GSFLOW在沙颍河流域地表水与地下水联合模拟的应用

近年来,沙颍河流域内大量开采深层地下水,形成了大面积降落漏斗。因此,亟需加强流域地表水与地下水的统一管理。使用GSFLOW构建了沙颍河流域的地表水与地下水联合模型,将流域划分为178个水文响应单元(HRU)并与MODFLOW网格叠加生成10 915个地下水库。利用1961—1965年的观测数据对模型进行拟合验证,取得了较好的模拟精度。并在此基础上分析了流域内地下水与河流的补排关系以及流域内多年的水均衡。结果表明:流域以地下水补给河流为主,补给量随降雨量变化,占地表径流总量的20%~90%。流域水资源主要以蒸散发和地表径流的方式排泄,地表径流量多年平均的40%~50%为基流。本研究可为沙颍河流域地表与地下水资源综合管理提供重要支撑。     

基于SWAT模型的格尔木河径流演变特征研究

我国西北旱区生态环境脆弱，是全球气候变化的敏感区域之一。近几年来，在全球暖化的大环境下，区域地表水产流机制改变诱发的水文与生态问题越发突出。本文以青藏高原北部极端干旱的格尔木河流域为例，利用SWAT建立流域主要产流的山区地表水文模型，结合区域水文资料等定量研究格尔木河径流演化及其渗漏补给地下水的时空演变特征。结果表明，在1976～2014年期间格尔木河出山口径流量呈递增趋势，年增长率达0.38 (m³·s^-1)·a^-1,多年平均径流增量约1.66×10⁸ m³,且夏季径流量增加较冬季更为显著。降水和温度是影响流域山区地表产流量增加的主要气象因子。流域出山口径流量的增加改变了盆地内地表径流入渗补给地下水的条件，格尔木河多年平均渗漏补给地下水量为9.89×10⁸ m³。河流渗漏量的递增会打破区域地下水系统平衡，诱发一系列水文生态问题，威胁区域可持续发展。本研究可为我国应对全球气候变化带来的旱区水资源和生态环境挑战提供科学支撑。     

岩溶区地表水与地下水资源及环境统一评价的流域边界划分研究

岩溶地区地表水流域与地下水流域边界的分异形式有三类,即:地表分水岭与地下水流域边界在平面分布上基本一致;地表分水岭超出了地下水流域边界;地下水流域边界超出了地表分水岭。岩溶区地表水与地下水耦合流域的顶界为地表水流域的水面及下垫面,底界为浅循环潜水含水层或潜水—承压含水层下伏的隔水层顶面,在大厚度岩溶含水层分布区,可以弱岩溶发育带的顶面作为底界。其中地表水与地下水两个子系统间的次级边界,为地表水流域的下垫面。结合专门调查（勘查）评价和区域调查评价的特性,提出评价单元划分的原则及方法。这有助于在新一轮自然资源调查评价中,以流域为单元系统地开展水资源及环境调查评价,实行地表水和地下水资源及环境的统一管理。      

泸西喀斯特断陷盆地地表水与地下水流域边界与水动力性质

在详细调查基础上,采用系统科学及水文地质分析方法,依据地形地貌、地层岩性、地质构造、示踪试验、地下水排泄基准面、喀斯特发育条件及发育规律等剖析论证流域边界,并通过钻探及示踪试验进行验证。研究结果:（1）对泸西喀斯特断陷盆地南东部的水系统边界向北移进行了修正,证实了三塘一带深部不发育的喀斯特是地下水分水岭边界,使得泸西喀斯特断陷盆地流域的径流系统和边界圈化更加准确;（2）泸西喀斯特断陷盆地流域地表水、地下水转化频繁,地表水径流特征主要以小江河在水库、河流、伏流间的径流转化过程为体现,地下水在侵溶山区接受大气降水补给后,上层径流以泉、暗河的形式在泸西盆地底面排泄后转化成地表水,最终汇集于盆地南部、通过工农隧洞及落水洞排向小江,而下层径流则以小江水面为基准,通过深层径流排泄。      

