渭干河流域水文过程与非点源溶质运移耦合模拟及水资源利用安全范式

Water shortage is a major problem in arid Areas facing in Northwest China, which seriously constraint the northwest region industrial and agricultural production, economic development and to improving ecological environment. In this study, the spatial and temporal evolution of hydrological processes and water environment in Weigan River Basin selected as a research objects, a detailed analytical study of the relationship between climate change - human activities - hydrology and water resources - ecological environment in Weigan River Basin. The main research content in this thesis is as follows: The remote sensing inversion algorithm methods will be used to make the hydrological database of Weigan River Basin, And establishing a "satellite remote sensing - ground monitoring - numerical calculation" integrated multi-dimensional hydrological data acquisition platform, developing a coupled surface water - groundwater model under the environment changing conditions to evaluating and predicting the regional hydrological process in Weigan River Basin, in the finally, establishing a multi-factor coupling model of hydrology-water quality and water ecology based on the regional watersheds and water environment conditions, And quantitative calculating to evoluting the driving factors and stress factors of hydrological water environment, and also the evaluation and prediction of hydrological water environment in the basin. The results of this study will provide the scientific and theoretical basis the rational allocation and safe utilization of water resources in this river basin.

水资源短缺是我国西北干旱地区面临的重大问题，也是西北地区工农业生产、经济发展和生态环境改善的制约因素。本项目以渭干河流域水文水资源与水环境时空演变规律为研究对象，拟对渭干河流域气候变化-人类活动-水文水资源-生态环境之间的响应关系进行系统科学的研究。具体内容包括：采用遥感反演算法制成渭干河流域水文数据库，并且构建“卫星遥感-地面监测-数值计算”一体化的多维水文数据获取平台，在变化环境下对渭干河流域地表水-地下水进行联合模拟与预测，最后创建基于水文-水质-水生态多要素耦合的流域水环境系统模型，并对流域水文水环境演变驱动因素和胁迫因子进行定量、定位计算，以及流域水文水环境评价与预测，以期为流域内未来水资源合理配置和安全利用提供理论借鉴。

绿洲承担着干旱地区最主要的人口、经济、生态、环境及各种能量与物质交换与传递发生的载体功能，绿洲的兴衰与水资源有着密切的关联，水资源的水质、水量、赋存状态及埋藏深浅对绿洲农业、植被结构及人类生活有着莫大的关联，急需一种或几种方法的耦合与改进，实现对绿洲水资源各属性的监管与调控。基于此，提出了构建“遥感-监测-数值模拟计算”一体化的研究方式，以遥感数据结合野外调研改进遥感水文参数和建模方式；利用SWAT地表水文模型结合地下水Visual MODFLOW模型，改进单一模型建模的弊端，与外部遥感数据结合搭建集水质-水量-生态的理论评价体系。本项目的主要研究成果如下：地下水位深度对土壤水分和土壤盐分的影响是决定旱区自然植被分布和变化的最重要的环境因子。地下水埋深在1 m以下和6 m以上时，自然植物种群出现频率降低10%，土地沙漠化和盐渍化程度更严重，盐渍化控制的地下水水位阈值约为1 m，生态预警阈值变化约为5 m, 地下水支持下的自然植被生长的首选地下水位在2 ~ 4 m之间；面源污染的研究发现，重金属（Zn , Cr , Pb , Cd , Hg，As）赋存的载体体现出植物（0～1832.18 µg•kg-1）＞水体（0～188.53 µg•L-1）＞土壤的特征（0～70.58µg•kg-1）的传递特征；工业污染物多环芳烃含量在6.47 ~ 56.08 ng/g之间，赋存情况表现出植物（56.63 ~ 597.28 ng/g）＞土壤（6.47 ~ 56.08 ng/g）＞水体（4.18 ~ 24.80 ng/g）。渭干河上游主要来水河流木扎提河流量在过去26a里有2.54%的降幅，研究发现温度、降水冰川对下游的给水量有很强的相关性，分别达0.937、0.660，并径流未来将持续出现减少的趋势；下游渭-库绿洲地下水埋深自1997-2015年的地下水埋深增幅达112.12%，平均增长速率为0.141m/a，地下水埋深在空间上的分布规律研究结果表示：绿洲西南部增加趋势较缓，约在0.02~0.08之间，东部增加趋势较为强烈，约在0.3~0.45之间，从西北部沿着东南方向，增加趋势逐渐变大，约在0.1~0.3之间逐渐变大，预测未来绝大部分面积地下水埋深将保持正持续性增长的趋势。以上的研究成果为渭-库绿洲内未来水资源合理配置和安全利用提供理论借鉴。