北京平原区地下水位预警初步研究

借鉴美国地质调查局在宾夕法尼亚的地下水位预警方法,从统计学的角度,探索了北京平原区地下水预警方法。对监测井多年长期监测资料进行百分位统计分析,把同一时间(月平均、旬平均、日平均)地下水水位(头)标高值的最小值至百分位5、百分位5至百分位10、百分位10至百分位25、百分位25至百分位75范围内的地下水位分别定义为红色、橙色、黄色和蓝色预警,形成地下水位预警判据。根据地下水水位实时监测数据,实时判定监测井代表区域的地下水预警等级,同时修正和完善地下水位预警判据,称之为监测井单点预警,监测井代表的同一层位的区域的集合,构成不同含水层的地下水位区域预警。对北京平原区2009年12月的地下水位预警结果为:潮白河冲洪积扇顶部和中部潜水含水层地下水位为红色预警,前缘为黄色预警,冲洪积平原为蓝色预警区;城区以南地区为红色预警,海淀山后的西北部地区为红色预警,永定河冲积扇和冲积平原大部分地区黄色和蓝色预警,大石河冲洪积扇地区均为蓝色预警;承压水含水层在潮白河冲洪积扇的前缘为红色预警,冲洪积平原为蓝色预警,北运河山前地带均为橙色预警,城区东、东南地区为橙色和黄色预警,少数地区为橙色预警,除上述地区以外,承压水均为蓝色预警。北京市平原区主要地下水开采地区地下水位已经处于历史的较低水位处,特别是潮白河冲积扇中上部地区以及平谷盆地,地下水位几乎全部处于红色预警区。该预警方法原理明确,方法简便,有望在地下水主要开采区推广应用。     

中国典型地区地下水位对环境的控制作用及阈值研究

研究采用理论分析和实践成果相结合、区域宏观分析与典型地区深入剖析相结合的研究方法,从地下水不合理开发利用引起的环境问题出发,选取华北地区、西北地区以及沿海地区作为典型区,分析地下水位对环境的控制作用,提出了具有针对性的地下水位控制阈值。华北平原有利于山前调蓄的地下水位埋深为10m、中东部平原浅层控制土壤盐渍化水位埋深为2~3 m、防止地裂缝的水位埋深为7 m、深层控制地面沉降水位埋深为50 m、浅埋岩溶区地下水位应控制在岩溶含水层上覆的松散岩类的底板高程(2 m)之上;西北地区控制天然植被衰败的地下水位埋深为2.0~4.5 m和人工绿洲灌溉期控制土壤盐渍化的地下水位埋深为1.2~1.5 m,非灌溉期中冻结期地下水位埋深1.3~1.5 m,冻融期为2.2~2.7 m;沿海地区防止海水入侵的地下水位阈值应控制在漏斗中心水位高程-5~-6 m,最大不超过-8 m。上述地下水位控制阈值的确定,为实施地下水总量控制和水位控制管理提供了科学依据。     

宁夏清水河平原中游地下水数值模拟

清水河平原工业和农田供水水源多位于冲洪积扇中下部,部分位于扇前缘细土平原带,距咸水蕴藏区较近.随着地下水开采量的不断增加,出现大面积地下水位降落漏斗,造成咸水倒灌使有限的淡水资源遭受和面临咸水"入侵"的危险,已影响地下水资源的永续利用.本文在对清水河中游水文地质条件进行分析与概化的基础上,运用GMS软件建立了研究区多层地下水水流数值模拟模型,以现有开采条件对地下水流场的变化趋势进行了预测.根据模拟得出区域地下水位不断下降,地下水降落漏斗面积不断扩大.据此提出了合理利用地下水资源的措施,以保证该地区地下水资源可持续发展.     

青海省格尔木山前平原区地下水动态特征分析

在格尔木山前平原区水文地质条件基础上,结合多年地下水位监测资料,对格尔木河冲洪积平原区的多年水位动态特征及其影响因素进行了分析研究,总结出该地区的地下水动态类型.格尔木山前平原区3个不同区域由于赋存条件及开发利用条件的不同,地下水动态类型分异显著.研究区地下水整体流向与地形起伏相一致,自南向北径流,区域上流场形态变化不大.冲洪积扇中上部地下水多年动态处于平衡状态,近年来由于开采力度加大,地下水位呈急速下降趋势,地下水动态类型为水文-径流型;冲洪积扇下部地下水位以区域性下降为主,地下水动态类型主要为蒸发型;冲洪积扇西翼水源地附近由于地下水调蓄能力较强,地下水位总体呈稳定并局部有上升趋势,地下水动态类型为水文-人类活动型.     

