北京典型地区灌溉条件下包气带水分运移特征研究

以张家湾包气带水盐运移试验场灌溉试验资料为依据,运用土壤水分能量观点,分析了灌溉条件下包气带水分运移特征。试验结果表明,在一定灌溉量下包气带水分运移具有明显的分带特征以及灌溉水明显运移到达的深度;在一定灌溉量条件下,灌溉后地下水位上升微小,灌溉补给地下水量较小,并通过非饱和水流达西定律计算了向下入渗补给量。     

干旱区包气带土壤水分运移及其对地下水补给研究进展

包气带是指地表到地下水之间垂直剖面中土壤孔隙没有被水充满、水分处于非饱和状态的区域,是地表水进入地下水的通道。包气带土壤水分运移过程不仅影响到地下水补给,而且与相邻景观之间存在水力联系。评述了干旱区包气带土壤水分运移模拟、地球化学示踪技术、地球物理技术在包气带土壤水分运移研究中的应用、影响包气带土壤水分运移及对地下水补给的因素、包气带水分运移对景观间水分交换的影响等方面的研究进展,提出在未来的研究中,应加强包气带土壤水分运移参数的试验观测及数据库建立、加强包气带土壤水分运移及其对地下水补给的研究,应借鉴地球关键带研究的思路,开展包气带土壤水分运移、溶质运移、地下水补给耦合研究。     

试论洛川黄土塬区包气带水分的赋存与运移

当前在开发利用地下水的同时,包气带水分的赋存与运移问题及其对地下水的形成与补给作用,引起了人们的关注。大家知道,饱和带与包气带是地下水同一连续系统中的两个部分,二者不可分割。包气带中水分下渗,其数量与速率决定了地下水的储量与动态,反之,地下水的变化影响着包气带水分剖面及其运移条件。尤其是黄土地区特定的自然地理条件下,     

甘肃省黑河干流细土平原区灌溉水入渗运移的初步研究

西北干旱地带农业区的灌溉水入渗是地下水补给的重要途径。在甘肃省黑河干流细土平原区，利用中子仪和负压计观测了灌溉水入渗时包气带的含水率和土水势的变化，初步分析了灌溉水入渗运移规律，确定了灌溉水入渗补给系数随地下水埋深的变化，为本区进行地下水资源评价奠定了基础。     

种植条件下降雨灌溉入渗试验研究

基于清水河平原头营和黑城试验场降雨(灌溉)入渗过程土壤水分运移观测试验数据的分析研究,笔者应用能量观点描述了包气带水分运移的分带性、降雨(灌溉)入渗补给地下水的水分条件和地下水入渗补给过程的基本特征。应用蒸散量模型、土壤水分通量模型,计算了作物生长期的蒸发蒸腾量、土壤贮水量的变化量、400cm深度处的土壤水分渗漏量及渗漏系数。从多年的角度分析了深层土壤水分渗漏量、渗漏系数与地下水入渗补给量和补给系数的关系。它对分析降雨(灌溉)入渗对地下水的补给过程和定量分析地下水入渗补给量、入渗补给系数具有重要价值。     

不同作物覆盖对农业区地下水入渗补给的影响分析

灌溉入渗是卫宁平原地下水的主要补给来源,研究不同农作物对地下水的灌溉入渗补给对于准确评价地下水资源量十分重要。本研究基于卫宁平原灌区2个包气带水分运移原位试验点系统观测数据,运用Hydrus-1D软件建立了试验点的包气带水分运移数值模型;设置了单次灌溉量、生长期天数、最大根系埋深和叶面积指数四种影响因子,应用模型分析了其对地下水入渗补给量的影响,计算了不同作物种植期内地下水垂向入渗补给量。结果表明:试验点地下水入渗补给量以灌溉入渗补给量为主。单次灌溉量的大小对地下水垂向入渗补给量的影响最为显著,其次是生长期天数和最大根系埋深,叶面积指数对地下水垂向入渗补给量的影响最小。随着地下水位埋深的增加,农作物种植因子对地下水入渗补给的影响也会增大。不同时期的降雨入渗系数为0.02～0.25;受次降雨量和降雨频率影响差异较大。灌溉入渗系数大小与作物种类关系密切:玉米种植期内的灌溉入渗系数为0.78,茄子种植期内的灌溉入渗系数为0.51,枸杞种植期内的灌溉入渗系数为0.6～0.63。综合考虑研究区作物类型和地下水位埋深(117～267 cm),给出了研究区农田区域在作物单次灌溉量为50～150 mm情况下,对应的灌溉入渗系数参考值。     

