半干旱区域高速公路绿化带建设对地下水循环的影响:以京藏高速公路呼包段为例

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2019.02.16

现代地质 ›› 2019, Vol. 33 ›› Issue (02): 412-421.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2019.02.16

半干旱区域高速公路绿化带建设对地下水循环的影响:以京藏高速公路呼包段为例

夏蔓宏¹(), 董少刚¹(), 张涛², 李铱¹, 王超¹, 程雅娟³, 李政葵¹

1.内蒙古大学生态与环境学院, 内蒙古呼和浩特 010021
2.呼和浩特市环境科学研究所,内蒙古呼和浩特 010000
3.呼和浩特市清洁能源推广办公室,内蒙古呼和浩特 010030

收稿日期:2018-02-17 修回日期:2018-12-20 出版日期:2019-05-08 发布日期:2019-05-08
通讯作者: 董少刚
作者简介:董少刚,男,副教授,博士,1975年出生,水文地质学专业,主要从事生态水文地质研究。Email: groudwater@163.com。
夏蔓宏,女,硕士研究生,1994年出生,环境科学与工程专业,主要从事生态水文地质研究。Email: 1973417897@qq.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(41562020);国家自然科学基金项目(41702250);国家自然科学基金项目(41002129);内蒙古自治区自然科学基金项目(2018MS04004);内蒙古自治区研究生科研创新资助项目(10000-16010109-29)

Effect of Greenbelt Construction on Groundwater Circulation in Semi-arid Region:A Case Study from Hohhot-Bautou Section of Beijing-Tibet Expressway

XIA Manhong¹(), DONG Shaogang¹(), ZHANG Tao², LI Yi¹, WANG Chao¹, CHENG Yajuan³, LI Zhengkui¹

1. College of Ecology and Environment, Inner Mongolia University, Hohhot, Inner Mongolia 010021, China
2. Institute of Environmental Science of Hohhot, Hohhot, Inner Mongolia 010000, China
3. Hohhot Clean Energy Promotion Office, Hohhot, Inner Mongolia 010030, China

Received:2018-02-17 Revised:2018-12-20 Online:2019-05-08 Published:2019-05-08
Contact: DONG Shaogang

摘要/Abstract

摘要：

高速公路绿化带能美化环境,吸尘减噪,保持水土,但在降水量少的干旱地区,高速公路绿化带主要依赖地下水补给,会对区域地下水资源分布产生一定影响。以土默川平原北部呼包高速绿化带为研究对象,利用3S技术将研究区的绿化带进行分类,同时,结合ET₀等相关公式计算绿化带的蒸腾耗水量。在收集区域水文地质资料的基础上,掌握研究区的地下水补径排特征,计算研究区侧向补给量,进而得出绿化带蒸腾耗水量与地下水补给量之间的关系,定量分析高速公路绿化带建设对区域地下水循环的影响。结果表明:研究区地下水补给主要来源于大青山山前侧向补给,主要排泄为地下水径流排泄及绿化带的蒸腾耗水;2016-07—2017-06期间,研究区非植被区、植被覆盖区分别占总面积的17%和83%,绿化带年蒸散发量为1 006.10 mm,蒸腾耗水量为2 434.86×10⁴ m³/a;山前侧向补给量为24 372.16×10⁴m³/a;绿化带蒸腾耗水量约占山前侧向补给量的10%。由此可见,高速公路绿化带的建设对地下水资源分布有着重要的影响。

关键词: 高速公路绿化带, 半干旱区域, 植被蒸腾量, 地下水均衡

Abstract:

Highway greenbelts can beautify the environment, absorb dust and noise, and conserve water and soil. However, in arid areas with low precipitation, highway greenbelts mainly rely on groundwater recharge, which would have certain impact on regional groundwater resources distribution. This paper takes the Hubao highway greenbelt in the northern part of the Tumochuan Plain as a case study. Based on the analysis of the groundwater recharge characteristics, 3S technology and the Penman formula are used to calculate the transpiration rates under different vegetation coverage along the highway greenbelt. Groundwater recharge and the impact of highway greenbelt construction on the distribution of groundwater resources in the Beijing-Tibet Expressway are then analyzed. The results show that groundwater in the study area comes mainly from lateral recharge of the Daqingshan Mountain. The main discharge is groundwater runoff and transpiration along the greenbelt. During the period of July 2016 to June 2017, the non-vegetation and vegetation covered parts (17% and 83% of the total area, respectively) of the study area has an annual evapotranspiration of 1,006.10 mm. Along the greenbelt, transpiration water consumption is of 2,434.86×10⁴ m³/a, and lateral recharge from the mountain front is of 24,372.16×10⁴ m³/a. The transpiration water consumption of the greenbelt accounts for 10% of the lateral recharge from the mountain, which shows that the construction of highway greenbelts has an important impact on the distribution of groundwater resources.