江苏省阜宁县地下水生态水位及生态需水量研究

苏北平原区浅层地下水与地表水体具有频繁影响、相互制约的特点,地下水的生态属性和环境功能十分重要,因此研究其生态水位及生态需水量盈亏特征对于生态保护具有重要意义。以江苏省阜宁县为例,在分析浅层地下水水位动态的基础上,通过统计分析的方法确定了生态水位的指标体系,研究了地下水生态水位,并基于Arcgis平台评估了浅层地下水生态水量盈亏特征。结果显示:阜宁县大部分地区生态水位埋深上限值为1.5~3 m,生态水位埋深下限值为2.63~3.18 m;2021年1月,25.3％左右的区域地下水位处于非适宜区,生态需水量为589.96万 m3;2021年5月,生态需水量为747.19万 m3。在地下水非适宜区,要结合县域供水现状,调整浅层地下水利用方式,宜禁则禁,宜采则采,实现地下水生态和环境功能的高效管控。     

华北平原地下水生态环境水位研究

华北平原地下水合理生态水位的上限为防止土壤盐碱化水位。下限为地下水获得最大补给的理想水位。研究表明,华北平原防治土壤盐碱化地下水位埋深一般为2～2．5m,有利于获得最大补给的地下水位埋深在山前平原为10m左右,中东部平原为3～5m。     

大庆西部地下水位降落漏斗区水资源人工调蓄方案

对地下水资源的长期大量集中开采形成了区域性地下水位降落漏斗,地下水的超采引发了一系列环境地质问题。利用降落漏斗区腾空的地下储水空间进行水资源的人工调蓄可使地下水位得到恢复。以地下水为主要供水水源的大庆市目前已形成了东西两个大的区域性地下水位降落漏斗,必须进行地下水人工调蓄。设计并模拟了现状开采、逐年压缩分别在现采和压采基础之上进行人工回灌等4种人工调蓄方案,对大庆西部地下水位降落漏斗区进行水资源人工调蓄。结果表明,压缩开采和人工回灌均可加速降落漏斗区地下水位的恢复,在逐年压缩地下水开采量5%的情况下实施人工回灌（0.45×10⁸m³/a）,地下水位恢复效果最明显,到2010年末,漏斗中心地下水位可回升7.7~10.3 m。     

辽阳市首山漏斗区调查评价和对策研究

1 水文地质概况 首山漏斗区位于辽阳市区的西南部,总面积309.4km~2,是辽宁省大型地下水降落漏斗之一。 漏斗区所处的水文地质单元属太子河冲洪积扇,地势东高西低,地面坡降1/1500;区内的第四系含水层多为颗粒粗大的砾卵石层,厚度由东向西呈台阶状递增,在30～80m之间;含水层隔水底板由下更新统构成,主要岩性为泥包砾,顶板由弱透水的全新统冲积、冲洪积粉细砂、亚砂土构成,层厚5～11m。太子河、柳壕河和兵马河分别流经漏斗区,其中太子河多年(1975～1994年)平均流量58m~3/s,是区内地下水的主要补给源。     

超采对北京市潮白河冲洪积扇中上部地区地下水质的影响

潮白河冲洪积扇中上游地区作为北京市最主要地表水和地下水供给区,在城市供水中的作用举足轻重。由于多年连续超采,地下水位持续下降,1999-2013年地下水位下降最大达45 m;应急水源地地区地下水硬度年均上升2.6%,密云十里堡地区地下水硬度和硝酸盐氮超标。通过分析潮白河冲洪积扇区域地下水开发利用、地下水位和水质变化情况以及地下水位变化对地下水水质的影响,认为：超量开采导致的地下水水位下降是引起该区域地下水水质恶化的主要原因之一,控制地下水超量开采和地表水污染,并利用南水北调的水进京之机回灌和停采以涵养地下水,是恢复区域水资源和水环境的良好途径。     

