锡林河流域地表水和浅层地下水的稳定同位素研究

2006年4—9月,在从锡林河源头沿河流进行地表水和地下水同位素样品采集和分析的基础上,利用全球降水同位素监测网(GNIP)包头站的大气降水稳定同位素资料,结合锡林河流域的气象和水文资料,对锡林河流域大气降水、地表水和地下水稳定同位素进行了研究.结果表明:地下水中δ18O和δD值分别集中在-11.7‰～-14.9‰和-80‰～-89.5‰范围内,δ18O沿地下水流向有增加的趋势,大部分地下水中δ18O的季节波动性不大;河流干流δ18O和δD的年算术平均值从源区的-12.8‰和-94.5‰到入锡林河水库处的-10.0‰和-79.3‰,差值分别约为3‰和15‰.河水中的δ18O值沿流程增加而增大的现象可归结为受含有较高δ18O值的地下水补给作用和河水的蒸发作用的共同影响,其中对δ18O蒸发富集的研究显示,蒸发引起δ18O富集值为1‰.通过地下水线(GWL)和地表水线(SWL)及区域大气降水线(LMWL)的对比分析发现,在径流季节,降水对地表水的贡献小,地下水是地表水主要的补给源,地表径流基本是地下水的排泄.

两千年来黑河流域水资源平衡估算与下游水环境演变驱动分析

利用地方史志、历史地理、树木年轮和近代器测记录相关的黑河流域历史时期人口变动、水土资源开发利用、下游湖泊变化、流域水资源和气候变化等资料,通过对比上游出山水资源量、中游人类活动水资源利用量和下游湖泊面积变化,在千年-百年时间尺度上对流域水资源平衡进行了估算,并分析了历史时期各阶段下游湖泊水环境和天然绿洲演变过程和驱动机制.研究结果表明:在黑河流域,气候变化条件下的上游山区水资源总量和中游走廊平原区绿洲人类活动用水后下泄的水资源量,决定了下游水环境演变过程;在两千年来显现出不同历史阶段的流域水资源平衡模式和下游水环境演变特征,以及气候变化和人类活动在不同历史时期的耦合驱动机制.

黑河下游河岸林植物水分来源初步研究

通过分析黑河下游极端干旱区荒漠河岸林植物木质部水及其不同潜在水源稳定氧同位素组成(δ18O),应用"同位素质量守恒多元"分析方法初步研究了不同潜在水源对河岸林植物的贡献。结果表明:在黑河下游荒漠河岸林生态系统,在河水转化为地下水和土壤水及水分在土壤剖面再分配的过程中均存在强烈的同位素分馏。对植物水δ18O而言,胡杨、柽柳和苦豆子的δ18O分别为-6.43‰、-6.28‰和-6.61‰,较苦苣菜(-5.14‰)和蒲公英(-5.52‰)明显偏负。柱状频率图显示胡杨最多能利用93%的地下水,柽柳最多利用90%的地下水。而苦豆子97%水分来源于80cm土层范围内的土壤水。除0～20cm土层内的土壤水外,苦苣菜和蒲公英可能还有其他潜在水源。即在黑河下游天然河岸林乔木和灌木较多地利用地下水,而草本植物仍然以地表水为主。

流域生态水文过程与功能研究进展

探讨流域生态系统与水文过程耦合关系及水文机理是当今水科学的前沿问题。通过阐述流域生态水文过程与生态水文功能的国内外研究进展,同位素技术在生态水文研究方面的应用进展。提出了应用同位素技术、水化学方法与景观格局分析法相结合来研究流域不同景观带水文过程及生态水文功能,来探讨不同生态系统与水文过程的耦合关系及水文机理,开展流域地下水-土壤-植被作用层水文过程研究。最后展望了今后的研究趋势和重点研究工作,指出了未来的发展方向。

