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(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年內不會恢復。這些發(fā)現(xiàn)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(zhàn)略,以優(yōu)化景觀保水并更好地應對干旱。
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(yōu)化景觀中的水分保持并更好地應對干旱。
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(xù)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(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果與觀測數(shù)據(jù)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(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。
研究結果表明,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(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。假設最近的負降水異常持續(xù)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。
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