京津冀平原区地下水水位变化主导因素的定量识别研究

自20世纪60年代以来,京津冀平原区地下水水位持续下降,制约着京津冀一体化的发展。为了识别地下水水位下降的主导因素,定量表征了影响水位动态的气候条件和人类活动的多项指标(包括降水、气温、水面蒸发、工业总产值、粮食产量、人口数量、地表径流量),并采用非参数统计检验方法(M-K法)阐明了近50年来各项指标的演化规律;在掌握研究区自然社会指标及地下水水位的动态规律的基础上,联合运用灰色系统理论和主成分回归分析方法,定量识别了地下水水位变化的主导因素。结果表明,近50年,研究区降水呈现下降趋势,气温呈现显著的上升趋势,水面蒸发呈现增加趋势,工业总产值、粮食产量、人口数量呈现增加趋势,由于山前水库修建引起的地表径流量呈现减小趋势;上述指标变化影响了研究区的地下水水位动态,其中逐渐加剧的人类活动(包括粮食产量、人口数量)构成了研究区地下水水位持续下降的最主要驱动力,对地下水水位下降的贡献度达到60.6%,气候条件对地下水水位下降的影响作用次之,其贡献度为39.4%。     

地下水资源计算中水位天然平均降速的取值

在地下水资源计算中,常用降雨量和观测孔水位动态资料求降雨渗入系数(α),而应用此法的关健在于水位天然平均降速(△h)的取值。传统的方法系以降雨前期t_0日内水位天然平均降速(△h)来代替降雨时段内的水位天然平均降速(△h)的,其实质认为△h与水位的上升无关,即△h≈△h。但经本人的实验和反复实践证明,传统方法求取的△h与实际误差较大,导致计算的α值偏小,不宜采用。因为无论在实验中,或是在自然状态下,实际上△h总是随着水位标高的变化而变的,即水位标高愈大则△h愈大,反之则反,均与传统认识相违,因此本文提出在观测孔水位动态曲线上用水位标高类比法来求取△h,可能比传统方法更为接近实际,且方法简单。     

基于改进水位动态法的年降水入渗补给系数推求

准确计算降水补给系数对于水资源评价等十分重要。水位动态法因其使用方便、成本低、精度高等优点被广泛用于计算降水入渗补给系数。但传统水位动态法是以次降水入渗补给过程为基础,往往忽略过程中地下水排泄、滞后等问题,导致计算结果存在偏差。针对传统水位动态法的不足,提出一种改进水位动态法,将年降水看作一次降水过程,基于水均衡原理,计算降水入渗补给系数。并以沧州市金牛镇大牛庄村为例,对比两种方法的计算结果。结果表明:虽然两种方法计算结果在同一数量级,但改进水位动态法相对于传统水位动态法减小了降水入渗补给系数间的偏差,使得结果更集中可靠。     

投入式水位检测系统在煤田及水文勘探中的应用

由压力传感器、温度传感器、流量传感器、单片机和计算机共同组成投入式水位检测系统。在抽水试验过程中,单片机自动化采集各传感器传输来的数据,并根据压力传感器测得的压力数据运用水静力学基本方程式计算出动态水位;利用超声波流量计和热电偶一体化温度变送器测得瞬时流量和水温的变化情况;测试全过程实现了自动化动态采集试验数据,达到无人值守的目的。投入式水位检测系统克服了以往采取的响钟法等方法的操作繁琐、劳动强度大、测量误差大等缺欠,解决了大降深抽水试验水位监测的难题,使得几个人就可完成群井抽水试验,形成水位、流量和水温变化的数据库。现场应用表明,该系统测量精度高,运行状态良好,有一定的发展前景。     

