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水 利 学 报

２０２３年 ２月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５４卷 第 ２期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２３）０２ － ０１９９ － ０９

石羊河流域下游天然绿洲地下水生态功能强弱周期性与机制

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崔浩浩 １，２ ，张光辉 ，王 茜 ，严明疆 ，曹 乐 １，２ ，刘鹏飞 １
（１．中国地质科学院 水文地质环境地质研究所，河北 石家庄 ０５００６１；２．中国地质大学（北京），北京 １０００８３）

摘要：西北内陆的石羊河流域下游区降水稀少、蒸发强烈，天然植被对潜水埋深具有强烈依赖性，对地下水这种
生态功能的强弱变化特征与机制尚缺乏深入认识。本文采用原位监测、高分辨遥感探测与解译和多元相关分析方
法，研究地下水生态功能强弱变化与潜水埋深、气温、降水和出山地表径流水量之间的关系。结果表明：（ １）地
下水生态功能越强，天然植被覆盖度越高或归一化植被指数值越大；（２）地下水生态功能具有时效性和年际及日
际变化周期性，每年 ４月至 ７月上旬是地下水生态功能作用逐渐增强时段，每日 ７∶３０—１９∶００是地下水生态功能
主要作用时段，主要受控于气温、日照、蒸发、上游区降水与出山地表径流水量和潜水埋深的一年四季周期性变
化影响；（ ３）每年潜水埋深大于极限生态水位时段，地下水生态功能处于失效状态，且气候越干旱，每年的失效
时段起始越早和结束越晚。因此，西北内陆的石羊河流域下游天然绿洲区地下水生态功能强弱具有年际、年内变
化周期性。
关键词：干旱区；地下水生态功能；时效性；强弱周期性；形成机制
文献标识码：Ａ
中图分类号：Ｐ６４１．７３ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２００３５

１ 研究背景

在降雨稀少、蒸发强烈的西北内陆流域下游区（简称 “旱区”），天然植被生态对地下水（潜水）埋
深具有强烈依赖性，主要依赖潜水通过其支持毛细作用向包气带表部（植被根系层）输供水分，进而维
系天然植被绿洲和自然湿地等生态，本文将地下水这种能力或功效称为地下水生态功能。当潜水埋深
大于生态水位（深度）时，地下水生态功能显著减弱，天然绿洲生态退化严重；当潜水埋深小于生态水
位时，随着水位埋 深 逐 渐 变 小， 地 下 水 生 态 功 能 不 断 增 强， 天 然 植 被 覆 盖 度 或 归 一 化 植 被 指 数
（ ＮＤＶＩ）逐渐增大 ［１ － ４］ 。自 １９８０年代初以来，由于西北内陆各流域大规模拦用上游出山地表径流和超
采地下水，导致下游区地下水位不断下降和天然绿洲生态退化加剧 ［１ － ３］ 。近 １０年来随着各流域地下水
超采综合治理，如何修复和保护天然绿洲依赖生存的地下水生态功能，成为关注问题之一 ［５ － ８］ ，尤其
石羊河流域。
张阳阳等 ［１］ 采用多种方法对西北内陆区生态水位限域及其与潜水埋深、包气带岩性、植被类型和
气候因素之间关系开展深入研究，给出了乔木、灌木和草本等旱区主要植被群落的适宜与极限生态水
位指标阈，成为本文依托项目的重要基础。曹乐 ［２］ 、王希义 ［３］ 、朱丽 ［４］ 和闫好原等 ［７ － １０］ 从不同角度探
究西北内陆典型流域天然植被或群落生态与潜水埋深之间关系，发现不同类型植被或同一类型不同生
长年龄植被的适宜生态水位（深度）不相同。韩路等发现荒漠河岸胡杨群落特征对潜水埋深梯度呈现响

收稿日期：２０２２ － ０１ － １８；网络首发日期：２０２２ － １１ － １９
网络首发地址：ｈｔｔｐ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２２１１１７．０９５６．００１．ｈｔｍｌ
基金项目：国家重点研发计划项目（２０１７ＹＦＣ０４０６１００）；国家专项地质调查项目（ＤＤ２０２２１７７３ － ０４）
作者简介：崔浩浩（ １９８５ － ），硕士，助理研究员，主要从事包气带水转化与生态水文地质研究。
通讯作者：张光辉（ １９５９ － ），二 级 研 究 员，博 导，主 要 从 事 水 循 环 演 化 与 水 土 资 源 合 理 开 发 利 用 研 究。Ｅ － ｍａｉｌ：Ｈｕａｎｊｉｎｇ５９＠
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