秦岭北麓地下水位动态特征与影响因素

地下水是秦岭北麓地区的主要供水水源,研究该区地下水位动态变化特征及其影响因素对地下水资源合理开发及生态环境保护具有重要意义。以秦岭北麓的户县平原区为例,根据地下水埋深、气象、水文资料,结合研究区水文地质条件,运用克里金插值方法、主成分投影-聚类耦合模型,研究1980～2019年地下水位时空演变过程,以影响地下水动态的主要因素划分地下水动态类型,分析地下水位动态变化特征。结果表明,1980～2019年地下水位总体呈波动下降趋势;冲积平原和洪积平原年际变幅较大,而冲洪积扇前缘相对较小;研究区地下水动态类型可划分为水文型、降雨入渗-开采型、径流型、降雨入渗-水文-开采型4类;研究区地下水位态变化的主要外在影响因素为降雨、河流径流、开采。     

保定平原地下水均衡要素变化解析

随着南水北调工程的实施及地下水压采工作的落实,华北平原局部地下水位逐步回升,然而地下水均衡要素变化趋势及其对生态环境的影响缺乏系统研究。以华北平原典型区域南水北调受水区保定平原为例,采用水均衡法计算地下水补给项和排泄项,应用因子分析法分析1975—2019年地下水均衡要素变化的原因,根据最优开采系数法计算地下水可采资源量和压采资源量,为研究区地下水资源的开发利用与调控奠定基础。结果表明：近40 a来,保定平原地下水补给量小于排泄量,总体呈负均衡状态,主要发生变化的地下水均衡要素有渠灌入渗、渠系渗漏、井灌回归、河道渗漏、降水入渗和人工开采;人类活动是影响地下水均衡要素变化的主要原因,其贡献率为77.20%;2011—2019年地下水储水量逐渐增多,此时地下水水位埋深增加速率减小、地下水水位降落漏斗面积逐渐减小、白洋淀湿地面积逐步恢复;保定平原地下水资源的最优开采系数为0.64,地下水可开采资源量和压采量的范围分别为8.89×108 ~11.35×108 m3/a和2.68×108~5.14×108 m3/a。研究成果可为相似地区地下水资源和生态环境可持续发展提供科学依据。     

内蒙古河套平原浅层高铁高氟地下水分布与成因

为了查明内蒙古河套平原高铁高氟地下水的分布与形成原因,通过实地调查、监测、资料分析和试验测试等方法手段,详细研究了地下水中铁、氟的分布、地球化学特征及其来源。结果表明:高铁水主要分布在平原中部的冲湖积平原,地势低洼和地下水的排泄地带含量最高;高氟水主要以条带状分布在山前的冲洪积扇地带;在调查研究区12510.83 km2的范围内,深度在10~40 m的浅层地下水中,分布有高铁水9310.66 km2,高氟水2308.35 km2,分别占调查研究区总面积的74.40%和18.45%;研究认为,河套平原高铁高氟地下水的形成主要是由自然地质环境所致,是不同地质环境条件下环境水文地球化学作用的结果;地下水中的铁主要来源于由黄河携带来的大量的第四系沉积物,而溶出的主要原因是地下氧化还原条件的变化;地下水中的氟主要来源于平原周边的山区,气候、地质构造、水文地质和水化学条件是氟富集的主要因素;研究表明河套平原高铁水与高氟水不存在正相关关系。     

基于地下水模拟的保定地区生态需水量计算

为了计算保定地区生态需水量, 建立了地下水模拟模型.模拟结果表明, 研究范围每年需要消耗0.64亿m3左右地下水, 水位呈持续下降趋势.为了调控潜水地下水位, 达到生态恢复的目的, 模拟了减少开采量和扩大白洋淀面积到1975年水平的情况, 结果表明当地下水开采量减少1.47亿m3时, 每年补给地下水贮存量的水量约0.8亿m3, 使得地下水水位大面积恢复, 很大范围达到了潜水生态标准.根据此水位计算的生态亏空量约为15亿m3.该研究成果对我国的半湿润半干旱地区地下水生态环境恢复有借鉴意义.      

A study on groundwater recharge in the Anyanghe River alluvial fan,North China Plain,based on hydrochemistry,stable isotopes and tritium

Studies on groundwater recharge are essential for sustainable exploitation of groundwater resources, especially in areas of extensive groundwater exploitation such as the Anyanghe River alluvial fan (ARAF) in the North China Plain (NCP). However, the recharge sources and processes and the contribution of each recharge flow component remain unclear. This study used hydrochemistry, stable isotopes, and tritium to investigate sources and underlying processes of groundwater recharge, along with the steady flow Mixing Cell Model (MCMsf) to quantify the proportion of each source flow for the shallow confined groundwater system in the medial fan. The results showed that groundwater mainly originates from precipitation occurring on the eastern Taihang Mountain area with average elevation estimated at 700–1,000 m above sea level during the East Asia summer monsoon period since 1952. Recharge mechanisms are: (1) river water seepage for the unconfined aquifers of the proximal and medial fan; (2) lateral flow for the confined aquifers of the medial and distal fan; and (3) precipitation infiltration for the phreatic water system. The MCMsf simulation showed that the shallow confined groundwater system in the central zone of the medial fan mainly recharged by the lateral flow from the proximal fan, a constant and considerable recharge flow from the southwestern and southern hills, and river water seepage in the medial fan; the lateral recharge flow from the Zhanghe alluvial aquifer was insignificant by comparison. The results of this study can act as a valuable reference for sustainable groundwater management in the ARAF.

