人工输水对石羊河下游青土湖区域生态环境的影响分析

通过对石羊河下游青土湖人工输水后水面形成区环境要素变化的调查研究,分析了水面形成对区域地下水位、植被、大气温湿度、风速等的影响。结果表明:(1)由于输水方式、输水时间集中等因素影响,区域水面形成快速;且每个输水周期完成6个月后的区域保留水面积持续增大,4a间水面积增加4.52倍,面积扩大的叠加效应明显。(2)输水作用和水面的形成,促使输水区域地下水埋深由>6m,提升到0.6—3.2m。(3)水面形成促进了区域以白刺为代表的单一荒漠植被群落向芦苇草甸、盐化草甸等多样化群落演替。(4)水面形成的"冷岛效应"明显,促进了区域小气候环境的改善;输水区500m范围平均温度降低55.67%,湿度增加3倍。人工输水对青土湖区域生态环境的改善产生了明显的积极作用,但输水政策的持续性、输水策略调整等不确定性影响,以及水面形成对局部范围风沙活动、植物物种多样性等方面的负面影响值得关注和深入研究。

大型人工输水渠道高填方段溃决洪水情景

为防范大型人工输水渠道的高填方段在超常外力下一旦溃决无法用概率表征的潜在风险,需建立适宜的情景分析手段,以模拟与评估不同溃口规模下多种调控手段联合运用在应急处置中的有效性。利用中国水利水电科学研究院自主研发的洪涝仿真模型,通过改进立交河道计算单元的拓扑关系和退水闸模拟方式,建立了渠道一维、溃口流量及两岸二维同步耦合计算的溃堤洪水淹没模型。以某大型人工输水渠道典型高填方段为例,分类对比分析了不同溃口宽度、关闸时间和退水闸是否启用等共12种情景下的洪水淹没特征变化。结果表明:溃口宽度的增加对溃决洪水淹没范围和程度的影响较小;关闸时间越早,越可以有效减少淹没区的面积和水深,且在3h内效果更明显;当地形和构筑物条件有利于洪水扩散时,及早关闸对淹没范围的减小幅度更大;在洪水不容易扩散的区域,及早关闸对淹没水深的减小幅度更大;退水闸启用后对淹没的减轻作用与退水闸和溃口之间的相对位置和距离有关,位于溃口上游且距离越近时越有效。研究可为大型人工输水渠道制定或完善相应应急预案提供基本的手段和依据。

光照、流速和水温对大型人工输水渠道自净影响

以南水北调中线总干渠为对象,通过实验室模拟培养测定污染物降解系数,分析了光照、流速和温度对渠道自净能力的影响.结果显示,避光和光照条件下,高锰酸盐指数的降解系数分别为0.026和0.022d^(-1),无显著性差异(P>0.05);氨氮的降解系数分别为0.006和0.012d^(-1),差异极显著(P<0.01).各流速条件下高锰酸盐指数降解系数分别为0.027d^(-1)(0.2m/s)、0.029d^(-1)(0.3m/s)、0.029d^(-1)(0.4m/s),氨氮降解系数分别为0.014d^(-1)(0.2m/s)、0.017d^(-1)(0.3m/s)、0.018d^(-1)(0.4m/s),不同流速之间无显著性差异,但均显著高于0m/s实验组(P<0.05).各温度条件下高锰酸盐指数降解系数分别为0.014d^(-1)(10℃)、0.018d^(-1)(15℃)、0.022d^(-1)(20℃)、0.029d^(-1)(25℃)和0.031d^(-1)(30℃),25~30℃差异不显著(P>0.05),其他各温度梯度之间均存在显著性差异;氨氮降解系数分别为0.002d^(-1)(10℃)、0.003d^(-1)(15℃)、0.010d^(-1)(20℃)、0.012d^(-1)(25℃)和0.020d^(-1)(30℃),10~15℃、15~20℃和20~25℃差异不显著,其他温度梯度之间均具有显著差异.高锰酸盐指数和氨氮的温度校正系数θ值分别为1.047和1.079.研究结果可为中线工程水质管理提供依据.

人工输水影响下塔里木河下游阿拉干断面幼龄胡杨胸径变化

以塔里木河下游12次人工输水的生态效益评估为长远目标,利用阿拉干断面2005、2010年的胡杨(Populus euphratica)荒漠河岸林生态调查数据,分析了距河道50 m以内的345棵幼龄胡杨(胸径≤4 cm)的生长量和株数在不同时间和空间尺度上的变化,探讨了幼龄胡杨株数增减原因和胸径生长对人工输水的响应。结果表明:2005年实测幼龄胡杨株数为345棵,到2010年,其中42.61%的胡杨胸径增长明显,36.23%的胡杨胸径增长不明显,14.20%的幼龄胡杨在河道疏通工程中消失,6.96%的幼龄胡杨由于缺水而枯死。2005年的幼龄胡杨株数占总胡杨的比例为16.91%,2010年比例增加到31.17%。在时间尺度上,随着应急输水次数和累计输水量的增加,幼龄胡杨胸径生长量和株数显著增多。在空间尺度上,随着距河道距离的增加,幼龄胡杨的胸径生长量和株数呈现递减趋势,胸径生长量与距河道距离之间的对数相关性较高(R2=0.728 1),幼龄胡杨株数和距河道距离的多项式相关系数为0.7531。

基于GIS的大型人工输水渠道供水调度管理系统

大型长距离人工输水渠道供水调度是一个非常复杂的问题。提出基于地理信息系统技术,采用线性参考系统和动态分段技术建立大型人工输水渠道空间数据库,同时与工程水量分配模型、输水调度模型、工程报警模型相结合,在GIS可视化环境中建立供水调度管理系统,实现工程供水调度管理,并以南水北调中线工程京石段临时供水调度为例进行了应用。

人工输水对区域白刺群落结构及数量特征的影响

白刺是青土湖分布面积较大的自然群落类型,以青土湖输水区域的白刺群落为研究对象,探究该地区输水后对白刺群落结构及数量的影响,确定生态输水及水面形成过程中白刺群落的分布格局及其生态响应.通过野外调查,绘制白刺群落种-面积曲线,确定最适样方面积,获取输水前后白刺群落的变化情况,确定生态输水及水面形成过程中白刺群落的分布格局及生态影响,为合理地评价生态输水作用提供科学依据.