黑河中游不同灌溉方式下地下水入渗补给特征研究

降水和人工灌溉是黑河中游浅层地下水重要的补给来源。长期以来入渗补给量评价采用经验参数法,但没有成熟的监测方法和实证数据。采用人工溴示踪法研究黑河中游不同灌溉条件和不同深度条件下的地下水入渗补给规律。结果表明:研究区大气降水条件下包气带溴离子含量峰值年均运移距离为21.25 cm,年平均入渗补给量为11.93 mm,入渗补给系数为0.1;大水漫灌条件下包气带溴离子含量峰值年均运移距离为86.51 cm,年平均入渗补给量为148.7 mm,入渗补给系数为0.16;小水漫灌条件下包气带溴离子含量峰值年均运移距离为46.35 cm,年平均入渗补给量为 53.81 mm,入渗补给系数为0.07;滴灌条件下年包气带溴离子含量峰值年均运移距离为41.72 cm,年平均入渗补给量为52.6 mm,入渗补给系数为0.11。人工溴示踪剂应投放在包气带水分单向入渗下行区,一般西北内陆盆地在地表3 m以下为宜。此研究成果可为黑河流域地下水资源评价提供实证参数,对西北内流盆地地下水水资源量与合理开发利用的科学认识具有重要意义。     

应用~2H、~(18)O同位素示踪华北平原石家庄包气带土壤水入渗补给及年补给量确定

采集2个不同深度包气带土壤水2 H、18 O同位素剖面ZK1,ZK2,应用天然稳定同位素2 H、18 O示踪的方法,研究了华北山前冲积平原石家庄地区包气带土壤水入渗补给的历史演化特征。结果显示,研究区内,以0.05m为取样间隔,δ2 H、δ18 O值可以明显指示出大气降水及灌溉水入渗补给时间—剖面深度位置的年际对应关系。ZK2的δ2 H、δ18 O值随着埋深的增大出现周期性的波动,具有分层现象的岩性差异并不明显,说明ZK2剖面以活塞流的入渗方式补给地下水。在0~3.90m深度,δ2 H、δ18 O值显示降水和灌溉水的入渗补给时间为2011年10月至2001年11月。18 O峰值位移法计算补给量的结果显示,降水、灌溉水通过包气带补给地下水的垂向运移速度为38.5~65.0cm/a,年均入渗补给量为131.3~185.3mm。同时,对比2003年及2005-2007年降水量数据,说明少雨年份农业灌溉用水量的大小对当地地下水的入渗补给量起着关键性作用。     

河套灌区耕地-荒地-海子系统间不同类型水分运移转化

为了探明耕地-荒地-海子系统中不同类型水分的运移转化规律,在2018-2019年典型时期对系统内具有代表性的采样点进行水样采集,分析了不同时期内不同水体的δ18O变化特征,并利用二端元混合模型和土壤水动力学方法计算了不同类型水分转化贡献率。结果发现:①在灌溉期,82%的灌溉水储存于1 m土体中,18%的灌溉水通过渗漏补给了耕地地下水,渠系灌溉水通过地下侧向径流给耕地地下水贡献了76%。②灌溉水和降雨对耕地地下水平均贡献率为94%和6%;耕地地下水和降雨对荒地地下水的平均贡献率为71%和29%;荒地地下水和降雨对海子的平均贡献率为43%和57%。③渠系灌溉水通过侧向径流贡献给耕地地下水的水量基本全部迁移给了荒地地下水,地下水迁移转化是由渠系水侧向径流触发的。④灌后5 d,耕荒地交界土层0~40 cm存在饱和-非饱和侧向补给;灌后15 d和30 d,耕地和耕荒地交界处的地下水向根区40~60 cm、土层80 cm以及100 cm补给水分;灌后30 d,耕地中的灌溉水水分消失。⑤在非灌溉期,荒地地下水和海子耗水较多,应给海子补给水分。     

