河北省平原区农田粮食增产与灌溉节水对地下水开采量的影响

河北平原是中国粮食和蔬菜的主要产区之一,也是以地下水作为主要供给水源的地区。近50年来粮食持续大幅增产,驱动区内地下水开采量不断增大。在这一过程中,农田灌溉节水有效地缓解了粮食增产对地下水开采量增加的速率,拓展了在有限的可利用地下水资源条件下粮食增产的发展空间。在1977年之前,每增产10000t小麦和玉米,多年平均地下水实际开采量增加0.14×108m3,1978年以来,每增产10000t小麦和玉米,多年平均实际开采量只增加0.04×108m3。因此,大力发展抗旱节水作物,合理调控农业种植结构,是缓解河北平原农田区地下水超采状况的重要途径。     

灌溉农田节水增产对地下水开采量影响研究

据实际资料研究结果表明,近50年来滹沱河流域平原区粮食产量持续增加导致农业区地下水开采量不断增大,同时灌溉节水水平的不断提高有效地缓解了地下水开采量增加的速率。若按1953-1970年期间平均每公斤粮食生产耗用地下水开采量(3.11 m3/kg)推算,现状粮食生产规模下地下水开采量应为142.3亿m3/a,较实际开采量(24.4亿m3/a)多117.9亿m3/a,平均每5年递增11.74亿m3。以2001-2005年平均耗用地下水开采量(0.53 m3/kg)计算,粮食增产促使地下水开采量平均每5年递增2.45亿m3,平均每5年少递增9.45亿m3。因此,大力发展抗旱节水作物及高产节水技术,合理调控农业种植结构,对于缓解研究区地下水不断恶化态势具有实质性促进作用。     

农业种植规模与降水量变化对农用地下水开采量影响识别

以石家庄平原区作为研究区域,运用相关分析及回归分析阐明农用地下水开采量与降水量及小麦—玉米种植规模之间的关系。降水量与农用地下水开采量之间的相关系数较小,但作为农作物需水的重要水源,降水量通过影响农业地下水开采强度影响地下水开采总量。农业地下水开采强度在丰水年时明显减小,在枯水年时明显增大。小麦和玉米作为主要的耗水型作物,其种植面积与农用地下水开采量关系密切,随小麦—玉米种植面积的增加(减小),农用地下水开采量表现出明显的增加(减小)趋势。1981年之前,小麦—玉米种植面积每增加1×104 hm2,农用地下水开采量平均增加0.69×108 m3;1981年之后,小麦—玉米种植面积每增加1×104 hm2,农用地下水开采量增加0.23×108 m3。     

作物生长季节降水量和农业地下水开采量对地下水变化影响研究——以河北晋州地区为例

晋州地区是典型的农业井灌区,通过对该地区农作物生长季节降水量-农业地下水开采量-地下水埋深之间互动变化特征及其机制研究发现,枯水年份,农业地下水开采量的大小与小麦、玉米生长季节的降水量变化密切相关;平水年份,小麦生长季节的降水量变化对农业地下水开采量影响占主导,其次为玉米生长季节的降水量变化;丰水年,农业地下水开采量仅与小麦生长季节的降水量变化之间具有明显相关性,与玉米生长季节的降水量变化相关性明显弱化。不同水文年降水量变化,在影响农业地下水开采量增减的同时,对地下水的入渗补给量呈现与开采量逆向变化,二者叠加影响地下水位动态变化。平水年份或丰水年份,小麦生长季节地下水埋深增大,玉米生长季节降水量一般能满足玉米需水量,地下水埋深减小。因此,充分利用作物生长季节降水量,对减少地下水开采和高产农业的稳定发展有重要意义。     

地下水补给与开采量对降水变化响应特征: 以京津以南河北平原为例

通过对京津以南河北平原年降水量、地下水补给量和农业开采量三者动态规律及其互动关系研究表明, 年降水量减增, 同期地下水补给量与开采量呈互逆变化规律, 即降水量减小, 补给量变少, 开采量增大; 年降水量增大, 补给量较多, 开采量减小.在连续枯(丰) 水年份, 当年降水量减少(增加) 10mm时, 则地下水系统水量减少7.08 (增加7.06) mm, 水位下降(上升) 5.2~8.7cm; 在10~320mm变幅内, 当年降水量减少(增加) 10%时, 则地下水系统水量减少7.98 (增加7.67) %.气候旱化过程中降水变化对引起补给量减少和开采量增加的幅度, 大于气候增雨过程中降水变化对补给量增大和开采量减少的影响程度.因此, 需要重视连续枯水年份降水变化对地下水系统影响的应对举措, 这对于提高我国北方区域地下水资源供给安全保障具有重大意义.      

