格尔木河流域地下水生态功能及经济损益阈值解析

在西北内陆河流域，地下水是维系人类生存、生态环境和社会经济发展的重要水源，但这些流域生态环境脆弱。为保护地下水资源和脆弱的生态环境，亟待开展地下水合理开发利用研究。本文在分析格尔木河流域水文地质条件、环境地质问题基础上，采用遥感解译、野外调查和地下水动态监测的方法，界定了地下水的生态功能及阈值，即维系植被生态地下水埋深为0.5~10 m、减轻盐渍化程度的地下水埋深应大于3 m、减轻城市内涝的地下库容应大于3.42×10⁸ m³、维系达布逊湖面积的入湖流量应大于2.82×108 m³·a^-1。基于格尔木河流域生态系统服务价值构成，得到减轻城市内涝及减缓盐渍化程度的环境正效益值分别为8 000×10⁴元·km^-2和163×104 元·km^-2；地下水不合理开发利用导致植被退化、河湖面积萎缩的环境负效益值分别为191元·km^-2和1 032元·km^-2。本文研究成果可为流域内地下水资源开发利用和生态环境保护科学依据，同时也可为西北其他内陆河流域地下水合理开发利用借鉴。     

黑河流域土地利用变化对地下水资源的影响

土地利用与覆被变化对区域水文过程具有深刻影响。利用1960s以来的三期遥感数据和1980年以来的地下水长期观测数据, 从地下水补给和排泄系统两方面, 分析了近30年来甘肃省黑河流域中游地区土地利用与覆被变化对地下水系统的影响, 结果表明：以1985年为界, 随土地利用与覆被变化强度不同, 前后15年土地利用变化对地下水系统补给的影响分别达到2.602亿m³/a和0.218亿m³/a, 对排泄系统的影响分别为2.035亿m³/a和4.91亿m³/a, 在保持区域人工开采量不超过3.0亿m³/a的合理幅度下, 土地利用变化对区域地下水资源变化起着决定作用;在区域土地利用与覆被变化和近10年来人类较大规模开采影响下, 甘肃省张掖盆地地下水资源变化出现了显著的区域差异性。认识土地利用变化对流域地下水系统的作用与区域地下水资源的时空变化特征, 对流域水土资源合理利用规划与管理有重要意义。     

塔里木河干流区天然植被的空间分布及生态需水

塔里木河流域荒漠河岸林具有重要的生态、经济和社会效益。本文以塔里木河干流的荒漠河岸林系统为对象,借助于卫星遥感、GIS等技术,研究塔里木河干流区各河段天然植被分布特征,应用缓冲区梯度分析方法对林地分布结构和生态需水进行分析。结果表明： （1）塔里木河干流区天然植被面积为146.1×10⁴ hm²,占研究区总面积的35.18%;北岸天然植被面积较南岸多46.34×10⁴ hm²。（2）塔里木河干流区荒漠河岸林分布随距离河道的增加呈波动下降趋势。在影响保护带、基本保护带和重点保护带下,天然植被保护范围分别为4.7～30.1 km、2.2～24.2 km和0.8～12.3 km。（3） 塔里木河干流区天然植被总的生态需水量为21.932×10⁸ m³,在重点保护带、基本保护带和影响保护带下,生态需水量分别为9.56×10⁸ m³、14.97×10⁸ m³和19.08×10⁸ m³。根据荒漠河岸林的分布特征和保护目标,对塔里木河干流用水作统一规划和协调是符合实际的生态治理措施。     