湖北宜昌香溪河流域环境同位素特征及其水循环意义

为研究鄂西南岩溶山区的水循环过程,以湖北宜昌香溪河流域为研究对象,通过现场调查并结合环境同位素,对香溪河流域地表水和地下水进行了取样,通过测定其氢氧同位素组成,分析了同位素变化特征以及流域地下水和地表水的转换关系及其水循环特征。流域水中δD、δ18 O值组成分析表明:流域内各种水体主要分布在当地大气降水线的附近,构成斜率明显小于雨水线的蒸发线,3个子流域δD、δ18 O值的富集程度为:南阳河流域<古夫河流域<高岚河流域。南阳河流域上游受神农架山区地方性大气降水控制。响水洞和响龙洞(暗河出口)水中氘过量参数(d)值分别反映出不同的地下径流途径与滞留时间、水岩反应强度。子流域同位素沿程变化的特征反映出:在上游段,水来源不同以及地表水和地下水转换频繁是δD、δ18 O值变化的主要影响因素;在中下游段,流域内地下水流入河流,河水流量逐渐增大,不同的水源混合均匀,经过一定的蒸发作用,δD、δ18 O值的变幅趋于稳定。     

湖北泉水河流域水化学特征和硝酸盐来源示踪

目前针对喀斯特山区及平原过渡带天然河流硝酸盐的来源识别与追踪的研究鲜有报道,也较少考虑湿润气候区反季节性干旱气候特征对硝酸盐迁移规律的影响.以汉江二级支流泉水河流域为例,分析了从源头喀斯特地区、中间过渡区、平原区地表水和地下水硝酸盐含量及组成的空间变化,采用氮氧同位素识别地表水和地下水硝酸盐来源,利用SIAR模型定量计算各污染源的贡献率.结果表明:土壤有机氮、污水粪便、化肥和大气沉降对地下水硝酸盐来源贡献占比分别为31.4%、20.0%、29.6%和19.0%,对地表水硝酸盐来源的比例分别为32.0%、30.0%、25.0%和13.0%,污水粪便对地表水硝酸盐贡献比例较地下水增高;坝上水样因水体较大,自净能力较强,受污水粪便的影响很小（仅为9.0%）,坝上水样硝酸盐土壤有机氮、大气沉降和化肥的贡献占比分别为43.0%、11.0%和37.0%.枯水期河水主要由地下水缓慢补给,无地表径流汇入,土壤有机氮为河流主要的硝酸盐来源,河流中下游更易受人类活动影响,生活污水和化肥对河流硝酸盐贡献增大.      

冻土退化对海拉尔河流域水文过程的影响

利用海拉尔河流域内气象站点1974—2006年冻土冻结深度资料和水文站点1974—2008年的径流资料,通过建立冻结深度和径流的关系,研究了区域近30年来冻土变化对径流变化的影响。结果表明:近30年来,海拉尔、坝后和红花尔基水文站1~3月份径流量有13%~20%的增长,牙克石水文站径流量增长不显著。退水曲线由陡峭趋于平滑,冬季2月份径流量与秋季11月份径流量比值呈增大趋势,同期流域冻土的最大冻结深度减小了50 cm左右。这表明海拉尔河流域冬季退水过程有减缓趋势且冻土的退化是导致退水变慢的主要原因。冻土退化的这一水文效应主要是由于:① 随着冻土年内隔水效应减弱,流域内有更多的地表水入渗变成地下水,造成流域地下水储水量加大,导致冬季径流增加; ② 随着春夏季冻土平均厚度的减薄,流域地下水库库容增加,地下水枯季径流补给能力增强,导致流域退水时间延迟;③ 冻土对气候变暖的响应是一个缓慢的过程,因此冻土退化对径流过程的影响也是一个渐变过程。     

陕北能源化工基地河川径流特征和产流机理

陕北能源化工基地东、西部河川径流特征迥异,产流机理和及“三水”转化关系各不相同,探讨径流的时空变化特征和产流机理是进行水资源合理开发、高效利用的关键。根据1956—2005年径流的系列资料,综合运用水文计算、基流分割、Mann－Kendall检验、特征指标等方法,分析了研究区河川径流的空间组成特征和年际、年内的变化规律,并对其产流机理和水资源开发模式进行了相关的探讨,认为：黄土沟壑区流域下垫面介质为粉土质黄土,不利于降水入渗而利于产流,径流过程线表现为暴涨陡落型,地表径流主要来自降水补给,宜采取以地表水为主、地下水为辅的水资源开发模式;风沙滩地区流域下垫面介质以风积粉细砂为主,利于降水入渗而不利于产流,径流过程线表现为平缓型,地表径流主要来自地下水补给,宜采取地表水、地下水联合开发的模式。     

