采取合理井灌比例对银川平原盐渍化防治与改良对策

土壤盐渍化是影响银川平原农业生产的最大重大问题之一,多年来一直制约着银川平原社会经济的发展。本文采用渠灌和井灌相结合的灌溉方式,通过对各种方案的对比,对土壤盐渍化防治与改良进行分析研究。最终确定合理的井灌比例,合理地开发利用部分潜水,以改变目前单一引用黄河水进行灌溉的灌溉模式。这样不仅能防治和改良土壤盐渍化,使土壤质量得到改善,而且还能减少潜水的无效蒸发,提高水资源的利用效率,减轻平原的排水负担,缓解平原水资源的供需矛盾。     

基于生态圈层结构稳定的地下水位计算与调控

干旱区绿洲灌区水资源集中开发使用,改变了地下水潜流场分布,造成了盐渍化和荒漠化并存的生态问题,严重威胁着绿洲的生态安全。以生态圈层结构理论为基础,深化研究潜水影响层概念内涵,构建干旱平原区潜水蒸发概念性模型,以黑河罗城灌区为例,从机理上揭示干旱区荒漠化与盐渍化的地下水埋深条件并进行定量计算与调控,主要成果如下:①描述了造成内陆河干旱区绿洲内部盐渍化和过渡带荒漠化的潜水蒸发运移规律,利用潜水影响层定义了盐渍化与荒漠化地下水临界埋深,并进行了定量计算,得到罗城灌区绿洲内部次生盐渍化的地下水临界埋深为1.3~1.5 m,过渡带荒漠化地下水临界埋深为8~13 m;②讨论了潜水影响层厚度定量公式中关键参数土壤当量孔径和液体表面张力在不同生态问题中的合理取值;③提出一种协同缓解干旱区盐渍化和荒漠化的地下水位调控方案,实现改善灌区内部盐渍化、控制过渡带荒漠化和水资源高效利用等多个目标。     

冻结-冻融过程中水分运移机理

为研究冻结-冻融过程中水分运移机理,在天山北麓平原通过人为控制潜水不同埋深条件下的模拟试验和田间土壤水分运移观测试验,分析了土壤水势分布和土壤含水量分布特征,发现冻结过程不同潜水埋深条件下的土壤水分运移机理、土壤水与潜水之间的相互转化关系有明显差异.在冻结过程中,潜水浅埋条件下,冻结层下界面与潜水面之间土壤水分运移状态呈上渗型,土壤水向冻结层下界面处运移、积累,同时引起潜水蒸发损耗使潜水位下降,表现出地下水向土壤水转化的基本特征.潜水深埋区,土壤水分运移状态呈上渗-入渗型,同样土壤水向冻结层下界面处运移、积累,同时潜水得到一定的入渗补给并使潜水位上升,表现为土壤水向地下水转化的特征.冻融过程中对于不同潜水埋深,由原来各自的土壤水分运移状态均逐渐转变为入渗型,形成潜水入渗补给,表现为土壤水向地下水转化的特征.冻融期是土壤水资源、地下水资源形成的重要时期,对于干旱少雨的西北地区而言,冻融水的形成、运移和入渗补给地下水具有重要的生态环境意义.     

种植条件下潜水入渗和蒸发机制研究

在天山北麓昌吉地下水均衡试验场，选择具有代表性的作物玉米进行不同埋深条件下的模拟种植试验，分析研究种植条件下不同潜水埋深水平的潜水入渗补给量、潜水蒸发损耗量、土壤水储存量和作物耗水量的变化规律。研究成果对于地下水资源和土壤水资源评价以及地下水和土壤水资源的有效调控利用具有重要实用意义。     

辽河三角洲地区环境地质问题探究

辽河三角洲处于陆地和海洋的结合部,蕴含丰富的资源,具有十分重要的战略地位。项目通过三年的时间,查明辽河三角洲地区主要的地质环境问题为:海水入侵、地下水超采、地面沉降、湿地退化及土壤盐渍化。针对海水入侵,提出建立、完善地下水动态监测网,实现地下水位和水质的实时监控的对策;针对地下水超采,注重水资源合理配置,适当减少新近系地下水资源的开采,充分利用地表水资源的对策。针对地面沉降问题,提出加强地面沉降监测工作,进行地面沉降机理研究的对策;针对湿地退化与土壤盐渍化问题,提出加强湿地环境监测,完善生态环境监测体系的对策。     

华北平原东部水资源可持续利用

华北平原东部水资源短缺，深层地下水严重超采，生态环境恶化。为水资源的可持续利用．要发展井灌井排渠灌沟排，以开发利用当地浅层地下水包括微成水和成水为基础．以引调可利用的地表水补源。以调控地下水埋深在临界动态为棱心，以土壤及潜水的地层空间作为调节大气降水、土壤水、地下水、地表水的地下水库．最大限度圯犯时空分布不均的天然降雨转化为可持续利用的水资源。     

利用地下水长观资料求解含水层参数

以银川平原灌区内的地下水动态观测资料,气象资料和灌溉试验资料为基础,分析了灌区内地下水的时空分布规律,并定量地确定了含水层参数:给水度度μ、潜水临界埋深△0、潜水蒸发系数C,采用此方法还可以推求降雨入渗补给系数a和灌溉回归系数等参数.     