河套灌区耕地-荒地-海子系统间不同类型水分运移转化

为了探明耕地-荒地-海子系统中不同类型水分的运移转化规律,在2018-2019年典型时期对系统内具有代表性的采样点进行水样采集,分析了不同时期内不同水体的δ¹⁸O变化特征,并利用二端元混合模型和土壤水动力学方法计算了不同类型水分转化贡献率。结果发现：①在灌溉期,82%的灌溉水储存于1 m土体中,18%的灌溉水通过渗漏补给了耕地地下水,渠系灌溉水通过地下侧向径流给耕地地下水贡献了76%。②灌溉水和降雨对耕地地下水平均贡献率为94%和6%;耕地地下水和降雨对荒地地下水的平均贡献率为71%和29%;荒地地下水和降雨对海子的平均贡献率为43%和57%。③渠系灌溉水通过侧向径流贡献给耕地地下水的水量基本全部迁移给了荒地地下水,地下水迁移转化是由渠系水侧向径流触发的。④灌后5 d,耕荒地交界土层0~40 cm存在饱和-非饱和侧向补给;灌后15 d和30 d,耕地和耕荒地交界处的地下水向根区40~60 cm、土层80 cm以及100 cm补给水分;灌后30 d,耕地中的灌溉水水分消失。⑤在非灌溉期,荒地地下水和海子耗水较多,应给海子补给水分。     

试论冻结滞水

冻结滞水指因冬季的冻结作用在包气带冻土层内形成的季节性固态地下水。在冻结期间包气带水具有明显的倒置分带性：（１）冻结滞水带;（２）过渡水分带;（３）支持毛管水汽化输水带。冻结滞水含水率比冻结前一般增加２０％￣３０％,相当于给水度为０．０６的含水层中潜水位下降２．５４￣３．７４ｍ时给出的水量。冻结滞水是干旱、半干旱地区农、林、牧业生产持续发展的可贵的水资源之一。     

内蒙古鄂尔多斯西北土壤水流动示踪实验及自流井群补给源讨论

降水模拟实验证明,鄂尔多斯北部沙土层单次降水入渗最大深度小于1 m,降水在土壤中受到蒸发后排泄到大气中。实验证实,只有当土壤含水率达到最大田间持水率,吸附在土颗粒表面的薄膜水才能克服电磁引力转化为重力水,在重力的作用下继续下渗。鄂尔多斯北部的年降水量小而蒸发量大,降水入渗土壤不能形成累积效应,无法形成连续下渗的重力水流。同位素示踪分析表明,土壤水主要来源于地下潜水,结合土壤含水率与TDS分析证实,地下水是通过薄膜水与蒸发-凝结方式补给到土壤水中,薄膜水从高温区向低温区流动,对于等温的薄膜水而言,薄膜水从厚层向薄层流动。同位素分析表明,都思兔河流域的河水、泉水、井水、湖泊、土壤水接受相同的外源水补给。鄂尔多斯盆地降水比地表水与地下水明显富集重同位素,不符合补给区降水同位素特征。鄂尔多斯盆地地下水分水岭与基底断裂带重合,据此推断,外源水以深循环方式通过基底断裂带补给鄂尔多斯盆地,在干旱地区形成自流井群。     

少粘性土中包气带水对某基坑工程施工的影响及其处理

在基坑工程施工中,潜水和承压水往往是工程降水的主要对象,而包气带水往往被忽视。实践证明,包气带水对基坑工程的影响也不容忽视。通过分析少粘性土地区包气带水对基坑工程的影响,提出用改进的轻型井点降水法疏干包气带中的上层滞水,这种处理方法成本低,见效快,效果好,具有很强的实用性和推广价值。     

降雨入渗补给地下水数值模拟研究

针对在地下水资源评价中入渗补给量采用经验估算存在较大误差的问题,以神东矿区为例,在广泛调查矿区包气带岩性结构并结合野外取样、室内参数测定的基础上,采用数值模拟的方法建立包气带水分运移数值模拟模型,定量模拟矿区内不同地段降雨入渗强度,探讨影响降雨入渗强度的主要因素,计算得出研究区降雨入渗系数大致在0.18~0.27,分析认为影响降雨入渗强度的因素有降雨量、潜水埋深、包气带岩性等。其中在研究区广泛分布的风积沙对地下水资源起到了一定的保护作用。     

Advances in Moisture Migration in Vadose Zone of Dryland and Recharge Effects on Groundwater Dynamics

The vadose zone is the zone in between the land surface and above the groundwater table at vertical profile with partial water saturation and under the unsaturation condition, which constitutes the connections among atmospheric water, surface water and groundwater. Soil moisture migration in the vadose zone is a rather complicate process, which controls the rates of groundwater depletion and recharge, and has close hydraulic connections with highly frequent water transfers on the interfaces among the irrigation farmland, sand dunes, wetlands, lakes, and other landscape types. Recent development on soil moisture migration simulations and the application of tracer techniques, geophysical techniques and other geological methods in the vadose zone research, the factors affecting soil moisture migration and groundwater recharge,and soil moisture migration effects on moisture exchange between different landscapes were reviewed in this paper. Several suggestions on the future research were presented here: ① An intense field observation and research database should be initiated and constructed to determine the soil hydraulic parameters, and quantify the influence of moisture migration in vadose zone on the groundwater recharge; ② The proposed observations and researches should learn from the “Critical Zone Observatory”, and focus on the coupling of the soil moisture migration, solute transport and groundwater recharge.     