气候变化对黑河流域典型作物灌溉需水量的影响

为研究气候变化对作物灌溉需水量的影响,在假定未来气温上升0.5-4℃,降水增加10%-30%的条件下,研究了黑河流域主要作物在不同种植条件下的作物需水量及灌溉需水量的变化。结果表明,生长期内气温每升高1℃,区域内小麦净作、玉米净作和小麦与玉米间作方式下作物需水量将分别增加3.1%（15.5 mm）、2.8%（18.5 mm）和3.0%（25.6 mm）,黑河流域中游每年将增加灌溉量0.15×108m^3,相当于国家给黑河干流区分水量的2.4%;降水每增加10%,灌溉需水量将分别减少1.9%（7.8 mm）2、.3%（12.4 mm）和1.8%（12.8 mm）。

黑河中游临泽绿洲农田土壤有机质时空变化特征

土壤有机质是表征土壤质量的一个重要指标，持续稳定的有机质含量是土壤维持生产能力的基础。土壤有机质的动态演变可以表征土地利用和管理水平。结合地理信息系统，运用地统计方法研究了黑河中游的临泽县绿洲农田20多年来土壤有机质含量的时空变化特征。结果表明：（1）1982年0～20cm耕层土壤有机质含量平均为12．78±4．38g／kg，2008年平均为13．76±4．02g／kg；从1982—2008年，有机质含量总体有所上升。（2）两个时期的土壤有机质的实验变异函数值与理论变异函数拟合均较好；克立格插值和不同时期的有机质空间分布图叠加运算表明，由于人为活动的影响，土壤有机质的结构性空间变化程度有所减弱。（3）临泽县土壤有机质含量和变化具有一定的区域性特点：南部的山前平原地区土壤有机质含量较高，呈现上升趋势；中部地势低下的区域土壤有机质相对较高，由于农田面积扩大，有机肥供应不足而下降显著；北部绿洲与戈壁交错带土壤有机质偏低。总体来看，临泽县土壤有机质含量有所上升，但局部地区的有机质发生了下降。为了防止局部区域土壤有机质下降引起土壤退化，应该采取加大有机肥投入和实施秸秆还田等措施。

黑河中游山前平原区退耕地土壤有机碳库特征

采用野外调查测定、野外定位研究和室内分析相结合的方法,在黑河中游山前平原区选择邻近相同海拔和土壤类型的退耕(退耕1 a、5 a、10 a)造林地为研究对象,研究了山前平原区退耕地不同退耕年限的土壤碳动态,结果表明:退耕1 a、退耕5 a、退耕10 a和退耕造林地的土壤有机碳含量变化分别为16.89 gC/kg,8.24 gC/kg,8.56gC/kg和9.98 gC/kg,平均土壤有机碳密度分别为8.05 kg/m2,4.78 kg/m2,5.02 kg/m2和6.52 kg/m2。平均土壤有机碳周转时间分别为23 a,25 a,26 a和33 a;不同植被类型土壤CO2通量依次为退耕1 a土壤530.8 gC/(m2.a);退耕5 a土壤316.9 gC/(m2.a);退耕10 a土壤266.1 gC/(m2.a);退耕地造林(杨树林)286.9 gC/(m2.a)。同一类型退耕地中,土壤有机碳含量和土壤碳密度随土壤深度增加而降低,而土壤有机碳周转时间则随深度增加而增大。

张掖市农户对灌溉水价承受力分析

从支付能力和支付意愿两个角度,分析了黑河流域张掖市农户对水价的承受力。采用条件估值法计算,得到农户对灌溉水价的平均支付意愿为1 027.5元/hm2,低于2006年的实际平均水价1 140元/hm2,表明农户对水价的承受力不高。对水费在农业投入产出中的比例进行分析,以及与国内外的农业水价对比表明:2006年的水价实际上处于农户的支付能力之内。这说明农户承受力低的主要原因在于支付意愿低,而造成农户不愿意支付较高水价的因素有农户收入低和农业用水管理不透明、农户对供水成本不了解两方面。

