地下水环境容量初探——以济南泉域为例

分析了水环境容量的内涵和地下水资源开发利用产生的环境效应,探讨了地下水环境容量的概念,认为地下水环境容量是用来表征一定目标约束下,地下水系统对自然或人类活动影响所能承受能力的最大阙值,其评价指标可采用地下水临界水位、可持续开采量、TDS、水温、纳污能力等单项指标或多项综合指标。以济南泉域为例,采用地下水位与泉流量作为济南泉域岩溶地下水环境容量的阙值,论证了地下水环境容量的动态可变性。最后指出了地下水环境容量研究的发展趋势。     

下河泉域岩溶地下水资源量分析评价

依据下河泉域水文地质条件,采用补给量法及排泄量法计算分析了泉域岩溶地下水资源量;依据泉水历年流量变化过程,采用水文过程曲线法、流量衰减分析法及频率分析法,计算分析了泉域岩溶水可开采量。     

回归分析法在地下水动态分析中的应用

多年来,济南泉水断流的主因一直存在争议。本文根据济南泉域1960-2002年43年的地下水位、降雨量、市区开采量、外围开采量的统计资料,建立多元回归模型,找出影响泉域水位动态的因素。分析结果表明,济南泉域地下水动态变化分为两个阶段,上世纪六十年代（1960-1967年）,影响地下水位的主要因素为降雨量,上世纪七八十年代（1968-1989年）,影响地下水位的主要因素为开采量,尤其是外围开采量。在此基础上,对回归模型进行了检验和预测,在模拟时间内的平均误差为2.1%,预测阶段内的平均误差为5.08%,与实际情况基本符合。     

优化技术在娘子关泉域岩溶地下水开采资源量评价与管理中的应用

我国北方岩溶地下水，多数是以泉域水资源系统为单元进行循环的，各岩溶地下水系统以规模大、系统结构复杂为典型特征。在岩溶地下水开发利用过程中，如何兼顾各开采水源地的开采量、井采与泉水流量问等关系，以避免出现水文地质环境问题，是多年来水文地质界一直关注的问题。本文将水资源系统与供水系统相结合，采用优化技术建立了娘子关泉域岩溶地下水评价管理模型，以此为基础提出了多种开发方案，为类似地区的地下水评价与开发管理提供范例。     

济南泉域岩溶水数值预报与供水保泉对策

基于保持泉水长期连续壮观喷涌和泉域岩溶生态地质环境良性循环发展等约束条件,根据济南泉域岩溶地下水系统特征,采用MODFLOW模拟裂隙岩溶介质地下水运动规律,进行了回灌补源条件下的地下水、地表水联合调蓄模拟,结果表明趵突泉枯水期水位控制在27.6m以上,四大泉群能够保证长年喷涌,同时在西郊增大开采量,提出济南泉域允许开采量不超过39万m^3/d是泉域生态地质环境功能修复的前提。提出了回灌补源、水质供水、控制城市向直接补给区扩展和优化水资源配置等泉水保护建议。     

兰村泉域岩溶水位动态遗传回归模型与岩溶地下水保护

近年来对兰村泉域岩溶地下水的大规模开采导致了兰村泉断流、泉域地下水位大幅下降等一系列问题。本次研究在分析兰村泉域1960年到2003年间岩溶地下水动态特征的基础上,建立该区地下水位动态遗传回归模型,定量分析了各种影响因素对系统岩溶地下水位动态的作用强度。最后,提出了包括削减人工开采、增加入渗补给等保护兰村泉域岩溶水的对策和方案。     

运用水文时间序列分析识别济南泉域岩溶发育特征

岩溶含水层具有高度的非均质性和各向异性,为定量识别济南泉域岩溶含水层发育状况,通过选取泉域岩溶水补给区和排泄区的地下水位动态数据,采用相关分析和频谱分析,研究其对降雨补给的响应特征.地下水位-降雨量的自相关和互相关分析表明,系统对降雨输入信号的敏感程度自补给区至排泄区逐渐降低,但记忆作用逐渐增强.相位分析结果表明泉域地下水位对降雨信号的响应存在滞后现象,自补给区至排泄区滞后时间逐渐延长,补给区地下水位与降雨具有更好的线性相关性.交叉振幅分析结果表明补给区地下水流中快速流约占20%~30%,而在排泄区快速流占比减少至2.5%~10.0%.岩溶含水系统地下水动力条件主要受岩溶发育程度等介质内部结构影响,济南泉域岩溶含水层岩溶发育程度较低,含水介质和水流通道以岩溶裂隙为主,地下水运动以基质流为主.      

