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。     

运用氧稳定同位素研究黑河中游盆地地下水与河水转化

在西北干旱区内陆河流域盆地, 地表水与地下水转化频繁, 研究地表水与地下水转化对于有效地开发利用水资源和预测地下水环境的变化具有重要的意义. 运用地下水和地表水中稳定同位素δ18O 值存在明显差异的特点, 在黑河中游盆地沿不同河段地表水和地下水现场取样, 进行同位素分析. 结果表明: 在黑河中游盆地绿洲灌溉区, 农田灌溉严重影响了地下水和地表水之间的转化, 导致地下水补给地表水的增加. 运用质量守恒原理, 定量分析了黑河中游盆地黑河地下水与地表水转化的转化量, 为正确评价和合理利用水资源奠定了基础.     

基于状态空间模型的中国人均水资源量趋势分析

作为水资源贫乏国家之一,中国水安全问题已引起广泛关注,了解中国人均水资源组成情况及其发展势态非常必要。利用2000 － 2007 中国地表水和地下水数据对人均水资源量进行回归分析和状态空间模型预测,计算出人均水资源量在此段时间内受到地表水和地下水的平均影响及其随着时间的平均变化。模拟地表水和地下水对中国人均水资源量影响的动态,显示中国人均水资源量增长率随时间具有下降趋势,但近年来下降幅度逐渐减小。结果表明中国近年来的水资源管理总体具有成效。     

黑河流域中游盆地地表水与地下水转化机制研究

地表水与地下水相互转化是中国西北干旱内流盆地水循环的显著特征,转化机制研究是盆地水循环规律认知和水资源可持续管理的重要基础。以我国西北干旱内流河黑河流域中游的张掖盆地和盐池盆地为研究区,建立了黑河主干河道时变水平衡模型和地表水地下水耦合数值模型,研究了长周期水文变化和人类活动双重影响下地表水与地下水转化机制,得到如下认识:（1）补给条件由以天然条件下河流渗漏为主的线状补给演变为以河流与引水渠道渗漏的线状补给和灌区田间入渗面状补给,排泄条件由以泉水溢出和天然湿地排泄演变为以泉水溢出与地下水开采为主的排泄。（2）张掖盆地黑河干流河道入渗段和溢出段大致以G312 大桥为界,亦称为地表水与地下水转化的转折点。莺落峡—G312 大桥段为悬河渗漏段,河道入渗补给主要受控于进入河道的实际过水量。其中,莺落峡—草滩庄段河道入渗补给率为28.20 %;草滩庄—G312 大桥段河道入渗补给量与河道过水量的关系可用分段函数表达,河道过水量大于或等于0.37×108 m3/mon时呈幂函数关系,小于则呈线性函数关系。G312 大桥—正义峡段为地下水溢出段,其中G312大桥—平川大桥段地下水溢出量约占全部溢出量的70%,溢出峰值出现在高崖水文站下游约6 km处,其单长溢出量可达0.46 m3/(s·km)。（3）研究区是一个相对完整的河流—含水层系统,近31年来经历了连枯和连丰的水文变化,地下水补给排泄条件及与地表水转化机制均发生了相应的变化。地表水与地下水转化最强烈的地区为张掖盆地中部的黑河—梨园河倾斜平原。1990—2001 年连枯期,灌区引水量总体逐年减少,以河道入渗和渠系渗漏为主的补给量平均以0.06×108 m3/a速率减少,农田灌溉面积增加导致灌溉用水增加,地下水开采量显著增加,地下水水位逐年下降,储存量累计减少5.77×108 m3,地下水溢出量平均减少0.16×108 m3/a;而2002—2020 年连丰期,灌区引水量总体逐年减少,河道入渗量呈增加趋势,地下水总补给量平均增加0.15×108 m3/a,灌溉面积继续扩大,农灌开采量随之增加,以河道入渗量增加为主导,地下水水位持续上升,储存量累计增加5.45×108 m3,地下水溢出量平均增加0.08×108 m3/a。总之,补给和排泄条件变化较大,地下水储存量先减后增,地下水溢出总量变化较为平缓,反映了该区巨厚含水层系统的巨大调蓄功能。（4）位于张掖盆地东部的诸河倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于地表水开发过度,补给量锐减。黑河侵蚀堆积平原地下水水位基本稳定。30 多年来盐池盆地倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于移民开垦导致地下水过量开采。（5）内流盆地天然悬河入渗段是珍贵的地下水补给通道,无论连枯期还是连丰期,河道实际过水量是河道渗漏补给量的关键,保护上游天然河道和一定的河道实际过水量是内流盆地水资源可持续管理的关键。     

