冲洪积扇含水层地下水可开采量数值模拟——以文峪河冲洪积扇为例

依据钻孔岩性,水文地质资料,将文峪河冲洪积扇平原分为上游单一潜水区和中下游承压水区,中下游垂向划分为上部弱水含水层和下部较强承压水含水层,对上游潜水和中下游承压水用二维侧向流数学模型,对中下游弱潜水用一维垂向流数学模型,在计算了现状开采条件下的水资源基础上,进一步计算出,在扇上游集中采水时,按工业开采和农业开采,以地下水多年总补排均衡,水位长期稳定的约束条件地下水可开采量。     

近三十年黑河中下游盆地地下水资源变化特征与演变趋势分析

根据1980～2005年地下水观测资料,对黑河流域中游张临高盆地与下游额济纳绿洲地下水资源变化特征及未来演变趋势进行了分析和预测。结果显示,近几十年来黑河流域中下游盆地地下水资源的变化过程主要分两个阶段。2000年黑河实施调水之前,中游盆地地下水资源主要受地表径流和阶段性土地开发利用的影响,出山径流与地下水资源的关系相对稳定,下游盆地地下水资源受中游用水的影响十分明显;从2000年实施调水后,中游盆地地下水资源与出山径流的关系发生了变化,中游盆地地下水平均水位持续下降,地下水资源量呈减少趋势,而下游额济纳旗盆地由于流入地表水数量增加,相应对地下水的补给量也增大,地下水水位则有不同程度的上升。为此,建议在水资源的利用中,应当充分利用地表水、地下水多次转化过程,最大限度地提高水资源的总体利用率。     

黑河流域中游盆地地表水与地下水转化机制研究

地表水与地下水相互转化是中国西北干旱内流盆地水循环的显著特征,转化机制研究是盆地水循环规律认知和水资源可持续管理的重要基础。以我国西北干旱内流河黑河流域中游的张掖盆地和盐池盆地为研究区,建立了黑河主干河道时变水平衡模型和地表水地下水耦合数值模型,研究了长周期水文变化和人类活动双重影响下地表水与地下水转化机制,得到如下认识:（1）补给条件由以天然条件下河流渗漏为主的线状补给演变为以河流与引水渠道渗漏的线状补给和灌区田间入渗面状补给,排泄条件由以泉水溢出和天然湿地排泄演变为以泉水溢出与地下水开采为主的排泄。（2）张掖盆地黑河干流河道入渗段和溢出段大致以G312 大桥为界,亦称为地表水与地下水转化的转折点。莺落峡—G312 大桥段为悬河渗漏段,河道入渗补给主要受控于进入河道的实际过水量。其中,莺落峡—草滩庄段河道入渗补给率为28.20 %;草滩庄—G312 大桥段河道入渗补给量与河道过水量的关系可用分段函数表达,河道过水量大于或等于0.37×108 m3/mon时呈幂函数关系,小于则呈线性函数关系。G312 大桥—正义峡段为地下水溢出段,其中G312大桥—平川大桥段地下水溢出量约占全部溢出量的70%,溢出峰值出现在高崖水文站下游约6 km处,其单长溢出量可达0.46 m3/(s·km)。（3）研究区是一个相对完整的河流—含水层系统,近31年来经历了连枯和连丰的水文变化,地下水补给排泄条件及与地表水转化机制均发生了相应的变化。地表水与地下水转化最强烈的地区为张掖盆地中部的黑河—梨园河倾斜平原。1990—2001 年连枯期,灌区引水量总体逐年减少,以河道入渗和渠系渗漏为主的补给量平均以0.06×108 m3/a速率减少,农田灌溉面积增加导致灌溉用水增加,地下水开采量显著增加,地下水水位逐年下降,储存量累计减少5.77×108 m3,地下水溢出量平均减少0.16×108 m3/a;而2002—2020 年连丰期,灌区引水量总体逐年减少,河道入渗量呈增加趋势,地下水总补给量平均增加0.15×108 m3/a,灌溉面积继续扩大,农灌开采量随之增加,以河道入渗量增加为主导,地下水水位持续上升,储存量累计增加5.45×108 m3,地下水溢出量平均增加0.08×108 m3/a。总之,补给和排泄条件变化较大,地下水储存量先减后增,地下水溢出总量变化较为平缓,反映了该区巨厚含水层系统的巨大调蓄功能。（4）位于张掖盆地东部的诸河倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于地表水开发过度,补给量锐减。黑河侵蚀堆积平原地下水水位基本稳定。30 多年来盐池盆地倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于移民开垦导致地下水过量开采。（5）内流盆地天然悬河入渗段是珍贵的地下水补给通道,无论连枯期还是连丰期,河道实际过水量是河道渗漏补给量的关键,保护上游天然河道和一定的河道实际过水量是内流盆地水资源可持续管理的关键。     

