干旱半干旱区地下水引起的生态效应的研究现状与发展趋势

以地下水与生态环境之间关系为出发点,从地下水与人类活动相互影响的互馈机制研究、地下水引起的生态效应机理及评价指标与模型研究三方面对干旱半干旱区地下水引起的生态效应的研究现状进行了评述,以地下水状态为核心,从地下水生态学学科的建立、面向生态的区域地下水资源评价理论与方法及地下水状态调控机理研究三方面展望了其发展趋势。     

喀什平原区地下水同位素年龄特征及更新速率分析

为分析喀什平原区300 m以浅地下水年龄和更新速率,准确划分地下水流系统,采用了3H和14C放射性同位素测试方法,对采集的120组地下水样品中3H和14C同位素组成进行了分析,研究了喀什平原区不同区域地下水的年龄特征。结果表明,研究区大部分潜水氚值为12.2~39.6 TU,地下水年龄从山前冲洪积砾质平原至细土平原区逐渐增大,为10~50年;在中部库木塔格背斜隆起一带,潜水氚值小于10 TU,地下水年龄大于500年,形成地下水年龄分水岭;区内地下水14C年龄约为2 000~13 000年,反映了地下水补给时段差异较大。从山前冲洪积砾质平原上游至冲积细土平原中部地区,地下水更新速率约为2%~7%,属积极交替带;冲积细土平原中下游地区,地下水更新速率约为1%~2%,属较积极交替带;在冲积细土平原下游地区,地下水更新速率均小于1%,属弱交替带。     

青海柴达木盆地巴音河上游径流量对气候变化和人类活动的响应

基于1959-2013年径流量及气象数据,运用Mann-Kendall趋势检验、R/S分析、累积量斜率变化率等方法,分析了青海柴达木盆地巴音河上游径流的年际变化、年内分配、变化趋势及其周期性,定量评估了降水变化和人类活动对径流量变化的贡献率。结果表明：巴音河上游径流量以0.2×10⁸ m³·（10a）^-1倾向率呈显著上升趋势,Hurst指数为0.78,存在20 a左右的丰平枯变化周期,21世纪流域进入丰水期;径流量变化以21～22 a的年代际变化周期最为显著,同时存在10～11 a的年际变化主周期;径流量年内分配不均匀,集中于夏秋两季,径流量呈现先增后减的单波峰分布特点,进入21世纪,年内最大月径流量呈现向后推迟的趋势,年内分配趋于集中;径流突变发生在2001年,降水对巴音河上游径流量增加的贡献率为83.06%,人类活动的贡献率为16.94%。因此,气候是影响巴音河上游河流径流变化的主要因素,人类活动的影响次之。研究结果对巴音河流域未来水资源开发利用和生态环境保护有一定的指导和借鉴意义。     

毛乌素沙地植被与地下水关系

以植被的种群和盖度、地下水埋深、包气带含水率、地下水矿化度和包气带含盐量等指标,研究毛乌素沙漠腹地地区植被与地下水的关系,确立了研究区优势植被沙蒿（Artemisia）、沙柳（Salix psammophila）和苔草（Carex）的适生地下水埋深、包气带含水率、地下水矿化度和包气带含盐量。研究表明：地下水埋深、包气带含水量对植被种群影响非常敏感,而地下水矿化度和包气带含盐量则为不敏感指标。另外,地下水埋深对以地下水为水分来源的植被盖度较为敏感,而总盖度为不敏感指标。     

蒸散发水源组成与测定方法研究进展

地表蒸散发是地下水-地表水-土壤-植物-大气连续体（GSSPAC）中水分和能量传输的纽带,也是研究陆面水量平衡的关键环节。受气象条件、地质地貌、水文地质条件和人类活动的影响,蒸散发过程机理复杂、时空变异性大,是目前水循环研究的热点之一。在大量文献调研的基础上,本文综合分析了国内外学者围绕蒸散发水源组成和测定方法方面取得的研究成果,得到以下认识:（1）蒸散发的水分来源及其组成逐渐明确,地表水（河流、湖泊等）、土壤水、地下水和植被截留的水分是蒸散发主要的水分来源;（2）蒸散发测定方法可分为水文学方法、植物生理学方法、微气象学方法和同位素方法等,这些方法在研究蒸散发过程和驱动机制等方面具有优势;（3）不同蒸散发测定方法适用的时空尺度不同,可以综合多种测定方法获取更为可靠的蒸散发数据。根据蒸散发测定研究的现状,下一步应该加强GSSPAC系统中水分运移耦合机制的研究,并加强多学科交叉研究,进一步厘清水分、能量和物质循环和流动的相互作用机制。另外,通过不同气候和地貌单元上监测网络的建设,可以获取多重影响因素交互下的蒸散发变化规律与基础数据,以期为大尺度、精细化蒸散发研究提供支撑。     