利用222Rn、EC及断面测流分析黑河中游地表水与地下水转换关系

本文以黑河中游为研究对象,采用222Rn、EC及断面测流法对莺落峡至正义峡河段地表水、地下水转化关系进行了分析。结果表明,莺落峡至张掖黑河大桥段为地表水补给地下水,其单长渗漏率为0.248～0.433m3/s.km;张掖黑河大桥至正义峡段为地下水补给地表水,其单长渗出率为0.042～1.057m3/s.km。在相互补给率计算基础上对不同河段不同时段可分别计算相互的补给量,为水资源评价及规划提供科学依据。     

基于地表水-地下水耦合模型的未来气候变化对西北干旱区水资源影响研究——以黑河中游为例

基于物理过程的地表-地下水耦合模型能全面、系统地刻画流域水循环过程,并为水资源管理提供详细信息。同时,未来水资源的变化趋势受到气候变化的影响显著,在未来气候情景下水资源如何变化将影响水资源管理措施。本文以黑河中游盆地为例,基于地表水-地下水耦合模型GSFLOW,评估区域水资源对气候变化的响应,预测未来气候情景(CMIP5)下区域水资源变化趋势,为西北干旱区水资源管理提供参考。研究表明:(1)GSFLOW模型能很好地模拟黑河中游盆地复杂的水循环过程。(2)在中等排放强度(RCP4.5)下,平均每年降水上升0.6 mm,温度上升0.03℃,地下水储量减少0.38亿m3;在高排放强度(RCP8.5)下,降水上升0.8 mm,温度上升0.06℃,地下水储量减少0.34亿m3。     

黑河中游水土资源开发利用现状及水资源生态环境安全分析

黑河流域水资源产生于南部祁连山区,主要消耗于中游农业灌溉区。对黑河流域水文资料分析计算发现,流域出山水资源量多年变化比较稳定,最枯年和最丰年水资源量之比为 1:2,丰枯变化幅度与长江以南丰水河流相当。多年平均水资源量为32．31×10⁸ m³／a,近10年中游水资源开发利用量稳定在34×10⁸ m³／a以上,仅中游地区对水资源的开发利用率达120％左右。目前国际上公认的人均水资源量紧缺线为 1000～1700 m³／a,黑河流域水资源开发利用具有反复转化多次重复利用的特点,用这个指标无法全面评价黑河流域水资源的安全状况。     

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。     

黑河流域地下水与地表水转化研究进展

地处我国干旱内陆区的黑河流域,其地表水与地下水在不同的地貌单元发生着大数量的、有规律的、重复的转化过程,极大地提高了水资源的利用率。早在20世纪80年代,甘肃省地矿局等单位率先开展了有关黑河流域地表水与地下水转化过程研究的国家"七五"、"八五"科技攻关项目,取得了丰富的勘查研究成果,促进了这一地区有限水资源的合理开发利用。进入21世纪以来,随着勘查研究理论的丰富和环境同位素技术的广泛应用,黑河流域地表水与地下水资源及其循环转化引起了学术界的广泛关注,并相继完成并发表了一批具有较高水平和学术价值的科研成果,进一步提高了干旱区水资源的开发与保护。但仍存在着水资源转化关系和转化规律还缺乏流域系统研究、中下游盆地深层地下水的补给来源尚不能确定等方面的不足,不利于协调社会经济发展与生态环境保护之间的用水矛盾。     

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.     