沙漠腹地人工绿地地表能量交换特征

运用涡度相关法开路系统对塔克拉玛干沙漠腹地人工灌溉绿地生长季地表能量交换特征以及与环境因子的关系进行测定分析。结果表明：在典型晴天条件下,无论是沙漠区还是沙漠腹地灌溉绿地,白天感热通量在净辐射通量的分配中所占的份额最大,潜热交换仅占很小的比例,人工绿地感热通量和潜热通量的峰值为230.54 W/m²和88.5 W/m²,沙漠区为220 W/m²和17.55 W/m²,沙漠腹地人工灌溉造林后潜热交换明显增加。沙漠腹地造林后,绿地波文比日变幅和日均波文比均减小,绿地日均波文比为沙漠区的15%,人工绿地的营建促使了局地气候的改变。绿地地表能量交换受气象因子和下垫面条件的影响和制约,按相关系数的高低,环境因子对感热、潜热通量的影响依次为：Rn>△Ta>△TS>v>TS,沙漠区人工造林后地表能量交换与多个环境因子有着密切的关系。这些研究结果将加深我们对沙漠地区人工灌溉造林地近地层能量交换的认识。     

两种尺寸蒸渗计测量实际蒸散差异性试验研究

利用试验资料,对蒸散面积2 m²和4 m²两种尺寸蒸渗计测量蒸散量的差异及原因进行了研究。结果表明：2 m²蒸渗计与4 m²蒸渗计所测蒸散量具有很好的一致性,但2 m²蒸渗计所测蒸散量总体要略偏大,日蒸散量平均偏大4%,月蒸散量平均偏大10%,年蒸散量相对偏大5%;典型天气条件下,2 m²蒸渗计和4 m²蒸渗计所测蒸散量的日变化过程基本相同,小时蒸散量的差异表现为晴天时白天显著偏大、夜晚略有偏小,阴天时白天略偏大、夜晚较接近,雨天时白天、夜晚均非常接近的特征。晴天和阴天时,2 m²蒸渗计比4 m²蒸渗计测量日蒸散量分别偏大1.78 mm和0.12 mm,雨天时偏小0.11 mm;2 m²蒸渗计比4 m²蒸渗计测量蒸散量总体偏大的原因,主要是2 m²蒸渗计土壤温度显著高于4 m²蒸渗计和建造时间不同导致土体内部土壤湿度产生差异。     

泾县陈园山“边采边治”矿山地质环境整治分析

本文以泾县陈园山实例项目为出发点,研究“边采边治”的作业方法,以期提升矿山开采项目的完整性,减少地质环境受到的破坏。首先,阐述了露天开采项目引起的地质恶化现象,指出开采项目增加防治工作的重要性。其次,梳理了开采后的矿区地质整治方法：场地修复、排土场整治、植被修复。最后,结合泾县陈园山项目实例,分析案例矿区的地质条件,给出“边采边治”方案。经研究发现：泾县陈园山项目中边坡整平2.03×10⁴m²,草籽施用范围约为2.03×10⁴m²;截水沟布设4条,沟长介于133～492 m;铁丝编织网的防护用量约为5930 m²;共设计8个监测点,每月监测3次,持续监测2年。“边采边治”的作业方案具有较高的地质保护作用。     

园林水景生态环境需水量的研究

基于生态环境需水量的研究方法,探讨了园林水景生态环境需水量的计算方法,将生态环境需水量引入到园林水景设计中,采取定性与定量相结合的方法,对园林水景的生态环境需水量进行研究。指出了水景中生态环境需水量的影响要素,并展开了对水景需水量的计算方法研究,以实现最小生态环境需水量,为园林水景设计者提供了科学的参考依据和方法。以朝阳公园水景为例,在不考虑公共用地取水量时,朝阳公园最大生态环境需水量为193.71万m³,中等需水量为189.81万m³,最小生态环境需水量为178.11万m³。如果朝阳公园公共用地取水来源于公园中的水体,最大需水量为404.99万m³,中等需水量为401.09万m³,最小需水量为389.39万m³。     

