黑河中上游段河道渗漏量计算方法的试验研究

通过河道断面法对黑河中上游河段河道渗漏量进行了比测试验,结果表明:河床岩性组成、河流平面几何形态变化以及人类活动对输水方式的改变等对河道渗漏量影响显著.黑河实施全流域调水前后河道渗漏量发生显著的跳跃性变化,莺落峡至312桥区间河道渗漏量调水前为1.2543×108 m3,调水后为4.3747×108 m3,调水后较调水前河道渗漏量增加3.1203×108 m3;河道流量越小其相应损失率愈大,河道流量越大,其相应损失率愈小,由此得出各河段不同流量单位河长的损失率服从倒数函数分布.研究结果是在黑河中上游实体河道上进行上下断面流量比测试验的基础上得出的,符合该河段的实际情况,可作为黑河中游地表水、地下水转化分析、地下水流系统模拟、流域水资源重复利用、水量调度计算各种模拟模型验证河道渗漏量的基础资料.     

甘肃西北部黑河流域水资源对下游生态环境变化的影响阈

从流域尺度水资源承载能力及其有限性、可变性和上下游关联性的角度,探讨了黑河流域下游区生态环境变化的影响阈,阐明了不同水文年中游区的安全引水量和不同目标下下游区的生态环境修复对水资源的需求阈.基于多年平均地表径流量37.8×108m3/a的安全引水量为13.97×108m3/a和枯水年份(95%保证率)的安全引水量为10.14×108m3/a,下游区初步改善生态环境的生态需水量为8.01×108m3/a.提出了中游区经济社会可持续发展的水资源保障阈,即未来20年生产生活安全需水量介于22×108～23×108m3/a之间.在此基础上,阐明了在中游区经济社会稳定持续发展目标约束下确保黑河流域下游区生态环境不断改善的流域水资源优化配置模式及对策.     

黑河下游水环境变化对生态环境的影响

黑河下游地区深处内陆腹地,气候极度干旱,冬春季节多大风,生态环境恶劣,黑河进入下游地区的水量是维系区内生态的主要水源。20世纪80年代以来,由于中游地区过量开采,流入下游的水量大幅减少,导致东、西居延海相继干涸,绿洲草场大面积沙化,沙尘暴肆虐,生态环境恶化。2002年以后,由于执行国务院有关黑河分水方案,东、西居延海相继恢复湖面,绿洲区生机盎然,生态环境得到恢复。黑河下游地区地下水储存量达到3000×108m3以上,水质较好。黑河沿途渗漏是地下水的主要补给来源,不同河段渗漏的水量通过古河道网络迳流、排泄,维系着额济纳绿洲和古日乃荒漠绿洲植被生态。目前,正在修建旨在防止河床渗漏的甘蒙引水渠,遗弃原有河道,将会切断地下水的补给,导致依靠地下水滋养的古日乃荒漠绿洲植被消失,形成新的规模巨大的沙尘暴源区。     

黑河流域中西部子水系水资源分布特征研究

根据研究区的气象、水文、地质和冰川等资料,结合野外调查,研究了黑河流域中西部子水系的降水资源、冰川资源、地表水资源、地下水资源、水资源总量及其时空分布特征.山区水资源主要由祁连山南部的降水、冰雪融水等形式补给,以冰川、地表水、地下基流形式存在,冰川融水补给量为0.5532×108m3,地表水资源量为11.64×108m3,出山口基流量为5.264×108m3.河流进入山前平原后,地表水与地下水多次重复转化,南盆地地下水资源量为8.74×108m3,北盆地地下水资源量为2.06×108m3.中游耗水量的增加,加剧了中游和下游地区用水矛盾.对河流水质现状进行了分析评价,中、下游受生活污水、工业废水、农业退水的影响,河流水质较差.随着张掖市节水型社会建设和黑河流域综合治理的逐步推进,黑河流域中西部子水系的水资源问题日趋突出,研究水资源的分布特征,可为区域水资源的管理调度、可持续利用提供科学的决策依据.     

