北京市西山地区地下水数值模拟及预测

北京西山地区地下水资源丰富,水质优良,是北京市重要的地下水供水水源地之一。长期过量开采地下水已经引起了区域地下水水位下降等环境问题。南水北调客水进京后,将会改变区域用水结构,逐步实现对含水层系统的涵养目的。采用有限差分方法进行区域含水层系统数值模拟,分析不同开采条件下含水层系统响应特征。取得如下认识:西山地区地下水开采总量达到3.546 2×108m3/a,为达到可持续开采目的,需要将开采量压至2.798 8×108m3/a,实现采补平衡;维持现状开采至2030年,岩溶水水位下降22m,第四系承压水水位下降约28m,部分地区第四系潜水含水层出现疏干现象;南水北调进京后,按照规划压采方案实施,2030年末岩溶水水位平均恢复约5m,第四系承压水水位下降约6m。区域岩溶含水层恢复贮水0.185 4×108m3,第四系含水层系统贮水损失2.782 8×108m3。     

额济纳绿洲地下水动态与植被退化关系的研究

根据"九五"期间承担的原地质矿产部重点项目和科技部攻关项目的研究成果,对额济纳绿洲地下水动态和均衡特征进行了全面分析:近年来额济纳平原地下水补给量小于排泄量,含水层储量每年减少92.5×10\6m3,地下水处于负均衡状态;中深层地下水动态变化不显著,潜水动态变化复杂,水位普遍下降,部分地区降幅在2.0～3.0 m. 受地下水动态变化影响,绿洲区植被严重退化,胡杨林、柽柳林等地表植被大面积死亡,土地沙漠化加剧,绿洲的主要生态功能衰退. 在分析地下水动态变化对绿洲植被影响的基础上,提出了通过改变水资源利用方式,调整地下水动态,保护和恢复绿洲植被的途径和措施.     

吉林省白城市地下水数值模拟及其变化趋势

为了给吉林省白城市地下水资源合理开发利用提供科学依据,运用地下水模拟技术对白城市地下水位变化趋势进行预测。首先在分析研究区水文地质条件的基础上建立水文地质概念模型,将含水系统概化为潜水含水层、越流层和承压含水层,并确定了系统的边界条件。运用地下水模型软件(GMS)对研究区地下水流进行了模拟和预测,预测结果表明在扩大开采的情况下,潜水含水层水位总体下降约1~2 m;随着开采量的增加和时间的增长,含水层在洮儿河扇形地、洮南、研究区东北部、镇赉、大安南部等地相继出现疏干现象,最大降幅达5~6 m。承压含水层在大安南部、镇赉北部等地水位下降较大,但是流场整体降幅不大,总体降幅在0.5 m以内。最后提出了地下水合理开发利用建议。     

银川平原植被生长与地下水关系研究

干旱区植被生长与地下水的关系是生态水文地质学研究的热点之一。西北内陆干旱地区降水稀少,植被的生长发育与地下水的关系极为密切,从大尺度上研究地下水变化的生态效应问题对生态环境的保护和恢复具有重要的意义。借助遥感方法,结合地下水观测数据,在区域尺度上定量地研究了中国银川平原地区地下水埋深及矿化度与植被生长的关系。结果表明:适宜植被生长的地下水埋深范围约为1~6m,当地下水位埋深为3.5m左右时,植被长势最好。而在水位埋深为3.5m左右的地区,植被生长的相对好坏又受地下水矿化度的影响。当地下水矿化度为0.9g/L时对该地区植被的生长最为有利。     

乌鲁木齐市地铁2号线高铁新客站抗浮设防水位分析

以乌鲁木齐轨道交通2号线高铁新客站为研究对象,在对研究区地质条件分析的基础上,确定了研究区抗浮设防水位的合理建议值。研究结果表明:研究区地下水类型包括第四系松散岩类孔隙潜水和碎屑岩类裂隙孔隙水;在百年一遇的洪水工况下,通过三维数值模拟综合计算,并经地铁4号线和2号线两条水文地质剖面验证,并据此分析推测,确定站点潜水远期最高水位预测结果,提出本工程高铁站抗浮设计水位高于现状水位0. 42~1. 41m,防渗设计水位取值按低于抗浮水位0. 4 m考虑。     

