作物生长季节降水量和农业地下水开采量对地下水变化影响研究——以河北晋州地区为例

晋州地区是典型的农业井灌区,通过对该地区农作物生长季节降水量-农业地下水开采量-地下水埋深之间互动变化特征及其机制研究发现,枯水年份,农业地下水开采量的大小与小麦、玉米生长季节的降水量变化密切相关;平水年份,小麦生长季节的降水量变化对农业地下水开采量影响占主导,其次为玉米生长季节的降水量变化;丰水年,农业地下水开采量仅与小麦生长季节的降水量变化之间具有明显相关性,与玉米生长季节的降水量变化相关性明显弱化。不同水文年降水量变化,在影响农业地下水开采量增减的同时,对地下水的入渗补给量呈现与开采量逆向变化,二者叠加影响地下水位动态变化。平水年份或丰水年份,小麦生长季节地下水埋深增大,玉米生长季节降水量一般能满足玉米需水量,地下水埋深减小。因此,充分利用作物生长季节降水量,对减少地下水开采和高产农业的稳定发展有重要意义。     

华北平原区域水资源特征与作物布局结构适应性研究

据野外调查、遥感和综合研究表明, 近50年来华北平原粮食产量持续增加导致农业区地下水开采量不断增大, 同时灌溉节水水平的不断提高有效地缓解了农业开采量增加的速率。在1977年之前, 每增产10000t小麦和玉米, 多年平均实际开采量增加0.14?108 m3; 在1978年以来, 每增产10000t小麦和玉米, 多年平均实际开采量增加0.04?108 m3。以2001~2005年平均耗用地下水的开采强度(0.53 m3/kg)计算, 粮食增产促使地下水开采量平均每五年递增2.45×108 m3/a, 实际平均每五年少增加9.45×108 m3/a。降水量减小, 补给量变少, 开采量增大; 降水量增大, 补给量较多, 开采量减小。在连续枯(丰)水年份, 当年降水量减少(增加)10%时, 地下水系统水量减少7.98% (增加7.67%)。因此, 需要大力发展抗旱节水作物及高产节水技术, 合理调控农业种植结构, 对于缓解研究区地下水不断恶化态势具有实质性促进作用。     

河北省平原区农田粮食增产与灌溉节水对地下水开采量的影响

河北平原是中国粮食和蔬菜的主要产区之一,也是以地下水作为主要供给水源的地区。近50年来粮食持续大幅增产,驱动区内地下水开采量不断增大。在这一过程中,农田灌溉节水有效地缓解了粮食增产对地下水开采量增加的速率,拓展了在有限的可利用地下水资源条件下粮食增产的发展空间。在1977年之前,每增产10000t小麦和玉米,多年平均地下水实际开采量增加0.14×108m3,1978年以来,每增产10000t小麦和玉米,多年平均实际开采量只增加0.04×108m3。因此,大力发展抗旱节水作物,合理调控农业种植结构,是缓解河北平原农田区地下水超采状况的重要途径。     

灌溉农田节水增产对地下水开采量影响研究

据实际资料研究结果表明,近50年来滹沱河流域平原区粮食产量持续增加导致农业区地下水开采量不断增大,同时灌溉节水水平的不断提高有效地缓解了地下水开采量增加的速率。若按1953-1970年期间平均每公斤粮食生产耗用地下水开采量(3.11 m3/kg)推算,现状粮食生产规模下地下水开采量应为142.3亿m3/a,较实际开采量(24.4亿m3/a)多117.9亿m3/a,平均每5年递增11.74亿m3。以2001-2005年平均耗用地下水开采量(0.53 m3/kg)计算,粮食增产促使地下水开采量平均每5年递增2.45亿m3,平均每5年少递增9.45亿m3。因此,大力发展抗旱节水作物及高产节水技术,合理调控农业种植结构,对于缓解研究区地下水不断恶化态势具有实质性促进作用。     