湖南宁乡大成桥岩溶地下水对暴雨响应特征及多元回归预测模型

通过降雨、水位监测等方法，研究湖南宁乡大成桥岩溶地下水位动态及对暴雨的响应过程，探讨地下水内在联系特征并建立回归预测模型。结果表明:雨季地下水位对降雨响应程度高，水位变幅大，而枯季则相反；在暴雨条件下，接受快速管道流补给的地下水位动态响应为陡升—陡降，水位变幅在13.6~42.8 m；接受裂隙、孔隙水补给的地下水位动态表现为缓升—缓降，年变幅为1.1 m；雨季地下水位对暴雨响应的滞后时间为1.2~4 h，较相同条件下的水位响应滞后时间缩短了1/2~2/3，水位变幅增大1.7~4.7倍；枯季地下水位对暴雨响应的滞后时间为4.2~13.2 h，水位响应滞后时间延长了3~8 h，水位变幅缩减了5~11倍；包气带厚度和含水饱和度对水位动态起着决定作用，包气带厚度与水位响应滞后时间负相关，含水饱和度与水位变幅正相关；通过相关性分析、拟合优度检验、显著性检验和残差分析等，确定最优回归预测模型，模型检验结果与实际水位动态过程吻合度较高。      

鄱阳湖洪水位频率变化的计算与分析

根据鄱阳湖洪水成因及其影响机制，建立了一个包含入湖流量过程还原、湖盆容积变化、出湖流量过程随之而改变等多个可变因素在内的洪水位计算模型；利用该模型计算鄱阳湖1952—2001年历年(次)洪水在不同年代(20世纪50、60、70、80、90年代)背景条件下的最高水位；对不同年代背景条件下年最高水位序列进行频率分析，将求得的5组洪水位一频率特征值进行比较，得出湖水位频率变化规律；探讨了鄱阳湖洪水位频率逐渐提高的原因，估计了退田还湖对洪水位频率的影响。     

呼伦湖水面蒸发及水量平衡估计

为重建水文资料缺乏的呼伦湖流域的水文序列,本研究基于长期的气象观测记录,采用彭曼公式估计了湖泊的水面蒸发,并建立一个两参数月水量平衡模型模拟湖周的入流,通过水量平衡计算,模拟了湖泊月水量、水位变化,重建了42年(1961-2002)的呼伦湖区水文序列。模拟的水位变化趋势与实际比较接近,误差较小,模拟精度较好。所重建的42年呼伦湖水文序列,可为该区域的水资源评价管理提供科学依据。     

洪水预报产流误差的动态系统响应曲线修正方法

为提高实时洪水预报精度,提出了一种基于动态系统响应曲线洪水预报误差修正新方法。该方法将动态系统响应曲线引入洪水预报误差修正中,建立一种向误差源头追溯的动态反馈修正模型。此修正方法将新安江模型产流以下的部分作为响应系统, 用线性差分近似代替非线性系统响应函数的偏导数值,得到时段产流量所对应的系统响应曲线。用实测流量和计算流量之间的差值作为信息,使用最小二乘估计原理,对产流量进行修正, 再用修正后的产流量重新计算出流过程。该修正方法分别用理想案例和王家坝流域进行检验,结果证明此方法效果比传统二阶自回归模型有明显提高。     

深部含水系统水文过程线谱特征及其传递函数

深部含水系统水文过程线的波动在很大程度上记录了岩石圈的流脉动及一些地质过程的定向变化。大量实践已经证明,地下水是地壳十分重要的信息载体。本文利用频谱分析和系统理论方法,剖析了两深部含水系统水位动态的形成,揭示了深部不同含水系统水位(或流)过程线与当地降水序列、气压及固体潮序列有密切关系的谱结构与特征。在水文地质领域引入传递函数,并提出了两类谱的结构模式。     

汤头温泉开发引起的环境地质问题及防治对策

山东省临沂市汤头温泉历史悠久、闻名遐尔。在近20a的开发过程中， 引发了水温下降，水化学组份、医疗效果降低等问题，文中研究了温泉的水位、水质、水温动态特征及热能储量、水资源量等，指出该温热泉热能储量丰富，水资源量不足；过量开采、水位下降、河水回灌是导致诸环境地质问题的根本原因；限量开采、控制水位是防治环境地质问题的基本对策。     