基于SWAT-MODFLOW耦合模型的巴音河中游泽令沟盆地地表水−地下水转换关系研究

为准确刻画资料缺乏、地表水–地下水转换频繁的泽令沟盆地地表水?地下水不同时空尺度上的转换关系,利用河道径流数据、遥感蒸散发数据、地下水位观测数据等对SWAT-MODFLOW耦合模型进行率定和验证,在此基础上对泽令沟盆地水循环过程进行模拟分析。结果显示：① SWAT-MODFLOW耦合模型模拟效果较好,率定期和验证期月径流量的R²≥0.73,NSE≥0.67,PBIAS在?20%~20%。其各子流域实际蒸散发的R²均大于0.91,NSE均大于0.85,PBIAS在?10%~10%。此外,模拟地下水位与实测值误差在0.6 m以内,R²为0.94。② 地表水补给地下水的河道占整个河道长度90.31%,年平均补给量占年总交换水量的50.20%;季节尺度上,补给的最大值出现在7月,为331043.31 m³/d,最小值出现在12月份,为41208.33 m³/d。地下水对地表水的补给量较为稳定,季节性变幅在?2.5%~2.5%,年际变幅处于?6.5%~0.6%之间。     

河西走廊中段临泽绿洲水资源供需平衡及承载力分析

水资源管理制度改革及种植业结构调整是提高西北干旱区绿洲水资源承载力的有效途径。结合2000-2015年临泽绿洲地表水与地下水资源利用、种植业分布格局、水利设施建设等资料,采用水资源承载力平衡指数（IWSD）和地下水开采潜力指数分析了临泽绿洲水资源供需平衡的年际变化,并利用适宜灌溉规模对绿洲水资源最大承载力进行了研究。分析得出：2000-2015年期间,在P=50%来水情况下仅蓼泉和板桥灌区能维持水资源供需平衡且地下水开采不超过最大允许开采量;受水资源管理改革、种植业结构调整等因素影响,绿洲单位面积耗水量下降0.35×10⁴ m³·hm^-2;优先保证绿洲内部生活、工业及生态用水,2020年规划下可承载灌溉面积为（3.51～3.91）×10⁴ hm²。适当缩减绿洲边缘灌溉面积,协调各灌区井渠灌溉是实现绿洲“水-生态-经济”可持续发展的有效途径。     

科尔沁沙地奈曼地区地下水水质时空变化特征

区域地下水水质是水质评价的重要内容,也是合理制定地下水开发利用及保护治理方案的基本前提。以科尔沁沙地奈曼地区地下水水质为研究对象,选取2005-2014年地下水水质监测数据,分析地下水水质时空变化特征。结果表明：近10年来奈曼地区地下水水质各指标均值均低于地下水Ⅱ类标准,pH值、NO₃^-含量、化学需氧量（COD_cr）在局部地区出现超标现象,但水质总体较好;该地区地下水矿化度（TDS）与Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、HCO₃^-、SO₄²⁺浓度及COD_cr具有明显的正相关关系,即随着Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、HCO₃^-、SO₄²⁺、COD_cr浓度的增加,TDS也会增加;各主要指标浓度随时间呈下降趋势,SO₄²⁺、Na⁺、HCO₃^-浓度及TDS较稳定,而Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、PO₄^3-浓度及COD_cr随时间变化较为明显;Ca²⁺、Mg²⁺ 、HCO₃^-、SO₄²⁺浓度及TDS农田非灌溉井> 农田灌溉井> 沙地水位井,Na⁺、COD_cr浓度沙地水位井> 农田非灌溉井> 农田灌溉井,NO₃^-浓度沙地水位井> 农田灌溉井> 农田非灌溉井;该地区地下水水质变化主要与碳酸盐岩溶解、农药化肥的使用、工业及生活污水排放有关。     