利益相关者对塔里木河下游人工输水工程效益和意义的认知分析

通过问卷调查方法,探讨了塔里木河下游农二师31、34和35团居民对人工输水工程效益的认知、态度以及对节约用水措施实施的支持率,总共300份问卷。结果表明:被调查者中有61.12%了解人工输水工程;88.18%支持该工程继续实施;75%认为人工输水后当地生态环境有了显著好转;84.79%认为节约农业用水是输水工程的重要部分,极力支持;75.68%对于目前的水灌溉系统表示满意。根据被调查者基本信息,使用SPSS软件Logistic二元回归模型进一步分析被调查者基本信息与支持人工输水意愿之间的关系。结果表明:被调查者支持人工输水工程的意愿主要受文化程度、职业和家庭月收入等因素的影响。本研究结果可以为人工输水今后的优化及可持续性提供咨询与建议。

生态输水对青土湖白刺灌丛沙堆土壤养分的影响

为了探讨人工输水影响下青土湖白刺灌丛沙堆土壤养分的空间分布特征,对距水面不同距离、不同土层的白刺灌丛沙堆土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾、pH和电导率进行了观测研究。结果表明,由于水面形成干扰,土壤溶液电导率、全氮、速效钾、全钾、速效磷、全磷、有机质在距水面50m和250m处达到最大值,较平地距水面距离的各养分最大值向水缘推近了50m;白刺灌丛沙堆不同土层的土壤养分含量变化明显,总体上是表层的养分最高,并呈现随土层深度增加而减小趋势,但差异不显著(P>0.05);青土湖水面的形成,使白刺灌丛沙堆土壤养分上移在土壤表层聚集;土壤有机质与全氮、全磷、速效钾、电导率间呈显著正相关;电导率和全氮、全磷、速效钾间呈极显著正相关。

输水影响下胡杨胸径生长量时空变化

以塔里木河下游14次人工输水对荒漠河岸林修复过程的生态效益评估为长期目标,利用近10 a在塔里木河下游阿拉干断面的大量野外调查数据,探讨了胡杨胸径在不同时间和空间尺度上对人工输水的响应。结果显示,随着输水次数和输水量的稳步增加,河道两边地下水位逐渐抬升,胡杨胸径生长量明显增大;但是,由于不同年间输水次数、输水季节和输水量有差异,各年间胡杨胸径生长量呈现出不同的增加趋势,胸径生长量与河道输水量大小相互对应,累计输水量与胸径生长量成正比,两者之间的指数函数模型拟合度为0.928。随着离河道距离的增加,地下水位抬升不明显,胡杨胸径生长量也逐渐变小,胸径生长量与离河道距离之间的回归模型拟合度为0.965,离河道距离与胸径生长量成反比。离河道距离与不同胸径级胡杨胸径生长量之间的回归模型拟合度(以胸径级增大的趋势)分别为0.876,0.879,0.849和0.837;与胸径级增大的趋势耦合。由此得出,胸径级大的胡杨胸径生长量随离河道距离的变化差异没有比胸径级小的胡杨大,说明胡杨胸径级越大(即胡杨进入老龄阶段),其胸径生长量与地下水埋深之间的关系则不明显。

旱区荒漠封闭湿地植被对生态输水的响应

旱区荒漠封闭湿地植被水分来源、土壤含水率和种群分布受荒漠区季节性输水的干扰而呈现一定的延时响应特征。本研究通过测定与输水面不同距离的样地植被茎秆水中氘氧稳定同位素组成,解析不同水源对白刺(Nitraria tangutorum)种群吸水的贡献率,分析植被水分来源的变化特征及生态输水前后白刺种群的响应特征。结果表明:(1)距水面200 m以内的白刺灌丛土壤水分随样地与水面距离的增加而减小。(2)与河道不同距离的样地白刺种群的吸收水层位在人工输水前后和降水前后呈现出不同的响应特征。(3)同一输水年份,各监测样地的白刺种群频度会随着样地与水面距离的增近而降低;在多年输水累积影响下,发生旱生植被群落向喜水植被群落的转变。

青土湖水面形成对区域典型植被分布的影响

腾格里沙漠与巴丹吉林沙漠在石羊河尾闾湖——青土湖区域逐渐形成合围之势,因此向青土湖输水和形成水面对促进区域植被恢复和环境整治具有重要意义。利用2010、2011、2013年不同年份的高分辨率遥感影像资料和研究区的调查资料,通过面向对象分类遥感分类方法对水面和植被类型面积进行了统计分析。结果表明:连年输水形成叠加效应,人工水面面积成倍增加,区域地下水位快速上升。随着水面的形成与变化,芦苇(Phragmites australis)趋水分布,但连片分布格局滞后于水面形成,临接水域的白刺(Nitraria tangutorum)大面积消失。人工水面影响区域生态环境,导致区域典型植被面积随之变化。