植被恢复和气候变化对汾河源区径流及其组分的影响

近年来,黄河中游许多流域径流量呈现减少的趋势,这与区域大规模的植被恢复密切相关。但是,汾河源区径流量却呈现了增加的相反趋势,有关变化环境对该区域径流及其组分的影响机制尚不明晰。因此,研究选取汾河源区北石河流域为研究区域,利用9种数值模拟法对1962—2018年河川径流进行分割并分析其适用性,采用Mann-Kendall检验法和累积距平法对径流、地表径流及基流进行了趋势分析和突变检验,评价了植被恢复和气候变化对径流及其组分的影响。结果表明:(1)在9种数值模拟法中,Lyne-Hollick滤波法的估算精度相对较高,其日基流过程线能较好地反映基流的滞后性和稳定性,因此更适用于研究区的基流估算;(2)流域多年平均径流深、地表径流深、基流深和基流指数分别为181.2 mm、67.4 mm、113.8 mm和0.68,基流是径流的主要组成部分。流域年径流和年地表径流均呈现不显著的增加趋势,而年基流呈现显著的增加趋势,基流的增加是径流变化的主要直接原因,三者的突变时间均出现在1994年左右;(3)降水的变化引起了径流、地表径流及基流的增加,降水增加是径流变化的主导因素(贡献率为78.1%—79.4%),而植被恢复引起了径流和基流的增加以及地表径流的减少,其主要原因在于植被恢复能够促进降水入渗,减少地表径流,同时北石河流域的土壤和地貌条件使增加的降水入渗量更多地形成了基流,植被恢复的基流增加效应超过了地表径流减少效应,从而最终增加了径流总量。研究结果可为汾河源区植被合理恢复及水资源可持续利用提供科学依据。

汾河源区雷鸣寺泉流量预测与水环境特征分析

为加强汾河源区内水资源与水环境研究工作,本文构建了雷鸣寺月泉流量的灰色GM(1,1)预测模型,采用单因子评价法、综合污染指数法及内梅罗污染指数法,对汾河源区水源地水质状况进行分析评价。结果表明,雷鸣寺泉流量稳定在0.028~0.391m3/s,年内月平均流量最大值与最小值分别出现在7月与12月。源区内北石沟、大庙沟与雷鸣寺下游水质均未达到水功能区水质标准,水环境受到污染。研究成果可为区域优化水资源配置提供理论支撑。

汾河源区不同景观带表土粒度与地球化学元素组成分析

基于ArcGIS,将汾河源区景观带谱分为亚高山草甸带、针阔叶林带、灌丛荒草带和河流两岸农田耕作带等4个类型,并对不同景观带表土沉积粒度和地球化学元素进行了初步分析。结果表明汾河源区表土沉积物以粉砂为主,辅以一定数量的极细砂和粘土,细砂和中粗砂含量较低;总体上沉积物分选差,呈正偏和极正偏的分布,峰态中等到尖窄;沉积物沉积环境复杂多样,风成、海相/河流沉积并存,与区域地质构造运动、风成物质堆积和河流发育有着密切的关系。地球化学元素分析发现该区表土沉积以SiO_2、Al_2O_3、Fe_2O_3为主,与上部陆壳(UCC)和中国黄土(CL)相比具有显著的同源性;而Ca和Mg等活动性元素则随海拔高度影响的降水变化呈现明显的垂向差异;沉积物化学风化基本处于脱Ca和Na的初级阶段,属寒冷干燥条件下的低等化学风化。研究旨在揭示沉积物粒度特征和地球化学行为,为进一步认识汾河源区生态环境变化提供理论基础和数据支撑。

汾河源区不同景观带水文过程研究

目前水源区景观带尺度水文过程机制研究还非常薄弱.针对山西汾河流域水环境恶化,迫切需要解决的水问题.应用同位素示踪、水文地质勘察、水化学信号等研究方法,揭示汾河源区景观带尺度水文过程机制.结果表明,汾河水源区亚高山草甸带与中高山森林带是汾河源区主要径流形成区,而疏林灌丛带与山地草原带在时间上滞后了雨季降水的汇集.源区径流主要由降雨、地下水、积雪和冻土融水混合补给.流域内降水很少直接产生地表径流补给河流,而是经过各景观带下渗,转换成壤中流、孔/裂隙水或地下径流,最终汇入河道,完成"补径排"水文过程.这一研究可为汾河流域水环境恶化的遏制提供科学依据与参考,以期实现山西清水复流和生态环境的全面修复.