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。     

开都河-孔雀河流域水资源承载力水平的综合评价与分析

以新疆开都河-孔雀河流域为例, 利用熵值法分析原理建立了流域水资源承载力综合评价指标体系, 对其进行了量化分析以及指标客观赋权, 并得出研究区水资源承载力水平综合得分值. 结果表明: 开都河-孔雀河流域各县市的水资源承载力综合水平较低, 且出现了下降趋势, 而且空间差异显著. 影响开都河-孔雀河流域水资源承载力水平变化的动力因子是开都河-孔雀河流域的产业结构和用水结构的双重不合理, 并对水资源承载力产生较强的制动效应, 用水效益的缓慢提升和水利设施建设投资的减少, 也影响着流域水资源承载力水平的进一步提升.为了开都河-孔雀河流域水资源承载力水平提升和流域可持续管理, 建议加强水源地和生态保护区建设, 发展节水农业和高效用水灌溉技术, 优化流域内产业结构和用水结构, 提高用水效益, 完善流域管理法规、 法律条例, 加大监督和执法力度, 建设统一管理模式, 建立科学而严格的管理机制.     

乌鲁木齐河流域的水资源及其转化模型

根据我国西北干旱内陆流域水资源形成、转化规律和水资源利用实际情况,利用乌鲁木齐河流域较为丰富的地表水和地下水资料,并结合流域水文地质条件,研制了乌鲁木齐河流域水资源转化模拟和计算模型。模拟和计算结果表明,乌鲁木齐河流域现状实际引水量和净用水量,已经大大超过现有水利条件下的最大可能引水量和净用水量,其中净用水量甚至超过了流域的水资源总量,水资源开发利用明显过度。在现有情况下,再采用提高渠系利用率方法增加可用水量,效果甚微,只能通过节水途径,提高水的利用率,去建立新的水资源供需平衡。     

The use of Artificial Neural Networks in the modeling of socioeconomic category of Integrated Water Resources Management (Case study: Saf-Saf River Basin, North East of Algeria)

This research work has an objective to determine the effective variables in socioeconomic category of Integrated Water Resources Management for Saf-Saf river basin characterized by fast growing demand of urban and rural populations and the demand of economic sectors including industry and agriculture. In this paper, the artificial neural network models were used to model and predict the relationship between water resources mobilization and socioeconomic variables in the Saf-Saf river basin. The study area chosen is Saf-Saf river basin and real data were collected from 30 municipalities for reference year 2010. The results indicate that the feed-forward multilayer perceptron models with back-propagation are useful tools to define and prioritize the most effective variable on water resources mobilization and use. The model evaluation shows that the correlation coefficients are more than 94 % for training, verification, and testing data. The model aims to link the water resources mobilization and driving forces variables with the objective to strengthen the Integrated Water Resources Management approach.     

分项调查与水文模型相结合的九龙江流域 天然径流量计算

由于人类活动影响,水文站的实测径流过程普遍发生显著变化,而大量水资源分析计算工作必须以天然径流量为基础。以九龙江流域为例,提出将分项调查法与水文模型法相结合的流域天然径流量综合还原法,即采用分项调查法对主要水文站控制集水区的实测径流数据做还原计算,利用还原后的径流数据构建以子流域为单元的SWAT降雨径流模型,进而通过参数移用,利用该模型模拟得到全研究区不同子流域的天然径流数据。利用该方法得到的主要控制站及无径流观测子流域的天然径流数据均具有较高准确性。该方法既可以充分利用有资料流域的详实观测数据,又可以解决无资料区对天然径流数据的需求,可以为水资源评价、水量分配等工作提供依据。     

Spatial variability estimation and risk assessment of the aquifer level at sparsely gauged basins using geostatistical methodologies