耦合水库群参数化方案的区域陆面水文模拟

中国水库数目众多,密集的水库运行和调蓄影响着陆地水循环和陆气间的水分能量交换过程,给高强度开发地区水文规律认知和水文模拟及预报带来了挑战。围绕这一问题,本研究以鄱阳湖流域及流域内千余座水库为研究对象,从水库水量平衡方程、水库蓄泄规则、多阻断扩散波汇流等方面构建了水库群参数化方案,并从地表水、地下水、蒸散发、能量通量等角度实现了其与陆面水文双向耦合模式（CLHMS）的动态耦合。结果表明:所构建的水库群参数化方案可以较好地模拟水库的蓄泄过程,提高了耦合模式在鄱阳湖流域的径流模拟精度;水库群可以使赣江、信江、抚河丰水期径流减少3.7%~6.0%,枯水期径流增加5.9%~12.6%,多年平均径流减少0.6%~1.5%;在空间分布上,水库群对流域中部和北部径流的调蓄作用相对显著。本研究所改进的陆面水文模式可以为高强度人类活动影响下气象、水文、水资源交叉领域的研究提供分析工具和模型基础,从而支撑变化环境下区域水资源的可持续利用。     

马粪沟流域不同景观带水文过程

目前高寒水源区完整水文过程规律研究还非常薄弱。应用同位素技术与水化学分析模拟方法来甄别高寒区马粪沟流域不同景观带冰川、积雪、冻土、地表水、地下水和降雨等水体对出山径流的贡献组合与路径,旨在揭示各景观带的水文过程。据端元混合模型计算,在湿季出山径流52%来自地下水补给,其地下水主要是由冻土融水、冰雪融水和降雨下渗转化形成;冰雪带融水占11%;高山寒漠带和灌丛带地表径流占20%;高山草原带约占9%;降雨直接补给占8%。整个流域降雨很少直接产生地表径流,而是在各个景观带转化成壤中流或地下径流,然后汇入河道。     

河西内陆干旱区地表和地下水资源的相互转化研究

根据有关台站的水文气象观测资料及"九五"国家科技重点攻关项目"96－912"专题有关成果,对甘肃省河西内陆干旱区地表水、地下水资源的数量、分布特征与变化规律及相互转化关系进行了分析和研究。结果表明,内陆干旱地区的地表径流主要形成于中、高山区,散失于山前平原和沙漠。径流的补给来源主要为大气降水、冰雪融水和地下水。降水量及其时空分布对水资源的形成有着重要的影响。这里降水、河川径流与地下水转化关系十分明显。内陆干旱地区水资源最主要的特征就是从山区到平原地表水与地下水在不同地质地貌单元间的相互转化,并且由径流源区的山区到河流下游的平原,不同区域、不同地段地表水与地下水的转化关系及地下水的流动模式亦不相同：即由降水与冰雪融水下渗所形成的山区地下水绝大部分以基流形式排泄,形成地表径流进入盆地;而河流在进入盆地或平原区流经透水性极强的山前冲、洪积平原后又大量渗漏补给地下水,山前冲、洪积扇平原的地下水沿地形坡降向冲积平原运动至冲积扇缘地带后,由于含水层土壤颗粒变细,导水性减弱,形成地下水溢出带,地下水沿沟壑呈泉水大量溢出地表,汇集成泉沟进入河流而转化成为地表水。在冲、洪积扇以下的冲积平原上,潜水含水层土壤颗粒细,地下水埋藏浅,径流水平流动缓慢,地下水以垂向水量交替为主。在自然状态下,冲积平原下游直到尾闾湖;洪水季节（洪水季节外,河川径流量很小甚至没有）河流泻洪通过河道补给地下水,余水进入尾闾湖。正是水量不大的河水及其所转化形成的地下水维系着西北内陆干旱地河流下游地区的绿州的存在和这里十分脆弱的生态环境。这些地表水与地下水之间的转化过程的这种特征直接影响本地区水资源的开发利用模式。目前,在上游地区大规模发展经济、开发水资源的情况下,随着地表径流利用率的不断提高和地下水得到的补给减少,许多地方泉水量减少甚至枯竭,原来的泉灌区被迫变为井灌区。冲积平原下游即使在洪水季节也很难接受上游地表径流的补给,造成地下水位持续下降,植被死亡,土壤荒漠化。因此,内陆干旱区的水资源开发利用必须从整个流域的角度出发进行统一的合理的规划,总结不同类型地区水资源开发利用过程中的经验教训,逐步建立不同类型最优化的水资源利用模式,这将对今后干旱区的水资源开发利用具有重要的意义。     