浅析人类活动对运城市地下水资源的影响

运城市位于中国北方干旱半、半湿润地区,水资源较为贫乏.地下水资源的开发利用在运城水资源开发利用中居于主要地位,全市 2002 年供水量中地下水供水量占 77 %.各种人为因素对运城市水资源的影响主要包括:采煤、采矿对水资源的影响、废污水排放对水资源的影响、超采对地下水资源的影响.其主要表现为地下采矿活动破坏了浅、中、深层地下水原来的补给、迳流与排泄条件,造成地下含水层疏干、地表水系断流、水质污染;未经处理的污水直接排放,在污染河流的同时入渗污染了地下水;过量开采,形成地下水下降漏斗,引起盐、硝池咸水倒灌,造成含水层污染.     

种植条件下土壤水与地下水相互转化研究

选择天山北麓平原两种代表性作物冬小麦和玉米，人为控制不同潜水埋深条件下进行了种植试验，分析研究了种植条件下土壤水和地下水相互转化机理。计算了不同潜水埋深条件下冬小麦和玉米各生育期和全生长期的实际蒸发蒸腾量、潜水补耗差、包气带土壤储水量变化量及同期的潜在蒸发量，结果表明潜水埋深对土壤水和地下水相互转化及农业生态环境具有重要影响。引入了包气带一潜水系统水分转化量均衡临界深度(Z0)概念，发现潜水埋深小于Z0时，潜水向土壤水的转化起主导作用，潜水和土壤水同时对作物需水具有重要动态调节作用，潜水埋深越浅潜水的动态调节能力越强，但是潜水埋深过浅又可能引起土壤次生盐渍化等农业生态环境问题；当潜水埋深大于Z0时，土壤水向潜水的转化起主导作用，土壤水对作物需水仍具有动态调节能力，而潜水基本失去或完全失去对作物需水的动态调节作用，但是有利于潜水入渗补给，增加地下水资源。     

运用溴离子示踪法评价玛纳斯河流域平原区潜水蒸发

潜水蒸发是干旱内陆盆地区地下水的主要排泄方式,但其定量评价存在很大的不确定性,是水均衡分析和水资源评价的难点.在新疆玛纳斯河流域平原区,以溴离子为示踪剂于2017年5月在不同土地利用类型区试验点投溴化钠,分别于2017年8月和2018年8月采样测定溴离子垂向分布,根据溴离子垂向运移速率确定潜水蒸发速率.试验点溴离子的浓度在垂向剖面上的分布呈现单峰形态且峰值上移,根据其峰值上移距离计算得出非沙漠区年平均潜水蒸发量为33.59 mm;不同土地利用类型潜水蒸发由强至弱依次为棉田、荒地、林地和沙漠,年平均蒸发量分别为41.71 mm、34.01 mm、11.28 mm、8.58 mm.溴离子示踪法评价潜水蒸发量的结果与前人相符;潜水蒸发速率与土地利用类型、包气带岩性、土壤体积含水量和潜水埋深有关,岩层粘粒含量越高、含水量越高、越靠近细土平原低地势区,潜水蒸发作用越强.      

银北地区土壤盐渍化形成机理与模拟研究

银北地区位于干旱、半干旱气候带,降水稀少,蒸发强烈,导致本地区土壤盐渍化严重。近年来,由于黄河来水量的逐年减少,引黄灌溉不能满足农业灌溉需求,逐渐开始开采利用地下水。由于银北地区浅层地下水矿化度较高,利用地下水灌溉可能引起次生土壤盐渍化。本文运用PHREEQC模型软件模拟灌溉水与土壤之间的相互作用过程,探讨了土壤盐渍化的形成机理。通过模拟分析得到以下结论:(1)地表水和地下水联合运用是解决银北灌区土壤盐渍化的关键,不同地区采取不同的混合比例,可以实现水资源的高效利用。(2)银北地区灌溉淋洗期间存在蒸发浓缩叠代在2~4次,说明存在轻微蒸发。(3)INVERSE模拟结果说明,银北地区灌溉淋洗期间存在轻微蒸发,水相和固相的相互作用,石膏、白云岩和盐岩溶解,Na 、Ca2 和Mg2 吸附交换,渠水下渗转化为地下水;非灌水期地下水通过毛细管作用强烈蒸发,水相和固相的相互作用,石膏、白云岩和盐岩沉淀,Na 、Ca2 和Mg2 解吸附,使有害盐分氯化物、硫酸盐存留在土壤层中,形成土壤盐渍化。     