鄂尔多斯浩勒报吉水源地开采地下水的环境影响分析

干旱半干旱区的地下水开发利用容易对原本脆弱的生态环境造成不利影响。内蒙古鄂尔多斯市浩勒报吉水源地属于半干旱区的地下水水源地。2009—2014年间,该水源地为满足工业供水需求开采地下水6.0×104~7.3×104 m3/d,产生了负面的生态环境后果。为核查环境变化与地下水开采的确切关系,调查分析了2004—2016年气象条件、地下水开采历程、地下水位、湖泊面积和植被指数的变化特征,建立定量指标进行了地下水开采的环境影响判别。结果表明,在2008—2014年期间,距开采区中心10 km范围的地下水位普遍下降1 m以上,奎生淖和敖各窖淖2个湖泊的面积萎缩约30%,水源地的植被指数对气候条件变化的敏感性增强。该水源地以往论证得到的可开采量偏大,应考虑生态环境约束将开采规模控制在3×104 m3/d以下。     

降水、河流径流量与开采对西安地区潜水流场影响分析

为定量分析降水、径流和开采对西安地区潜水流场影响程度,应用小波变换、最小二乘相关分析等研究方法,对区域平均地下水位,水源地漏斗中心水位及漏斗面积与降水、径流和开采变化之间的特征进行了研究。结果表明:1986—2010年期间,平均地下水位随降水量的增大呈线性函数递增趋势,降水量每增加100 mm,平均水位上升0.77 m,漏斗中心水位变化速率随降水量的增大呈直线下降趋势,年均降水量每增加100 mm,漏斗中心水位上升0.7 m(灞河水源地)、0.27 m(沣皂河水源地)和0.14 m(渭滨水源地);1986—2010年期间,径流量每增加1×10~8m~3,区域平均水位上升0.9~1.98 m,漏斗中心水位上升0.32~2.36 m,漏斗面积减小0.019~13.2 km2;1998—2010年期间,地下水开采量每增加0.1×10~8m~3,区域平均水位降幅达1.14~5.37 m,水源地漏斗中心水位降幅0.94~5.76 m,漏斗面积扩大0.44~27 km2;关联度分析表明,降水、开采是西安地区潜水流场变异的主导因素。     

降水和开采变化对石家庄地下水流场影响强度

为能精确识别降水和开采对石家庄地下水流场影响强度,应用小波变换和相关分析等研究方法,对区域平均地下水位、地下水降落漏斗面积及中心水位与降水和开采变化之间的互动特征进行了研究。结果表明:① 1961—1973年期间,平均地下水位随降水量增大呈幂函数递减趋势;1974—2010年期间,降水量每减小100 mm,漏斗中心水位下降速率增大7.35 m,平均地下水位下降速率增大2.15 m;② 1961—1973年期间,开采量每增加1亿m3,平均地下水位下降0.28 m,漏斗面积扩大11.74 km2,中心水位下降0.52 m,1974年以来累计超采量每增加1亿m3,漏斗面积增幅1.52 km2,中心水位降幅0.18 m;③ 降水量每减小100 mm,降水贡献度减弱3.0%,人类开采影响强度增大2.76%。     

河南豫北平原地下水资源与可持续利用

河南豫北平原属华北平原的一部分,面积约17000km2,自中更新世早期以来,黄河冲积扇的形成和演化,对其含水层的空间结构及迭置关系,起决定性控制作用。最新计算结果,浅层地下水多年平均补给量为31 15×108m3 a,开采资源量为28 47×108m3 a,储存资源量为547 60×108m3;深层地下水开采资源量为9243×104m3 a,弹性储存量为42 93×108m3。2000年地下水开采量20 36×108m3,地表水实际利用量16 44×108m3。预测2010年河南豫北平原需水量为39 38×108m3,水资源尚有结余;2020年需水量为47 63×108m3,水资源缺口1 74×108m3,总体上是平衡的。评价的浅层地下水资源属可持续利用的地下水资源。规划的6个城市应急水源地集中在沿黄地带,日开采浅层地下水达80×104m3,为城市供水提供了安全保证。     

华北滹滏平原地下水位下降与灌溉农业关系

针对华北粮蔬主产区滹滏平原浅层地下水位不断下降成因问题,基于大量实测资料和相关分析方法与MapGIS技术,通过对近50年来区内地下水位、粮蔬播种强度、有效灌溉面积变化特征和降水量、气温变化下地下水位下降对粮蔬播种强度响应机制研究,结果表明:1980年前粮蔬播种强度每增加0.01或夏粮和蔬菜播种面积每增加1万hm2,研究区地下水位下降幅度为0.36 m或0.43 m;1980年以来随粮蔬播种强度增大,地下水位下降幅度明显增大,粮蔬播种强度每增加0.01或夏粮和蔬菜播种面积每增加1万hm2,地下水位降幅分别达0.69 m和1.15 m。不仅与因播种强度增大导致农业开采量增加有关,而且还与1980年以来降水量不断减少密切相关。降水量减少100 mm,区内农业开采量增加35.7 mm。     