     

北京马池口应急水源地开采极限与安全水位研究

地下水应急水源地作为非常规水源,其开采应该掌握一定的限度,长期超采必然引发区域性地下水枯竭和地面沉降等地质灾害问题。本文以冲洪积扇型应急水源地为例,提出了地下水开采极限与安全水位的概念。以北京马池口应急水源地为例,分析了开采极限的影响因素,提出了安全水位的确定方法与计算公式。结果表明,马池口应急水源地安全水位埋深,山前地区为103.5m、影响半径范围内为50m。以此为约束条件,基于马池口应急水源地的地下水流三维数值模型,预测了应急水源地的可采量及其开采年限,结果为以12.5×104m3/d能持续开采2年或以9×104m3/d持续开采5年。     

黄河冲积扇平原浅层地下水中氮循环对砷迁移富集的影响

黄河冲积扇平原浅层地下水砷含量超标情况严重,豫北平原的主体是黄河冲洪积扇平原。全面了解豫北平原浅层地下水氮循环驱动下砷的富集模式,对地下水资源的可持续利用和居民健康至关重要。本文采集豫北平原513组浅层地下水样品,采用原子荧光光谱法测定砷含量,原子吸收光谱和离子色谱等方法进行全分析及微量元素分析,对该地区高砷地下水的水化学成分以及地下水中硝酸盐、氨氮与砷之间的相关关系进行探究,并研究了氮循环对地下水中砷迁移富集的影响。结果表明：研究区浅层地下水中砷浓度超标率为17.3%。不同沉积环境条件下氮的赋存形态和转化方式是砷富集的重要驱动因素。山前冲洪积扇裙带中经硝化作用产生大量NO3-,浓度平均值为9.3mg/L,为各区最高,同时砷浓度为各区最低,平均值为1.3μg/L,NO3-与砷浓度之间良好的负相关性表明硝化作用产生大量NO3-,不利于含砷氧化铁的溶解;NH4+含量较高的冲洪积扇前洼地及黄河决口扇地区,为高砷地下水的聚集地,两地地下水砷浓度平均值分别为49.7μg/L和18.9μg/L,超标率达到87.5%和71.4%。地下水中砷含量与NH4+之间良好的正相关关系表明,反硝化和硝酸异化还原成铵（DNRA）过程消耗了地下水中的NO3-,生成大量NH4+,促进吸附了砷的铁氧化物的还原溶解而导致砷释放到地下水中,形成了富集砷的环境。     

“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。     

新疆孔雀河流域地下水演化及其生态效应

近50 a,西北干旱内陆河流域经历了历史时期的水土资源过度开发和近期的生态保护修复的不同阶段,对区域地下水和生态环境产生了重要影响,但地下水长期演化规律及其生态效应认识尚不清晰。以新疆孔雀河流域为典型研究区,基于最新地下水监测数据与历史数据对比,分析流域地下水流场时空演化规律以及流域地下水对河岸带胡杨林的影响作用,探讨地下水长期演化的生态效应。结果表明：1971—2021年,孔雀河流域因过量集中开采地下水引起区域地下水流动系统发生根本性变化,地下水水位整体呈下降趋势,流域内累计降幅大于40 m的面积达204.69 km2,累计降幅20～40 m的面积为1735.81 km2,累计降幅5～20 m的面积为1018.56 km2,并形成地下水降落漏斗;生态输水前,中下游河道长时间断流,河岸带地下水水位埋深累计降幅超过10 m,导致河岸带胡杨林退化萎缩,2016年实施生态输水工程以后,埋深逐渐上升2～4 m,上升至胡杨林生长临界水位以上,2014—2018年天然胡杨林植被覆盖率增大17%。本研究有助于认识西北干旱内陆河流域地下水和生态环境演化规律,为类似区域地下水可持续开发利用与生态保护提供科学参考。