Optimizing groundwater development strategies by genetic algorithm: a case study for balancing the needs for agricultural irrigation and environmental protection in northern China

Gaoqing Plain is a major agriculture center of Shandong Province in northern China. Over the last 30 years, the diversion of Yellow River water for intensive irrigation in Gaoqing Plain has led to elevation of the water table and increased evaporation, and subsequently, a dramatic increase in salt content in soil and rapid degradation of crop productivity. Optimal strategies have been explored, that will balance the need to extract sufficient groundwater for irrigation (to ease the pressure on diverting Yellow River water) with the need to improve the local environment by appropriately lowering the water table. Two simulation-optimization models have been formulated and a genetic algorithm (GA) is applied to search for the optimal groundwater development strategies in Gaoqing Plain, while keeping the adverse environmental impacts in check. Compared with the trial-and-error approach of previous studies, the optimization results demonstrate that using an optimization model coupled with a GA search is both effective and efficient. The optimal solutions identified by the GA will provide Gaoqing Plain with the blueprints for developing sustainable groundwater abstraction plans to support local economic development and improve its environmental quality. Li Zheng is currently a visiting scientist in the Mathematical Modeling and Analysis Group, Los Alamos National Laboratory, New Mexico, USA.     

Isotopic characteristics of precipitation, surface and ground waters in the Yinchuan plain, Northwest China

The isotopic characteristics of hydrogen and oxygen of various water bodies in the Yinchuan plain were investigated. A total of 131 water samples were collected and another 99 water samples collected by other scholars and the International Atomic Energy Agency were referred to in the study. The stable isotopic compositions of precipitation and lake waters are influenced by dry climate and strong evaporation of the area, and the slope of local meteoric water line and lake water line are smaller than that of global meteoric water line. The isotopic compositions of the Yellow River water are significantly lower than the weighted averages of local atmospheric precipitation and are controlled by the runoff of upstream areas. The isotopes of phreatic water suggest that the single phreatic water is predominantly recharged by the bedrock fissure water of Helan Mountain, while the phreatic water in multilayer structure area is recharged by multiple sources. The confined waters in the area may be recharged under cooler climate conditions than the present, which makes the heavy isotopes depleted. The ³H contents of various water bodies are in the following order: the Yellow River water > multilayer phreatic water > single phreatic water > lake water > drainage ditch water > upper confined water > lower confined water. This is in accordance with the recharge, discharge and circulation conditions of the specific water bodies. The isotope compositions of waters in the Yinchuan plain are mainly affected by external water recharge rather than local precipitation. This study is meaningful and helpful in understanding the groundwater flow systems and water cycle in the area.     

Land degradation in the source region of the Yellow River, northeast Qinghai-Xizang Plateau: classification and evaluation

Land degradation imposes a great threat to the world. It is not merely an environmental issue, but also a social and economic problem. Land desertification is among the main aspects of environment changes in the source region of the Yellow River. Previous studies focused on water resource utilization and soil erosion, but land degradation in the source region of the Yellow River even the whole Qinghai-Xizang Plateau received little attention. Based on the data obtained by field investigation and TM satellite images of 2000, this study provides the classification and evaluation information of the land degradation in the source region of the Yellow River. There are six types of land degradation in this region: water erosion in the northern mountains around the Gonghe Basin, sandy desertification in the Gonghe Basin and Upland Plain Area, aridization in the lower reaches, salinization in the Gonghe Basin, vegetation degradation in the intramontance basin and freezing and thawing erosion in the high mountains. The total degraded area is 34,429.6 km², making up 37.5% of the land in the study area. Finally, land degradation in the source region of the Yellow River was evaluated according to changes in the physical structure and chemical component of soils, land productivity, secondary soil salt and water conditions.     