沈阳中心城区水源地漏斗恢复调蓄模拟研究

在沈阳市由于长期地下水超采严重,已经形成大面积地下漏斗空间,形成引发严重地质灾害的隐患。分析了沈阳市地下水漏斗可恢复性建设的水文地质条件。并结合数值模拟方法研究了沈阳市地下水漏斗区域水量恢复时间和地下水漏斗中心水位恢复程度。结果表明:在同时增加河流补给量和压缩地下水开采量条件下,2年以后地下水漏斗中心水位可达到31.67m;压缩地下水开采量或增加河流补给量,均可在4年恢复漏斗区地下水位,且沈阳城区可有效增加地下水资源量0.88×108m3。     

民勤县青土湖地区地下水均衡计算及水位上升机理分析

在野外调查的基础上,对研究区地下水资源的均衡量进行了计算,并对研究区地下水水位的上升规律和上升机理进行了分析和研究。研究结果表明:研究区地下水补给量为3 169. 18万m3/a,地下水排泄量为1 289. 48万m3/a,补排差为+1 879. 7万m3/a;地下水上升的根本原因是研究区补排差为+1 879. 7万m3/a,即就是下泄生态量所引起的。通过对民勤县青土湖地区地下水均衡的计算及水位上升机理的分析,进而可以对后续该地区地下水资源的开发和利用提供地学依据。     

西北地区地下水水量-水位双控指标确定研究——以民勤盆地为例

地下水是西北内陆河流域干旱半干旱地区重要的供水水源、生态因子和环境因子。当前缺乏针对西北干旱半干旱地区特点的地下水水量和水位双控管理指标确定方法研究,无法为西北地区开展流域水资源管理生态保护提供技术支撑。本研究基于地下水可持续利用和生态保护的原则,提出了一套确定西北地区地下水水量-水位双控指标的技术方案。采用“以位定量”的思路,依据指标监测井代表的不同地下水功能区的地下水管理水位,确定水位指标区间值;将通过天然植被排泄的地下水量作为不可袭夺的排泄项,以数值模拟方法预报求解满足水位指标约束的地下水开采量,计算水量指标区间值。以民勤盆地为研究区开展示例研究,依据技术方案计算得到水位指标的下限阈值为埋深5.00～49.37 m,上限阈值为埋深0.00～5.00 m,水量指标上限为6 000×104 m3/a,下限为10 000×104 m3/a。采用2012—2016年区内实际开采量和监测水位变化趋势进行验证,当开采量在水量指标区间内运行时,水位也基本在水位指标区间内变化。该技术方法可以为西北地区开展双控管理提供一定的技术支撑。     

焉耆盆地生态需水量研究

焉耆盆地位于我国西北干旱区内陆腹地,为典型的大陆性干旱气候,降水稀少,蒸发强烈.区内水土资源丰富,是巴音郭楞蒙古自治州农牧业的主要基地.随着人口的增加和社会经济的发展,该地区水资源利用和生态环境之间的矛盾越来越突出.论文利用干旱区植被生态需水量计算方法,计算出该地区的农业需水量约为10.11亿m3,园、林地需水量约为2.43亿m3,牧草地及荒草地需水量约为30.00亿m3,博斯腾湖大小湖区的总蒸发及生态需水量约为13.86亿m3.该地区生态需水量共计约为56.40亿m3.通过计算焉耆盆地的生态需水量可为合理分配该区域的水资源提供参考;为生态保护以及水资源可持续利用提供科学依据.     