基于地表水循环遥感观测的黑河流域水平衡分析

流域内水循环各环节的水量及其时空分布是不断变化的,掌握流域水循环与水平衡状况是进行流域水资源合理开发利用的重要基础。以2000—2019年黑河流域水文显著变化期为研究时段,综合应用TRMM与GPM卫星观测的降水量、遥感估算的蒸散发量等数据并结合气象站点、水文站点等观测数据,对流域降水、蒸散发与径流等水循环要素的水平衡进行了分析。结果表明:祁连山区是主要产流区,向中游年均下泄水量约为45.11×108 m3。其中,消耗于中游的年均量约为29.92×108 m3,约占66%;补充下游的年均量约为15.19×108 m3,约占34%。民乐—张掖盆地是黑河中游水资源消耗的主要区域,年均消耗的上游来水和当地降水量达43.97×108 m3,约占中游消耗量的75%;中游农田蒸散发年均消耗水量约20.3×108 m3,占总消耗量的35%;上游区降水量增加是黑河干流出山口径流量增加的主因,对径流量增加的贡献率为96%,导致年均径流增加0.35×108 m3,潜在蒸散发对径流增加几乎没有贡献。根据目前黑河干流上游径流量变化与中游水资源消耗现状,如果未来水文周期变化导致上游径流减少,中下游用水矛盾凸显的风险较大。地表水循环遥感观测可作为流域水平衡分析的方法之一,分析流域地表水水资源的空间分布状况、揭示水资源变化趋势与原因,支撑水资源合理配置,陆面实际蒸散发是水平衡分析不确定性的主要来源,准确估测不同类型下垫面实际蒸散发量是提升分析可靠性的关键。基于互补相关的陆面实际蒸散发估算方法相对简单,但其中用于计算湿环境蒸散发量的Priestley-Taylor公式中乘性经验系数受地形影响空间变异很大,区域上采用统一数值会对结果造成不可忽视的影响。     

“引哈济党”工程对敦煌盆地地下水位影响的数值模拟研究

国务院批准的《敦煌水资源合理利用与生态保护综合规划（2011—2020）》旨在缓解敦煌盆地水资源的合理利用与生态保护之间的矛盾。随着规划的实施,近年来盆地内水面的面积增大,作为规划骨干工程之一的“引哈济党”工程的实施必要性得到质疑。地下水是盆地重要的水源,也是影响西湖自然保护区等生态的关键因素。为定量分析引哈济党工程不同调水量下盆地地下水位时空演化态势,本研究建立了地下水三维流数值模型,结合长期观测井和统测井水位等数据对模型进行了识别和验证。模型应用发现:2010—2018年区域年均地下水储量亏空约0.40×108 m3,主要分布于党河洪积扇区和党河灌区北部,但党河灌区和西湖自然保护区核心区的地下水储量亏空分别约2.62×106,9.99×106 m3。采用模型预测了调水量为0.80×108,0.90×108 ,1.00×108,1.20×108 m3/a时,50年后地下水位动态,发现党河洪积扇地下水位回升5.0～20.0 m,月牙泉区地下水位回升7.0～15.0 m,而西湖自然保护区在模拟期内地下水位回升0.5 m以内。地下水侧向径流补给是西湖自然保护区核心区的重要和持续的补给水源,“引哈济党”工程将确保西湖地下水位的缓慢回升。研究结果可为“引哈济党”工程的实施论证提供重要参考。     

