互影响过程及影响机理进行定性与定量分析。结果表明：（1）输水效益的显现是一个漫长的过程,地下水的响应和下游植被的生态响应均在一个大的空间和时间尺度上将逐步显现,另外由于植物生长具有季节性,当年地下水埋深值在一定程度上可影响次年植物生长。（2）多年研究表明,当地下水埋深低于7 m时,满足乔、灌木植物生长需求;低于6 m时,满足草本植物生长需求。（3）在年总输水量为固定情况下,一年两次是利于河岸植被恢复的最适宜输水次数。由于生态输水-地下水位变化-NDVI变化存在一定的滞后期,建议每年春季4~5月份和夏季7~8月份作为输水期。     

孔雀河生态输水与抢救胡杨林专题研讨会在库尔勒召开

<正>2016年11月30日,由中国科学院新疆生态与地理研究所、荒漠与绿洲生态国家重点实验室和塔里木河流域管理局联合主办的"孔雀河生态输水与抢救胡杨林专题研讨会"在孔雀河河畔的库尔勒市召开。来自巴音郭楞蒙古自治州人民政府、巴州林业局、巴州水利局、库尔勒市、尉犁县、塔里木河流域管理局、塔里木河干流管理局、塔里木河流域巴音郭楞管理局、新疆生地所的50余位专家参加了会议。会议由塔管局局长王新平主持,荒漠与绿洲生态国家重点实验室陈亚宁研究员及其团队     

塔里木河下游生态需水估算

量化生态需水是流域水权分配的重要依据。以塔里木河下游大西海子水库至尾闾台特玛湖段为研究区,借助湿周法计算了该段河道内最小生态需水量,并基于2009年和2010年河段地下水分布特征,计算沿线河道两岸各1 km范围地下水恢复至目标埋深(5～4 m)的地下水恢复量,采用潜水蒸发法和面积定额法估算了沿线天然植被生态需水量。结果表明：（1）塔里木河下游大西海子-台特玛湖河道内年最小生态需水量为1.455×108 m3;（2）以5年为恢复期限,确定该河段地下水埋深恢复至5～4 m的年恢复需水量为0.608×108～1.466×108 m3;（3）取潜水蒸发法和面积定额法计算结果均值,确定研究区天然植被生态需水量为1.042×108 m3;（4）综合考虑,塔里木河下游大西海子-台特玛湖年生态需水总量为3.105×108～3.963×108 m3。     

博斯腾湖向塔里木河输水风险分析方法

为了拯救塔里木河下游生态环境，塔里木河流域管理局根据博斯腾湖从1999年到2003年处于丰水期，湖泊处于高水位的有利时机，从2000年5月到2003年6月实施5次向塔里木河下游生态应急输水，结束塔里木河下游300多km河道近30年的断流历史。现在的问题是“博斯腾湖向塔里木河生态输水能否持续?”，“保证可持续输水的风险有多大?”本文以解决此问题为实例，介绍一般水库调节计算和水库特征水位确定方法；主要探讨水库(湖泊)向下游输水可持续性风险分析问题，提出的方法称为“水库输水可持续性风险计算时历试算法”，简称为“试算法”(T＆E方法)；并将此方法应用于实例中，计算博斯腾湖向塔里木河下游输水的可持续风险。     

塔里木河下游输水与生态恢复监测初报

根据近三年塔里木河下游生态输水前后地下水位、水质、土壤、植被等项内容的监测资料，分析了塔里木河下游输水对地下水位、水质的影响，揭示了输水与地表生态的响应过程，探讨了地下水位与天然植被生长、恢复的相互关系，阐述了植被退化过程及相关因子，确定了维系塔河下游生态安全的最低生态需水量、最佳生态水位。     