乌鲁木齐河流域北部平原地下水可持续开采方案分析

乌鲁木齐河流域北部平原局部地区出现了地下水水位下降和生态环境退化等问题。为了实现地下水可持续开发利用,结合《乌鲁木齐市水资源综合规划报告》和《米东新区水资源规划报告》设计了现状开采方案、增加补给量方案、减少开采量方案和增加补给量与减少开采量联合方案。运用北部平原地下水非稳定流模型对这四个地下水开发情景模拟方案进行了模拟,模拟的时间段为2007～2050年。对预测期间地下水水位的动态变化、地下水水位降深及水均衡进行了分析,确定了增加补给量与减少开采量联合方案是乌鲁木齐河流域北部平原地下水的可持续开采方案。实施该方案应从北水南调引0.7×108m3/a地表水用于北部倾斜平原的农业灌溉,同时要减少地下水超采地区的地下水开采量0.50×108 m3/a。     

乌鲁木齐河流域北部平原地下水可持续开采方案分析

乌鲁木齐河流域北部平原局部地区出现了地下水水位下降和生态环境退化等问题。为了实现地下水可持续开发利用,结合《乌鲁木齐市水资源综合规划报告》和《米东新区水资源规划报告》设计了现状开采方案、增加补给量方案、减少开采量方案和增加补给量与减少开采量联合方案。运用北部平原地下水非稳定流模型对这四个地下水开发情景模拟方案进行了模拟,模拟的时间段为2007～2050年。对预测期间地下水水位的动态变化、地下水水位降深及水均衡进行了分析,确定了增加补给量与减少开采量联合方案是乌鲁木齐河流域北部平原地下水的可持续开采方案。实施该方案应从北水南调引0.7×108m3/a地表水用于北部倾斜平原的农业灌溉,同时要减少地下水超采地区的地下水开采量0.50×108 m3/a。     

天津市地下水资源与可持续利用

天津市是我国主要缺水城市之一。1990～2000年地表水年平均用水量16 33×108m3,地下水年平均用水量7 11×108m3,地下水的供水比例约占30%左右。1990～2002年,按全国统一部署,对天津市地下水资源进行了新一轮评价,评价结果是天津市地下水天然资源为18 13×108m3 a,矿化度小于5g L的天然资源为15 75×108m3 a,可开采资源为8 27×108m3 a,其中浅层水2 58×108m3 a,深层水3 56×108m3 a,隐伏岩溶水1 24×108m3 a,山区1 10×108m3 a。天津市地下水开采程度已达90 45%,除蓟县、宝坻、宁河、静海略有盈余,其余各区、县已超采。要解决天津市规划需水量(2010年)56 76×108m3 a的要求,必须采取外调水源、工农业节水和污水回收利用、海水淡化利用、利用坑、塘、洼、淀尽可能拦蓄汛期弃水等措施。天津市每年7×108～8×108m3的地下水资源为多年稳定补给的地下水资源,属可持续利用的水资源,但必须调整开采布局,压缩深层水的开采量,以遏制地面沉降继续发展。在连续干旱年份,为解决城镇生产及生活用水的燃眉之急,保证城市供水安全,建立一种非常规的并有一定开采周期的应急供水水源地,可缓解一部分供水压力。经初步论证,蓟县平原区和宝坻中北部第四系全淡水区及邻近的咸水分布区,有望建成大型集中供水水源地。经勘查,蓟     

郴州市地下水资源预测及合理开发利用

郴州市区地表为第四系粘土、砂砾层覆盖,下伏石炭,二叠系碳酸盐岩层,岩溶发育。地下水有岩溶水和基岩裂隙水两种类型,其补给是大气降水,排泄主要是暗河。1958年始采地下水,1985年时供水量达6.6×10~4米~3/日。由于地下水开采没有统一规划和管理,已出现地下水位大幅度下降、地面变形等问题。经勘察该市地下水资源丰富,对钻井、泉水、暗河抽水试验,计算出可开采地下水量达21×10~4米~3/日。据本市34年降水量数据用回归分析和周期函数法计算到2000年各年降水量,再用降水渗入系数法计算1990、2000年降水渗入补给量,然后通过补给量和降水量的频率分析,论证地下水可开采量的保证率1990年为70％,2000年为95％。在此基础上提出了地下水开采利用和管理的科学方案。     

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。     

遥感技术和FEFLOW在北京市平原区地下水合理开发利用中的应用

在分析水文地质条件的基础上,采用遥感技术准确确定了北京市平原区地下水系统边界,并建立了地下水系统概念模型。采用基于有限元原理的FEFLOW软件建立了相应的地下水数值模拟模型,以2000年到2003年连续4个枯水年的地下水位动态资料对模型进行了验证和识别。运用识别后的模型进行了现状地下水水均衡、各典型水文年的补给量和开采潜力分析,并提出了地下水合理开发利用对策。研究表明识别后的模型置信程度较高,反映了实际的水文地质条件;2000年至2003年地下水系统均衡分别为-7.73亿m3、-6.02亿m3、-5.95亿m3和-4.38亿m3,补给总量分别为16.98亿m3、18.68亿m3、18.75亿m3和20.32亿m3;多年平均地下水补给资源量为22.98亿m3。平谷和昌平地区地下水还有开采潜力,密怀顺平原和城近郊区地下水已过量开采。地下水的合理开发利用应致力于开源节流、地表水地下水联合调蓄和中水回用。     