巴丹吉林沙漠潜水蒸发的数值模拟研究

为了确定巴丹吉林沙漠潜水蒸发强度与地下水埋深的关系,基于巴丹吉林沙漠的气候背景、砂土特征和不同地下水埋深时的典型植被特点设计了54种情景,利用Hydrus-1D建立不同情景下的SPAC水分运移模型,对周期性气象条件驱动下的潜水蒸发开展数值模拟。模拟结果表明:多年平均潜水蒸发量有着随地下水埋深增大而非线性减小的趋势;不同情景的极限埋深都大于3m,在埋深等于3m时潜水蒸发量都小于最大值的5%;当地下水埋深为0.5~1.5m时,潜水蒸发量对地下水埋深的变化最为敏感;当地下水埋深为1m时,潜水蒸发量对包气带岩性的变化也很敏感;在地下水埋深小于0.5m和大于1.5m的区间,气候、岩性、地下水埋深的变化对潜水蒸发量的影响变得微弱。另外,多年平均潜水蒸发量和地下水埋深的这种非线性关系可以用一个新提出的经验公式进行较为准确的拟合,将这个研究结果用于评价巴丹吉林沙漠湖泊集中区地下水的蒸发消耗,发现潜水蒸发总量显著大于湖面蒸发总量,前者约为后者的2.5~2.6倍,必须在沙漠水分平衡的分析中加以考虑。     

保定平原区地下水生态水位阈值的探讨

地下水具有重要的生态价值,地下水生态系统中的地下水位、水质和包气带含水率与含盐量的变化驱动着表生生态格局的演变,但目前对各变量的生态阈值研究尚处于起步阶段,理论与方法体系还不完善。以保定平原区为例,采用地下水位及地下水生态环境的历史回归法、GIS法、差分网格计算法等方法,从时空角度分析了地下水位变化的驱动力以及生态效应,在此基础上确定不同水文地质单元的生态水位阈值。研究表明:（1）20世纪50—60年代,研究区依赖于地下水的生态格局基本维持着天然状态;1959—2000年,地下水位持续下降,局部地段出现降落漏斗;2000—2008年,地下水位骤降,降落漏斗迅速扩张,地下水与地表水补排关系发生变异;2008年至今,部分区域地下水位逐渐上升。（2）研究区内山前地带地下水生态水位埋深为10~15?m,拒马河冲洪积扇群与漕河—瀑河冲洪积扇群为5~10?m,唐河—大沙河冲洪积扇群为3~5?m,冲积平原中定州—望都范围为3~5?m,保定市为10~15?m,其余均为5~10?m,冲湖积平原环淀区域小于3?m。（3）以确定的地下水生态水位为标准,初步估算研究区现状地下水位恢复至生态水位的需水量为57.14×108?m3。研究成果对恢复当地地下水生态环境格局有重要意义,对华北平原地下水生态水位的确定也具有借鉴意义。     

人工补水条件下白洋淀湿地演变研究

近几十年来,在自然因素和人类活动的双重作用下,白洋淀湿地及其周边环境发生了明显变化。本文采用综合识别遥感提取技术,对近40年来白洋淀湿地面积信息进行提取并分析其变化特征,在1986—1989年间,湿地面积增加253.29 km~2;1989—1994年间,湿地面积减少181.61 km~2;1994—1997,湿地面积增加158.17 km~2;1997—2004年间,湿地面积减少170.37 km~2;2004—2016年,湿地面积增加106.09 km~2。根据湿地面积提取结果,分析湿地面积与地表水位和地下水位的关系,确定了白洋淀湿地面积变化的主要控制因子为地表水位,其与白洋淀湿地面积的相关性非常好,相关系数达0.99;白洋淀湿地面积与周边区域的地下水位动态变化呈正相关性,说明湿地渗漏量对周边区域的地下水位动态变化有一定影响。针对白洋淀湿地地表水位,采用水均衡法,分析了影响白洋淀地表水位的主控因素,主要为白洋淀湿地的入淀流量和蒸发蒸腾消耗量。通过白洋淀湿地演变及其影响因素的分析,初步揭示了白洋淀湿地与水文过程的相互影响机制,可为制定白洋淀湿地生态修复和水资源可持续利用方案等提供技术支撑和理论参考。     

