地下水支撑生态系统研究综述

地下水支撑生态系统（GDEs）是指部分或全部依赖于地下水的生态系统,开展GDEs研究,不仅对于了解GDEs的生态水文特征和过程具有重要学术价值,而且对于保护地下水生态环境、促进地下水可持续利用具有重要的现实意义。通过GDEs的自然和人类活动影响因素、GDEs的类型划分与识别方法、GDEs的生态水文过程模拟等方面的综述,探讨了当前存在的问题,并对未来研究趋势进行了展望。综述认为,GDEs主要受气候变化和地下水利用的影响;GDEs的类型划分要方便野外调查和管理;GDEs的识别,要综合利用水文地质调查、"3S"技术和地下水动物取样分析的方法。建议今后GDEs生态水文过程的模拟要侧重于地表水和地下水的相互作用以及地下水对植被、溶质输移和热交换等方面的贡献大小的研究。     

地下水-陆生植被系统研究评述

依赖于地下水的生态系统广泛分布,潜水含水层本身是个生态系统,地下水不仅维持许多水生生态系统,而且是干旱-半干旱地区陆生植被生存的重要水源。研究地下水与植被的相互联系是生态水文地质学的主要组成部分,重点介绍地下水-植被系统的研究方法。植被吸收的地下水量占总蒸腾量的比例是评价植被依赖地下水程度的一个定量指标,蒸腾量比例呈季节性与区域性变化,取决于植被类型、地下水位埋深与动态变化、土壤岩性与气候条件。植被总蒸腾量可以用涡流相关系统测量。地下水的蒸腾量可以用植物茎流计测量,或者用地下水位昼夜变化估算。用同位素混合模型也能估算地下水占总蒸腾量的比例。植被对地下水位下降的响应可能有两种形式,一种是线性比例响应,另一种是临界突变响应,只有通过长期系统观测植被长势与地下水位的变化才能利用统计分析建立两者响应关系。目前,植被-水文模型只能模拟植被冠层截流与蒸腾对土壤水与地下水的影响,或者模拟土壤水-地下水对植被生长的影响,地下水与植被相互作用与反馈的耦合模型还是个空白。     

黑龙江建三江地区地下水动态趋势突变点分析

农业区地下水动态规律是农业水资源管理的重要依据。采用双向回归突变分析方法研究黑龙江建三江地区(19922011)地下水埋深序列的趋势突变点,结合水稻面积增长数据进行对比分析,找出地下水动态趋势突变与灌溉面积的响应关系,同时运用标准化降水指数(SPI)方法来分析研究地下水动态趋势突变与降水之间的响应关系。结果表明:建三江地区地下水水位的下降趋势具有明显的突变特征,整体上呈"快慢快"的特点,趋势突变时间多发生在20002001年间和20062007年间;在第一阶段和第二阶段,地下水水位下降趋势受水稻种植面积与降水影响,第三阶段主要受水稻种植面积增长的控制。     

鄂尔多斯高原植被生态分区及其水文地质意义

保护生态环境是鄂尔多斯高原地下水可持续开发利用中亟待解决的问题。在查清植被生态群落分布特征的基础上,通过分析植被演替的自然驱动因素,将鄂尔多斯高原的植被生态划分为基岩台地植被生态水文地质区、沙盖基岩植被生态水文地质区、沙地植被生态水文地质区和滩地植被生态水文地质区。结果表明,气象和地形地貌控制着区内植被生态的总体分布格局,包气带和地下水因素控制着植被生态的演替,沙地植被生态和滩地植被生态的生长发育与地下水关系密切,是地下水开发时保护植被生态的靶区。     