2002年塔里木河流域"四源一干"地表径流情势

2002年塔河流域内平原及山区气温都明显偏高, 平原降水偏多, 山区降水略偏多.3～10月 0 ℃层高度接近常年.塔里木河4条源流出山口天然径流量273.9×108m3, 比多年平均值227.0×108m3多46.9×108m3, 偏多20.7%, 属丰水年.其中发源于天山山脉的阿克苏河和开都河-孔雀河径流增幅大, 水量充沛, 属丰水年; 而发源于喀喇昆仑山脉的叶尔羌河和源于西昆仑山的和田河径流量保持多年均值年.4条源流入塔里木河水量为54.82×108m3.在塔里木河干流上游段耗水量25.42×108m3, 是干流最大的耗水区段, 中游段耗水量24.55×108m3, 下游段耗水量7.38×108m3.上、中游区间耗水量49.97×108m3, 占阿拉尔站年径流量的90.8%.从7月20日至11月10日共计114 d由博斯腾湖向塔里木河下游生态应急输水, 从博斯腾湖调水12.67×108m3, 恰拉水库分水闸向塔里木河输水2.339×108m3, 大西海子水库下泄3.313×108m3, 年内台特玛湖形成了28.74 km2的水域面积, 下游沿河地下水位普遍回升, 影响范围达800 km2, 生态效益十分显著.     

1985-2013年黑河中游流域地下水位动态变化特征

在气候变化和人类活动的影响下, 黑河流域地表水和地下水的时空分布特征发生了很大变化. 研究水系统演化及其驱动机制对流域水资源可持续管理非常关键. 基于甘肃河西黑河中游流域地下水位动态、水文气象、土地利用和灌溉统计数据, 研究了1985-2013年黑河中游流域地下水位时空变化. 结果表明: 地表水的不合理分配和耕地的扩展导致了地下水的过量开采和地下水位的剧烈变化. 1985-2004年区域地下水位以下降为主; 2005-2013年呈现下降和回升两极发展趋势, 冲洪积扇群带地下水最大下降达17.41 m, 而黑河干流沿岸地下水位最大回升了3.3 m, 地下水埋深普遍增加了1.0~3.0 m. 尽管地下水位在2005-2013年表现出回升趋势, 但干流中游盆地地下水系统处于严重负均衡状态, 制定合理的“生态分水”方案和水资源综合管理规划非常紧迫.     

塔里木河流域2003年"四源一干"河川径流及输水运行分析

2003年塔里木河四条源流出山口天然径流量258.21×108 m3,偏多12.8%,属偏丰水年.阿拉尔站以上的三条源流(阿克苏河、叶尔羌河、和田河)出山口天然径流量为221.19×108 m3,偏多14.0%,属偏丰水年;开都河孔雀河为37.02×108 m3,偏多6.0%,属平略偏丰水年.四条源流入塔里木河总水量为47.66×108 m3,占出山口天然径流总量的18.5%.阿拉尔站以上三条源流入塔里木河水量为44.08×108 m3,占三条源流出山口天然径流总量的19.9%,叶尔羌河是惟一无水输入塔里木河的源流.2003年塔里木河干流上游段耗水量20.51×108 m3,是干流最大的耗水区段,中游段耗水量16.89×108 m3,下游段耗水量11.16×108 m3.上、中游耗水量在减少,下游耗水量在增加.从2003年3月3日至7月11日第5次应急输水历时132 d,从博斯腾湖调水入塔河干流水量3.58×108 m3,而塔河干流到达恰拉水量7.58×108 m3,干流来水量继2002年后再次超过了博斯腾湖调水量.可以确定,2002年塔里木河向下游输水属于由博斯腾湖调水为主转为干流为主的转折年份,但是2003年干流向下游输水的比例更高.2003年大西海子水库向最下游下泄水量为3.455×108 m3,首次打通了145 km的老塔里木河,采取其文阔尔河和老塔里木河双河道输水,水再次流到塔里木河尾闾--台特玛湖,加上车尔臣河水的汇入,年内在台特玛湖区最大形成了约200 km2的水面.长期确保向塔河下游输水以干流来水为主,加大对塔河的综合治理,特别要加大对干流上游段和主要源流区的综合治理.     