包气带水研究方向浅议

包气带水是地球水体的重要组成部分.研究包气带水的形成及运动规律不仅对阐明地下水的形成具有重要意义,而且是实现农业节水的关键.本文在阐述包气带水特征的基础上,指出了包气带水研究方向:一是包气带中土壤水的调控研究,二是水-气二相流数值模拟研究.     

Distribution and formation of high-fluorine groundwater in China

In China, high-fluorine groundwater, which contains more than 1.0 mg/l fluorine, is mainly distributed in shallow aquifers of unconsolidated deposits in some arid and semiarid areas, deep aquifers of unconsolidated deposits in semiarid areas, as well as in hot springs of bed rock mountainous area and aquifers of fluorite-mine area. Its formation is controlled by regional climate factors, seepage conditions of groundwater, as well as the hydrogeochemical environment. The physicochemical properties of soil mass of the aeration zone play an important role in fluorine concentration in shallow groundwater. In the coastal plain areas, where groundwater is mainly recharged and discharged vertically, and its regime type belongs to the type of infiltration—evaporation, the grain size of soil mass of aeration zone directly influences the amount of fluorine transferred from solid medium into water; and the chemical constituents of the soil mass of aeration zone controls the chemical characteristics of the shallow groundwater, consequently influencing the concentration condition of fluorine in water. Fluorine ion in groundwater continuously migrates and concentrates under the comprehensive influence of many factors. High-fluorine groundwater exceeding the sanitary standard (1.0 mg/l) has an obvious zonality in regional distribution in China. Based on current statistics, there are roughly 50 million people (Zheng Qifu 1986) who have consumed water which exceeds standards in China. In highfluorine groundwater areas, endemic fluorine-poisoning often arises to different extents, affecting human health seriously. At the end of 1983, over 20 million patients were suffering from fluorine-poisoning diseases in China (Xu Guozhang, unpublished data). Therefore, research of the distribution feature and formation mechanism of fluorine ion in groundwater has become an important task.     

神东矿区地下水变化观测与分析研究

针对西部大规模高强度煤炭开采对地下水的影响,利用神东矿区约1 500 km2区域的200余个钻孔的长期观测结果,研究了超大综采工作面开采工艺对地下水系统的影响规律,地下水流场变化与基岩和含水层空间分布的关系。研究表明,超大综采工作面开采形成了地下水"汇聚带",开采对基岩和含水层厚度较薄区的地下水系统影响较大,研究区采后含水介质厚度稳定且较厚区域含水层含水厚度损失大部分在30%左右,且逐步趋于稳定。      

马关某渣库场区水文地质特征分析

马关县地处云贵高原南部,区内岩溶地貌发育,以峰林、岩溶洼地、谷地为主。为探讨拟建项目场区的水文地质特征,初步认识拟建工程建筑物与地下水之间的相互影响程度。对研究区开展全面的水文地质条件调查,并进行水文地质钻探、抽水试验、注水试验、包气带饱和渗透等现场试验工作。结合前人研究成果,综合得出研究区内地下水类型主要为松散岩类孔隙水、碎屑岩裂隙水和碳酸盐岩类岩溶裂隙水;区内地下水动态及补、径、排条件稳定,对工程建筑物的稳定性影响较小;出露地层的渗透性为弱-中等,且包气带具有一定厚度,渗透性低,整体防污性能较好。     

甘肃黑河中下游影响绿洲植被发育的某些因素

黑河下游额济纳绿洲区和中下游沿黑河干流河床附近的潜水位埋深较浅,是维系地表植被生长的重要因素。中游高台附近潜水位存在每年双峰值的变化,较之下游额济纳绿洲潜水位每年单峰值的变化更有利于植被的生长。在包气带剖面中,同一时刻水土势、含水量、含盐量随深度的变化趋势基本相同。采样点包气带土壤中易溶离子含量相对较低,全盐量小于5%,中游采样点土壤中以HCO3-为主,下游以SO42-为主,由SO42-、Cl-和Na+、Ca2+组成的盐类构成了包气带土壤中的主要盐分。土壤中易溶离子含量自地表至潜水面之间随深度总体上呈减小趋势。植被的根系分布对包气带土壤含水量、水土势和易溶离子含量随深度的分布有着重要的影响,在植物根系发育带的土壤中含水量、水土势和易溶离子含量升高。