利用222Rn、EC及断面测流分析黑河中游地表水与地下水转换关系

本文以黑河中游为研究对象,采用222Rn、EC及断面测流法对莺落峡至正义峡河段地表水、地下水转化关系进行了分析。结果表明,莺落峡至张掖黑河大桥段为地表水补给地下水,其单长渗漏率为0.248～0.433m3/s.km;张掖黑河大桥至正义峡段为地下水补给地表水,其单长渗出率为0.042～1.057m3/s.km。在相互补给率计算基础上对不同河段不同时段可分别计算相互的补给量,为水资源评价及规划提供科学依据。     

黑河流域中游盆地地表水与地下水转化机制研究

地表水与地下水相互转化是中国西北干旱内流盆地水循环的显著特征,转化机制研究是盆地水循环规律认知和水资源可持续管理的重要基础。以我国西北干旱内流河黑河流域中游的张掖盆地和盐池盆地为研究区,建立了黑河主干河道时变水平衡模型和地表水地下水耦合数值模型,研究了长周期水文变化和人类活动双重影响下地表水与地下水转化机制,得到如下认识:（1）补给条件由以天然条件下河流渗漏为主的线状补给演变为以河流与引水渠道渗漏的线状补给和灌区田间入渗面状补给,排泄条件由以泉水溢出和天然湿地排泄演变为以泉水溢出与地下水开采为主的排泄。（2）张掖盆地黑河干流河道入渗段和溢出段大致以G312 大桥为界,亦称为地表水与地下水转化的转折点。莺落峡—G312 大桥段为悬河渗漏段,河道入渗补给主要受控于进入河道的实际过水量。其中,莺落峡—草滩庄段河道入渗补给率为28.20 %;草滩庄—G312 大桥段河道入渗补给量与河道过水量的关系可用分段函数表达,河道过水量大于或等于0.37×108 m3/mon时呈幂函数关系,小于则呈线性函数关系。G312 大桥—正义峡段为地下水溢出段,其中G312大桥—平川大桥段地下水溢出量约占全部溢出量的70%,溢出峰值出现在高崖水文站下游约6 km处,其单长溢出量可达0.46 m3/(s·km)。（3）研究区是一个相对完整的河流—含水层系统,近31年来经历了连枯和连丰的水文变化,地下水补给排泄条件及与地表水转化机制均发生了相应的变化。地表水与地下水转化最强烈的地区为张掖盆地中部的黑河—梨园河倾斜平原。1990—2001 年连枯期,灌区引水量总体逐年减少,以河道入渗和渠系渗漏为主的补给量平均以0.06×108 m3/a速率减少,农田灌溉面积增加导致灌溉用水增加,地下水开采量显著增加,地下水水位逐年下降,储存量累计减少5.77×108 m3,地下水溢出量平均减少0.16×108 m3/a;而2002—2020 年连丰期,灌区引水量总体逐年减少,河道入渗量呈增加趋势,地下水总补给量平均增加0.15×108 m3/a,灌溉面积继续扩大,农灌开采量随之增加,以河道入渗量增加为主导,地下水水位持续上升,储存量累计增加5.45×108 m3,地下水溢出量平均增加0.08×108 m3/a。总之,补给和排泄条件变化较大,地下水储存量先减后增,地下水溢出总量变化较为平缓,反映了该区巨厚含水层系统的巨大调蓄功能。（4）位于张掖盆地东部的诸河倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于地表水开发过度,补给量锐减。黑河侵蚀堆积平原地下水水位基本稳定。30 多年来盐池盆地倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于移民开垦导致地下水过量开采。（5）内流盆地天然悬河入渗段是珍贵的地下水补给通道,无论连枯期还是连丰期,河道实际过水量是河道渗漏补给量的关键,保护上游天然河道和一定的河道实际过水量是内流盆地水资源可持续管理的关键。     

黑河流域地下水与地表水转化研究进展

地处我国干旱内陆区的黑河流域,其地表水与地下水在不同的地貌单元发生着大数量的、有规律的、重复的转化过程,极大地提高了水资源的利用率.早在20世纪80年代,甘肃省地矿局等单位率先开展了有关黑河流域地表水与地下水转化过程研究的国家"七五"、"八五"科技攻关项目,取得了丰富的勘查研究成果,促进了这一地区有限水资源的合理开发利用.进入21世纪以来,随着勘查研究理论的丰富和环境同位素技术的广泛应用,黑河流域地表水与地下水资源及其循环转化引起了学术界的广泛关注,并相继完成并发表了一批具有较高水平和学术价值的科研成果,进一步提高了干旱区水资源的开发与保护.但仍存在着水资源转化关系和转化规律还缺乏流域系统研究、中下游盆地深层地下水的补给来源尚不能确定等方面的不足,不利于协调社会经济发展与生态环境保护之间的用水矛盾.     