柴达木盆地鱼卡河流域水资源开发利用与生态保护

鱼卡河流经2个次级断陷盆地,流域地表水资源总量为10 236.58×104 m3;地下水资源总量为17 764.55×104 m3。其中鱼卡盆地地表水资源量为10 123.06×104 m3,地下水量为6 967.85×104 m3;马海盆地地表水资源量为9 145.44×104 m3,地下水量为10 796.7×104 m3。鱼卡盆地地下水开采量为226.3×104 m3,占地下水资源量3.2%;马海盆地地下水开采量为619.8×104 m3,占地下水资源量5.7%。通过对流域地下水资源利用研究表明,随着流域地下水资源开发力度加大,下游出现了地下水资源短缺,造成生态环境恶化。例如,流域地下水不能得到合理开发利用,将进一步加剧下游生态环境更加恶化,破坏生态平衡。因此,合理开发利用流域地下水资源,是关系到流域下游工农业可持续发展的主要问题。     

城市化对呼和浩特市潜水补给影响研究

城市化对地下水补给的影响已严重干扰了区域地下水均衡,引发了各种生态环境问题。在呼和浩特市自然地理及水文地质调查的基础上,运用GIS并结合地下水均衡计算的方法,探究城区扩张下以呼和浩特市为中心的研究区潜水补给量的变化。结果表明：从1986—2014年,研究区城镇面积扩大了约358倍。在城市化引起的地下水开采量增大、土地利用方式改变、景观河改造等因素影响下,研究区潜水疏干面积从119 1 km2扩大到10476 km2,年侧向补给量减少9 06115×104 m3;降水入渗补给量减少84385×104 m3;农灌水回渗补给量减少27944×104m3;河道渗漏补给量减少8638×104m3;城市供水管网漏失入渗量增加1 752×104m3。对比1986年和2014年,研究区潜水补给量从13 22501×104 m3减少至4 70703×104 m3,减少了644%,其中减少比例最大的是侧向补给量和降水入渗补给量。城市化使呼和浩特市潜水补给量大大缩减,迫切需要合理规划城市发展和地下水资源开采。     

对既保冬小麦产量又防承压水耗竭的灌溉策略之探讨

我国深层地下水超采最严重的区域当属华北平原的河北省黑龙港地区,该区域的深层承压含水层面临枯竭的安全风险。然而,黑龙港地区作为我国优质冬小麦的重要产区和河北省冬小麦的主产区,肩负着河北省确保冬小麦这一重要口粮稳产的责任。因此,冬小麦生育期的灌溉策略必须在区域尺度上兼顾深层地下水的禁采和冬小麦产量的稳定,这也是当前黑龙港地...     

基于不同开采方式的煤矿涌水量预测及其环境影响分析

煤矿开采不当会对水资源与水环境造成破坏,尤其在生态环境相对脆弱地区更是如此。针对目前矿井涌水量预测大多以单一工作面或煤矿为评价单元,对沟域内煤矿群同时长期开采的地下水环境影响重视不够。选择头道河则沟域为研究区,以地下水勘查、井田勘探资料为依据,构建了头道河则完整沟域的地下水三维非稳定流数值模型,根据地下水、地表水监测数据和煤矿群开采涌水量的长观资料进行模型的识别与验证,以9#煤矿为典型矿区,分析综采和条带充填2种不同开采方式下矿井涌水量及其对水环境的影响。研究结果表明：(1)综采状态下,矿井涌水量增加0.70×10⁴ m³/d,导致地下水溢出量减少0.20×10⁴ m³/d,引发矿区及区域地下水水位下降0.21～17.92 m;条带充填开采状态下,矿井涌水量增加0.11×10⁴ m³/d,导致地下水溢出量减少0.04×10⁴ m³/d,引发矿区及区域地下水水位下降0.01～0.44 m。(2)煤矿按综采方式开采,...     