兰村泉域岩溶地下水水位多元回归模型研究

兰村泉域地下水是太原市工业、农业和城市生活供水的主力水源,采用多元线性回归模型研究了兰村泉岩溶地下水水位,分析岩溶地下水水位与诸多因素之间的相关关系。结果表明:影响岩溶水水位变化的因子主要包括:大气降雨入渗补给量、汾河入渗补给量、泉域开采量、向盆地孔隙水的侧向排泄量。根据不同水平年不同保证率下的补径排关系,对泉域的岩溶水水位进行预报分析。     

辛安泉岩溶水系统研究分析

辛安泉是山西省第二岩溶大泉,该岩溶泉水是长治市除漳泽水库外的主要供水水源。泉域为一完整的岩溶地下水系统,具有独立的补给、径流、排泄关系,为全排型岩溶大泉。通过对泉域岩溶地下水水文地质特征、岩溶水天然资源量、可开采资源量及开发利用现状的分析研究,为区域水资源的优化配置提供了科学依据。     

用时历法计算三姑泉域岩溶地下水可开采量的尝试

对三姑泉域岩溶地下水的观测已积累了24年的资料,经分析研判,地下水超采是造成地下水位持续下降的主要原因,而丰水年的降水又是使地下水位大幅度上升的有力支撑,这一升一降之间,有可能找到一个地下水开采量,能够在整个研究时段使地下水实现采补平衡、地下水位升降相抵的良性循环,作为该水源地的地下水可开采量。对此,利用这24 a观测的降水量、地下水开采量和地下水位升降的互动关系过程,作为一个地下水开采经验数学模型,设定几个不同的地下水开采量按时历逐年进行模拟计算,就可求出这个水源地的地下水可开采量。     

济南岩溶泉域地下水位、降水、气温与大尺度气象模式的遥相关

济南岩溶泉域地下水资源丰富,对供水及维持"泉城"特色均具有重要意义。基于1959—2011年济南泉域地下水位、降水、气温观测及NINO3.4 SSTA、SOI、AO与NPI监测资料,采用小波分析方法对泉域地下水位、降水、气温与大尺度气象模式间的遥相关关系进行了分析。结果表明,上述长时间序列监测数据之间存在遥相关,并因各气象模式周期性的差异使遥相关具有不同的时频域特征。泉域地下水位、降水、气温与NINO3.4 SSTA的遥相关主要为1~7a周期尺度;与SOI主要为6~13a及2~6a周期尺度;与AO主要为14~19a及1~8a周期尺度;与NPI为1a、14~19a及6~10a周期尺度。研究有助于从长时间尺度上,了解岩溶泉域地下水资源变化机制,为完善岩溶水资源管理提供依据。     

山丘区区域地下水可开采量评价问题

上世纪８０年代以来，我国地下水开采以年均２．８％的速率增长。但迄今不同部门、学者对山丘区地下水可开采量评价问题仍存在不同看法，急需统　一认识。本文提出了对山丘区区域地下水可开采量评价的基本认识和评价工作的基础，并以　岩溶水为重点，分别对岩溶山区岩溶水、一般山丘区基岩裂隙水、山间盆地、山区河谷松散　层孔隙水可开采量评价问题进行了分析论述。     

山西省辛安泉域岩溶水资源量评价及合理配置

辛安泉是我国北方岩溶大泉,根据1956～2000年和1980～2000年两个水文系列,利用排泄量法对泉域的天然资源量进行了评价;采用最枯月水资源量分析法、泉水流量衰减法和频率分析法对可采资源量进行计算比较;同时采用补给量法对泉域岩溶水资源量进行了校核。经分析评价得出辛安泉域多年平均天然资源量10.25m3/s是有保证的,水资源可开采量为7.22m3/s,并对泉域水资源的合理配置提出了建议。     