地下水浅埋区土壤水的矿化度变化规律及其影响因素浅析

土壤水的研究对农田水利、水文地质、生态与环境等都具有很重要的意义 ,本文概略介绍了在黄河三角洲地区开展包气带水分运移试验研究过程中 ,野外获取土壤水的方法及设备。在对水样分析结果进行总结的基础上 ,对试验点土壤水的矿化度变化规律及其影响因素进行了初步的分析。主要结论为 ,在地下水浅埋区 ,地下水与土壤水矿化度变化关系密切 ;蒸发作用与蒸腾作用对土壤水矿化度的影响效果是不同的 ,蒸发作用使上层土壤水的矿化度加大 ,而植被在其生长期降低土壤水的矿化度 ;地下水、植被和土壤性质是影响土壤水矿化度的重要因素     

干旱区植被盖度增加对降水入渗补给地下水的影响——试验研究与数值模拟

随着西北旱区生态恢复工程的实施,该区生态环境持续改善,植被盖度不断增加。但植被冠层截留与蒸腾耗水加剧了包气带水分的亏空程度,减小了降雨对地下水的补给。采用原位试验方法,分析了植被覆盖区和裸土区不同深度土壤水势的变化规律。结果表明,受蒸发和蒸腾的共同作用,植被覆盖区平均土壤水势(-74k Pa)远低于裸土区(-16k Pa),且变化剧烈,土壤水以向上运动为主。而裸土区土壤水势高,变化小,40cm以下土壤水向下运移,因此可以持续补给地下水。采用Hydrus-1D软件进行了长序列土壤水数值模拟,定量分析了植被盖度增加与地下水补给的关系。数值模拟结果表明,在裸土条件下,降雨对地下水的补给量介于82~333mm/a之间,平均值为197mm/a,平均降水入渗补给系数为0.53。而在植被覆盖的情况下,地下水的补给量几乎为0。最后,从植被蒸腾耗水和冠层降水截留2个方面讨论了旱区植被盖度增加对降雨入渗补给地下水的影响,提出了旱区水与生态和谐发展的建议。     

快速城市化地区多尺度水文观测试验与暴雨洪水响应机理分析

城市下垫面改变引起水文循环过程发生变异, 导致目前已掌握的天然情况下的产汇流规律和机制难以解释城市化等新形势下的水文现象与过程, 而面临需重新再认识的挑战。本文以长三角地区为典型, 建立了不同城市化水平及空间规模的水文试验流域, 探讨了快速城市化地区暴雨洪水响应规律和机制。结果表明: ①不同量级降水事件下城镇用地土壤水响应程度(表层土壤水涨幅基本超过4%)总体高于其他土地利用类型, 城市化地区下垫面的改变通过影响土壤水动态响应模式直接影响了地表产流过程, 植被覆盖率较低的城镇用地和荒地土壤含水率呈现出陡涨陡落现象, 而植被作用下的土地利用类型则表现出缓慢上升和缓慢消退的土壤水响应过程。②流域洪峰滞时和洪峰流量整体表现为随流域面积增加而呈幂律函数关系形式的增加。③总降水量与主要洪水特征(如洪峰流量、单位面积洪峰流量和径流深)基本呈显著相关(相关系数分别达0.49、0.41和0.78以上)。城市下垫面通过改变土壤水动态响应等产汇流特征而直接影响了洪水过程, 未来长三角地区暴雨洪水在城市化和气候因素双重作用下呈现持续加剧的趋势。     

地下水动态观测工作中几个问题的探讨

地下水动态,是指地下水的水位、水量、水质和水温等随时间的变化。开展地下水长期动态观测工作,就是为了掌握地下水动态情况,探索其变化规律;进行地下水资源评价、合理开发利用地下水,以及提出水资源保护(防止土壤盐碱化、地下水浸没)研究地下水补给等问题的重要依据。随着水利建设的迅速发展,引起地下水发生一些新变化。如有的渠灌区,河网     

利用EARTH模型计算河北栾城地下水垂向补给量

准确计算地下水的垂向入渗补给量是合理评价和利用地下水资源的基础.EARTH模型是一种集中参数的水文模型,可刻画水流在包气带中的运移过程,弥补黑箱模型的不足.以中国科学院栾城农业生态试验站的地下水位观测资料以及气象资料为基础,综合运用降水、蒸发、土壤水、地下水动态观测资料,利用EARTH模型计算了河北平原地下水垂向入渗补给量.计算结果表明,2003年1月1日至2005年8月31日期间,栾城农业生态试验站在降水量1404.1 mm、灌溉量1050.0 mm的条件下地下水入渗补给量为487.2 mm,平均年入渗补给量为182.6 mm, 占降水和灌溉总量(2454.1 mm)的19.9%.在模拟结果的基础上,对不同年份的降水量(含灌溉)和入渗补给量分布的对比分析表明,河北栾城地下水补给滞后现象明显,在研究时间段内峰值滞后18～35 d.     