黄河源区潜在蒸散量估算方法适用性分析

潜在蒸散量（Potential Evapotranspiration）是区域水量平衡研究的重要参数。为在资料短缺的情况下准确计算潜在蒸散量,并科学评价其简化算法的适用性。基于黄河源区11个气象站点1970—2018年气温、降水、相对湿度、风速、日照时数等逐日观测资料,以联合国粮农组织（FAO）推荐的Penman-Monteith（PM）法为参考,从年、月及空间尺度等方面分析了Priestly-Taylor（PT）法、Doorenbos-Pruitt（DP）法、Hargreaves-Samani（HS）法、Rohwer（RO）法、Thornthwaite（TH）法、Blaney-Criddle（BC）法6种简易算法的计算精度。结果表明在黄河源区HS法与PM法的平均偏差最低,仅为3.487 mm/mon,精度最高。但HS法未考虑平均相对湿度对于潜在蒸散量估算效果的影响,在气候湿润的黄河源区东南部红原县、河南县、若尔盖县、玛曲县及久治县存在精度不高的问题。因此引入平均相对湿度因子对HS法进行修正,并评价了改进后的HS法的应用效果。结果表明,引入平均相对湿度因子修正HS法后,黄河源区整体年潜在蒸散量的平均偏差由−22.008 mm/a降至6.174 mm/a;月潜在蒸散量的平均偏差由3.487 mm/mon降至1.031 mm/mon;空间尺度上,以上5县的平均偏差明显降低,平均降幅达5.33 mm/mon。表明改进后的HS法能够有效解决黄河源区东南部精度不高的问题,可以为黄河源区潜在蒸散量的简化计算提供参考。     

基于水化学和稳定同位素定量评价巴音河流域地表水与地下水转化关系

以分析青海巴音河流域地表水与地下水转化关系为目标,2016年8月,沿巴音河采集了23组地表水样、13组地下水样和9组泉水样,室内分析得到了其对应的主要水化学离子和氘氧稳定同位素数据,运用统计分析、Piper三线图、Gibbs图分析了流域水化学特征;以溶解性总固体（TDS）、氯离子（Cl^-）和氧同位素（δ¹⁸O）作为示踪剂,定性分析了巴音河沿程地表水与地下水的转化关系;基于质量平衡法,运用δ¹⁸O定量计算了巴音河沿程地表水和地下水之间的转化量。研究结果表明：TDS、Cl^-、δ¹⁸O可用于定性分析巴音河流域不同河段地表水与地下水之间的转化关系,定量评估其转换强度;巴音河流域地表水和地下水的水化学类型主要为HCO₃·Cl-Ca·Mg,地下水水化学类型更为多样,地表水受控于岩石风化作用,地下水与泉水受到岩石风化与蒸发作用的影响;地表水与地下水水力联系密切,沿巴音河流向,二者相互转化频繁,上游河段,地下水主要接受地表水渗漏和沿途侧向径流补给,补给比例分别为65.33%、34.67%,至黑石山水库上游,地表水接受上游地下水和溢出泉水的补给,补给比例分别为49.54%、50.46%;中游河段,地下水接受地表水和北部山区侧向径流补给,补给比例分别为65%、35%;下游河段,地表水接受地下水和泉水补给,补给比例分别为53.12%、46.88%。研究结果有助于建立流域水循环模式、揭示水资源形成机制,可以为巴音河流域水资源可持续开发利用和生态环境保护提供理论和技术支持。     

奎屯河流域水土中氟的分布规律

通过对奎屯河流域包气带土壤和地下潜水取样分析,发现从山前洪积砾质倾斜平原到冲洪积平原,氟质量浓度的迁移分布明显具有淋溶-径流、径流-淋溶蒸发、溶滤-强烈蒸发浓缩3个水文地球化学分带。氟质量浓度在细粒粘土粉土层中相对较高,而在砂层中相对较低,无论属于哪种岩性结构在地下潜水位附近氟含量都相对较高。该流域内3条河流氟质量浓度均为上游低下游高,且在流域上游增幅相对较小而在下游增幅相对较大。环河道由近河岸到远河岸水土中氟质量浓度也逐渐增加。初步分析认为,该内陆平原地区氟的富集是以蒸发浓缩作用为主。运用热力学理论进行了验证,水土中氟的水平分布规律是一致的,并可相互转化。     

半干旱区沙地沙蒿生物量及根系分布特征研究

沙蒿是中国西北半干旱地区主要的固沙植物,其根系分布影响包气带水分运移过程,准确的植被特征和根系密度分布对根系吸水模型的建立十分重要。采用整体挖掘法获取不同层位的根系和根际土壤含水量,引入冠级和龄级的概念对沙蒿根系分布特征进行研究。分析结果表明：沙蒿种群以低龄级沙蒿占优,其根系生物量随龄级呈'S’型增长;根系长度分布和均一化根系密度分布均符合对数正态分布,最大值出现在浅层土壤20 cm处;沙蒿生长不依赖于地下水,其根系主要利用包气带中的水分,持续干旱条件下,为满足蒸腾作用根系出现两种调节方式：（1）横向生长增加根系量,利用横向土壤剖面的水分。（2）浅层根区由于水分胁迫造成的吸水量减少由深部相对湿润的根区补偿。因此沙蒿根系吸水模型中的根系密度分布函数应为对数正态分布,且吸水过程不仅依赖于根系密度分布,同时受土壤水分的影响。