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作为我国自然地理区划三大组成部分之一,西北干旱区的生态环境保护对实现区域及更大空间尺度范围内社会经济的可持续发展至关重要。随着社会发展对水资源的需求量不断增大,区域内地下水持续超采,引发了一系列生态环境问题。巴丹吉林沙漠作为西北干旱区的主要地理单元之一,其自然生态系统的稳定和社会服务功能的开发对沙漠腹地、周边乃至整个西北干旱区具有重要意义。近年来,沙漠地下水成为周边地区的重要水源之一。为了促进干旱区水资源的合理利用,避免沙漠腹地及周边环境的生态破坏,有必要对沙漠地下水补给来源及补给机制这一科学问题进行深入的研究。本研究选取了巴丹吉林沙漠腹地网格状布设的19处地下水位观测点、10处湖水位观测数据点以及腾格里沙漠腹地2处地下水位观测点2011-2018年的数据资料,运用时间序列分析方法探究了长时间尺度和大空间尺度下地下水位及湖水位的动态特征,定性得探讨了地下水的主要补给来源。同时,结合巴丹吉林沙漠腹地1处自动气象观测站的降水资料,通过地下水位波动法计算了地下水的侧向净补给量及降水入渗补给量,明确沙漠腹地降水在水位变化中所起的作用,定量阐述不同来源的水在补给巴丹吉林沙漠地下水中所做的贡献。主要结果及结论如下:(1)巴丹吉林沙漠的地下水主要来源于祁连山的季节性冰雪融水和区域降水,且受控于青藏高原与阿拉善高原之间深大导水断裂通道的分布,主要由沙漠的东南部和西南部两个方向进行补给。受气候变暖引起的祁连山冰雪提前进入消融期的影响,2011至2018来地下水位达到峰值和谷值的时间总体上提前,分别前移9.8天和23天。该区域是研究干旱区水循环对全球变暖响应的良好场所。(2)沙漠地形的变化和河西走廊水资源的开采,决定了由东南部向西北部,地下水类型由稳定型向不稳定型变化,地下水位年变幅整体上逐渐增大的规律,范围为26.3~178.1cm。沙漠腹地局部区域较大的地下水位年变幅,与相关湖盆内较高强度的旅游活动有关。(3)浅层地下水、人类活动、泉水、湖水矿化度共同影响了湖水位的波动过程。湖水位的周期性变化是由地下水位的季节性波动控制的,4月达到峰值,10~11月降至谷值,相对于地下水位的变化具有滞后性。湖盆内的人类活动和泉水补给对湖水位的极值相位产生了较大影响,使其与地下水位的时空变化规律不同,改变了区域内水位极值时间的空间分布格局。人类活动也会引起湖水位高于地下水位的现象发生。(4)受祁连山冰雪融水的控制,沙漠腹地地下水的侧向净补给量多年来相对较为稳定,并呈现出一定的季节性特征。春季,侧向净补给量开始上升,夏季达到最大,可达8.9~20.0 mm/d,秋、冬季逐渐下降。(5)沙漠腹地的地下水位埋深越浅,对降水事件就越敏感。降水可以补给埋深在1.4m以内的浅层地下水,入渗量小于侧向净补给量大约2个数量级,并随埋深的增大而减小,最大为0.8mm,降水入渗补给系数最大为0.4。降水无法有效补给湖盆内埋深更大以及沙山下的含水层。对于埋深大于1.4m的地下水,观测到的水位波动可能是蒸发蒸腾作用或圈闭气体的形成与排泄所致。