天津平原地下水可开采量与确定依据

根据深层地下水开采对地面沉降的影响比较,天津中部平原和滨海平原第二、三含水层组深层地下水开采对地面沉降影响较小,为适宜开采层位。地面沉降控制在10 mm/a,第二、三含水层组深层地下水可开采量为2.68亿m3/a。中部平原浅层地下淡水、微咸水,在技术经济上鼓励开采,可开采量为1.64亿m3/a;山前平原地下水现状开采强度未引起明显的环境地质问题,开采强度适当,可开采量为2.79亿m3/a。天津平原生态环境保持良好,地下水总的可开采量为7.11亿m3/a。     

鲁北平原深层地下水开发与环境问题

鲁北平原在深层地下水开发利用过程中，由于开采地段过于集中在城镇，加上不合理开采等因素，出现了区域性深层地下水超采漏斗不断扩大、部分地段地下水资源枯竭和水质咸化问题严重、重点城镇地面沉降加剧及饮用高氯高碘地下水引发的地方病呈上升趋势等诸多水环境问题。笔者分析了这些问题的分布规律及演化趋势，从地学角度，提出了对策建议。     

“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。     

潮白河再生水补给河道对周边浅层地下水影响的数值模拟研究

再生水在北京被广泛用于补给河道,2007年底至2017年共有2.3×108 m3再生水补给至潮白河顺义段。其污染物本底值较高（Cl?浓度约62~122 mg/L）,通过河床入渗补给到周边的含水层中,对周边地下水产生一定影响,尤其是浅层地下水。为了定量评价再生水补给河道对周边浅层地下水的影响,基于10年（2007—2017）的地下水监测数据,建立了再生水补给河道周边的地下水水流和溶质运移模型,模拟了受水区浅层地下水的水位和Cl?浓度的变化,分析了浅层地下水水量、Cl?负荷和NO₃-N负荷的变化。结果表明,再生水补给河道后的前2年（2007—2009）,河道周边浅层地下水水位迅速抬升了3~4 m,之后在再生水的持续补给下保持稳定。但受深层地下水开采影响,2007—2014年研究区整体浅层地下水的水量仍在下降。2014年底实施地下水压采措施后,浅层地下水水量从2014年底的3.76×108 m3恢复到了2017年底的3.85×108 m3。周边浅层地下水中的Cl?浓度从再生水补给前的5~75 mg/L变化到了补给后的50~130 mg/L,之后保持稳定。浅层地下水水质受再生水影响的范围从2008年底的11.7 km2扩大到2017年的26.7 km2,影响区内的Cl?负荷从2008年底的1.8×103 t增加到2017年底的3.8×103 t,NO₃-N负荷从2008年的29.8 t下降到2017年的11.9 t。尽管研究显示影响范围外的浅层地下水质受再生水影响不明显,但潜在的咸化和污染的隐患不容忽视,需要在后续研究中进一步明确。     

甘肃省地下水资源及其开发利用状况研究

甘肃省地处我国西北内陆,地下水资源匮乏,水资源供需矛盾突出,查明地下水资源大账显得十分必要。本文在全面收集和分析以往不同时期水文地质勘查及研究成果基础上,按不同水文地质单元、行政区划、地貌单元较系统地总结了各区地下水资源量,简要分析了开发利用状况。结果表明,甘肃省地下水天然补给资源量132.79×108m^3/a。其中,内陆河流域51.80×108m^3/a,黄河流域47.07×108m^3/a,长江流域33.91×108m^3/a;西部地区57.86×108m^3/a,东部地区20.97×108m^3/a,南部地区53.95×108m^3/a;山区80.98×108m^3/a,平原区51.80×108m^3/a。全省现有地下水开采机井约3.5×104眼,地下水开采量26.2×108m^3/a,地下水可开采资源量53.89×108m^3/a。西部地区开发利用程度较高,尤其是石羊河的民勤县地下水严重超采。东部和南部地区开发利用程度较低。     

华北滹滏平原地下水位下降与灌溉农业关系

针对华北粮蔬主产区滹滏平原浅层地下水位不断下降成因问题,基于大量实测资料和相关分析方法与MapGIS技术,通过对近50年来区内地下水位、粮蔬播种强度、有效灌溉面积变化特征和降水量、气温变化下地下水位下降对粮蔬播种强度响应机制研究,结果表明:1980年前粮蔬播种强度每增加0.01或夏粮和蔬菜播种面积每增加1万hm2,研究区地下水位下降幅度为0.36 m或0.43 m;1980年以来随粮蔬播种强度增大,地下水位下降幅度明显增大,粮蔬播种强度每增加0.01或夏粮和蔬菜播种面积每增加1万hm2,地下水位降幅分别达0.69 m和1.15 m。不仅与因播种强度增大导致农业开采量增加有关,而且还与1980年以来降水量不断减少密切相关。降水量减少100 mm,区内农业开采量增加35.7 mm。