干旱区间歇性河流河道两侧地下水运动模型及其求解方法

由于上中游水资源的过多开发利用,我国西北干旱区有些内陆河下游来水量急剧减少,从以前的常年性河流逐渐转变成现在的间歇性河流,给当地带来了一系列严重的生态环境问题。根据间歇性河流河道充水和停水过程周期性重复出现的水文特征,建立了河道两侧区域地下水运动的一维非稳定流模型,提出了把流量边界条件与水位界条件相互转换来求解模型的一种方法。最后应用上述模型分析西北某内陆河下游间歇性输水条件下河道两侧地区地下水位恢复状况,为输水生态效应的定量评价提供了理论基础。     

间歇性过水条件下滹沱河近岸浅层地下水变化特征

滹沱河出山口修建黄壁庄和岗南水库后,滹沱河成为间歇性过水的泄洪通道。在丧失河水对河道两侧地下水补给功能的前提下,距河岸不同距离的浅层地下水表现出不同的动态变化特征,并且在间歇性通水时发生不同响应变化。根据多年来研究区地下水动态监测数据分析,总结出长期人类活动干扰下滹沱河近岸地下水响应河道过水的动态变化规律:从时间上看,不同区位和距河道远近不同的地下水位升降规律各异;从空间上看,随着距河道距离的增大,地下水的响应强度和响应速度逐渐减弱;在河道常年有水和间歇性过水不同背景条件下,地下水的年际回升量变化随距河道距离不同而表现出明显差异。     

塔里木河下游应急输水的水生态环境响应

塔里木河下游357km河道断流近30年,向塔里木河下游实施应急输水抢救生态环境,是世界范围内流域退化生态系统恢复与重建的稀有案例。以此为背景,在生态环境本底状况调查的基础上,通过大量的监测资料,应用河道水力学、地下水动力学以及植被生态学,以河道水量沿程消耗-地下水位动态变化-植物恢复为主线,摸清了水流在河道纵向、河道横向两侧和垂向剖面中的运移、转化和消耗规律,研究分析了应急输水的水生态环境三维响应特征和植被恢复效应。为创建和完善干旱区受损生态系统输水、修复与重建的评价体系打下基础,也为塔里木河流域综合治理提供技术支撑。     

塔里木河下游输水优化配置模型研究

在调查塔里木河下游各子区生态用水需求的基础上,采用带约束条件的非线性优化理论建立了塔里木河下游各子区优化分配水量模型。采用Kuhn-Tucker条件,对模型进行求解,合理分配了各子区的输水水量。计算结果表明,通过向塔里木河下游河道输水3.4亿m3,可改善下游生态面积达1 490 km2。所建模型为将来的应急输水及水资源的合理配置提供了技术支持。     

生态输水条件下塔里木河下游断面尺度地下水流数值模拟

由于中国西北地区地表水资源有限,地下水则成为重要的备用水资源,而地表水和地下水转化过程及其耦合模拟是水资源开发利用和科学评价的基础,因此,为了准确反映塔里木河下游间歇性生态输水后地下水的动态变化,以塔里木河下游英苏断面为例,基于Boussinesq方程建立了改进的地下水动力学(GH-D2)模型,模拟了塔里木河下游绿色走廊典型断面地下水对全时段(2000-2015年)间歇性生态输水的响应过程。结果表明,尽管Boussinesq方程的GH解能较好地模拟地下水位的瞬态变化,但模拟地下水位多年变化的结果并不理想,而改进的GH-D2模型考虑了间歇性生态输水对地下水位变化的滞后效应,对长时间尺度地下水位变化的模拟具有较好的效果。与GH和GH-D1模型相比,GH-D2模型模拟的地下水位值更接近于观测值,这将对塔里木河下游实施科学合理的生态输水计划以及生态恢复和重建策略提供关键的技术支撑。     

生态输水影响下地下水化学特征的时空变化分析

对塔里木河下游自2000年以来的4次生态输水的地下水位变化与地下水监测井的水化学资料比较分析,结果表明:地下水化学特征随4次生态输水,在时间与空间上发生明显变化.沿输水河道方向(纵向),下游上段的监测断面的地下水化学特征受输水的影响明显早于下游下段的水化学特征,且变化幅度也较大.沿垂直河道的方向(横向),距输水河道不同距离处的地下水化学特征先后呈现相似的变化规律,即:在受输水影响的初期,地下水化学成分中的主要离子含量和矿化度都明显上升,随着生态输水的继续进行而逐步下降.同时,地下水化学的变化特征反映出生态输水的影响范围在逐渐扩大,4次输水后地下水的响应范围在距离输水 000 m左右态输水虽然对地下水中盐分浓度起到了暂时冲淡和区域盐分再分配作用,但要使下游水质真正好转只有采取一系列工程和管理措施.     

