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

更新時間：2024-10-12 點擊次數(shù)：2388

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。這項工作是在德姆尼茨米爾溪(DMC)進行的，這是德國北部一個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)致地下水補給量(>40%)、蒸散量(高達16%)和土壤濕度(高達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)強調(diào)迫切需要增強抵御能力并促進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，支持模型的準確性和研究結(jié)論的有效性。

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

地下水同位素在GW4觀測點的模擬與觀測值的對比。

土壤水同位素在森林地點的第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)水文學產(chǎn)生了深遠的負面影響。集水區(qū)規(guī)模的地下水補給、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。當時我們觀察到，在持續(xù)缺水的情況下，整個集水區(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。