新疆塔里木河下游断流河道输水对地下水变化的影响分析

结合2000～2002年以来塔里木河下游间歇性输水后地下水变化的监测数据．用回归分析的方法对输水后地下水位动态响应变化过程进行分析,揭示输水量与地下水的响应范围之间的关系。结果表明：在横向上．随着向塔河生态输水次数和输水量的增加．地下水的响应范围逐渐扩大．但随远离输水河槽中轴线,响应程度减小．地下水位的抬升幅度减弱;纵向上,输水河段上游区段地下水位响应范围最大,中游区段次之,下游区段较小。在第二次输水过程中,靠近河岸地下水位出现急剧上升,而在第三次输水过程中,地下水的响应范围则有巨幅增加．输水量与输水持续时间与地下水位变化有着密切关系。     

路甬祥院长祝贺中国科学院新疆生态与地理研究所成果获国家科技进步二等奖

2006年1月9日上午，全国科学技术大会在人民大会堂隆重开幕。此次大会上，中国科学院新疆生态与地理研究陈亚宁研究员主持的国家“十五”攻关课题成果“克拉玛依地区新绿洲建设综合技术开发与示范”获2005年度国家科学技术进步奖二等奖，陈亚宁博士作为获奖代表上台接收了颁奖。     

塔里木河下游生态输水对地下水埋深变化的影响

地下水是维系荒漠河岸植被生存、生长的关键因子,对于退化植被的恢复具有重要的意义。结合塔里木河下游生态输水过程中地下水埋深的实测数据,详尽分析了2000—2020年地下水埋深的时空变化及对生态输水的响应。监测结果显示:在生态输水条件下,塔里木河下游河道两侧地下水埋深大幅抬升。(1)在纵向上,自上游段的英苏、中游段的喀尔达依,至下游段的依干不及麻,在距河道100 m处,地下水埋深分别由输水前的7.76 m、9.31 m、7.82 m抬升至3.70 m、4.48 m和2.69 m;在距河道300 m处,地下水埋深分别由输水前的8.09 m、9.15 m、8.25 m抬升至4.53 m、5.00 m和3.29 m;在距河道500 m处,地下水埋深分别由输水前的8.21 m、9.45 m、9.08 m抬升至6.61 m、5.46 m和3.82 m。(2)在垂直于河道方向上,根据地下水井监测数据,生态输水对塔里木河下游的上、中、下3个区段地下水位的影响范围均达到了1050 m,分别抬升了2.69 m、1.38 m、1.59 m。(3)生态输水前期(2000—2009年),上、中段地下水位抬升迅速,2009年以后,下游段依干不及麻地下水位抬升幅度明显高于英苏(0.88～4.65 m)和喀尔达依(0.53～4.07 m)。并且,70.5%监测井地下水位波动趋于稳定,说明间歇性的生态输水有助于抬高地下水埋深,是地下水补给的主要来源,对于维持地下水较高水位的动态平衡具有一定的促进作用。     

塔里木河下游生态输水对胡杨林生态系统碳循环的影响

2000—2020年期间向塔里木河下游的生态输水有效抬升了下游的地下水位,并对下游胡杨林生态系统的碳循环产生了重要影响。综述了生态输水对塔里木河下游胡杨林生态系统植被固碳作用可能产生的影响,分析了植被类型变化可能对胡杨林土壤有机碳含量和土壤有机碳储量产生的影响,总结了生态输水后胡杨林碳释放关键过程-土壤呼吸对生态输水的响应,解析了间歇性生态输水所致的水淹干扰对胡杨凋落叶分解的影响。综述分析表明,生态输水工程的实施对塔里木河下游荒漠河岸林生态系统的碳固定和碳释放过程均产生了作用,从而对荒漠河岸林生态系统碳循环产生了复杂的影响。总体而言,20 a的生态输水增大了塔里木河下游生态系统碳汇面积,提高了下游胡杨林生态系统植被生产力,遏制了下游胡杨林的退化,使部分裸地逐渐变为草地、林地或灌丛地,这种演变可增加土壤有机碳含量和区域土壤有机碳储量。生态输水所致的地下水位和土壤水分的变化会影响胡杨林土壤碳释放过程,其中胡杨林土壤呼吸速率与地下水位有关,而水淹干扰对胡杨凋落叶质量损失速率产生了影响。