地表水地下水耦合模型在大型山丘平原交错区的研发与应用

大型山丘平原交错区复杂的自然地理和人类活动特征增加了水文循环研究和水资源评价、管理的难度,地表水地下水耦合模型作为流域/区域水文循环模拟的重要工具,为解决这类大型区域诸多水文水资源问题提供了便利。针对目前地表水地下水耦合模型难以兼顾精度和效率的问题,论文提出了一种新型半松散耦合机制,将三维有限差分地下水流数值模型嵌入半分布式水文模型MODCYCLE,摒弃了目前流行的水文响应单元(HRU)与地下水网格单元空间和信息转换方式,通过建立子流域—网格单元的空间关联和地表水文—地下水流之间的实时信息交互,实现大型山丘平原交错区的地表水地下水耦合模拟。在三江平原构建了模型并开展应用研究。校验评估显示,模型达到了良好的模拟效果,具备了水文循环现状模拟和预测未来的能力。最后,利用该模型输出分析了三江平原2002—2014年的地表水地下水转化关系。结果表明,降水量和农业灌溉量的增加导致全区域土壤水蓄量年均增加6.51亿m³,但却使地表水和地下水储量分别减少0.99亿m³/a和3.03亿m³/a,降水量的增加并没有通过产流和入渗补给改善因用水急剧增加引起的地表水、地下水衰减的趋势;不同分区的降水入渗补给系数和基流指数差异显著,是多种自然和人为因素综合作用的结果。相关成果可为类似地区水文循环研究和水资源评价工作提供参考。     

基于随机森林模型的干旱绿洲区张掖盆地地下水水质评价

为合理准确评价地下水水质,建立了基于随机森林（RF）模型的地下水水质评价模型,并根据张掖盆地81个地下水采样点的pH值、Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-、Na⁺、NH₄⁺含量及总硬度的监测数据,对研究区的地下水水质进行了综合评价。结果表明：盆地地下水水质主要为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类水,其中甘州区地下水埋藏较深,水体不容易受到来自地面的污染,水质较好,大多数地方为Ⅱ类水;临泽县和高台县地下水埋藏较浅,水质较差,大多数地方为Ⅲ类水,尤其高台县的水位最浅,再加上地处河段下游,污染更为严重,部分地区达到Ⅳ类。根据指标的重要性度量发现影响研究区域地下水水质的主要因子是NO₃^-含量;其次是NH₄⁺、SO₄^2-、Na⁺、Cl^-含量及总硬度、pH值。为验证模型的有效性,将地下水水质评价结果与基于支持向量机（SVM）和人工神经网络（ANN）的地下水水质综合评价模型模拟结果进行对比,3个模型均能很好地评价研究区地下水水质,但RF模型的评价结果更为准确。     

近50 a博斯腾湖逐年水量收支估算与水平衡分析

据博斯腾湖流域1958-2010年期间主要河流开都河、黄水沟、清水河、孔雀河的逐年流量资料,结合焉耆盆地降水、蒸发要素的同期观测资料,对大湖区的逐年水量收支进行计算,并依据水量平衡原理对博湖大湖区残差水量进行了逐年分析。结果表明：（1）1958-2010年期间年均入湖水量14.34×10⁸ m³/a,其中入湖河水约占95%;年均输出水量13.96×10⁸ m³/a,其中大湖区输入孔雀河水量约占43%,湖面蒸发耗水量占57%;湖区年均蓄水量71.57±3.92×10⁸ m³10⁸ m³/a,湖水年均水位为1 047.01±0.94 m;（2）极端水文年度水量平衡分析指出：1986年为最枯年份,入湖河水是多年平均值的62%,而出湖河水量是多年平均值的153%,导致年内湖区水位下降0.94 m;2002年最丰年份入湖河水是多年平均值的2.6倍,致使年内水位上升0.80 m;（3）残差水量逐年“正负”变化指出,湖水与地下水之间存在互补关系,过去53 a间湖水补给地下水的年均水量为0.87×10⁸ m³/a。     