地下水气对现今地球表层动力过程的响应及其意义

以新近取得的地下水气动态观测资料为基础,提出地下水气不仅是物质资源,同时又是重要的信息资源,其动态对现今地球表层动力过程的响应具有很高的灵敏性和很宽的频带特性．地下水气动态的观测与研究不仅有助于人类把握现今地球表层动力过程的规律,预测预报地壳构造运动,而且对于预测自然环境变化与灾害等方面也有重要意义．     

雨季苏打盐渍土地区土壤水-地下水转化规律研究

通过野外定位观测,分析了苏打碱土土壤水和地下水的转化规律。微地貌格局是制约水分迁移的主要因素,并由此形成了土壤水-地下水转化的特殊模式。雨季,坡地土壤(苏打碱土)的整个土层含水率变化不显著,地表径流为水分迁移的关键环节;洼地土壤(盐化草甸土)成为地表水和地下水转化的通道,大量洼地积水垂直下渗,补给地下水。运用Vensim对土壤水-地下水的转化过程进行了模拟,结果与观测数据基本一致。     

地下水可持续开采量评价的前沿问题

地下水可持续开采量是允许开采量发展的必然,与允许开采量不同,地下水可持续开采量突出了环境因素,同时强调了地下水资源的可更新和可持续利用性。地下水可持续开采量评价是实现地下水可持续利用的前提。本文在综合调研基础上,探讨了地下水可持续开采量的内涵与特点,分别从地下水更新能力、环境需水、动态性等方面,综述了目前国内外实现地下水可持续开采量评价的前沿问题及发展动态。     

松嫩平原(吉林省)地下水动态特征及类型的研究

根据松嫩平原(吉林省)地下水动态观测资料进行分析,对区内的主要供水含水层的动态特征进行了描述,并对其进行了动态类型的划分,结合地下水动态的主要影响因素将为研究区地下水动态预测及地下水资源管理提供了依据。     

生态水文学与生态水文地质学

在分析生态水文学学科发展过程的基础上，对生态水文地质学的研究对象、内容和方法进行了讨论。生态水文地质学是生态学与水文地质学交叉渗透后形成的学科，是地下水资源可持续利用的理论基础。当前中国生态水文地质学研究的主要任务是生态状况的定量描述、水文地质条件与生态状况的关系、多重界面水分转换机制及其生态效应、含水层中地下水各种物理化学过程的生态效应和气候变化对地下水的影响及其生态响应等问题。生态水文地质学必将在中国实施可持续发展战略的过程中发挥巨大的作用。     

论内陆干旱区依赖地下水的植被生态需水量研究关键科学问题

地下水资源在内陆干旱区具有重要的植被生态功能, 依赖地下水的植被生态系统的需水量是目前流域水资源综合管理的重要组成部分.在分析地下水资源生态功能研究进展的同时, 系统阐述了内陆干旱区依赖地下水的植被生态需水量研究的几个关键科学问题: ①依赖地下水的植被生态系统的识别方法; ②地下水对植被生态系统作用机制的分析; ③地下水关键属性安全界限的确定; ④地下水系统结构分析; ⑤生态用水配置方案的确定; ⑥区域尺度地下水-天然植被系统关系的概念模型.并逐一提出了这些问题的解决方案, 能够为干旱区植被生态系统保护和恢复提供思路, 也能够为水资源开发利用与以植被生态系统保护为中心的干旱区生态文明建设提供地学支撑.      