黑河流域地表水与地下水转换关系的几点质疑

张掖、高台和临泽沿着黑河一带泉水总量在（10-13）×108m3/a之间，泉水对张掖地区的农业生长、生态环境、工业和人民生活极为重要，近年来虽然泉水量在减少，但基本保持稳定状态。对于泉水的补给来源基本被认为是由黑河等地表径流转换而来的，认为河流在山区排泄地下径流，进入山前平原以后，变成河水补给地下水，而在适当条件下地下水以泉的形式溢出地面，因此构成地表水与地下水相互转换的复杂过程。很多人认识这种过程是水循环的一个组成部分，其表现形式为河水渗漏-溢出-再渗漏-再溢出等，是一种反复转化过程，并称此过程为水资源相互转化多巡回性。笔者结合同位素分析对这种地表水-地下水-泉水-地下水-泉水的多次转换模式产生一定质疑。     

运用氧稳定同位素研究黑河中游盆地地下水与河水转化

在西北干旱区内陆河流域盆地, 地表水与地下水转化频繁, 研究地表水与地下水转化对于有效地开发利用水资源和预测地下水环境的变化具有重要的意义. 运用地下水和地表水中稳定同位素δ18O 值存在明显差异的特点, 在黑河中游盆地沿不同河段地表水和地下水现场取样, 进行同位素分析. 结果表明: 在黑河中游盆地绿洲灌溉区, 农田灌溉严重影响了地下水和地表水之间的转化, 导致地下水补给地表水的增加. 运用质量守恒原理, 定量分析了黑河中游盆地黑河地下水与地表水转化的转化量, 为正确评价和合理利用水资源奠定了基础.     

黑河中游甘州区地下水动态分析

黑河中游地区地表水和地下水多次转化利用,且地下水的开发利用历史悠久。随着上世纪八九十年代开发利用量的增加,地下水位呈持续下降状态,但2001年以后,部分区域下降幅度减小,个别地方止降回升,并引发了一定的地质灾害。通过甘州区地下水三十多年监测资料,全面分析地下水动态变化特征及其规律,探讨了引起地下水位上升的成因,提出了地下水保护的建议。     

数值模型在黑河干流中游水资源管理中的应用

以黑河干流中游水资源管理为例,利用地下水数值模型研究了天然和人工活动作用下泉水、地下水向地表水排泄量的变化规律;预测分析了不同情景下的水资源开发利用状况.研究表明,地下水向河-泉的排泄量呈衰减趋势,且地下水的增采量和渠系防渗节约的水量主要来源于地下水储存量的消耗;指出在目前有限的水资源条件下,为保护生态地质环境,必须限制地下水的持续超采.     

GLP模型在地下水,地表水开发中的应用

线性规划研究的是在一定条件下的静态最优化。由于经济的复杂性,经常遇到约束条件随时间而变化或约束方程中出现灰参数等问题,对这类问题一般的线性规划难以处理,为此本文提出用 GLP 模型,即灰色线性规划来解决此类问题,并给出一个实例进行分析。     

河西走廊黑河鼎新至哨马营段河水与地下水转化途径分析

运用美国ＧＥＯＭＥＴＲＩＣＳ公司制造的ＳｔｒａｔａｇｅｃｍＥＨ４电导率成像系统。对黑河鼎新至哨马营河谷地带进行实地调查发现,此段存在一地堑式断层,为东西走向,古道沿此断层形成。河流在此段大部分沿古河道为地下水,自西向东流去,在东部板滩井一带（盐碱沼泽地）以垂向蒸发方式通过地表及植被排泄。古尔乃绿洲的形成与黑河河水通过断层转化成地下水有关。     