党河流域敦煌盆地地下水补给与演化研究

综合应用水文地球化学指标和稳定同位素技术研究了党河流域敦煌盆地地下水补给和演化规律。岩盐、石膏及芒硝等矿物的溶解对Na⁺、Ca²⁺、Cl^-及SO₄^2-离子浓度影响较大。阳离子交换作用明显,地下水中Mg²⁺和Ca²⁺浓度增加,并与碳酸盐发生沉淀,导致HCO₃^-减少。地下水的δ¹⁸O值介于-12.1‰~-7.5‰,δ²H值变化范围为-84.3‰~-61.5‰,指示了盆地不同地带地下水补给来源不同。潜水δ¹⁸O和δ²H数值随着地下水径流路径方自西南到东北越来越富集,反映了蒸发浓缩效应,南湖、盆地南部潜水同位素与河水相近,体现了现代补给。相比之下,承压水稳定同位素相对贫乏,指示过去寒冷时期的补给。该研究可以为敦煌区域地下水资源规划和管理提供一定的借鉴意义。     

山西浅层地下水水化学特性时空变化特征分析

水体主要元素的时空分布特征可反映水体物理、化学及生物过程,评估水体中的主要离子的浓度及时空变化特征是认识区域水体物质循环及水系统中元素分布的重要依据。通过对2015-2016年山西省不同季节的95个浅层地下水采样数据的检测与比较,综合运用描述性统计、空间插值分析图、Gibbs图和Piper三线图分析等方法,分析研究山西省浅层地下水水化学特征及其影响因素。结果表明：研究区地下水整体属于淡水,水质较好,地下水矿化度呈现显著的空间差异,其中中部、西南部矿化度较高且季节变化显著;东南部及西北部矿化度较低且季节变化不明显。地下水阴离子中HCO₃^-占主要优势,阳离子中Na⁺、Ca²⁺占主要优势,丰水期与枯水期相比,地下水主要离子中Na⁺和Cl^-增加明显,可能受地形和季节性降水的影响。水化学类型复杂多样,主要水化学类型有HCO₃^--Ca²⁺型、HCO₃^--SO^2-₄-Na⁺型、HCO₃^--SO^2-₄-Ca²⁺-Na⁺型和HCO₃^--Cl^--Na⁺型。水体离子的组分变化主要受岩石风化的影响,其中盆地地区受到一定的人为影响和蒸发浓缩影响。不同季节地下水中的离子相对含量变化显著,丰水期与枯水期相比,浅层地下水中的Na⁺和Cl^-增加明显,可能受到不同程度的土壤淋溶作用影响,研究的结果将有助于区域水资源的合理优化配置以及补充区域水化学研究数据的不足。     

黑河调水以来额济纳盆地湖泊蒸发量

在GIS技术支持下结合气候条件的变化,对黑河调水以来额济纳盆地的湖泊面积变化和蒸发量变化进行分析.结果表明:额济纳盆地湖泊主要包括东、西居延海和进素土海子,各湖泊在2002年7月后陆续恢复,其中东居延海2004年后常年蓄水,进素土海子在2008年后常年蓄水,西居延海为季节性湖泊.盆地内湖泊总面积最大达到103.85 km²,年蒸发量最大达到1.79×10⁸ m³.湖泊除受地表调水补给外,还受地下径流补给,2005年后东居延海每年接受地下径流净补给量约2500×10⁴～3000×10⁴ m³.     

塔克拉玛干沙漠南部地下水化学演化模拟

对昆仑山前平原到塔克拉玛干沙漠腹地的地下水观测断面进行取样分析,利用Piper三线图及NETPATH水质演化模型,阐明了区域地下水化学特征,揭示了地下水化学演化机理,旨在为研究区地下水的可持续开发、水质保护与改善提供科学依据。结果表明:(1)研究区地下水化学类型为Na-Mg-Cl-SO₄型和Na-Cl-SO₄型;(2)强烈的蒸发浓缩作用,芒硝、岩盐、辉石的溶解作用,较为显著的Ca²⁺/Na⁺离子交换作用是研究区地下水化学组成的主要演化过程。     