Assessment of water level threshold for groundwater restoration and over-exploitation remediation the Beijing-Tianjin-Hebei Plain

The Beijing-Tianjin-Hebei Plain (BTHP) is the political, economic and cultural center of China, where groundwater is the main source of water supply to support social and economic development. Continuous overdraft of the resources has caused a persistent decline of groundwater level and formed a huge cone of depression at a regional scale. This paper addresses current groundwater situation over the BTHP area. The paper also delineates the groundwater flow field, using groundwater level data, in order to provide an effective method for the restoration of groundwater level and associated water resources management. Based on the analysis of multiple factors, such as groundwater level, soil salinization, ground subsidence, groundwater recharge and storage, urban underground space security, formation of fractures, and seawater intrusion, the threshold for groundwater level restoration is defined, and some measures for groundwater over-exploitation management are accordingly proposed. The study shows that: (i) Since the 1980s to 2020, shallow groundwater level in the western part of the BTHP area has dropped by 25 m to 60 m, while the cumulative decline of deep groundwater in the central and eastern regions is in the range of 40–80 m; (ii) The water table of the shallow groundwater within the depression zone over the Western Piedmont Plain should be controlled in the range of 15–30 m below ground level (mbgl), while the depth of groundwater level in large and medium-sized urban areas should be controlled within 20–30 mbgl. The groundwater level in the resource preservation area should be controlled within 10–15 mbgl, and the groundwater level in the area with identified soil salinization in the central and eastern plain should be controlled within 3–10 mbgl. However, for the deep groundwater in the central and eastern plainwater, the main focus of the resources management is to control the land subsidence. The water level in the severe land subsidence area should be controlled within 45–60 mbgl, and in the general subsidence area should be controlled within 30–45 mbgl; (iii) Based on the water level recovery threshold and proposed groundwater overdraft management program, if the balance of abstraction and recharge is reached in 2025, the shallow groundwater abstraction needs to be gradually reduced by about 2×10⁸ m³. Meanwhile, the ecological water replenishment of rivers through the South-to-North Water Transfer Project should be increased to 28.58×10⁸ m³/a, and the deep groundwater abstraction needs to be gradually reduced by 2.24×10⁸ m³. To reach the target of shallow groundwater level in 2040, surface water replacement is recommended with a rate of 25.77×10⁸ m³/a and the ecological water replenishment of rivers in the South-to-North Water Diversion Project should reach 33.51×10⁸ m³/a. For deep groundwater recovery, it is recommended to replace the deep freshwater extraction with the utilization of shallow salt water by 2.82×10⁸ m³ , in addition to the amount of 7.86×10⁸ m³ by water diversion. The results are of great significance to the remediation of groundwater over-exploitation, the regulation of water resources development and utilization, and ecological protection in Beijing-Tianjin-Hebei plain.     

基于 GSFLOW 的青土湖生态输水量-湖水面积关系研究

西北地区水资源匮乏,生态环境脆弱,如何科学处理生产用水与生态用水的关系一直是西北干旱区水资源开发利用中关注和研究的热点难点课题之一。关于流域中上游生态输水与尾闾湖水域面积（或湿地面积）关系的定量化研究较少。以我国西北干旱区河西走廊石羊河流域的尾闾湖—青土湖为例,利用GSFLOW建立了区域地表水-地下水耦合模型,其中采用...     

“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。     

鄂尔多斯浩勒报吉水源地开采地下水的环境影响分析

干旱半干旱区的地下水开发利用容易对原本脆弱的生态环境造成不利影响。内蒙古鄂尔多斯市浩勒报吉水源地属于半干旱区的地下水水源地。2009—2014年间,该水源地为满足工业供水需求开采地下水6.0×104~7.3×104 m3/d,产生了负面的生态环境后果。为核查环境变化与地下水开采的确切关系,调查分析了2004—2016年气象条件、地下水开采历程、地下水位、湖泊面积和植被指数的变化特征,建立定量指标进行了地下水开采的环境影响判别。结果表明,在2008—2014年期间,距开采区中心10 km范围的地下水位普遍下降1 m以上,奎生淖和敖各窖淖2个湖泊的面积萎缩约30%,水源地的植被指数对气候条件变化的敏感性增强。该水源地以往论证得到的可开采量偏大,应考虑生态环境约束将开采规模控制在3×104 m3/d以下。