塔里木河流域2004年"四源一干"河川径流情势及输水运行分析

2004年塔里木河流域平原的年平均气温特高,山区偏高.平原与山区年降水量均正常略偏多,流域内春夏季0℃层高度偏低.2004年塔里木河四条源流出山口天然径流量224.0×108m3,属平水年.天山南坡的河流水量偏丰,阿克苏河偏多15.9%,为丰水年;开都河-孔雀河偏多4.2%,为平略偏丰水年.而喀喇昆仑山及昆仑山北坡的河流水量均少于多年均值,如叶尔羌河偏少10.8%,为偏枯水年;和田河偏少17.9%,为枯水年.四条源流阿克苏河、和田河、叶尔羌河、开都河-孔雀河入塔里木河总水量为27.02×108m3,占四条源流出山口天然径流总量的12.1%,叶尔羌河全年无水输入塔里木河.2004年塔里木河干流上游段阿拉尔-英巴扎耗水量为19.19×108m3,是干流最大的耗水区段;中游段英巴扎-恰拉耗水量为7.530×108m3,为治理前的30.3%,是输水堤工程竣工和加强管理的效益.2004年4月22日至6月25日,实施了第6次从博斯腾湖向塔里木河下游应急输水,历时65 d从博斯腾湖调出水量1.600×108m3,大西海子水库泄洪闸向下游输水量1.020×108m3,水头再次到达台特玛湖,多年来的调水已使下游河段两岸生态环境有了明显改善.     

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。     

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.     

黑河干流浅层地下水与地表水相互转化的水化学特征

通过分析黑河干流地表水与地下水的水化学特征,识别沿黑河干流不同地带地下水与地表水的相互转化关系.研究结果表明:(1)在祁连山区,地下水与地表水的转化以地下水向河流排泄为主.(2)南部盆地,在山前戈壁带,出山河水入渗转化为地下水;溢出带地下水以泉的形式转化为地表水;进入细土平原后,汛期河水补给地下水,非汛期地下水补给河水;在农灌区引河水通过田间入渗补给地下水.(3)北部盆地,在金塔灌区,地下水主要接受引水灌溉入渗补给;在金塔灌区到额济纳旗,河流入渗转化为地下水.     

Environmental changes after ecological water conveyance in the lower reaches of Heihe River,northwest China

This paper analyzed the dynamic change of the groundwater level by 6 years’ monitoring in field monitoring and the change of vegetation by the field survey and satellite remote sensing after watering in the lower reaches of Heihe River. The findings indicated: (1) the groundwater level elevation and the plant growth are closely related to the volume and the duration of watering. In general, groundwater level elevates dramatically and plants are growing much more vigorously after watering; (2) Watering incidence on groundwater keeps extending with the watering times increasing; (3) Plants grew rapidly in 100–400 m away from the water channel after watering. Watering incidence on vegetation reached 1,000 m; (4) In terms of the function and structure of ecosystem after watering in the lower reaches of Heihe River, the ecological water conveyance does not still reach the goal of ecological restoration at a large spatial scale at present. In addition, in order to solve fundamentally the problem of ecological environment worsens in the lower reaches of Heihe River, some suggestions and countermeasures are put forward.     

基于水量平衡的博斯腾湖水位变化分析

博斯腾湖是我国最大的内陆淡水湖,也是新疆南部地区重要的淡水资源。20世纪50年代以来,博斯腾湖水位多次剧烈变动。尤其是近30年,博斯腾湖水位波动尤为剧烈,甚至有不断加剧的趋势,这给该区经济建设和生态环境造成重大负面影响。基于水量平衡原理,分析博斯腾湖流域1986~2012年的气象水文数据,得到1986~2002年博斯腾湖水位急剧上升的原因在于开都河径流量的增加及开都河灌区引水量的减少。2002~2012年,开都河径流量持续走低,地下水的开采导致河道损失水量增大以及泵站扬水量的增加使得博斯腾湖水位急剧下降。     