氡(222Rn)在地下水-地表水相互作用中的应用研究进展

地下水-地表水相互作用是水资源管理和地表水生态系统保护中重要的一个环节,氡同位素(²²²Rn)由于其在地下水与地表水中含量差异显著、性质保守、检测难度低,广泛运用于地下水-地表水相互作用的研究当中。本文通过总结分析²²²Rn在不同地表水体(海水、河水、湖水等)中的应用,指出刻画地下水氡浓度的异质性是估算地下水排泄的重点和难点。在估算海底地下水排泄(SGD)时,氡的混合损失项估算不确定、海水氡浓度时空变异性、SGD的多组分特征等可能给估算结果带来较大不确定性;在估算河流地下水排泄时难以确定氡的大气逃逸量;研究人员对氡在示踪地表水补给地下水方面的研究程度相对不足。本文从科学研究和实际生产方面,对²²²Rn的研究应用提出以下潜在方向:(1)降低地下水氡空间变异性对估算地下水排泄量的影响;(2)针对不同水体、不同水文条件,准确刻画氡的大气逃逸量;(3)拓展²²²Rn示踪能够解决的科学问题;(4)将氡质量平衡模型计算与不确定分析相结合,实现软件化。     

流域水资源实时调度研究--以黑河流域为例

系统地总结了流域水资源实时调度的研究现状和调度的基本理论依据。流域水资源实时调度以显式考虑人类活动影响的二元动态水资源演化模式为其理论基础,提出了“宏观总控、长短嵌套、实时决策、滚动修正”的流域水资源实时调度的模式。并以黑河流域为例,进行了应用研究,初步应用表明,该模式能满足流域水资源实时调度管理的需要,可为我国北方干旱半干旱地区流域水资源实时调度提供借鉴。     

“蒸发悖论”在黑河流域的探讨

利用黑河流域12个气象站点1960-2010年的气象资料,运用FAO Penman-Monteith模型计算潜在蒸散量,采用旋转经验正交函数、Mann-Kendall检验等方法系统分析了过去51 a间潜在蒸散量及气温的变化趋势,重点对"蒸发悖论"在黑河流域的规律进行分析.结果表明:根据潜在蒸散量的旋转经验正交函数分区结果,黑河流域可以划分为4个子区."蒸发悖论"仅于1960-1993年存在于黑河流域河西走廊区(Ⅱ区、Ⅲ区);其它各区无"蒸发悖论".1994-2010年由于潜在蒸散量的显著上升,河西走廊区"蒸发悖论"消失.1993年是黑河流域潜在蒸散量变化趋势的一个转折点,1994-2010年黑河流域的潜在蒸散量表现为统计显著的上升趋势.风速的变化是影响黑河流域河西走廊区"蒸发悖论"出现和消失的重要因素.     

黑河流域居民水幸福感实证研究

幸福是资源配置与利用的终极价值目标。将主观幸福感理论引入到水资源管理研究,提出水幸福感的概念,建立水幸福感测度指标体系。以我国典型内陆河流域——黑河流域张掖段为研究区,采用典型与非典型相关分析法和因子分析法,对黑河流域居民水幸福感的人口学特征与影响因素进行了深度分析,结果发现不同地区水幸福感差异较大。其中肃南的健康层面、民乐的价格层面、高台的管理层面与价格层面得分较低,参与层面与节水层面各地区得分均较低。山丹地区水幸福感整体偏低。这要求政府水资源管理政策贯彻全方位管理与重点管理有机结合的原则。在具体管理策略上,相关部门应关注水对居民健康和环境造成的影响,同时完善管理程序,促进水价改革,鼓励居民参与,提升社会节水意识与能力,进而形成基于水幸福感提升的流域水资源管理策略体系。     

黑河流域张掖段水资源承载力评价及提升对策研究

水资源是干旱区内陆河流域环境与发展的主导因素, 其承载力是评判水资源与经济社会及生态环境之间协调发展的重要依据。从承载程度和承载能力两方面构建评价指标, 对黑河流域张掖市县区尺度的水资源承载力进行评价, 结果表明： 承载程度方面, 张掖市从2015 - 2017年用水总量承载状况整体好转, 但民乐县用水总量面临超载, 各县区地下水承载状况明显改善, 地下水超采得到有效管控与治理。从2015 - 2017年, 张掖市水资源的承载状况整体上改善, 从2015年甘州区、 临泽县、 高台县、 山丹县4县区的超载转变为2017年临泽县、 高台县、 山丹县、 肃南县4县区的临界超载状况, 反映出张掖市近年来水资源开发利用的管理成效初步显现; 承载能力方面, 全市各县区2020年和2030年水资源可承载人口均小于2017年水平, 可承载的经济规模约是2017年90%; 提出了农业节水效率提升和耕地灌溉面积缩减两种未来水资源承载力提升情景, 并以此提出了张掖市水资源承载力提升的对策建议。     