城市化对呼和浩特市潜水补给影响研究

城市化对地下水补给的影响已严重干扰了区域地下水均衡,引发了各种生态环境问题。在呼和浩特市自然地理及水文地质调查的基础上,运用GIS并结合地下水均衡计算的方法,探究城区扩张下以呼和浩特市为中心的研究区潜水补给量的变化。结果表明：从1986—2014年,研究区城镇面积扩大了约358倍。在城市化引起的地下水开采量增大、土地利用方式改变、景观河改造等因素影响下,研究区潜水疏干面积从119 1 km2扩大到10476 km2,年侧向补给量减少9 06115×104 m3;降水入渗补给量减少84385×104 m3;农灌水回渗补给量减少27944×104m3;河道渗漏补给量减少8638×104m3;城市供水管网漏失入渗量增加1 752×104m3。对比1986年和2014年,研究区潜水补给量从13 22501×104 m3减少至4 70703×104 m3,减少了644%,其中减少比例最大的是侧向补给量和降水入渗补给量。城市化使呼和浩特市潜水补给量大大缩减,迫切需要合理规划城市发展和地下水资源开采。     

对既保冬小麦产量又防承压水耗竭的灌溉策略之探讨

我国深层地下水超采最严重的区域当属华北平原的河北省黑龙港地区,该区域的深层承压含水层面临枯竭的安全风险。然而,黑龙港地区作为我国优质冬小麦的重要产区和河北省冬小麦的主产区,肩负着河北省确保冬小麦这一重要口粮稳产的责任。因此,冬小麦生育期的灌溉策略必须在区域尺度上兼顾深层地下水的禁采和冬小麦产量的稳定,这也是当前黑龙港地...     

Responses of groundwater system to water development in northern China

The increased demands on water resources in northern China have had a significant impact on groundwater systems in the last three to four decades, including reductions in groundwater recharge capacity and overall water quality. These changes limit the potential for groundwater uses in this area. This paper discusses the issues surrounding groundwater system use in the eight basins of northern China as water resources have been developed. The results demonstrate that the recharge zone has shifted from the piedmont to the agricultural area, and that the total recharge rate in the basins tended to decrease. This decrease in arid inland basins was mainly caused by both the excessive use of water in the watershed area and irrigated channel anti-seepage. In semi-arid basins, the decrease observed in the groundwater recharge rate is related to an overall reduction in precipitation and increasing river impoundment. In addition, intensive exploitation of groundwater resources has resulted in disturbances to the groundwater flow regime in arid and semi-arid inland basins. Arid inland basins demonstrated fast falling groundwater levels in the piedmont plains resulting in declines of spring flow rates and movement of spring sites to lower locations. In the semi-arid basins, i.e. the North China Plain and the Song-nen Plain, groundwater depression cones developed and intersected regional groundwater flow. The semi-arid basins of the North China Plain and the Song-nen Plain have experienced significant hydrochemical evolution of groundwater characterized by changing water type including increase of TDS and pollutants.     

冀中山前农业区地下水位强降弱升特征与机制

针对冀中山前平原农业区浅层地下水位不断下降问题,采用时间序列异变特征和趋势分析方法,基于小时级、自记监测的地下水位动态资料,通过农业区灌溉期、非灌溉期地下水位变化程度的差异特征及机制研究,结果表明:该平原农业区浅层地下水位变化在主灌溉期呈"cm/d"级(大于1.0 cm/d)下降、非灌溉期呈"mm/d"级(小于1.0 cm/d)上升的特征,这些特征与降水量、年内降水分配状况及其影响的农业开采强度密切相关。前期降水偏枯,灌溉期地下水位下降过程线和年内水位上升过程线的大部分位于当地多年地下水位变化趋势线之下;前期降水偏丰,位于趋势线之上。农业集中开采是地下水位"cm/d"级下降特征的动因,厚大包气带是地下水位"mm/d"级上升特征形成的重要条件。     