合肥至武汉铁路防洪评价淠河总干渠特大桥输水影响分析

铁路桥梁工程建设对河道堤防安全、河势稳定、输水安全、通航以及渠道治理规划等产生一定的影响。根据《中华人民共和国防洪法》、《中华人民共和国河道管理务例》和国家计委、水利部《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》等法规,对河道管理范围内建设项目应进行防洪评价。本文概括介绍了合肥至武汉铁路跨越淠河总干渠特大桥基本情况,就桥梁建设对河道输水能力的影响作了分析评价。结果表明,铁路建设对河道输水能力影响较大,建议采取相应的补偿措施。     

比选法与层次分析法在农安支线供水线路优选中的应用

为优选农安支线供水工程输水线路,依据输水线路布置原则,对拟定的东线、西线、东西组合线和河道线共4 条比选方案,采用比选法和层次分析法,从施工条件、运行管理、供水安全和投资费用等方面进行了线路优选分析计算,结论为西线方案最优。西线方案具有工程布置相对容易、运行管理方便、供水较为安全及投资费用低的优点。论文还对河道输水的弃选方案进行了初步讨论。     

新疆塔里木河下游柽柳、芦苇对生态输水的响应

通过对塔里木河下游生态输水过程中地下水埋深变化的动态监测和天然植物生理指标的测试分析, 探讨了塔里木河下游柽柳、芦苇对生态输水的响应. 研究表明, 塔里木河下游河道输水对抬升其附近的地下水位起到了明显效果, 地下水埋深呈逐级抬升过程. 输水河道附近的地下水埋深由输水前的5～8 m抬升到了2～4 m; 植物各项生理指标对地下水位变化反应敏感, 表现出明显的梯度变化. 不同植物生长由于对地下水位要求深度不一样, 随地下水位变化而表现出不同的响应, 芦苇的反应敏感区约在150～200 m之间, 而柽柳则多在200～250 m之间. 结合野外样地的实际调查分析推测, 芦苇和柽柳的胁迫地下水位分别为3.5 m和4.0 m.     

塔里木河下游生态输水后地下水变化规律研究

为准确反映塔里木河下游生态输水工程后地下水的动态变化,实现为本地区开展大规模的生态恢复和重建工作提供科学依据,在塔里木河下游沿321km河道上布设了9个监测断面和39口监测井,采用电导法定期监测地下水位近3年。结果显示:输水后地下水位在河道纵向、横向上有各自的变化规律,说明生态输水的效益是逐步显现的。因此,对本地区生态输水的综合评价应该放在几年以后再开展。同时,通过对生态输水后地下水位变化的分析,提出了调整输水规模和方式的建议。     

广饶县河流污染带地下水水质现状评价与污染分析

多年来由于接纳上游和境内工业、生活污废水,淄河、阳河、织女河三条河流大部分时间水质为劣V类,沿河两测形成2km左右的浅层地下水污染带。对污染带内地下水水质现状进行评价与分析、应用模糊综合评价法进行污染程度评价。得出的结论是河流两岸浅层地下水水质由以优良或良好为主变为以较差或极差为主,污染和微污染的地下水井占81．2％,石油类、亚硝酸盐氮、氨氮、挥发酚、硝酸盐氮、高锰酸盐指数等主要污染参数超标率均在30％以上。     

黑河下游额济纳三角洲河道渗漏对地下水补给研究综述

干旱区河道渗漏是河道径流转化为地下水的一种主要方式. 河道渗漏系数是确定河流与地下水之间转化量的重要参数, 也是建立地下水模型的关键. 从河道渗漏运动的研究方法、 河道渗漏时空动态变化、 河道渗漏特征规律与机理以及河道渗漏模拟研究等方面入手, 综述了国内外有关河道渗漏研究方面的进展情况以及发展趋势. 同时对黑河下游额济纳三角洲地区的河道渗漏研究现状及存在的问题进行了阐述, 分析当前研究的不足. 针对黑河流域下游额济纳三角洲水系与河道特点, 提出如下建议: 从河道渗漏的时空动态变化分析入手, 开展典型渗漏观测试验、 进行河水位、 流量、 河床含水量、 地下水位的连续观测和同位素示踪试验, 测定河道渗漏与地下水运动参数; 建立河道渗漏模拟模型, 模拟和预测不同情景下河道渗漏过程. 为该地区的河道渗漏补给地下水的定量化研究提供新的思路, 为制定科学合理的水资源利用规划和维护绿洲稳定及可持续发展提供科学依据.     

黄河下游傍河开采地下水研究--以郑州-开封间黄河段为例

近年来，由于黄河水量不断减少，断流频频发生和河水污染加剧等原因，使沿岸城市的供水形势日趋严峻。为了满足该区经济发展的需要，人们已越来越重视傍河地下水的开发与利用。从黄河下游河段的地质结构、岩性组成、河水补给地下水条件等各个方面论证了黄河下游河南省地段地下水资源的开发潜力及兴建大型傍河地下水水源地的可行性。对傍河开采地下水时可能诱发的水环境和地盾环境问题进行了分析、预测，提出了解决的途径。     

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.     