1990—2019年黑河流域植被覆盖度动态变化及气温对其影响

植被覆盖度的变化特征是流域生态监测的重要内容,能为流域综合管理决策提供基础信息。黑河流域是中国西北干旱-半干旱地区第二大的内陆河流域。为研究我国西北干旱-半干旱地区的生态状况,以黑河流域为研究区,根据1990—2019年Landsat NDVI数据,综合应用像元二分模型和一元线性回归方法,分析黑河流域植被覆盖度的动态变化并探讨气温对其影响。结果表明: 黑河流域植被覆盖度呈现由南向北递减的空间分布特征; 近30 a来,植被覆盖面积总体呈上升趋势,中高植被覆盖度增长速度最快; 流域大部分地区植被覆盖度保持不变,植被覆盖度增加的区域多于退化区域; 受全球变暖影响,整个流域气温呈升高趋势,中游气温上升最快,上游最慢,流域上游和中游气温的升高对植被覆盖度起到促进作用,下游气温的升高则抑制了植被生长。     

祁连山黑河源区八一冰川-黄藏寺段河水水文地球化学特征

黑河源区河水水文地球化学特征的研究有助于了解黑河源区河水沿流域水质变化概况,对黑河源区生态环境的保护具有积极意义。以黑河源区干流为研究对象,对河水进行取样检测,结果显示：河水化学组成以K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺和Cl^-、NO₃^-、HCO₃^-、SO₄^2-为主。通过聚类分析、舒卡列夫分类和Piper三线图分析发现主要离子中,阳离子主要来源于石灰岩风化产物,SO₄^2-主要来源于蒸发岩矿物风化产物和人类活动,HCO₃^-主要来源于纯碳酸盐风化产物。通过对重金属污染调查发现,V、Co、Cu、Pb、Cr、Mn和Zn含量较高,矿山开采是重金属污染的主要来源。     

黑河流域乡镇初始水权分配研究 ——以甘州区为例

乡镇水权分配是乡镇水资源承载力研究的前提,是乡镇落实最严格的水资源管理和水权交易制度的基础,为新时期乡村振兴与美丽乡村建设提供物质保障.以最严格水资源管理制度确定的甘州区用水总量控制目标为可分配水权总量,在优先保障生活和生态基本用水基础上,选取2017年为规划水平年,采用人口、面积、产值单指标和混合分配模式,以及综合指...     

Distribution and evolution of water chemistry in Heihe River basin

Surface- vs. ground-water chemistry in the Heihe River basin, assessed through field sampling of precipitation, surface water and groundwater, allowed geographical zones and chemical types to be differentiated. The geographical zones included: alpine ice-snow (>3,900 m), alpine meadow (3,400–3,900 m), mountain forest and shrub (2,600–3,400 m), mountain grassland (1,900–2,600 m) and desert grassland (1,500–1,900 m). Groundwater chemical types included: (1) mountain fissure and piedmont gravel, bicarbonate, (2) piedmont diluvial, alluvial and lacustrine plain, sulphate, and (3) desert salt-accumulating depression, chloride. Since the 1960s, large volumes of river water diverted for irrigation have been found to re-emerge as spring water at the edge of alluvial fans and then reintegrate the Heihe River. After a number of reuses and re-emergences in the middle reaches, the rivers level of mineralization has doubled. Hydrological changes have resulted in the marked degradation of aquatic habitats, and caused substantial, and expanding, land salinization and desertification. Solving these largely anthropogenic problems requires concerted, massive and long-term efforts.     

分布式水文模型中河流水深及其与地下水相互作用的耦合模拟

大尺度流域水文模型一般只模拟河道径流,对河流水深和流速并不关注。在进行河流-地下水相互作用模拟时,河流水深（水位）是一个重要因素,其时空变化及其对河流-地下水水量交换的影响应加以考虑。本文就流域分布式水文模型中河流水深的时空变化计算及其与地下水的实时耦合模拟进行了研究,提出了相应的计算方法,改进了大尺度水文模型WATLAC,并通过V-型流域考题进行了检验。模拟结果显示,模型有效地模拟了V-型流域的河流水深、地下水水位沿河道的时空变化以及河流与地下水的水交换量,揭示了河流-地下水相互作用关系在降雨过程中的变化规律及主控因子。此外就河床糙率对河流水深及河流与地下水间水交换量的影响做了模拟分析,发现河床糙率的改变将影响河流水深,从而进一步影响河流与地下水的水交换量。本文提出的算法较为真实地模拟了河流洪水演进过程及其对河流-地下水相互作用的影响,模型适用于河流-地下水相互作用明显的区域,可作为评估地表-地下水相互影响的有效计算工具。