云应盆地东北部含水层结构特征及地下水转化模式

云应盆地东北部属鄂北贫水地区,赋存于古近系—第四系含水层中的地下水是当地生产、生活用水的主要来源,亟需查明含水层的结构、含水层间地下水的转化关系等基本条件,为研究区内合理开发利用地下水提供依据。本研究通过野外水文地质调查、水文地质钻探工作,将研究区划分为单层含水层与双层含水层结构两个亚区（6个小区）。并通过地下水水位动态长期监测,获取了区内不同含水层的水位动态变化特征,分析各含水层之间的水力联系,建立了区域地下水转化的概念模式,即:研究区地下水以接受山前降雨入渗及风化裂隙水侧向径流补给为主,主要以水平径流的形式经古近系孔隙-裂隙含水层及第四系孔隙承压含水层往澴水方向运移,而后进入第四系孔隙潜水含水层。地下水和地表水在不同季节补排模式不同,雨季地表水（澴水）补给地下水,旱季地下水向地表水（澴水）排泄。古近系孔隙-裂隙水与上覆第四系孔隙水联系密切互为补给,共同构成具有统一水力联系的垂向多层结构的含水系统。独特的含水层结构决定了区内地下水接受降水补给的条件较差,地下水可开采资源量总体较贫乏,建议重点利用区域地表水资源,适度开发地下水资源,推进农业节水灌溉工程,实现水资源可持续利用。     

我国气候变化对地下水资源影响研究的主要进展

为了推动我国关于气候变化对地下水影响的深入研究,列举了关于气候变化对地下水影响的研究方法,包括包气带和含水层环境示踪技术,研究地下水及其沉积物的物理化学指标,地表水-地下水耦合数值模拟技术等;综述了我国华北地区(北京市、滹沱河流域、海河流域、滦河下游地区、黄淮海平原、临汾盆地、鄂尔多斯盆地、黄河下游地区、大同盆地、北方岩溶泉域)、西北地区(塔里木下游地区、三工河流域、阿克苏河绿洲、黑河流域、石羊河流域、河西走廊、巴丹吉林沙漠)和东北地区(吉林中部平原地区、三江平原)等典型区域气候变化(气温、降水、蒸发)对地下水水位、补给量与排泄量(泉流量、开采量)、水化学成分、水温、同位素组成的影响;提出了气候变化条件下合理利用和管理地下水资源的若干对策,包括减缓温室效应引起的全球气候变暖对未来地下水资源产生不利影响,定量化研究气候变化和地下水之间的相互关系,应用高新技术开展地下水资源脆弱性的研究,充分利用灌区地下含水层的调蓄作用,通过地表水与地下水的联合利用控制水盐平衡、涵养地下水源,节约农业、工业和生活用水等。     

黑河流域中游盆地水文地球化学演化规律研究

黑河是我国第二大内流河,研究其水化学演化规律,对于区域水资源科学利用与管理、保障饮水安全和下游生态安全都具有重要作用。本文利用2014—2018年在黑河流域开展1∶50 000水文地质调查所获取的资料,研究了黑河干流和丰乐河两个典型剖面的水化学和同位素变化规律。结果表明,黑河中游盆地地下水主要来源于祁连山区大气降水补给,黑河干流区地下水氘氧同位素比丰乐河流域更为富集,反映了氘氧同位素的高程效应。在丰乐河流域排泄区发现了非现代气候条件下形成的古水,说明现在的盐湖盆地早期就是地下水滞留区。山前戈壁带含水层经长期淋滤作用,地下水溶解性总固体(total dissolved solids,TDS)较低,水化学类型以重碳酸型为主。溢出带以北下游地区TDS逐步增高,地下水类型以硫酸型、硫酸-氯型为主,具有两种地下水化学背景和演化模式:一种是石膏溶解-碳酸盐沉淀析出-氯化物溶解-缓慢的硅酸盐非完全溶解和阳离子交换反应模式;另一种在此基础上增加硫酸钠溶解演化模式。流域补给区和径流区地下水TDS升高的主要原因是溶滤作用。丰乐河排泄区地下水TDS升高的主要原因仍是溶滤作用,溶滤盐分的来源是表层的盐分,以石盐为主。黑河干流排泄区由于含水层较薄,水位埋深较浅,蒸发对地下水咸化的影响更大。     