基于可计算一般均衡模型的张掖市水资源调控模拟研究

引入可计算一般均衡模型作为张掖市水资源调控研究的基础工具,模拟计算了张掖市将种植业部门生产规模和产品输出调控在不同水平时的社会经济运行情况。结果表明:现有生产条件下,缩减种植业部门产品的生产或向外输出均有利于国民经济生产中水资源的优化配置,并促进张掖市社会经济的发展;相对于控制种植业部门的生产规模来说,控制种植业部门产品的向外输出水平不仅能使张掖市取得更好的社会经济效益,而且还能从经济生产用水中节约出7 746.82×104m3的水资源,可用于张掖市社会经济生活的消耗或黑河流域中下游的生态环境建设。

天山南坡科其喀尔冰川流域水化学侵蚀及大气CO_2沉降量分析

2004-06-21～2004-09-10对天山南坡科其喀尔冰川作用区河水、大气降水及冰川进行水化学采样和分析实验,计算了地壳源物质的化学侵蚀率和大气CO2沉降量.分析结果表明,大气降水中溶质补给率平均为60.7kg.(km2.d)-1,占流域总溶质通量791.2kg.(km2.d)-1的7.7%.冰川冰中溶质因冰溶解作用补给河水中溶质的补给率平均为60.2kg.(km2.d)-1,占7.6%.地壳源水化学侵蚀率为558.0kg.(km2.d)-1,占70.5%,是河水中可溶性离子的主要来源.其中,流出SO24-总通量为171.1kg.(km2.d)-1,主要来源于地壳水化学侵蚀补给,占90.6%,其次是大气降水补给,占5.6%;流出HCO3-总通量为308.9kg.(km2.d)-1,其中硫化物氧化作用导致碳酸盐水解补给的HCO3-为84.2kg.(km2.d)-1,在吸收大气CO2引起的碳酸化作用过程中,源于大气CO2的HCO3-与源于碳酸盐的HCO3-相等,均为112.3kg.(km2.d)-1,相当于暂时性吸收大气CO2通量为81.0kg.(km2.d)-1,占流域总溶质通量的14.2%.利用碳酸盐水解法计算的地壳溶质侵蚀通量为641.1kg.(km2.d)-1,比前者利用物质平衡原理计算过程中考虑与不考虑大气CO2沉降的结果分别相差14.9%和4.4%.本研究对于评估我国西部资料匮乏的冰川区的水化学侵蚀和冰川区对碳循环的贡献具有重要的示范意义.

锡林河流域地表水痕量元素的时空分布

为更好地理解锡林河流域水文循环过程,在2006～2008年锡林河主要径流期内13个河水断面(10个位于锡林河干流,3个位于3条支流)取得的248个水样,应用高分辨电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)进行了Al、As等20种痕量元素的分析测定,利用分析结果对流域内痕量元素时空分布特征进行了分析.结果表明,锡林河河水中痕量元素平均质量浓度大部分在0.1～10μg.L-1之间;大多数痕量元素浓度值介于大气降水和地下水之间,并且十分接近地下水浓度,说明地表水同时受大气降水和地下水补给并主要依靠地下水补给.时间上,地表水痕量元素年内、年际变化均不大,就年内而言,大部分元素浓度变化在4、5月较大,7、8月较小;大部分元素在2007年间浓度略小.在空间上,从上游到下游,大多数痕量元素浓度呈上升趋势,地下水的补给、河水的蒸发等造成了元素富集的变化.