甘肃河西走廊内陆河流域节水战略选择——地表水与地下水联合管理

过去20多年甘肃河西走廊内陆河流域的水资源管理经历了各类制度改革,不同程度地推动了地表水和地下水的联合管理。但是,由于机构设置及其权限制约以及改革目标差异,河西走廊地区的3个内陆河流域水资源管理效率差异化越来越显著,与石羊河流域相比,黑河和疏勒河流域的监管制度和管理办法并未完全跳出多头管理体制的窠臼,地表水和地下水没有形成有效的联合管理。通过梳理3个流域的水资源管理机构设置和管理模式,总结农业灌溉用水监管的经验教训,对比分析地表水和地下水联合管理措施在实践操作中的利弊,进一步探讨流域联合管理的实践意义和实现路径,寻求普遍适用于内陆河流域水资源的管理办法,保障内陆河流域节水战略的顺利实施。近10 a的实践经验表明：地表水和地下水联合管理是内陆河流域提高水资源利用效率、促进水资源可持续利用最为有效的路径,更是实现区域生态环境绿色发展的必由之路。     

干旱区资料稀缺流域日径流过程模拟

选取具有物理基础的分布式水文模型MIKE SHE来模拟大尺度资料稀缺地区水文过程。以塔里木河主要源区之一开都河流域为研究区域,将流域内气象水文站点观测数据与遥感数据相结合,运用GIS空间分析方法修正数据输入。利用气象、土壤类型、土地利用和地表覆盖、数字高程和降雨等资料,研究大气、陆面、地表水和地下水的相互作用机理,通过模型敏感性分析确定了5个"自由"参数,并依据出山口水文站数据对模型进行率定和验证。结果表明,MIKE SHE能在水文、气象站点稀少,土壤及水文地质数据缺乏的条件下,模拟开都河流域的日径流过程,模型效率系数达到0.7以上,率定期与验证期水量平衡误差均小于3%,模拟径流与实测径流高度相关。     

干旱区资料稀缺法流域日径流过程模拟

选取具有物理基础的分布式水文模型MIKE SHE来模拟大尺度资料稀缺地区水文过程.以塔里木河主要源区之一开都河流域为研究区域,将流域内气象水文站点观测数据与遥感数据相结合,运用GIS空间分析方法修正数据输入.利用气象、土壤类型、土地利用和地表覆盖、数字高程和降雨等资料,研究大气、陆面、地表水和地下水的相互作用机理,通过模型敏感性分析确定了5个"自由"参数,并依据出山口水文站数据对模型进行率定和验证.结果表明,MIKE SHE能在水文、气象站点稀少,土壤及水文地质数据缺乏的条件下,模拟开都河流域的日径流过程,模型效率系数达到0.7以上,率定期与验证期水量平衡误差均小于3%,模拟径流与实测径流高度相关.     

沙颍河流域（河南段）地下水污染现状及防治

阐述了沙颍河地表水环境质量、浅层地下水污染现状,对污染程度进行了分析,同时对地下水水质进行了评价,并对浅层地下水变化趋势进行了分析,提出了相应的防治措施。     

新疆叶尔羌河流域地下水同位素特征及其补给来源分析

笔者以新疆叶尔羌河流域为例,在研究区水文地质调查的基础上,根据不同区域、不同深度D、~(18)O和T值的变化分析地下水补给来源.解决了传统研究方法很难解决的问题.为干旱地区地下水起源及空间分布规律研究提供了新思路。研究结果表明:(1)研究区地下水不是来自大气降水的直接入渗,而是地表水渗漏补给。(2)流域分为两个独立的地下水循环系统,分别接受叶尔羌河与提孜那甫河河水补给。(3)潜水和承压水的起源相同,属统一的地下水系统。(4)地下水径流表现为倾斜平原区径流强烈,地下水以水平运动为主;细土平原区地下水径流迟缓,地下水以垂直蒸发运动为主.径流方向与地表水流向密切相关。     

