黑河上游多年凍土區地表水、地下水過程及其效應研究

《黑河上游多年凍土區地表水、地下水過程及其效應研究》是依託蘭州大學，由張廷軍擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：黑河上游多年凍土區地表水、地下水過程及其效應研究
• 依託單位：蘭州大學
• 項目負責人：張廷軍
• 項目類別：重大研究計畫

項目摘要

多年凍土及土壤季節凍融循環對地～氣間熱量交換、生態～水文過程、水資源都起著至關重要的作用。黑河流域上游位於祁連山高寒帶山地多年凍土區，是黑河流域的主要產流區。針對黑河流域“凍土變化過程及其流域水文效應的辨識”的科學問題，本課題將套用野外鑽孔勘探，定期、定點觀測，遙感及數值模擬方法，對黑河上游土壤季節凍融過程、多年凍土分布及其流域水文效應進行全面系統研究；揭示黑河上游多年凍土空間分布特徵、土壤季節凍融過程及其影響因素；編制大比例尺（1:100000）黑河上游活動層及多年凍土圖，為凍土水文模型及流域水文集成研究提供基礎資料；綜合研究黑河上游活動層、多年凍土及其變化對水文過程的影響，特別是其與地表徑流和地下水的相互作用。系統分析在氣候變化條件下土壤凍融過程、多年凍土演化過程及其對流域水文過程，水資源形成過程及生態環境的效應；明晰凍土的水資源效益，最終為提高流域出口河流徑流預報提供可靠的科學依據。

結題摘要

在“黑河流域生態-水文過程集成研究”重大研究計畫支持下，針對黑河流域“凍土變化過程及其流域水文效應的辨識”的科學問題，項目開展了凍土野外調查、定點觀測及室內試驗等，系統研究了凍土分布、活動層水熱過程、多年凍土區水文過程產流機制、多年凍土層下水、凍土未凍水、地表水與地下水相互作用，以及凍土變化對生態-碳循環的影響。主要取得以下成果：黑河流域多年凍土下界處海拔~3650m，多年凍土厚度10-137m，年平均地溫＞-2°C，大部分屬於不穩定型和過渡型多年凍土。多年凍土區約占黑河流域10.3%。活動層厚度介於0.8m-4.8m。活動層厚度空間變化主要受海拔高度、坡向、泥炭含量及泥炭層厚度、岩性、土壤水分含量等因素影響。活動層發育過程對徑流產流有顯著影響。徑流係數在消融初期較高，消融中期最低；降水量、融化深度、土壤濕度和地表蒸發是決定多年凍土區徑流產流機制的重要影響因素。凍土中未凍水含量主要受溫度控制，以指數曲線隨溫度降低而減少。多年凍土底板下可能存在地下水層，深度在80-120m之間。多年凍土區地表水略微補給地下水； 季節凍土區地下水補給地表水。初步探測表明，在熱融滑塌區，地表沉降速率最大，沉降速率可達4 cm/yr。熱融滑塌的發育導致草地群落在結構和類型都發生著強烈的變化，植被類型由高寒沼澤草甸向高寒草原的方向發展。黑河上游溫度升高可能會增強山地多年凍土區沼澤草甸生態系統的碳匯作用，而高寒草甸可能起到碳源作用。多年凍土區“生鏽的碳庫”占總有機碳庫約20%；熱融滑塌導致碳氮量減少30%；多年凍土退化加速了碳的流失，且微生物可利用性降低。這些研究結果明晰了凍土的水資源效益，可以為提高流域出口河流徑流預報提供可靠的科學依據。