Key words: highway greenbelt, semi-arid region, vegetation transpiration, groundwater budget

中图分类号:

P641

夏蔓宏, 董少刚, 张涛, 李铱, 王超, 程雅娟, 李政葵. 半干旱区域高速公路绿化带建设对地下水循环的影响:以京藏高速公路呼包段为例[J]. 现代地质, 2019, 33(02): 412-421.

XIA Manhong, DONG Shaogang, ZHANG Tao, LI Yi, WANG Chao, CHENG Yajuan, LI Zhengkui. Effect of Greenbelt Construction on Groundwater Circulation in Semi-arid Region:A Case Study from Hohhot-Bautou Section of Beijing-Tibet Expressway[J]. Geoscience, 2019, 33(02): 412-421.

图/表 13

图1 研究区域位置图

Fig.1 Location map of the study area

图2 研究区山前地下水流动系统及补径排特征

Fig.2 Characteristics of groundwater flow system and fill-out row in the piedmont area of the study area

图3 专家决策分类树

Fig.3 Expert decision classification tree

图4 研究路段单一结构含水层厚度等值线图

Fig. 4 Contour map of a single aquifer thickness for the study section

图5 研究区侧向补给断面分区

Fig. 5 Lateral recharge sections of the study area

图6 研究区NDVI示意图

Fig.6 Schematic NDVI map of the study area

图7 绿化带NDVI像元个数分区统计

Fig.7 NDVI pixel zoning statistics of the greenbelt

表1 绿化带分区面积

Table 1 Green area distribution after decision tree classification

类型	像元个数	面积/10⁴m²	比例/%
裸地或水体	147 849	28.86	17.00
低覆盖率植被区	201 902	391.91	24.00
中覆盖率植被区	211 900	424.57	26.00
高覆盖率植被区	267 590	538.88	33.00
合计	829 241	1 384.22	100.00

图8 2017年6月绿化带日蒸散发量分布图

Fig.8 Distribution of daily evapotranspiration in the greenbelt in June 2017

图9 2016-07—2017-06绿化带蒸散发量分布图

Fig.9 Greenbelt evapotranspiration distribution from July 2016 to June 2017

表2 2017年研究区年侧向补给量计算参数及结果

Table 2 Calculation parameters and results of lateral recharge in the study area in 2017

断面编号	渗透系数 /(m/d)	断面长度/m	含水层厚度/m	水力坡度/%	α/(°)	侧向补给量 /(10⁴ m³)
1	14	8 452	98	1.10	20	1 582.99
2	16	5 698	65	1.37	65	2 696.56
3	15	9 476	54	1.26	45	2 506.29
4	18	7 556	40	1.45	30	1 439.64
5	17	2 018	22	1.21	45	236.66
6	50	4 578	60	0.90	30	2 255.81
7	30	9 086	52.5	1.56	50	6 274.25
8	50	9 012	27.5	1.35	90	6 105.91
9	40	7 524	16	1.03	30	905.17
10	54	8 945	9	0.09	15	37.13
11	45	1 453	8	1.45	60	240.85
12	16	9 248	15	0.33	20	90.90
合计	-	83 046	-	-	-	24 372.16

图10 绿化带植被水量交换示意图

Fig.10 Sketch diagram of vegetation water exchange in a greenbelt

表3 2017年不同绿化带面积分布的蒸腾耗水量及所占总径流量的比例

Table 3 Transpiration consumption and proportion of total runoff in the greenbelts with different vegetation coverage in 2017

类型	绿化带面积 /(10⁴m²)	蒸腾耗水量 /(10⁴m³)	侧向补给量 /(10⁴m³)	蒸腾占比/%
裸地或水体	28.86	—	508.142 2	—
低覆盖率植被区	391.91	704.05	6 900.416	—
中覆盖率植被区	424.57	762.73	7 475.465	—
高覆盖率植被区	538.88	968.08	9 488.137	—
合计	1 384.22	2 434.86	24 372.160	10

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半干旱区域高速公路绿化带建设对地下水循环的影响:以京藏高速公路呼包段为例

Effect of Greenbelt Construction on Groundwater Circulation in Semi-arid Region:A Case Study from Hohhot-Bautou Section of Beijing-Tibet Expressway

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