运用氧稳定同位素研究黑河中游盆地地下水与河水转化

在西北干旱区内陆河流域盆地, 地表水与地下水转化频繁, 研究地表水与地下水转化对于有效地开发利用水资源和预测地下水环境的变化具有重要的意义. 运用地下水和地表水中稳定同位素δ18O 值存在明显差异的特点, 在黑河中游盆地沿不同河段地表水和地下水现场取样, 进行同位素分析. 结果表明: 在黑河中游盆地绿洲灌溉区, 农田灌溉严重影响了地下水和地表水之间的转化, 导致地下水补给地表水的增加. 运用质量守恒原理, 定量分析了黑河中游盆地黑河地下水与地表水转化的转化量, 为正确评价和合理利用水资源奠定了基础.     

河西走廊张掖盆地含水层的水资源调节能力分析

张掖盆地是河西走廊黑河干流中游一个相对独立的水文地质单元,含水层以大厚度第四系冲洪积物为主。戈壁带地下水位长期监测数据的分析表明,河水入渗转化为地下水后,可以在附近含水层中存留20个月以上。整个盆地泉水溢出量与黑河干流径流量的对比分析表明,二者的天然动态周期均约为14 a,但丰枯变化正好相反,互为补充。据此认为,盆地内大厚度第四系含水层是条件优良的天然地下水库,如果得到合理开发利用,对科学配置整个流域水资源、保护恢复下游额济纳平原生态等具有重要意义。     

北方平原地区多层松散孔隙含水层地下水开发与地面沉降研究

该文分析了中国北方平原地区第四纪河流冲积形成的多元地层结构的特点,概述了地下水资源开发利用现状及地面沉降危害.依据阜阳市地下水水位和地面沉降历史,采用-维固结模型计算了土力学参数,预测了不同地下水水位的地面沉降量,提出了调整深层地下水开采量、控制水位、控制地面沉降的方案.在此基础上,探讨了中国北方地区地下水合理开发利用的对策.     

黑河流域水资源及现阶段合理开发利用

黑河是我国西部较大的一条内陆河,近30多年来,由于中游地区水资源开发利用程度不断提高,使进入下游额济纳平原的地表水逐渐减少,导致下游生态环境发生恶化.为了拯救下游绿洲,改善生态环境,自1992年起对黑河中、下游用水实行计划调度,1999年开始实施国家定量分水方案.根据近几年的最新调查研究成果,计算评价了黑河流域的总水资源、地表水资源、地下水资源、地表水和地下水的利用现状及开采潜力.在此基础上,提出现阶段中游以加强引输水工程改造、提高地表水资源利用率和推广田间节水灌溉工程,发挥水利用效益;下游以适度开发利用地下水、加强地表水和地下水综合开发利用,改善生态环境.为中、下游科学分配地表水资源和合理开发利用地下水资源提供科学依据.     

黑河中游盆地南部山区地下水对平原区侧向径流补给量的估算

山区地下水对平原区的侧向径流补给量是一个长期争议且悬而未决的难题,这个量在西北内陆干旱盆地,被估算得或很小或很大。在总结前人研究的基础上,采用地质水文地质调查、物探、钻探、抽水试验、地下水动态观测、水化学测试、盆地地下水水位统测和综合研究等技术方法,查明了黑河中游盆地南部山盆交接带的地质构造接触关系、地层岩性接触关系及梨园河口白垩系风化壳含水层结构和水文地质参数。通过山区不同流域等级的地表水与地下水转化关系分析,将山区地下水对平原区侧向径流补给带划分为大中型河流河谷补给段和小微型河流或冲沟群流域构成的浅山带补给段。河谷补给段勘探资料较为丰富,多用达西断面流方法计算;针对浅山带补给段极为缺乏勘探资料的实际,以梨园河口断面径流量为参照,构建了浅山带岩性、汇水区面积、降水量等3 个变量的山区地下水对平原区侧向径流补给量的估算方法。估算出黑河中游盆地南部山区浅山带地下水对平原的侧向径流补给量为0.40×108 m3/a,河谷段基岩侧向补给量为0.07×108 m3/a;推算出河谷段第四系地下水补给量为0.30×108 m3/a;3 项补给量之和为0.77×108 m3/a,占盆地地下水资源量的3.0%。该研究为西北内陆干旱盆地山区地下水对平原区侧向径流补给量的估算提供了一个可供借鉴的实例。     