ENSO循环对中国西部祁连山区气温、降水和出山径流的影响(英文)

根据有关水文气象台、站的观测资料,分析了El Nino事件与祁连山区气温、降水的对应关系,研究了祁连山区出山径流对EI Nino现象的响应。结果表明,EI Nino现象对祁连山区的气温、降水和径流的影响随着发生时间和地段的不同而不同。EI Nino事件发生之年,整个祁连山区均出现气温偏高、降水减少及径流偏枯的现象,尤以东段和中段最为明显。El Nino事件次年,祁连山区东段和中段气温偏高、降水减少及径流偏枯的程度不如ElNino事件当年那样显著,而西段的气温、降水及径流与El Nino事件则无明显关系。

民勤地下水水化学特征和矿化度的时空变化

为了遏制民勤生态环境恶化的趋势,促进石羊河流域经济社会的可持续发展,当地政府2001年和2006年分别开始实施了关井压田节水措施和石羊河下游放水工程.以此为背景,于2008年采集65个民勤地下水水样,对地下水中的主要离子含量进行测试分析,利用传统的统计学分析方法研究了地下水的水化学特征.结果表明,民勤地下水中SO42-、Cl-、HCO3-、CO32-、Na+、Mg2+、Ca2+和K+浓度分别为(921±1 042)(、241±211)(、282±123)、(4.7±11.7)(、468±599)、(156±166)(、142±89)和(17.6±34.5)mg/L,沿地下水水流方向,它们的浓度均呈现增加的趋势.2008年民勤地下水矿化度为(2.2±1.9)g/L;地下水的类型主要属于SO42--Cl--Na+-Mg2+型水.地下水中NO3-的平均浓度为(8.1±9.9)mg/L,有1.54%的水样中硝态氮含量超过了国家一级饮用水标准.结合2002年和2005年同期的矿化度资料,利用地统计学方法,对民勤2002年以来矿化度的时空变异规律进行了研究.矿化度的Kringing插值结果表明,在空间分布上,矿化度呈从南到北逐渐升高的格局;在时间变化上,对南部区域,2005年矿化度较2002年有所上升,2008年较2005年有所下降;北部区域变化情况则相反.单一的节水措施对地下水没有明显改善作用,石羊河放水加大了红崖山水库的储水量,对民勤地下水有较好的改善作用.

黑河中游绿洲农田土壤速效养分的时空变化特征

2008年,对黑河中游临泽县1982年第二次土壤普查时有详细取样记录的287个样点进行了取样,测定了耕层土壤(0-20cm)中碱解氮、速效磷和速效钾含量,分析20多年来土壤速效养分的时空变化。比较2个时期土壤养分含量,碱解氮、速效磷和速效钾平均含量分别增加了5.5、22.4和42.0mg·kg-1;配对样本T-检验结果表明,2008年土壤速效养分含量比1982年有显著提高,尤其是速效磷增加了225.6%,土壤缺磷已不再是临泽农业生产中的主要限制因子。两个时期速效养分的Kriging插值图叠加结果表明,3种速效养分的空间分布特征发生了不同程度的变化,具有明显的地域性特点。速效磷和速效钾的空间异质性显著增加,变程分别从1982年的21.96km和80.34km减小到2008年的2.46km和2.13km。人为活动对土壤性质的影响不断提高,使得土壤的空间异质性增加。研究结果可为临泽县以及黑河中游绿洲农田土壤质量的综合研究和管理决策提供依据。

改进型BP神经网络对民勤绿洲地下水位的模拟预测

以具有代表性的民勤绿洲为研究对象,以Matlab7.0为工作平台,对沙漠绿洲地下水埋深预测的三层前馈神经网络(BP神经网络)进行了改进。输入端因子选取民勤绿洲逐月灌溉量、红崖山水库下泄水量、月降水量、月蒸发量(Φ20 cm)、月平均气温、时间序列6项,输出因子为民勤绿洲地下水位。通过在模型的输入层增加时间序列引导因子的方法使BP神经网络对输入端数据具备时间敏感性;通过Levenberg-Marquardt算法使网络误差最小化,并配合Bayesian正则化使网络的误差平方和、网络权重以及阈值平方和实现最优组合,最后使用相关系数、相对误差、效率系数等指标对模型的模拟结果进行检验。结果表明,通过以上一系列改进可以有效提高模型的模拟精度,增强模型的稳定性,并使模型具有良好的"泛化性"。