沙土地夏玉米灌溉方式的试验研究

在豫北耕作层保水能力较差的砂壤土地带,围绕节水和增收,开展了夏玉米沟灌、常规畦灌及减少生育期内灌水次数的试验研究,每次畦灌定额控制在630~682.5m³·hm^-2,而沟灌条件下平均灌水量仅为442.5m³·hm^-2。研究结果表明,反映夏玉米生长速率的株高、叶面积指数等性状均是以抽雄期为界,之前增长迅速;抽雄时植株高度达2.50m左右,之后增长速率明显减慢;而抽雄至灌浆初期,叶面积指数保持在5.40~5.92的最高值,往后急剧地下降。不同灌水处理下生长速率的变化则是随着供水总量的增加呈同步增长趋势。在干旱年份,畦灌夏玉米全生长期耗水4278m³·hm^-2,沟灌及减少灌水次数的处理,耗水量分别为3762m³·hm^-2和3348m³·hm^-2。按生长阶段比较,抽雄~开花期日耗水强度最大,为66.75~76.50m³·hm^-2;其次是拔节~抽雄期,平均为65.50m³·hm^-2;播种~出苗期间日耗水强度仅为13.35m³·hm^-2。不同的灌溉方式与灌水量对夏玉米的穗粒重、千粒重及粒占穗重的百分比都有影响。对于宽行稀植作物采用沟灌方式,灌溉用水量小(平均为442.5m³·hm^-2),所供的水能集中于植株的根际附近,棵间蒸发的无效损耗少,穗粒重和千粒重都较高,产量达9616.5 kg·hm^-2,比畦灌条件下节省22.8%的灌溉用水,水分生产率提高16.9%。减少夏玉米生长期内的灌水次数,在降低水量消耗的同时,易造成较大幅度的减产(13.7%),因此,在夏玉米生长过程中,遇到偏旱年份,要特别注意防止缺水而引起的水分胁迫。     

徐州张集水源地浅层地下水动态及其对不同开采方案响应

张集水源地是徐州市一个拟建水源地。了解浅层地下水动态变化规律是设计水源地最优取水方案、满足当地居民生活及工农业生产需水和水源地环境保护的重要前提条件之一。分析了水源地在现状以及不同开采条件下浅层地下水动态影响因素,建立了三维等参有限元数学模型模拟水源地地下水运动规律,利用大型群孔抽水试验资料进行参数识别和模型校正,预报了不同开采方案对水源地浅层地下水动态的影响,结果表明:水源地开采后,水源地开采将成为浅层地下水动态的主要影响因素之一;水源地允许开采量为13.71万m³/d是适合的,它不会引起地下水位的持续下降,不仅可满足当地居民用水需求,而且可以向徐州市稳定供水。     

长江中游马口-田家镇河段40 年来河道演变

运用地理信息系统(GIS) 与数字高程模型(DEM) 分析了马口-田家镇河段1963 年、1972 年与2002 年河道地形数据, 较为系统地研究了该河段过去40 年冲淤时空变化。研究结 果认为, 1972 年与1963 相比冲刷量达到789.9 hm³, 冲刷面积为39.7×104 m²; 2002 年与1963 年相比冲刷量达到1196.5 hm³, 冲刷面积为59.4×10⁴ m²; 2002 年与1972 年相比冲刷量 达到960 hm³, 冲刷面积为54.3×10⁴ m²。由以上结果认为, 马口-田家镇河段近40 年来以冲刷为主; 河道冲淤变化以马口卡口与田家镇卡口等窄深河段最为剧烈, 宽浅河段与顺直河 段冲淤变化较为和缓, 冲淤变化幅度不大; 卡口上、下端以淤积过程为主, 而卡口顶冲水流的顶弯部位以冲刷过程为主。研究河段冲淤变化受上游来水来沙条件影响很大, 对未来三峡工程建成后, 三峡大坝下游来水来沙以及研究河段冲淤变化的影响研究提供借鉴。