不同放牧制度下草原湖泊流域水文过程模拟及环境风险研究

According to the particularity of the typical climate, underlying surface conditions and eco-hydrological process of watershed of grassland lakes in the northern cold and arid areas, simulation research on hydrological process of watershed of grassland lakes in Inner Mongolia is performed to establish a distributed hydrological model under different grazing systems. Based on hydrologic nonlinear system theory, the whole research process involves multi-disciplinary intersections that include hydrological science, environmental science, the science of ecology, geochemistry, remote sensing etc. Bayesian statistical theory and methods of uncertainty analysis are used for evaluation and test of the model validity, applicability, accuracy and reliability. By analyzing main factors that affect the hydrological process and evolution trend of water environment under different grazing systems, and in combination with hydrological process simulation under various scenarios namely the landscape pattern of watershed of grassland lakes and grazing intensity, and risk analysis on ecological environmental environment of watershed of grassland lakes, this research will provide a theoretical basis and technical support for simulation of basin's eco-hydrological process and optimization of water resources allocation under different grazing systems and land use patterns. Meanwhile, it is of great significance for ecological construction and protection of watershed of grassland lakes in cold and arid areas.

北方寒旱区草原湖泊流域在典型气候及下垫面条件下，生态水文过程必定有其特殊性。本项目以水文非线性系统理论为基础，将水文学、生态学、地质统计学、地理信息系统、遥感等学科的理论与技术交叉渗透，对内蒙古草原型湖泊呼伦湖流域不同放牧制度下生态水文过程进行模拟研究,建立适宜不同放牧制度下的分布式水文模型。研究寒旱天然草原湖泊区不同放牧制度下的流域水文生态环境机理及演变过程，通过不同放牧制度下的水文过程影响，研究和建立流域土壤、生态变化及水文过程模型；将呼伦湖按照流域的分布和放牧制度情况进行分区，分析其特征影响因子，根据具体区域设定不同情境进行模拟；结合草原湖泊流域景观格局、放牧强度等多种情景下的水文过程模拟和草原湖泊流域生态环境风险分析。为不同放牧制度和不同土地利用方式下的流域生态水文过程模拟和水资源优化配置提供理论依据和技术支持。研究对于寒旱区草原型湖泊流域生态建设和保护具有重要意义。

北方寒旱区草原湖泊流域因气候及下垫面条件的不同，其水文过程具有一定的特殊性。项目组经过仔细全面的野外调查及室内外实验，收集并整理了大量呼伦湖流域相关水文、气象数据，获得了生态环境及土地利用方式等相关资料，并对流域土壤、地下水和地表水进行了详细普查，确立了湖泊水位-库容-面积的关系及基于水量平衡的湖泊水量动态变化关系。根据寒旱区草原湖泊的特征将呼伦湖流域划分了不同的水文响应单元，建立了SWAT分布式水文模型，对呼伦湖补给水源之一的海拉尔河流域径流进行了模拟，验证了该模型在海拉尔河流域的适用性，并运用验证后的模型模拟了不同气候情景下流域气候变化对其水文过程及水资源的影响。草原不同的放牧制度对流域水文过程具有较大影响，但因受区域环境条件的制约，划区轮牧、自由放牧两种放牧制度无法真正实现，因此根据该区域草场的放牧强度，选取轻度放牧、重度放牧以及不放牧三种放牧强度草场进行了试验研究，分析了不同放牧制度下降雨对草场营养物迁移及水土流失的影响，其径流系数规律显示为重度放牧＞轻度放牧＞不放牧。对呼伦湖主要入湖河流克鲁伦河丰水期的水质进行了详细的评价，分析了近5年来污染物的入湖通量及其入湖后对呼伦湖产生的影响。克鲁伦河入境处水体已严重污染加之我国境内污染物的不断输入，使得水体的自净作用未能体现，污染物被携带进入湖体，加重了湖区水体的污染等级。另外，克鲁伦河流域矿产资源丰富，重金属对水体及土壤的污染不容忽视，项目组选择了As、Zn、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb七种重金属作为分析指标对克鲁伦河滨岸带土壤重金属进行了生态环境风险评估，其污染状态已经达到了极其重的程度，具有极高的风险等级，但其有效态即酸可提取态的含量较低，主要是以残渣态为主，迁移能力较低。项目取得的研究成果可为寒旱区草原湖泊流域水资源的优化配置提供理论依据和技术支持，对流域的生态建设及保护具有重要意义。