早涝碱咸综合治理与生态环境良性循环

华北平原东部淡水资源短缺，旱涝碱成灾害限制了农业生产的可持续发展。海河的治理，解决了排洪排涝排咸出路。春季开发利用地下水包括微咸水和半咸水抗旱灌溉。夏季利用伏雨洗盐排咸，增大降雨入渗，减少径流流失，防治渍涝灾害，把降雨转化为地下水资源。秋冬引蓄河水，回灌地下水补源。以土壤与潜水的地层空间作为调节大气降水、土壤水、地下水、地表水的地下水库，以调控地下水埋深在临界动态为指标，最大限度地把时空分布不均的天然降雨转化为可持续利用的水资源。地表水地下水联合运用，促使水资源采补平衡，降雨灌溉淋洗脱盐强于干旱蒸发积盐过程，地下水淡化强于矿化过程。实现旱涝碱咸综合治理，水土资源可持续利用，经济社会可持续发展，生态环境良性循环。     

化隆—循化盆地不同类型含水层组高氟地下水的分布及形成过程

天然成因的高氟地下水是世界范围内备受关注的环境问题和饮用水安全问题。前人对高氟地下水的形成过程已开展了大量研究,但是对于高原盆地复杂水文地质条件下不同类型含水层组(第四系松散层含水层、基岩裂隙或岩溶含水层以及新生代古近纪以来的碎屑岩含水层)高氟地下水的分布和形成过程尚不明确。本文以化隆—循化盆地为研究区,通过采集、测试研究区内的各类地下水样品,分析研究区内不同类型含水层中地下水的化学特征及同位素特征。结果表明,高氟地下水(1.007.73 mg/L)主要分布在沿黄河的河谷区域和巴燕低山丘陵区域的泉水和潜水中以及深部的承压水中,在垂向上高氟地下水无明显分布规律。接受黄河水入渗补给的河谷潜水中氟离子浓度较低,补给黄河的河谷潜水中氟离子浓度较高。贫钙富钠的弱碱性苏打型水有利于地下水中氟的富集。泉水和潜水中氟主要来源于萤石的溶解,而承压水中氟除了来源于萤石外,还来源于其他含氟矿物。对于潜水和第四系松散层泉水,蒸发浓缩作用促进了地下水中氟的富集。另外,阴离子竞争吸附作用、阳离子交换吸附作用是泉水(第四系松散层泉水和基岩裂隙泉水)和潜水中氟元素富集的主要原因,而承压水中氟离子浓度受竞争吸附作用影响较大,阳离子交换吸附作用影响较小。研究成果可为化隆—循化盆地低氟地下水的勘查和开发提供科学依据。     

内蒙古河套灌区浅层地下水化学特征和灌溉适宜性分析

随着黄河流域水资源供需矛盾加剧,我国特大型灌区——内蒙古河套灌区开始采用黄河水与地下水相结合的方式进行农业灌溉。本研究采集河套灌区内499组地下水样品和1组黄河水样品,在分析地下水和黄河水样品的水化学特征基础上,运用钠吸附比(SAR)、渗透指数(PI)、钠含量(SC)和残余碳酸钠(RSC)以及《农田灌溉水质标准(GB 5084—2021)》对地下水和黄河水的灌溉适宜性进行对比分析。结果表明,地下水与黄河水均为弱碱性水,Ca²⁺和HC0₃^-为优势离子,Gibbs图显示地下水受到岩石风化淋溶和蒸发浓缩的双重影响,对灌溉适宜性影响较大的钠盐主要来自岩盐溶解。灌溉适宜性分析结果表明,从SAR、PI和RSC指标来看,地下水的灌溉适宜性较好,从SC指标来看,不适宜灌溉的地下水主要分布在灌区北部总排干和灌区南部黄河沿岸;根据农田灌溉水质标准分析,除总砷和氯化物两项指标外,其余指标适宜灌溉样品占比均高于90%,综合评价全区共231组地下水样品适宜灌溉。地下水与黄河水灌溉适宜性对比表明,黄河水的SAR和SC指标灌溉适宜性分析结果较好,地下水的PI和RSC指标灌溉适宜性分析结果较好,根据灌溉水质标准显示黄河水所有指标均适宜灌溉。本研究为日后内蒙古河套灌区合理选用灌溉水源提供数据支撑,为该区域地下水的治理与防控提供科学依据。     

The Mechanism of Groundwater Salinization and Its Control in the Yaoba Oasis, Inner Mongolia

The arid area is one of the most concerned areas among the water resources researchers and economists. Northwest China will be an important developing region of China in the 21st century. Yaoba is a well-irrigation oasis within this arid area, which is located in the Alxa area west of the Helan Mountains and next to the Tengger desert in the east. It has contributed greatly to the local stock raising and agriculture since its development in 1970. However, the groundwater which the oasis depends on to survive has been getting salinized gradually and more serious in recent years.A comprehensive study was carried out using the methods of groundwater environment isotope analysis, lithofaci-es and palaeogeography, calculations of water-rock interaction and the existing form of chemical components in groundwater etc. It has been found that the salinization of groundwater is mainly caused by reinfiltration water solving the salt in soil which is deposited simultaneously with the sediments and accumulated in th