海河流域地下水资源特征和开发利用潜力

海河流域水资源严重短缺,地下水长期超采是制约社会经济可持续发展的主要瓶颈。开展流域地下水资源及开发利用潜力研究,对支撑服务地下水超采治理、地下水资源可持续利用和生态环境保护都具有重要意义。经系统评价,海河流域天然资源量252.99×10~8m~3,生态水位约束条件下的浅层地下水开采资源量172.98×10~8m~3,可更新的深层水可利用量4.68×10~8m~3。海河流域山区地下水质量总体较好,Ⅰ～Ⅲ类水占比40.83%,平原区浅层地下水质量较差,Ⅰ～Ⅲ类水占比14.10%,深层地下水质量优于浅层地下水,Ⅰ～Ⅳ类水占比74.25%。海河流域山区地下水开采潜力总体较小,燕山和太行山北部山区,地下水资源禀赋较差,基本无开采潜力,太行中部山区地下水开采程度较高,无开采潜力或开采潜力较小,太行南部山区地下水资源禀赋良好,开采潜力较大;平原区浅层地下水在不同水文地质单元开采潜力差异较大,山前平原浅层地下水长期超采形成大范围降落漏斗,无开采潜力或潜力较小,中东部平原浅层地下水资源禀赋较差,以微咸水为主,开采潜力较小,山东省鲁北平原区浅层地下水开采程度较低,聊城—德州一带开采潜力较大;雄安新区地下水总体无开采潜力。平原区深层地下水基本无开采潜力。     

Hydrogeologic assessment of escalating groundwater exploitation in the Indus Basin, Pakistan

Groundwater development has contributed significantly to food security and reduction in poverty in Pakistan. Due to rapid population growth there has been a dramatic increase in the intensity of groundwater exploitation leading to declining water tables and deteriorating groundwater quality. In such prevailing conditions, the hydrogeological appraisal of escalating groundwater exploitation has become of paramount importance. Keeping this in view, a surface water–groundwater quantity and quality model was developed to assess future groundwater trends in the Rechna Doab (RD), a sub-catchment of the Indus River Basin. Scenario analysis shows that if dry conditions persist, there will be an overall decline in groundwater levels of around 10 m for the whole of RD during the next 25 years. The lower parts of RD with limited surface water supplies will undergo the highest decline in groundwater levels (10 to 20 m), which will make groundwater pumping very expensive for farmers. There is a high risk of groundwater salinization due to vertical upconing and lateral movement of highly saline groundwater into the fresh shallow aquifers in the upper parts of RD. If groundwater pumping is allowed to increase at the current rate, there will be an overall decline in groundwater salinity for the lower and middle parts of RD because of enhanced river leakage.     

从黑河流域地下水年龄论其资源属性

地下水资源的可持续性是当前干旱区流域水资源管理的首要问题之一 ,我国西北内陆干旱区地下水的可持续开发必须首先要了解地下水系统的更新能力 ,地下水的放射性同位素测年可以提供系统循环时间和更新能力的重要信息。本文利用地下水中放射性氚 (3H )和碳 (1 4C)测年方法 ,计算黑河流域地下水的年龄 ,进而讨论地下水的更新性。结果表明 :潜水年龄多数小于 5 0 a,具有可再生的资源的属性 ,其中山前戈壁带和张掖盆地细土平原潜水地下水年龄小于 4 0 a,为 196 3年以来补给。酒泉东盆地排泄区承压含水层中地下水的年龄为 2 338～5 5 6 9a,额济纳附近的深层承压含水层中 ,地下水的年龄为 5 4 86～ 86 30 a,地下水资源更新性较差。但是张掖盆地河流附近深层承压地下水年龄小于 5 0 a,具有一定的更新性。上述认识不仅对黑河流域水资源管理和生态环境建设具有重要意义 ,而且对西北类似的内流盆地的地下水系统的研究有着借鉴意义     

