長期干旱對不同土地利用方式下景觀蓄水與恢復的影響

更新時間：2024-10-12 點擊次數：1997

歐洲最近發生的極端干旱凸顯了迫切需要量化其對景觀生態水文通量（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，并預測未來短期地下水位和各種降水條件下的恢復潛力場景。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）集水區。模擬表明，2018年和2022年的極端干旱年份影響最為顯著，導致地下水補給量(>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存在，地下水位可能在未來15年內不會恢復。這些發現強調迫切需要增強抵御能力并促進土地和水資源管理綜合戰略，以優化景觀保水并更好地應對干旱。

長期干旱對不同土地利用方式下景觀蓄水與恢復的影響

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

長期干旱對不同土地利用方式下景觀蓄水與恢復的影響

采用基于EcH₂O-iso和NARX模型相結合的方法來估計長期干旱對水通量和儲存的持續影響，并預測未來地下水位。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（農作物和林業）流域作為研究區域。研究中還包括了對環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水文通量、水分分配和景觀水儲存動態。

如下圖所示，不同土地利用類型和觀測點的同位素模擬結果與觀測數據的比較，支持模型的準確性和研究結論的有效性。

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。

通過這些數據，研究者能夠確保模型在模擬干旱條件下的水分動態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的影響

研究結果表明，最近的干旱對德國北部低地集水區的生態水文學產生了深遠的負面影響。集水區規模的地下水補給、土壤濕度和蒸發量都大幅減少，特別是在2018年和2022年的主要干旱年份。當時我們觀察到，在持續缺水的情況下，整個集水區的水通量表現出最小的空間變化（跨不同的土地用途）。然而，我們仍然觀察到，農田和針葉林的不同土地利用方式在干旱的生態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。假設最近的負降水異常持續存在，我們對地下水恢復的預測是悲觀的，一口井不太可能恢復，另外三口井可能平均需要6年才能恢復到干旱前的水位。