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地球环境研究所揭示降水异常与筑坝对地表水-地下水相互作用的综合影响
【发布时间:2024年06月17日 】【来源:中科院地球环境研究所】

地表水和地下水相互作用密切,受地形地质、气候及人类活动等多种因素影响,其转化模式在时空上呈现出显著变化。以往研究多关注极端气候或筑坝对水文过程的单独影响,两者的耦合效应尚不清楚。汾河流域地处干旱-半干旱区域,水资源相对匮乏、降水季节变化显著,区域内有多座闸坝和大中型水库,成为研究降水异常与筑坝复合效应的代表性流域。

中国科学院地球环境研究所肖军研究员与西北农林科技大学、荷兰瓦赫宁根大学等单位合作,通过水化学和氢氧同位素分析,系统揭示了降水异常与筑坝复合效应下汾河流域地表水-地下水的相互作用机制。研究结果表明:(1)汾河流域的地表水-地下水相互作用模式主要以地下水补给地表水为主(图1)。2)降水异常和筑坝显著影响了流域地表水-地下水的相互作用模式。筑坝显著促进河水渗入地下水,入渗比率在闸坝区域高达78%,并改变了闸坝前后水交换的空间分布规律;降水异常增强了地表水-地下水相互作用的年际变异,弱化了其年内季节变异。3)与丰水年(2021)相比,枯水年(2019)地下水对河水的贡献率增加了47%图1)。4)降水异常促使人为加强水文调控,两者共同影响蒸发作用、补给过程以及水力停留时间,最终显著改变了地表水-地下水相互作用动态2)。5)闸坝对于地表水-地下水相互作用的影响主要局限于局部河段,而降水异常则在流域尺度上产生了更广泛的影响。

上述研究成果发表在国际学术期刊Science of the Total Environment上。该研究得到国家自然科学基金项目(42071043)、中国科学院战略性先导科技专项(XDB40050502)、陕西省杰出青年科学基金项目(2020JC-030)的联合资助。

全文详见:Xia, Y., Xiao, J.,* van der Ploeg, M., Wang, W.Z., Li, Z*. Combined effects of precipitation anomalies and dams on streamwater-groundwater interaction in the Fen River basin, China. Science of the Total Environment, 2024, 929, 172704.

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.172704

图1 汾河流域地表水-地下水交换比率的空间分布特征(a)及河段统计(b)

图2 汾河流域降水异常和筑坝对地表水-地下水相互作用影响的概念模型

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