西北地区哈思山森林生态水文功能及其对水资源供给的影响

The forest in Hasishan Mountain is the only natural forest in Jingyuan Country, Gansu Province. The forest in the arid or semiarid areas of the Northwest China contributes to important ecological values by conserving water, preserving soil, and supporting wildlife. The 19 springs around the mountain are the main water source of drinking and agriculture production for the 60 thousands residences. The roles of forests in regulating the water resources are still uncertain, and the eco-hydrological properties of the forest ecosystems and their effects on spring discharge in the Hasishan Mountain are unknown. The present research is aimed to study the eco-hydrological properties of the forest ecosystems by examining the redistribution of precipitation, water holding capacity of litters and soils, and evapotranspiration of the different types of the forests. The water chemistry and isotope techniques will be applied to assess the water transportation among precipitation, soil water and ground water. The catchment areas, eco-hydrological properties, and meteorological conditions will be combined to analyze the main driving factors of the spring discharge over the past 50 years. The results will provide a basis for scientific management of the forest as well as supply information for the forest eco-hydrology in the arid or semiarid areas in the Northwest China.

哈思山位于甘肃省靖远县，属西北干旱半干旱地区。哈思山森林是甘肃靖远唯一的天然林，不仅在水土保持和野外动植物资源保护方面具有重要意义，而且其周边的泉水是当地6万多人赖以生存的宝贵水源。关于森林对水资源有何影响目前尚无定论，哈思山森林的生态水文功能及其对泉水供给的影响还不清楚。本研究拟对哈思山不同林地的降雨再分配、凋落物持水能力、土壤持水能力及林地蒸散发等方面进行研究，明确哈思山不同类型林地的生态水文功能；通过稳定同位素技术和水化学指标，分析哈思山林区降雨、土壤水和地下水的转化过程；通过对典型泉眼的流量、汇水面积、所在林地生态水文功能及气象资料的综合分析，研究过去50年来哈思山泉水的流量变化及其主要影响因素。研究结果可为西北干旱半干旱地区森林生态水文学研究提供资料，并为林区的科学管理和保护提供依据。

本研究选取西北干旱半干旱地区，水文地质条件复杂，水资源极为匮乏，但具有重要区域生态效应的哈思山林区。研究从2013年5月到2014年4月，对大气降水、土壤、泉水进行采样，利用LGR DT-100液态水同位素分析仪测定水样中氢氧稳定同位素值。研究大气降水氢氧同位素特征，确定流域内大气降水线，结合气象资料，确定降雨同位素与温度降雨量的关系。分析泉水成因，研究泉水流量的变化特征，判断泉水流量的主要影响因素。测定泉水水样中的氢氧稳定同位素值，判断泉水补给来源及影响同位素值的主要因素，认识泉水汇流机制，了解水循环特征。. 通过对哈思山流域内大气降水氢氧稳定同位素的研究，得出当地大气降水线为：δD =7.42767δ18O +17.0345。确定大气降水中同位素值的温度效应和降雨量效应，随温度的升高，同位素值增大，随降雨量的增加，同位素值减小。根据降雨的d值(氘余量)，判断降雨形成过程受强烈蒸发作用影响。.调查发现哈思山为石质山，泉水为基岩裂隙水且多为自流水，受人为开采的影响不大。于2013年5月到2015年1月，用流量计对9个采样点的泉水流量进行逐月测定，研究泉水流量的变化规律及影响因素。结果显示虽然当地大气降雨有季节性变化，但泉水流量无明显的季节性变化。泉水流量与海拔高度呈负相关关系，同时可能受包气带、土壤的持水性及汇水面积等因素的影响。. 测定了泉水水样中氢氧稳定同位素值，研究其变化规律及影响因素，判断泉水补给来源。同位素研究结果显示，氢氧稳定同位素呈现δD=5.7439δ18O-10.6535的线性关系，但没有明显的季节性变化，与降雨量和泉水流量无关；泉水的补给来源主要是大气降水，且林区受到强烈蒸发作用的影响；此外，δ18O值与泉所在海拔高度之间存在显著的负线性关系，δD值也存在一定的海拔效应，但并不显著。.总体而言，哈思山为小流域地区，水循环复杂，影响其泉水的因素较多，泉水对环境变化敏感。