西北内陆河流域水资源特点初析

依据西北各省 (自治区)的有关资料,对西北内陆河流域的水资源特点进行了综合分析,提出了西北内陆河流域水资源的四大特点:①内陆河流域径流主要形成于山区,散失于山前平原盆地,径流的补给源主要是降水、冰雪与地下水;②冰雪资源对内陆河地表水资源有较大的调节作用;③降水、地表水与地下水转化关系特征明显;④内陆河区水平衡状态,易受人类活动影响等。     

库车河流域水资源开发利用现状及生态基流问题探析

库车河流域地处中天山南麓,是流经新疆库车市境内的主要河流。本文基于流域水文条件及地表径流长系列统计资料,从地表水、地下水和水利工程建设方面对流域水资源开发利用状况进行阐述,在此基础上,初步总结了库车河生态基流保障方面存在的问题,提出在远期水资源开发利用过程中,应注重生态基流问题,在满足流域防洪和兴利目标的基础上,优化水利工程运行调度方式,保证河道中的生态基流,维护流域水生态安全。     

渭河上游典型小流域水文特征差异性分析

根据渭河流域两个典型小流域的实测水文和气象资料,分析了不同气候和下垫面条件的流域水文特征及其差异性.结果表明:清源河和牛谷河流域的年平均气温呈上升趋势,降水、径流、泥沙、降水径流系数均呈减少趋势;两个流域的降水、径流和泥沙历年变化不一致,1998-2013年清源河流域降水量相对牛谷河流域减少了8.6%,1993-2013年牛谷河的径流相对减少了21.4%,2000-2013年清源河的泥沙相对减少了24.0%;两个流域的面积、河长、海拔、植被覆盖率等流域特征值相对差在-29.4%~-4.5%之间,气温、降水等气候特征值相对差在-27.4%~16.7%之间,而径流特征值相差较大,相对差在-90.2%~-84.7%之间,泥沙特征差异性更大,相对差在292%~347%之间.对气候、下垫面和人类活动对水文要素的影响进行了研究,受人类活动的影响,清源河流域1996-2013年年径流减少11.6%,牛谷河流域1993-2006年年径流减少25.9%,2007-2013年再减少10.5%,研究人类活动的调水减沙效应,对流域综合治理、生态环境建设具有一定的指导意义.同时,充分利用不同小流域实测水文气象数据,分析水文气象要素的变化规律,可以为分布式水文模型研究和中小河流洪水预警预报提供重要依据.     

洮河流域土地利用／覆被变化的水文过程响应

土地利用/覆被变化是导致流域水资源发生变化的重要原因.以中国西北地区的洮河流域为研究区,构建适宜于洮河流域的分布式水文模型(SWAT),在综合考虑流域1985-2000年间土地利用/覆被变化特征的基础上建立多种土地利用/覆被情景,并对不同情景下的水文过程进行模拟,得到以下结论:(1)经校准后的SWAT模型,其验证期的相关系数R~2、相对误差R_e和效率系数E_(ns)分别为0.83、-8%和0.68,说明SWAT模型在洮河流域径流量模拟中具有较高的适用性.(2)草地、林地和耕地是洮河流域的主要土地利用类型.林地的壤中流、土壤湿度和产水量最大,耕地的地表径流和蒸散量最大.与1985年相比,2000年土地利用/覆被情景下地表径流增加了1.72%,地下径流和产水量降低了0.8%和0.4%;耕地扩张和城镇建设用地情景下流域地表径流明显增加,生态恢复情景下流域地表径流和产水量均有所降低.(3)从月径流量来看,林草地可以减小最大与最小流量的变幅,而耕地的作用正好相反.与1985年相比,2000年土地利用/覆被情景下汛期地表径流增加1.67%,地下径流减少0.83%,产水量减少0.36%;非汛期地表径流增加1.86%,地下径流减少0.63%,产水量减少0.46%.说明林草地减少对非汛期的影响更大.