The spatial variability evaluation of the water table level of an aquifer provides useful information in water resources management plans. Three different approaches are applied to estimate the spatial variability of the water table in the study basin. All of them are based on the Kriging methodology. The first is the classical Ordinary Kriging approach, while the second involves information from a secondary variable (surface elevation) and the application of Residual Kriging. The third calculates the probability to lie below a certain groundwater level limit that could cause significant problems in groundwater resources availability. The latter is achieved by means of Indicator Kriging. A recently developed non-linear normalization method is used to transform both data and residuals closer to normal distribution for improved prediction results. In addition, the recently developed Spartan variogram model is applied to determine the spatial dependence of the measurements. The latter proves to be the optimal model, compared to a series of models tested, which provides in combination with the Kriging methodologies the most accurate cross validation estimations. The variogram form is explained with respect to the radius of influence of the pumping wells representing the spatial impact of the pumping activity. Groundwater level and probability maps are developed providing the ability to assess the spatial variability of the groundwater level in the basin and the risk that certain locations have in terms of a safe groundwater level limit that has been set for the sustainability of the groundwater resources of the basin.     

基于水库群预报调度的黄河流域干旱应对系统

为有效应对日益严重的流域干旱问题,有必要开展面向干旱全过程的黄河流域干旱应对系统研究。基于干旱演变过程设计了干旱指数,通过天气预报模型、回归分析等进行干旱、需水与径流预报;设置多年调节水库旱限水位,实现水资源年际补偿;识别洪水和泥沙分期特征,采用分期汛限水位增加洪水资源利用量;建立了梯级水库群协同优化调度模型,调配抗旱水源。算例结果显示:黄河流域干旱应对系统能够平衡年际间的干旱损失以避免重度破坏,与实际情况相比,在重旱的2014年增加抗旱水源22.40亿m^3。建立的干旱应对系统已应用于黄河流域抗旱实践,提升了流域应对干旱的水资源调控能力。     

流域水资源实时调度研究——以黑河流域为例

系统地总结了流域水资源实时调度的研究现状和调度的基本理论依据。流域水资源实时调度以显式考虑人类活动影响的二元动态水资源演化模式为其理论基础,提出了“宏观总控、长短嵌套、实时决策、滚动修正”的流域水资源实时调度的模式。并以黑河流域为例,进行了应用研究,初步应用表明,该模式能满足流域水资源实时调度管理的需要,可为我国北方干旱半干旱地区流域水资源实时调度提供借鉴。     

渭河盆地新生界水气资源储层特征及存在问题分析

渭河盆地北靠鄂尔多斯地块,南依秦岭造山带,为一典型的地堑盆地,构造活动复杂,发育较厚的新生代地层,资源丰富.利用钻测录井等资料及野外调研、实验分析等方法,结合前人研究成果,对盆地新生代地层进行了重新划分界定,对水气资源类型及其赋层特征进行了深入分析.结果表明,盆地水气资源丰富,主要有地热（水）、矿泉水、地下水、水溶气、生物气、氦气、氡气、氢气等;含水层主要为古近系和新近系基岩裂隙孔隙含水层、第四系砂砾孔隙含水层,含水性好;热储层主要有红河组、白鹿塬组、高陵群（寇家村-冷水沟组）、蓝田-灞河组,总体物性较好,多为中孔-中渗储层;含气层除了和热储层一样外,还有张家坡组,其物性很好,为优质储层.对目前在盆地水气资源研究中存在的问题也进行了分析.     

准噶尔盆地南缘平原区地下水动态及地下水资源可持续利用对策

准噶尔盆地南缘平原区是新疆地下水开发利用程度较高的地区之一,水资源短缺是严重制约区内经济发展的主要因素.研究和分析区内地下水位变化趋势和特征及由于地下水开采引发的一系列环境地质问题,对盆地南缘地下水资源评价、地下水合理开发利用和地质环境保护具重要指导意义.从区内30年来地下水位时间和空间变化分析入手,阐述了盆地南缘因人类经济活动引起的水位持续下降和地下水开采量持续增加特征及地下水开采引发的环境地质问题,为今后区内地下水资源评价及开发利用提供较好依据.