兰村泉域地下水污染原因及可持续开发利用对策研究

为确保兰村泉域地下水资源的可持续开发利用,在现场踏勘及有关资料分析的基础上,对泉域地下水污染原因进行了研究。结果表明,兰村泉域地下水污染与以下因素有关:(1)污染物入渗;(2)地下水开采;(3)水环境化学条件变化;(4)部分地区地下水原生本底值异常。提出了泉域地下水可持续开发利用对策。研究成果为兰村泉域地下水资源保护与管理提供科学依据。     

黑河下游额济纳绿洲荒漠植被与地下水位埋深的 定量关系

干旱区植被生长与地下水的依存关系是生态水文地质学研究的热点之一。由于降水稀少,中国西北地区植被的生长发育与地下水的关系极为密切,从大尺度上研究地下水变化的生态效应问题对生态环境的保护和恢复具有重要的意义。借助遥感方法,结合地下水观测数据,在区域尺度上定量地研究了我国黑河下游额济纳绿洲荒漠植被发育与地下水埋深的关系。结果表明:适宜植被生长的地下水埋深范围约为2~5 m,当地下水埋深超过5.5 m时,由于植被根系缺水,不能维持冠层正常生长,几乎没有植被发育。     

植被生态对气候变化和人类活动的响应 ——以陕西省榆林能源化工基地为例

全球气候变化和人类活动双重作用对生态环境的影响是当今研究的热点问题.本文以国家级榆林能源化工基地为研究区,以MODIS遥感数据为依据,以归一化差值植被指数NDVI为参数,研究了植被生态的时空分布规律,分析了植被生态与降水、地貌、地下水、包气带岩性等自然条件的关系,揭示了人类活动对植被生态正负两方面的影响.研究结果表明,自然条件控制着植被生态的格局,植被生态具有明显的水平分带性,由东南向西北,随着降水量的减少、蒸发量和干燥度的增加,植被状况由好变差;2000年以来区内植被状况总体呈现好转的趋势,其中71.22％的区域好转,28.43％的区域基本维持不变,0.35％的区域退化.植被生态对气候变化尤其是降水量的年际变化具有敏感的响应,煤炭和地下水资源开采等人类活动对植被生态总体上造成负面影响,退耕还林(草)、限耕禁牧政策的实施是研究区植被生态总体呈现好转趋势的根本原因.     

地下水可持续开采量与地下水功能评价的关系

针对中国北方地下水评价中偏重资源而对地下水的生态功能和地质环境功能重视不足的问题,立足于流域尺度的地下水循环系统和地下水的自然属性,突出协调综合发挥地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能的目标,从地下水可持续开采量与地下水功能的理念基础、评价原则和评价机理3个方面探讨二者的内在关联性,认为它们同源于人与自然和谐的理念,都以流域尺度的地下水循环系统为研究主体,以保护生态与地质环境为目标,彼此相互促进和相互支撑.地下水功能评价是合理确定地下水可持续开采量的充分条件,地下水可持续开采量的合理确定是实现地下水功能评价目标的必要条件;如果二者缺一,则地下水的生态功能或地质环境功能难以得到有针对性的保护.     

海流兔河流域植被分布与地形地貌及地下水位关系研究

干旱区植被与地形地貌及地下水的相互依存关系是揭示植被生态水文过程的关键。由于降水稀少,中国西北地区植被的生长发育与地貌和地下水的关系极为密切,从大尺度上研究地形地貌和地下水变化的生态效应问题对生态环境的保护和恢复具有重要的意义。应用遥感方法,基于地形地貌和地下水位观测数据,在流域尺度上定量地研究了中国鄂尔多斯高原海流兔河流域植被发育与地形地貌和地下水埋深的关系。结果表明：河谷、滩地、沙丘、沙地地貌的植被发育状况是依次变差的,植被在高程1 220 m左右处发育最好。地下水位埋深对植被的影响范围为1~5 m,当地下水位埋深超过5 m时,气候与土壤因素是决定植被的主要因素,地下水位的变化对植被的长生状况影响不大。