我院黄峰副教授团队在干旱区绿洲生态输水效应评价及输水量优化研...

2021-12-06 110

我国西北干旱区水资源稀缺、生态脆弱，生态输水是恢复内陆河流域中下游河岸带及尾闾受损地下水依赖型生态系统（Groundwater-dependent Ecosystems）的重要工程措施之一。科学评估生态输水的水文生态效应、确定绿洲恢复最优目标及其对应的生态输水量是绿洲水资源高效利用及生态保护的关键问题。我院黄峰副教授、博士生淳于训洲等与美国俄勒冈州立大学生态水文实验室（Oregon State University, Ecohydrology Lab）Carlos G. Ochoa副教授针对上述问题开展了合作研究，在Science of the Total Environment、Journal of Hydrology发表了题为A framework to assess the impact of ecological water conveyance on groundwater-dependent terrestrial ecosystems in arid inland river basins和Modeling oasis dynamics driven by ecological water diversion and implications for oasis restoration in arid endorheic basins的论文。

论文构建了一种融合遥感解译、时序分析、数值模拟等技术手段的地下水生态功能恢复评价技术框架（图1），依托此框架构建了生态输水驱动下的干旱区绿洲概念型集总式生态水文模型（图2）。该模型耦合了水量平衡方程、绿洲NDVI动态方程、绿洲面积动态方程和地下水蒸散发方程，以生态输水量作为模型输入，以地下水埋深、绿洲面积、绿洲NDVI作为模型输出，成功模拟了石羊河流域生态输水驱动下其尾闾青土湖绿洲地下水埋深、绿洲恢复面积和绿洲NDVI的演化过程。预测在多年时间的演变后，绿洲恢复面积和绿洲NDVI达到相对稳定状态，评估了维持不同状态所需的生态输水量。进一步将生态效益和蒸散损耗作为多目标优化对象，建立理想点法生态输水量优化模型。

根据本研究构建的生态输水驱动下的概念性集总式生态水文模型以及生态输水量优化模型，得出青土湖生态输水的生态效益随绿洲蒸散损耗水量的增加呈非线性增长趋势，最优生态输水量为0.45亿m³，绿洲恢复面积为29.16 km²，绿洲NDVI为0.41。建议将0.45亿m³水量作为每年输水量的上限，超过该阈值并不会有效增加输水效益。研究成果对有效评估生态输水驱动下的绿洲生态功能恢复，进一步调整和制定高效益低成本的干旱区生态输水方案具有重要的科学指导意义。

论文链接：

Huang, Feng, Chunyu, Xun Zhou, Zhang, Dan Rong, Chen, Xi, Ochoa, G. Carlos (2020). A framework to assess the impact of ecological water conveyance on groundwater-dependent terrestrial ecosystems in arid inland river basins. Science of the Total Environment, 709, 136155. doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.136155.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969719361510

Huang, Feng, Ochoa, G. Carlos, Chen, Xi, Zhang, Dan Rong (2021). Modeling oasis dynamics driven by ecological water diversion and implications for oasis restoration in arid endorheic basins, Journal of Hydrology, 593, 125774. doi: 10.1016/j.jhydrol.2020.125774. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002216942031235X

图1 干旱区内陆河流域绿洲地下水生态功能恢复评价技术框架

图2 石羊河尾闾青土湖绿洲生态水文模拟与生态输水优化

供稿：黄峰，编辑：何肖微，审核：雍斌，赵大勇