不同植被覆盖条件下产生地下水净补给的年降水量阈值研究

在气候变化与人类扰动双重影响的背景下，植被对地下水补给的作用引起了国际上生态水文研究者的极大关注。本项目选择北京市两个典型流域为研究区，通过不同时空尺度、不同方法的对比，分析不同植被覆盖条件下产生地下水净补给（即，补给量大于排泄量）的年降水量阈值（即，最小年降水量）：1）进行点尺度野外观测、环境同位素实验与HYDRUS模拟，重点分析植被根系深度等生理生态参量的影响；2）进行流域尺度遥感反演、WetSpass模拟与空间分析，重点分析植被覆盖率的影响。综合环境同位素实验与水文模拟判断是否产生了地下水净补给；联合遥感反演、水文模拟与GIS分析建立植被覆盖、补给量、降水量之间的关系；运用多参量空间统计反映土壤、地形等其他主要因素与植被覆盖之间的区别与联系。研究成果有利于从不同的时空尺度更好地理解气候变化下植被对地下水补给的生态水文作用，为变化环境下的华北平原地下水资源评价提供科学依据。

本项目收集了北京平原区20个国家气象站1981-2011年的降水和气温等气象资料、48个地下水位（2005-2011）观测资料，以及土地利用（1980、1990、2000）、土壤质地等基础资料，开发了延庆盆地、北京平原区降水入渗补给分布式水文模型，建立了廖公庄基地蒸渗仪观测设施。围绕气候变化与人类活动影响，重点进行了延庆盆地、北京平原区、怀柔应急水源地的降水入渗补给模拟与分析，揭示不同植被覆盖时的水量平衡情况，并据此探讨产生地下水净补给的年降水量阈值。此外，针对北京平原区包气带增厚这一情况，初步开展了降水入渗补给系数研究。研究发现，在延庆盆地土地利用变化是影响地下水补给量改变的主要因素。在所有类型中，林地的补给率最小、裸土的补给率最大。对于林地、草地、耕地、居住地（城区+村落），产生地下水净补给的年降水量阈值分别为408 mm、348 mm、332 mm、363 mm。在北京平原区，补给、蒸散、地表径流分别占所有输入水量（降水+灌溉）的39%、55%、8%。基于模拟与遥感的分析结果显示，当地表植被覆盖的NDVI为0.4左右时最有利于地下水补给，过大（植被覆盖程度大）或过小（植被覆盖程度小）的NDVI将导致过多的蒸散或地表径流，从而不利于补给的产生。城区由于存在一定的裸土、植被覆盖区域，所以仍然表现出一定的补给能力。在包气带厚度较大的怀柔地区，当年降水量低于420 mm时无明显补给产生。