流域绿水研究的关键科学问题

阐述了开展流域绿水研究的重要意义,分析了流域绿水研究的关键科学问题：①绿水量的测算方法与尺度转换;②流域绿水流的形成、转化及其生态水文响应机理;③流域绿水资源评价与管理。指出流域水资源评价与管理要以降水为基本水资源,综合考虑蓝水和绿水两部分,协调流域上、中、下游生态、生产和生活用水,充分开发利用非生产性绿水资源,平衡自然生态和人类用水。     

基于MIKE BASIN的石羊河流域水资源管理模拟模型

水资源高效管理是提高水资源动态管理的有效方式,是实现地表水、地下水、再生水等多水源联合调配,提高水资源利用效率的综合管理措施,为水资源合理配置和高效利用提供技术支撑。以石羊河流域为研究对象,基于MIKE BASIN模型,根据研究区降水、蒸发和用水等资料,建立了石羊河流域水资源管理模型,模拟了石羊河流域径流量、水库和灌区需用水量变化特征。从模拟结果可以看出,所建立的水资源管理模型是正确的,选取的参数和计算的结果基本合理,模拟结果总体上反映了流域水资源变化状况,符合石羊河流域水资源的实际情况。通过模型预测了2015与2020年流域需水量,从预测结果可以看出,2015年较2010年减少23 572,19×10~4m~3,2020年较2015年减少20 926,77×10~4m~3,说明整体上流域需水量呈下降趋势。     

陇东黄土高原土壤储水量与蒸发和气候研究

利用长期土壤湿度和气候观测资料，分析了陇东黄土高原陆面蒸发和土壤储水量的年际变化及其与气候因素的关系。在近20年来，陇东黄土高陆面蒸发和土壤储水量的年际变化主要表现为逐年减少的趋势，个别季节表现为增加的趋势；年际变化的速率具有季节和空间差异性。陆面蒸发和土壤储水量随着温度的升高而减少，随着降水的增加而增加。但是陆面蒸发和土壤储水量与温度的关系不密切，与降水的关系密切。变暖不是陇东黄土高陆面蒸发和土壤储水量逐年减少的气候因素，降水的逐年减少才是陇东黄土高原陆面蒸发和土壤储水量逐年减少的气候因素。陇东黄土高原的土壤干旱化与地表蒸发关系不大，降水的逐年减少可能是土壤干旱化的根本原因。     

呼伦湖水位变动与20世纪初干涸缘由探讨

本文在1961～2002年呼伦湖流域水量平衡分析成果的基础上,结合流域内19世纪末到21世纪初的长序列的气象降雨资料,综合分析气候变化与湖泊水量、水位变动之间的相关关系,并情景分析了1900年气候变化对湖泊水位、容积过程的影响。认为1900年前后呼伦湖的干涸,是在野外调查中,由于一些误解而产生的一个错误认识,是不存在的。     

巴尔喀什湖水量平衡研究

巴尔喀什-阿拉湖流域是中亚地区重要和独特的景观生态系统,巴尔喀什湖是该区域的核心,其水位变化作为巴尔喀什湖流域生态系统及其保护的主要指标,向来备受世人关注.研究巴尔喀什湖水量平衡,对合理确定巴尔喀什湖生态系统保护目标及保护措施,具有十分重要的理论与现实意义.在明晰巴尔喀什湖水系、水位影响因素的基础上,构建了巴尔喀什湖水...     

雅鲁藏布江流域地-气系统的水平衡

利用NCEP/NCAR1980-1989年10年逐日00UTC、12UTC再分析资料及青藏高原降水、径流资料,研究了青藏高原雅鲁藏布江流域的水平衡特征,估算了雅鲁藏布江流域的蒸发、土壤和地下水含量。结果表明:雅鲁藏布江流域夏季是水汽辐合区,降水大于蒸发;秋末到次年春季是水汽通量辐散区,蒸发大于降水。降水主要集中在6～9月。径流的年际变化趋势同降水相近,径流主要是由降水补给的,径流峰值滞后降水峰值一个月。雅鲁藏布江流域土壤及地下含水量从1～6月逐渐减少,7月以后开始增加,10月是土壤及地下水最丰富的时段。20世纪80年代中期和后期降水、蒸发、径流等呈增长趋势,这同ENSO事件有关。     

