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大气所揭示人类取用水活动和地下水侧向流动对生态水文过程的影响

大气所揭示人类取用水活动和地下水侧向流动对生态水文过程的影响

  人类取水用水,改变土壤含水量与陆气水分能量交换,对生态水文过程有重要影响。对水资源的大规模过度开采,使地表地下水资源日趋枯竭、超采区形成地下水漏斗、干涸干旱等自然灾害频频发生,水资源不可持续利用。取用地下水引起侧向流动补给局地地下水损耗。认识和理解人类取用水活动和地下水侧向流动的作用规律,对于科学管理水资源至关重要。

  近日,中国科学院大气物理研究所研究员谢正辉和博士生曾毓金等将人类取用水方案和地下水侧向流动模型与陆面过程模式耦合,并应用于西北干旱区黑河流域为例进行模拟试验,揭示黑河全流域人类取用水活动和地下水侧向流动的生态水文效应。

  研究结果显示,人类取用水活动和地下水侧向流动共同影响着黑河流域地下水水位变化和其他相关的生态水文过程。过去十年,由于地下水抽取,黑河流域中游开采区的地下水位下降了2米左右,地下水资源的迅速消耗形成了地下水漏斗,而地表水资源由于人类大规模引水灌溉也被过度损耗。地下水侧向流动对地下水漏斗区有明显的补给拼搏在线计划作用,该作用在平原地区比在山区明显。另外在河道输水条件下,地下水侧向流动对河道两岸生态系统的生存和发展有着至关重要的作用。

  此项研究已经发表在Journal of Advances in Modeling Earth Systems Hydrology and Earth System Sciences上。

  参考文献:

  Yujin Zeng, Zhenghui Xie, Yan Yu, Shuang Liu, Linying Wang, Jing Zou, Peihua Qin, Binghao Jia. Effects of anthropogenic water regulation and groundwater lateral flow on land processes, 2016. Journal of Advances in Modeling Earth Systems. In press. doi:10.1002/2016MS000646.

  Yujin Zeng, Zhenghui Xie, Yan Yu, Shuang Liu, Linying Wang, Binghao Jia, Peihua Qin, Yaning Chen. Ecohydrological effects of stream–aquifer water interaction: a case study of the Heihe River basin, northwestern China, 2016. Hydrology and Earth System Sciences, 20, 2333-2352, doi:10.5194/hess-20-2333-2016.

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耦合模型框架示意图

 

黑河流域,中国西北第二大内陆河流域

 

  黑河流域(a)高程, (b)地形坡度, (c)100厘米土壤层侧向水导率和(d)地下水侧向流流量的空间分布,以及(e)不考虑地下水侧向流和(f)考虑地下水侧向流情况下地下水位埋深的空间分布

 

  模式模拟2003-2013年考虑人类水资源开发利用和不考虑人类水资源开发利用情况下(a)地下水位埋深,(b)100厘米土壤湿度,(c)2厘米土壤湿度,(d)产流深,(e)河道水储量,(f)陆地水储量,(g)地表温度,(h)潜热通量和(i)感热通量的差值的空间分布




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