腰坝绿洲地下水位动态特征及对植被变化影响

地下水资源是干旱半干旱地区绿洲主要的供水水源,随着绿洲发展规模的不断扩大,为了满足日益增长的供水需求,加大了对地下水资源的开采导致了地质环境生态问题。本文结合实地调查、访问与统测方法,收集相关资料,测定地下水位,分析地下水位动态年内与年际变化特征,认为腰坝绿洲地下水位动态变化主要受人工开采影响,总体趋势表现为持续下降,并在开采期局部地区形成地下水位降落漏斗,受地下水位动态变化影响,绿洲防护林及周边荒漠植被处于衰退阶段,出现退化或大面积死亡现象。     

遥感技术和FEFLOW在北京市平原区地下水合理开发利用中的应用

在分析水文地质条件的基础上,采用遥感技术准确确定了北京市平原区地下水系统边界,并建立了地下水系统概念模型。采用基于有限元原理的FEFLOW软件建立了相应的地下水数值模拟模型,以2000年到2003年连续4个枯水年的地下水位动态资料对模型进行了验证和识别。运用识别后的模型进行了现状地下水水均衡、各典型水文年的补给量和开采潜力分析,并提出了地下水合理开发利用对策。研究表明识别后的模型置信程度较高,反映了实际的水文地质条件;2000年至2003年地下水系统均衡分别为-7.73亿m3、-6.02亿m3、-5.95亿m3和-4.38亿m3,补给总量分别为16.98亿m3、18.68亿m3、18.75亿m3和20.32亿m3;多年平均地下水补给资源量为22.98亿m3。平谷和昌平地区地下水还有开采潜力,密怀顺平原和城近郊区地下水已过量开采。地下水的合理开发利用应致力于开源节流、地表水地下水联合调蓄和中水回用。     

Groundwater system division and compilation of Groundwater Resources Map of Asia

Based on landform, climate, river system, geological structure and hydrogeological structure and from the perspective of systematology, the groundwater system of Asia can be divided into 36 secondary groundwater systems under 11 primary ones by the intercontinental scale. A scientific evaluation of groundwater resources in Asia can be secured using water balance method and runoff modulus method through water circulating analysis and feature study of groundwater system on the basis of groundwater system division of Asia. With natural recharge(runoff) modulus(10~4m~3/km~2·a), the total amount of water resources and those available for exploitation of primary groundwater system can be evaluated-continuous aquifers in plains and basins contain 242.465× 10~9 m~3/a of water, 169.725× 10~9 m~3/a of which is recoverable; discrete aquifers contain 186.695× 10~9 m~3/a, 130.686× 10~9 m~3/a of which is available for exploitation; other scattered aquifers contain 38.614× 10~9 m~3/a, 27.029× 10~9 m~3/a of which could be exploited. In total, there is 467.774× 10~9 m~3/a of groundwater with 327.440× 10~9 m~3/a recoverable. The groundwater map of Asia is compiled according to groundwater system division, evaluation of the total amount and aquifer types to reflect the macro features of groundwater resources in Asia, laying a scientific foundation for exploitation and management of water resources here and for avoiding disputes over groundwater resources and environment among Asian countries.     

石羊河流域中下游绿洲土地利用变化与水资源动态研究

根据1986年和2000年的TM影像数据,利用地理信息系统(GIS)技术通过景观斑块的转移矩阵计算,分析了石羊河流域凉州区和民勤两个典型绿洲近15年来的土地利用变化;并利用不同时期中下游绿洲水资源量和开发利用程度,结合种植业结构,分析了该区域水资源利用动态变化。结果表明,耕地大量增加,凉州区和民勤绿洲分别增加了6302 hm2和36434 hm2,民勤绿洲林地大面积减少,2000年林地面积仅为1986年的55%,绿洲面积减少了23365 hm2;而中游凉州区绿洲面积却增加了8167 hm2;上下游用水量之比从20世纪50年代的1.612急剧增大到90年代的8.33,用水矛盾日益突出,下游水库来水量40年来下降达63.1%;地下水开采强度日益增加,机井分布密集,地下水位大幅度下降;种植业结构不合理,耗水量较大的粮食作物所占的比例过大。