高寒内陆河流域植被覆盖增加对地下水补给的影响

地下水是干旱区内陆河流域的主要基础性资源,对流域生态安全、可持续发展等具有重要意义。干旱/半干旱区的地下水补给比湿润地区更易受到地表覆盖条件的影响。为揭示干旱区内陆河流域植被覆盖增加对地下水补给的影响,以巴音河中下游为例,针对土壤和水评价工具(SWAT)模型未有效考虑降水、地形等因素对植被覆盖影响的缺陷,改进SWAT模型,采用全球地表卫星叶面积指数(GLASS LAI)数据代替其LAI计算模块,再结合SWAT土地利用更新模块,准确刻画区域植被覆盖变化。将改进后的SWAT模型与模块化有限拆分地下水流耦合(MODFLOW)模型耦合,准确模拟并分析植被覆盖增加对流域地下水补给的影响。结果表明:基于植被动态变化的土壤和水评价工具与模块化有限拆分地下水流耦合模型(DVSWAT-MODFLOW)模型的月蒸散发及月地下水位模拟效果较好;巴音河中下游2019年林地及草地面积以及LAI较2001年明显增加;2019年植被覆盖情况对应的年际及月际尺度地下水补给量较2001年分别减少了6.1—26.52 mm以及0—15.03 mm;植被覆盖增加对年际尺度地下水补给量的影响强弱在一定程度上取决于年降水量,对月际尺度地下水补给量影响较强的月份集中于植物生长旺盛且降水较多时期。

干旱区内陆河流域植被恢复对水文过程的影响

为更好地理解植被恢复对水文过程的影响,以地表水-地下水交互频繁且植被恢复明显的柴达木盆地东北部巴音河流域中下游为例,将SWAT-MODFLOW模型与动态HRU相结合,开发了LU-SWAT-MODFLOW模型,克服了原始HRU在植被动态变化模拟中的缺陷,准确模拟了地表覆被变化及地表水—地下水交互过程。结果表明,LU-SWAT-MODFLOW模型模拟的LAI、ET、地下水位效果较好;研究区植被恢复后,不同子流域月蒸散发增加了0~1.5 mm,年蒸散发增加了0~6 mm;地下水补给量平均每月增加约1.27 mm,平均每年增加14.02 mm;研究区地表水-地下水转换关系及水量在植被恢复类型为低覆盖度草地和裸地向林地转化的区域有较明显变化。

巴音河中下游农业灌溉对地下水补给量与排泄量的影响

为揭示农业灌溉对柴达木盆地东北部内陆河—巴音河地下水补给量与排泄量的影响,采用SWATMODFLOW耦合模型,在保证其模拟精度的前提下,模拟了巴音河中下游有无农业灌溉条件下的地下水循环。结果表明,空间上,持续灌溉使得下游的地下水向地表水排泄比例从0.32%增加到0.70%,并持续到灌溉停止后的第3个月。季节尺度上,农业灌溉使研究区地下水补给量和排泄量增加,农业灌溉对地下水补给量的影响夏季汛期时较小,秋季河道径流量较小时最大,冬季最小。农业灌溉对地下水的补给作用具有一定滞后性,停止灌溉后3个月内补给仍在进行。相对于地下水补给量,地下水排泄量受农业灌溉影响亦在增加,但增量较稳定,稳定在60000~70000 m^(3)/d之间。年际尺度上,地下水补给量和排泄量在农业灌溉影响下均有所增加。其中,降水量较多年份农业灌溉对地下水补给量影响较小。农业灌溉影响下地下水向地表水排泄量的年际变化不大,变幅为-2%~2%。

基于SWAT-MODFLOW耦合模型的巴音河中游泽令沟盆地地表水-地下水转换关系研究

为准确刻画资料缺乏、地表水–地下水转换频繁的泽令沟盆地地表水-地下水不同时空尺度上的转换关系,利用河道径流数据、遥感蒸散发数据、地下水位观测数据等对SWAT-MODFLOW耦合模型进行率定和验证,在此基础上对泽令沟盆地水循环过程进行模拟分析。结果显示:(1)SWAT-MODFLOW耦合模型模拟效果较好,率定期和验证期月径流量的R~2≥0.73,NSE≥0.67,PBIAS在-20%~20%。其各子流域实际蒸散发的R~2均大于0.91,NSE均大于0.85,PBIAS在-10%~10%。此外,模拟地下水位与实测值误差在0.6 m以内,R~2为0.94。(2)地表水补给地下水的河道占整个河道长度90.31%,年平均补给量占年总交换水量的50.20%;季节尺度上,补给的最大值出现在7月,为331043.31 m~3/d,最小值出现在12月份,为41208.33 m~3/d。地下水对地表水的补给量较为稳定,季节性变幅在-2.5%~2.5%,年际变幅处于-6.5%~0.6%之间。

巴音河流域高时空分辨率叶面积指数数据集

叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)是表征地表特征变化的重要指标之一,也是陆表、水文等模型的重要参数。本数据集是基于增强型时空自适应反射率融合模型(ESTARFM),将全球陆地表层卫星(GLASS)LAI(8d/500m)、中分辨率成像光谱仪(MODIS)MOD13A1和MYD13A1、陆地卫星Landsat-7 ETM+和Landsat-8 OLI数据,进行融合,得到8 d/30 m分辨率的LAI,通过分段线性内插最终得到巴音河流域高时空分辨率LAI(1 d/30 m)。对比高时空分辨率LAI(1 d/30 m)与GLASS LAI产品的时空特征,验证数据集精度。结果表明:与原始GLASS LAI相比,本数据集在空间上具有与GLASS LAI一致的分布特征,且轮廓与纹理更为清晰。在时间上,二者具有相同的月际变化特征,且由1 d/30 m LAI估算的区域月平均LAI和区域8日平均LAI与原始GLASS LAI存在显著正相关性,R2分别为0.95、0.94,Pearson积矩相关系数均为0.97,P值均小于0.01。此数据集可为陆表过程、水文循环等模拟提供重要的数据支持,为监测植被-陆表-大气循环的变化提供重要依据。