Analysis of evaporation of high-salinity phreatic water at a burial depth of 0 m in an arid area

High-salinity phreatic water refers to which with total dissolved solids(TDS)30 g/L. Previous studies have shown that high salinity phreatic water evaporation is different at different depths. High salinity phreatic water evaporation under 0 m depth is the basis of the high salinity phreatic water evaporation studies. In this study, evaporation of high-salinity phreatic water at a burial depth of 0 m in arid area was investigated. New insights were gained on evaporation mechanisms via experiments conducted on high-salinity phreatic water with TDS of 100 g/L at 0 m at the study site at Changji Groundwater Balance Experiment Site, Xinjiang Uygur Autonomous Region in China, where the lithology of the vadose(unsaturated zone) was silty clay. Comparison was made on the data of high-salinity phreatic water evaporation, water surface evaporation(E_(Φ20)) and meteorological data obtained in two complete hydrological years from April 1, 2012 to March 31, 2014. The experiments demonstrated that when the lithology of the vadose zone is silty clay, the burial depth is 0 m and the TDS is 100 g/L, intra-annual variation of phreatic water evaporation is the opposite to the variation of atmospheric evaporation E_(Φ20) and air temperature. The salt crust formed by the evaporation of high-salinity phreatic water has a strong inhibitory effect on phreatic water evaporation. Large volumes of precipitation can reduce such an inhibitory effect. During freezing periods, surface snow cover can promote the evaporation of high-salinity phreatic water at 0 m; the thicker the snow cover, the more apparent this effect is.     

山西上空水汽输送和水分循环研究

利用山西省周边共8个探空站的实测资料,计算了山西省上空1959年～1992年的水汽含量和1990年的水汽收支与水汽输送通量,包括总输送、切变输送、时间涡动输送、平均输送等分量。在此基础上建立了山西省水分循环和水量平衡模型。结果表明,山西上空水汽含量年内干湿变化大于全国平均情况,多年变化存在一定的丰枯阶段性;年水汽净输入量约690亿m3,主要从西边界和南边界输入,从东边界输出,涡动输送量是主要输入机制,平均输送是主要输出机制,受强西风环流控制;山西的自然地理条件使其对大气水资源的利用率为30%,低于全国平均利用率;山西水分内循环较全国平均情况强盛,由于水分内循环的作用,可使当地蒸发形成的降水量占全年总降水量的15%;地下水开采已对大气水分循环要素产生影响,进而可能对山西省自然环境的变化产生负效应。这些事实增进了对山西省水资源的水文和水文气候学背景的认识。     

干旱区高盐度潜水蒸发规律初步分析

为分析干旱区高盐度潜水蒸发规律,于2012年4月1日~2014年3月31日在新疆昌吉地下水均衡试验站开展了不同总溶解固体 (0.8 g/L、30 g/L和100 g/L)、不同包气带岩性(细砂和粉质黏土)和不同潜水埋深(0 m、0.5 m、1.0 m、2.0 m和3.0 m)潜水蒸发量的监测工作。结果表明:当潜水埋深大于0.5 m时,包气带岩性对高总溶解固体(Total Dissolved Solids, TDS)潜水蒸发量的影响与淡水基本一致;潜水埋深0.5 m、TDS为30 g/L时,包气带岩性的差异对潜水蒸发量的影响远小于由于潜水的TDS和外界大气蒸发能力对潜水蒸发共同造成的影响;潜水位埋深为0 m、TDS为100 g/L、包气带为粉质黏土时,年内潜水蒸发趋势与大气蒸发能力E_Φ20的趋势相反;潜水埋深0.5~1.0 m时,在非冻结期随着TDS的升高,潜水蒸发量逐渐减小;当潜水埋深为3.0 m时,TDS的变化对潜水蒸发抑制作用存在滞后性。