黑河流域中游盆地地下水动态特征及其调蓄能力分析

40 多年来,我国西北地区大规模的地下水开发利用造成了部分地区地下水水位持续下降甚至泉水干涸,部分地区地下水仍能维持动态稳定,判断这类地区水资源开发利用是否具有可持续性是必须解决的重大科学问题。以黑河流域中游盆地作为研究对象,采用MK检验和连续小波分析等方法,分析长时间序列地下水水位数据的变化特点,研究区域地下水动态特征;结合区域水文地质条件,综合划分黑河流域中游盆地地下水补排平衡区与非平衡区;利用克里金插值法估算1990—2020 年盆地含水层对水资源的调节水量,并评价不同动态平衡区的调蓄能力。结果显示,黑河流域中游盆地地下水水位动态类型有:水文型、水文-开采型、开采型和蒸发-开采型4种长周期动态稳定型,过量开采型或上游过度引用地表水型2 种长周期持续下降型。黑河-梨园河倾斜平原、酒泉盆地和黑河中游下段侵蚀堆积平原的大厚度含水层是黑河流域中游盆地的地下水补排平衡区,其在1990—2001 年共输出地下水12.06×108 m3,2001—2020年共储存地下水9.06×108 m3。大厚度含水层为地下水的长周期调蓄提供了充足的空间,在合理控制开采量的前提下,该类含水层的天然调蓄能力可满足生产生活和下游生态用水需要。盆地地下水补排非平衡区,如黑河以东诸河倾斜平原、盐池盆地和榆木山山前诸小河流域等地区,目前的地下水开发利用方式和强度是不可持续的,应适当减少地下水开采量,调节盆地上游的引水量和开采量,抑制地下水资源枯竭。本研究成果可为西北干旱内陆地区水资源管理和持续开发利用提供参考。     

黑河流域径流演变规律及区域性水资源优化配置分析

经对黑河流域径流演变趋势分析研究得出结论：径流的年际变化因受降水、冰川融水、地下水三种类型混合补给，其年际变化较小，有利于水资源的利用；而径流的年内分配因受季风气候的影响，水热同步，是农业灌溉非常优越的条件，但春季来水较少，经常出现卡脖子旱。过去50年径流的总体趋势是在波动中缓慢增大，未来10年径流仍将继续缓慢增大。根据黑河中下游地区社会、经济持续发展对水资源的需求，提出了区域性水资源优化配置建议。     

Characteristics of the main inorganic nitrogen accumulation in surface water and groundwater of wetland succession zones

Based on the observation of a complete hydrological year from June 2014 to May 2015, the temporal and spatial variations of the main inorganic nitrogen(MIN, referring to NO_3~--N, NO_2~--N, NH_4~+-N) in surface water and groundwater of the Li River and the Yuan River wetland succession zones are analyzed. The Li River and the Yuan River are located in agricultural and non-agricultural areas, and this study focus on the influence of surface water level and groundwater depth and precipitation on nitrogen pollution. The results show that NO_3~-N in surface water accounts for 70%-90% of MIN, but it does not exceed the limit of national drinking water surface water standard. Groundwater is seriously polluted by H_4~+-N. Based on the groundwater quality standard of H_4~+-N, the groundwater quality in the Li River exceeds Class III water standard throughout the year, and the exceeding months' proportion of Yuan River reaches 58.3%. Compared with the Yuan River, MIN in groundwater of the Li River shows significant temporal and spatial variations owing to the influence of agricultural fertilization. The correlation between the concentrations of MIN and surface water level is poor, while the fitting effect of quadratic correlation between H_4~+-N concentration and groundwater depth is the best(R~2=0.9384), NO_3~-N is the next(R~2=0.5128), NO_2~--N is the worst(R~2=0.2798). The equation of meteoric water line is δD =7.83δ~(18) O+12.21, indicating that both surface water and groundwater come from atmospheric precipitation. Surface infiltration is the main cause of groundwater H_4~+-N pollution. Rainfall infiltration in non-fertilization seasons reduces groundwater nitrogen pollution, while rainfall leaching farming and fertilization aggravate groundwater nitrogen pollution.