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長期干旱對不同土地利用方式下景觀蓄水與恢復(fù)的影響

更新時(shí)間:2024-10-12      點(diǎn)擊次數(shù):667

長期干旱對不同土地利用方式下景觀蓄水與恢復(fù)的影響

長期干旱對不同土地利用方式下景觀蓄水與恢復(fù)的影響

歐洲最近發(fā)生的極端干旱凸顯了迫切需要量化其對景觀生態(tài)水文通量(蒸散量、地下水補(bǔ)給)和水儲存(主要是土壤濕度)的影響。為此,結(jié)合基于EcH2O-iso和(NARX模型來估計(jì)長期干旱對水通量和儲存的持久影響,并預(yù)測未來短期地下水位和各種降水條件下的恢復(fù)潛力場景。這項(xiàng)工作是在德姆尼茨米爾溪(DMC)進(jìn)行的,這是德國北部一個(gè)70平方公里的混合土地利用(耕作作物和林業(yè))集水區(qū)。模擬表明,2018年和2022年的極端干旱年份影響最為顯著,導(dǎo)致地下水補(bǔ)給量(>40%)、蒸散量(高達(dá)16%)和土壤濕度(高達(dá)6%)大幅下降。模擬表明,如果最近的降水異常持續(xù)存在,地下水位可能在未來15年內(nèi)不會恢復(fù)。這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)迫切需要增強(qiáng)抵御能力并促進(jìn)土地和水資源管理綜合戰(zhàn)略,以優(yōu)化景觀保水并更好地應(yīng)對干旱。

 

長期干旱對不同土地利用方式下景觀蓄水與恢復(fù)的影響

量化長期干旱對景觀水文通量(如蒸散發(fā)、地下水補(bǔ)給)和水儲存(主要是土壤濕度)的持久影響,并預(yù)測未來短期地下水位和恢復(fù)潛力。研究旨在評估不同降水情景下干旱對水資源恢復(fù)的影響,并提出增強(qiáng)抗旱能力和綜合管理土地與水資源的策略,以優(yōu)化景觀中的水分保持并更好地應(yīng)對干旱。

 

長期干旱對不同土地利用方式下景觀蓄水與恢復(fù)的影響

采用基于EcH2O-iso和NARX模型相結(jié)合的方法來估計(jì)長期干旱對水通量和儲存的持續(xù)影響,并預(yù)測未來地下水位。研究使用了位于德國北部一個(gè)70平方公里的混合土地利用(農(nóng)作物和林業(yè))流域作為研究區(qū)域。研究中還包括了對環(huán)境同位素示蹤劑的分析,以幫助更好地理解干旱條件下的生態(tài)水文通量、水分分配和景觀水儲存動態(tài)。

如下圖所示,不同土地利用類型和觀測點(diǎn)的同位素模擬結(jié)果與觀測數(shù)據(jù)的比較,支持模型的準(zhǔn)確性和研究結(jié)論的有效性。

 

長期干旱對不同土地利用方式下景觀蓄水與恢復(fù)的影響

01

溪水同位素(δ2H和δ18O)在三個(gè)不同地點(diǎn)(Demnitz Mill、Bruch Mill 和 Peat North)的模擬與觀測值的對比。

02

地下水同位素在GW4觀測點(diǎn)的模擬與觀測值的對比。

03

土壤水同位素在森林地點(diǎn)的第1層(頂部15厘米)和第2層(頂部15-35厘米)的模擬與觀測值的對比。

 

通過這些數(shù)據(jù),研究者能夠確保模型在模擬干旱條件下的水分動態(tài)時(shí)具有可靠性和有效性。

 

長期干旱對不同土地利用方式下景觀蓄水與恢復(fù)的影響

研究結(jié)果表明,最近的干旱對德國北部低地集水區(qū)的生態(tài)水文學(xué)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的負(fù)面影響。集水區(qū)規(guī)模的地下水補(bǔ)給、土壤濕度和蒸發(fā)量都大幅減少,特別是在2018年和2022年的主要干旱年份。當(dāng)時(shí)我們觀察到,在持續(xù)缺水的情況下,整個(gè)集水區(qū)的水通量表現(xiàn)出最小的空間變化(跨不同的土地用途)。然而,我們?nèi)匀挥^察到,農(nóng)田和針葉林的不同土地利用方式在干旱的生態(tài)水文途徑上存在明顯的脆弱性,這主要是由于它們的地下儲存能力不同。假設(shè)最近的負(fù)降水異常持續(xù)存在,我們對地下水恢復(fù)的預(yù)測是悲觀的,一口井不太可能恢復(fù),另外三口井可能平均需要6年才能恢復(fù)到干旱前的水位。

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