Groundwater replenishment analysis by using natural isotopes in Ejina Basin, Northwestern China

The Ejina Basin underlying complex aquifers is located in the lower reaches of the Heihe River with an arid climate and 40 mm mean annual precipitation. As the balance of the natural ecosystem in the Ejina Basin is fragile and easily upset, it is very important to estimate and rationally use the limited groundwater resources to maintain the balance. Water samples were collected from the Heihe River and wells for chemical and isotopic measurements across the basin. The Piper diagram gives two main types of hydrochemical features. Against the background of the regional geology, combining isotope ¹⁸O, tritium, and chemical analysis with groundwater flows indicated by a shallow groundwater level contour map, different kinds of groundwater sources and ways to replenish groundwater were discovered. North of the study area are artesian wells that are replenished by the mountainous area at the boundary between China and Mongolia. Replenishment for most of the groundwater resources of the Gurinai oasis comes from the Heihe River seepage flow of the highly conductive paleochannel, not from the Badain Jaran Desert as indicated by TDS and tritium analysis. The different groundwater ages which are younger than 35 years were approximately estimated by radioactive isotope tritium (T). By such efforts, groundwater resources can be effectively evaluated with the engineering impact of the Heihe River Project.     

黑河干流上中游径流变化及其原因分析

根据黑河干流出山径流控制站莺落峡、中游的高崖和正义峡等水文站的径流和区域内的气象资料,以及中游的地下水位资料,对黑河上中游来水的年际变化和年内分配,径流沿程变化规律及其影响因素进行分析研究。结果表明： ①黑河干流出山径流自1945年以来整体上呈小幅增加趋势,其年内最大径流月份在进入21世纪后,由7月份推后至8月份,主要受降水的影响; ②高崖和正义峡断面的水量自1977年以来呈微弱增加趋势,前者增幅略大于后者;由于中游社会经济发展引起用水增加,莺落峡至高崖区间的耗水量以每年近850×10⁴ m³的增量变化,而高崖至正义峡区间灌溉回归水和地下水补给河道的水量与区间灌溉引水和其他耗水量基本持平; ③地下水的超量开采一定程度上减缓了黑河干流统一调度的压力,但不利于流域水资源的可持续利用。该研究成果对于今后黑河水资源科学配置、合理调度具有一定的参考和指导作用。     

鄂尔多斯盆地都思兔河流域白垩系含水层特征及供水前景分析

在鄂尔多斯盆地都思兔河流域供水水文地质详查的基础上,通过水文地质钻探、抽水试验、样品分析等手段,查明了流域含水层的结构、埋深以及含水层和隔水层在水平和垂直方向上的变化规律,探讨了各含水层之间的水力联系,并求取了含水层的水文地质参数;对比圈定了包乐浩晓、巴彦布拉格、好勒包勒吉3处富水区;采用地下水流数值模拟方法对上述3处富水区地下水开采量进行计算,提出了27种地下水开采方案,并经过对比得到地下水开采推荐方案。结果表明：包乐浩晓、巴彦布拉格、好勒包勒吉3处富水区主要补给为侧向径流及大气降水入渗补给,排泄方式以潜水面蒸发及向河流排泄为主;在地下水浅埋区,结合含水层单井涌水量的大小,确定采用管井开采方式、中段悬挂式非完整井结构,平均布井,井深300m,单一开采白垩系环河组的地下水,最大限度夺取潜水蒸发排泄量;根据推荐方案,上述3个富水区总开采量达到123500m3／d,可为该地区地下水资源开发与利用提供技术保障。     

黑河下游额济纳盆地深层地下水来源的探讨

本文作者在额济纳盆地进行了长达3年的研究,获得了大量盆地地下水资料和水化学、同位素分析数据,在此基础上,利用水化学和环境同位素示踪技术,结合盆地水文地质条件,对盆地深层地下水的补给来源和循环特征进行了探讨.水化学和同位素结果显示,黑河流域深层地下水补给来源具有多源性,主要为核爆前形成的“老水”,水循环缓慢.在进行流域水资源开发时,对深层地下水的利用一定要慎重.