三江平原建三江地下水位下降区地面形变监测、评估与预测

三江平原地下水开采量随着水稻种植规模快速扩张而大幅增加,2021年水位相对1980年下降5~12 m,是否因此引发地面形变甚至地面沉降成为社会关注的问题。采用二等水准测量方法和比拟法,分析研究了三江平原建三江垦区地下水位降落漏斗地面形变现状与发展趋势及危险性。研究表明,研究区50个二等水准测量点2019—2021年连续3期测量数据对比发现,地表垂向形变量整体较小(最大-18.00 mm,平均变化速率-4.6 mm/a)。预测到2040年,地下水位降落漏斗中心水位埋深由2021年的19.88 m降至25 m左右,考虑到研究区“上粘下砂”的二元岩性结构,地下水位下降疏干的地层位于浅上部且厚度有限,地面沉降量仍较小,地质灾害发育程度弱、危险性小。本研究不仅回应了社会关切,也为进一步开展相关研究奠定了基础。

建三江农垦分局湿地植物群落分类和排序

采用双指示种分析(Two Way Indicators Species Analysis,TWINSPAN)和除趋势对应分析(Detrended Corre-spondence Analysis,DCA)方法,对位于三江平原的建三江农垦分局内的湿地植物群落的数据进行群落数量分类和排序。调查的86个样地中共发现49科133属226个物种;TWINSPAN将样地划分为8种群丛,将优势物种划分为8组,分类结果可以在DCA排序图上很好地反映出来,且优势物种的分布格局很大程度上决定了群丛的分布格局;DCA的前两个排序轴提供了23.5%的信息量,其中第一排序轴提供了14.5%的信息量,主要反映出样地水分条件的变化;样地的排序结果反映了植物群落类型与环境因子之间的关系。

三江平原地下水流场演化趋势及影响因素

近年来,三江平原部分区域地下水位呈持续下降的态势,引起广大学者和相关部门的高度关注,为了查明三江平原地下水流场时空演化规律,揭示其主要影响因素,以三江平原1980年72组及2019、2020年同期1092组地下水位统测数据和44组国家地下水监测数据为基础,应用ArcGIS插值分析、栅格代数运算、对比分析等方法,查明了三江平原地下水流场时空演化特征,阐明了不同影响因素对地下水流场演化的控制作用。结果表明:与1980年相比,三江平原地下水位整体呈下降趋势。西部平原区地下水位累计降幅1~5 m的区域面积2.6×104 km2;东部建三江垦区累计降幅大于5 m的区域面积为1.17×104 km2,其中,累计降幅大于10 m的区域面积为3400 km2,地下水位年均降幅约0.29 m。地下水开采引起地下水流场变化,“西砂、东黏”的水文地质条件促使区域地下水降幅的时空演化差异;水田种植规模的不断扩大引起地下水超采,浅地表黏土层阻挡降水入渗补给,地下水无法实现以丰补欠自平衡,造成了建三江垦区地下水位的持续下降。本研究成果为进一步查清三江平原地下水变化规律和现状特征奠定了基础,为科学指导地下水资源合理开发利用和管理提供了技术支持。

建三江平原土地利用变化遥感检测

针对利用综合性变化检测方法(Comprehensive Change Detection Method,CCDM)检测湿地动态变化效果不够理想的问题,结合研究区具体情况对CCDM方法进行改进,并利用改进的CCDM方法,对建三江平原土地利用变化进行检测。利用差归一化湿度指数(differenced Normalized Difference Moisture Index,dNDMI)替代差火烧指数(differenced Normalized Burn Ratio,dNBR)来改进CCDM方法,同时基于知识规则集成模型结果,从而实现对研究区的变化检测。最后,通过对变化区域进行目视解译,更新得到2014年的建三江平原土地利用图。研究表明,利用dNDMI代替dNBR指数的CCDM方法对于检测湿地区域的动态变化效果较好,尤其是对于水田动态变化较剧烈的地区。

区域农业水土资源复杂适应系统配置研究——以三江平原为例

针对三江平原农业用水、用地结构不合理,难以发挥系统最大效能问题,以农垦建三江分局2011年数据为基础,运用复杂适应系统的思想,构建了三江平原农业水土资源复杂适应性配置模型,并对不同地下水开采方案下的农业水土资源优化配置进行了演化分析。结果表明:随着地下水开采量的增加,农业产值和粮食产量都有所增加,生态面积在一定范围内有所减少。随着地下水开采量的减少,其高效利用的土地面积会随之减少,造成大量的土地不能有效得到利用,严重阻碍了区域水资源与土地资源的耦合与当地经济的发展,上述非线性关系以及各子系统对水量变化敏感程度的不同正是其适应性的表现。研究成果对于指导三江平原科学合理的开发利用农业水土资源,提高农业水土资源的利用效率具有重要的理论和实践意义。

近似熵在三江平原地下水埋深序列复杂性分析中的应用

在高强度农业开发、气候等因素影响下,三江平原地下水资源系统越来越具有复杂系统特征。为此,以建三江分局为例,采用近似熵方法对建三江分局7个生产队的地下水埋深序列复杂性进行了测度分析。结果表明,各地下水埋深序列的复杂性排序为:前进农场4队>七星农场69队>前进农场22队>八五九农场1队>八五九农场26队>前进农场11队>八五九农场21队,地下水开采是影响地下水动态变化的关键因素。研究成果揭示了当地地下水资源复杂动力系统本质,为建三江分局乃至整个三江平原地下水资源科学管理提供了决策依据。