The impact of the development of water resources on environment in arid inland river basins of Hexi region, Northwestern China

Water resources use is a key parameter in the hydrological cycle, especially in arid inland of Northwest China, groundwater movement and circulation processes are closely related to the surface water, while recoverable and renewable groundwater mainly comes from the conversion of surface river water, and there is extensive transfer among rainfall, surface water and groundwater. Human activity, in particular, large-scale water resources exploitation and development associated with dramatic population growth in the last decades, has led to tremendous changes in the water regime. There are misuse and wastage of surface water with traditional multi-channel irrigation for most rivers, which in turn leads to over-exploitation of groundwater to augment supplies. This situation has been exacerbated by rapid population growth and socio-economic development, with decreased irrigational systems return to groundwater due to the irrigation system in the middle reaches of rivers in the Hexi region becoming better. The investigations of this study revealed that over the last decades, man-made oases have developed rapidly in various inland river basins. With the increasing human demand for water, the contradiction between water demand and water supply is becoming increasingly acute and the amount of groundwater usage significantly increased. Notwithstanding the annual surface water from mountains is relatively stable in the Hexi region, the recharges of groundwater have been reduced by 11.1%, with a maximum reduction of 50% in the Shiyang River basin. Groundwater abstraction increased by approximately six times, particularly in the Shiyang River basin, groundwater abstraction exceeds recharge by 4.1×10⁸ m³ year⁻¹ in recent decades. Consequently, the groundwater level has declined widely by 3–16 m, with a maximum decline of 45 m in several groundwater observation wells in the Minqin basin on the lower reaches of the Shiyang River basin. These cause serious human activity-induced environmental problems, such as water-quality deterioration, vegetation degradation, soil salinization and land desert desertification, etc. It is suggested that modernized irrigation technology and new regulation to cover water resources management and allocation with the river basins are urgently needed to achieve a sustainable development. The aim of this study is to analyze the impact of the development of water resources on the environment in arid inland river basins in Northwestern China, which were analyzed by comparing the three main river basins (i.e., the Shuilei, the Heihe and the Shiyang River basins) with different water resources development cases.     

Response of groundwater chemistry to water deliveries in the lower reaches of Tarim River,Northwest China

In this paper, we analysed the monitored data from nine groundwater-monitoring transects in the lower reaches of Tarim River during the five times of stream water deliveries to the river transect where the stream flow ceased. The results showed that the groundwater depth in the lower reaches of Tarim River rose from −9.30 m before the conveyances to −8.17 and −6.50 m after the first and second conveyances, −5.81 and −6.00 m after the third and fourth the conveyance, and −4.73 m after the fifth. The horizontal extent of groundwater recharge was gradually enlarged along both sides of the channel of conveyance, i.e., from 250 m in width after the first conveyance to 1,050 m away from the channel after the fourth delivery. With the rising groundwater level, the concentrations of major anions Cl⁻, SO₄²⁻ and cations Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, as well as total dissolved solids (TDS) in groundwater underwent a significant change. The spatial variations in groundwater chemistry indicated that the groundwater chemistry at the transect near Daxihaizi Reservoir changed earlier than that farther from it. In the same transect, the chemical variations were earlier in the monitoring well close to watercourse than that farther away from the stream. In general, the concentration of the major ions and TDS at each monitoring well increased remarkably when the water delivery started, and decreased with the continued water delivery, and then increased once again at the end of the study period. Hence, the whole study period may be divided into three stages: the initial stage, the intermediate stage and the later stage. According to the three stages of groundwater chemistry reaction to water delivery and the relationships between groundwater chemical properties and groundwater depths, we educe that under the situation of water delivery, the optimum groundwater depth in the lower reaches of the Tarim River should be −5 m.     

黄河流域地下水资源及其开发利用对策

黄河是中国第二大河并以其含沙量特大和下游的“地上悬河”而闻名于世。黄河上游的盐碱、沙害,中游的水土流失和下游悬河段的洪涝、干旱和断流等灾害使黄河的生态环境极其脆弱。针对流域内缺水和水质问题,对流域水资源、城市工农业的供需水量平衡、地下水的开发潜力等进行了预测。通过基流分割计算和同位素技术的应用,研究了区内地下水和地表水之间的水循环规律及地下水对黄河的贡献。最后,对黄河流域地下水可更新能力及地下水可持续开发利用的对策进行了深入的研究。     

黑河流域不同水体中δ18O的变化

水资源短缺和合理利用是干旱半干旱区黑河流域面临的一个严峻问题,解决问题的关键是要深入了解水循环机理,而分析不同水体中环境同位素变化特征是应用同位素示踪技术研究水循环机理所必须的前提。根据测得的黑河流域降水、河水和地下水中δ18O,分析了取样期间不同水样δ18O的变化,揭示了降水中δ18O存在显著的温度效应、季节效应、高程效应以及与降水量的正相关关系;河水中δ18O的时空变化特征,即出山口地区河水中δ18O统计值低于山区和盆地,山区河水中δ18O的时间分布与大气降水一致,出山口河水中δ18O时间分布与大气降水相反,河水中δ18O沿黑河流程存在显著递增趋势;地下水中δ18O在张掖变化幅度较大,在临泽较均一且9月份普遍高于6月份,而在高台则分为显著的2组,较高的一组9月份普遍低于6月份。研究了不同因素对水循环过程中δ18O变化的影响及相互作用,为同位素技术在黑河流域水循环研究中的应用提供科学依据。