河南某大型裂隙岩溶水源地地下水位动态分析

青多水源地岩溶地下水是济源市的主要供水水源,研究其地下水位动态变化特征及影响因素对地下水资源合理开发及生态环境保护意义重大,探明蟒河口水库是否补给水源地对城市安全供水具有重要意义。依托河南某大型裂隙岩溶水源地多年逐月（1994年6月—2019年12月）地下水位动态监测资料,对不同阶段、不同时段的地下水位动态进行分析,采用逐步回归分析方法定量确定水源地地下水位动态的影响因素,建立水位动态预测的逐步回归方程。结果表明:①第一阶段（蟒河口水库蓄水前）,水源地地下水位主要受降水和开采影响。其中,第1时段（1994年6月—2005年12月）,水源地开采量约2×104 m3/d,地下水位主要受降水量影响,开采量影响较小;第2时段（2006年1月—2014年8月）,水源地开采量由2.2×104 m3/d逐渐增大到约6.5×104 m3/d,地下水位受开采和降水双重因素影响,总体呈现下降趋势。②第二阶段（蟒河口水库蓄水后）,水源地开采量由2014年8月的6.5×104 m3/d增大到2019年6月的8.8×104 m3/d,岩溶地下水位不降反升,其水位主要受蟒河口水库蓄水和降水影响,开采量影响甚微。在不考虑蟒河口水库蓄水影响的情况下,应用建立的逐步回归方程对水源地地下水位进行预测,蟒河口水库蓄水后实测的水源地地下水位高于预测水位,并从水源地水文地质条件、蟒河口水库蓄水水位、水质特征等方面论证了蟒河口水库的补给效果。本研究可为水源地地下水资源评价、水资源可持续利用和管理提供科学依据,也可为类似地区地下水动态研究提供参考。     

区域地下水动态数值模拟

在系统综述区域地下水数值模拟的基础上,运用有限差分和有限体积法,结合济南泉域裂隙岩溶地下水含水介质系统,采用二维非稳定流数学模型进行了数值模拟,对泉域地下水动态变化进行了评价,为泉域地下水资源评价与管理提供了一种有效的分析手段,为区域地下水资源的科学管理提供了有意义的参考。     

济南岩溶泉域地下水水质监测

基于GIS手段,利用欧洲方法编制的济南泉域岩溶含水层易污性评价图显示,济南泉域岩溶含水层总体易污性强,地下水容易受到污染。结合泉域污染源调查结果以及地下水补给、径流、排泄系统与水质监测网的现状,设计了51个监测点组成的地下水水质监测网,其中地表水监测点6个,第四系孔隙水监测点8个,变质岩裂隙水监测点1个,泉水监测点4个,岩溶水水源地监测点6个,岩溶地下水监测点26个,并对其监测频率及监测内容进行了分析。     

郭庄泉岩溶水系统研究

郭庄泉泉域内有多处泉点出漏，泉域为一完整的岩溶地下水系统，具有独立的补给、径流、排泄关系，为全排型岩溶大泉。本文通过计算分析，确定了泉域岩溶地下水的天然资源量和可开采资源量，为区域水资源的优化配置提供了科学依据。     

广西岩溶地下水资源及允许开采量的探讨

广西岩溶地下水资源十分丰富,前人用枯水迳流模数法计算的地下水允许开采量为148.11亿m3 /a,但该法未能充分考虑广西岩溶区雨季补给量大及地下岩溶储存空间大的特性,使评价结果偏于保守。本文从地下水开发利用的经济、技术及生态的约束性条件出发,并参考已有水源地的有关参数,提出了评估地下水允许开采量的方法,使地下水允许开采量评价结果比前人有了较大的提高。      

基于地下水压力波传播过程的泉水流量灰色系统模型

根据岩溶地下水的运动特征,提出了岩溶地下水压力波形成与传播的概念模型,运用灰色系统理论建立了岩溶地下水的水文模型,包括泉水流量对降水量水力响应时间的求解方法及泉水流量对降水量的响应模型,并以山西柳林泉为研究对象,建立了泉水流量对泉域内不同区域降水量的水力响应时间求解模型。结果表明,泉域南部岩溶裸露区的水力响应时间为1年;泉域北部岩溶覆盖区的水力响应时间为7年,所得结论与泉域地质构造一致。基于南、北二区的水力响应时间,建立了带有时滞的描述泉水流量与降水量关系的GM(1,3)模型,模型回代检验的平均误差为6.05%;模型预测检验的平均误差为12.19%。研究证明,岩溶地下水的运动过程是压力波的形成与传播过程,泉水流量是地下水系统对大气降水的响应;水力响应时间是反映岩溶地下水压力波特性的主要参数,通过它可以实现对岩溶地下水过程的定量化描述和含水层的非均质性识别,基于岩溶地下水压力波传播原理建立的泉水流量对泉域内降水的响应模型可以比较准确地模拟泉水流量,为岩溶地下水资源的开发利用和保护提供了基础资料。     

邯邢水文地质南单元岩溶地下水系统数值预报

在概化出邯邢水文地质南单元岩溶地下水系统概念模型的基础上,建立了该系统地下水流数值模拟模型,通过模拟分析,给出了该系统在未来不同开采条件下的地下水位动态变化特征,论述了在该系统内增加邯峰电厂一期工程水源地10. 8×104m3 /d的开采量保证程度及其增加二期工程水源地10. 8×104m3 /d的开采量的可行性。