新疆车尔臣河地下水资源量数值模拟分析

以新疆车尔臣河地下水为研究对象,对该地区的地下水资源量进行了数值模拟分析。研究结果表明:研究区2017年地下水资源处于均衡状态,地下水补给以河道入渗补给量为主,地下水排泄以蒸发排泄量为主,人类影响程度较小;研究区补给量为51 171.9×10~4m~3/a,排泄量为50 532.6×10~4m~3/a,地下水可开采资源量为33 272.1×10~4m~3/a;研究区各观测孔水位降深在-0.03～7 m之间,主要由于局部地段人工开采量大于补给量,造成其地下水位下降。     

额济纳绿洲地下水动态与植被退化关系的研究

根据"九五"期间承担的原地质矿产部重点项目和科技部攻关项目的研究成果,对额济纳绿洲地下水动态和均衡特征进行了全面分析:近年来额济纳平原地下水补给量小于排泄量,含水层储量每年减少92.5×10\6m3,地下水处于负均衡状态;中深层地下水动态变化不显著,潜水动态变化复杂,水位普遍下降,部分地区降幅在2.0～3.0 m. 受地下水动态变化影响,绿洲区植被严重退化,胡杨林、柽柳林等地表植被大面积死亡,土地沙漠化加剧,绿洲的主要生态功能衰退. 在分析地下水动态变化对绿洲植被影响的基础上,提出了通过改变水资源利用方式,调整地下水动态,保护和恢复绿洲植被的途径和措施.     

额济纳绿洲沿河区地下水位埋深对生态输水的响应研究

通过连续3 a对额济纳绿洲沿河区的地下水位埋深监测,分析地下水位埋深在纵向、横向的响应及地下水位埋深响应强度情况,探讨生态输水后地下水位埋深动态响应的初步规律。初步结论:生态输水后地下水位埋深出现显著地变化,平均地下水位埋深由输水前的4.5m降低到3.27m,降幅为27.3%;距输水口越近,距输水河道距离越近,地下水位埋深越小,其降低幅度也越大。     

城市化对呼和浩特市潜水补给影响研究

城市化对地下水补给的影响已严重干扰了区域地下水均衡,引发了各种生态环境问题。在呼和浩特市自然地理及水文地质调查的基础上,运用GIS并结合地下水均衡计算的方法,探究城区扩张下以呼和浩特市为中心的研究区潜水补给量的变化。结果表明：从1986—2014年,研究区城镇面积扩大了约358倍。在城市化引起的地下水开采量增大、土地利用方式改变、景观河改造等因素影响下,研究区潜水疏干面积从119 1 km2扩大到10476 km2,年侧向补给量减少9 06115×104 m3;降水入渗补给量减少84385×104 m3;农灌水回渗补给量减少27944×104m3;河道渗漏补给量减少8638×104m3;城市供水管网漏失入渗量增加1 752×104m3。对比1986年和2014年,研究区潜水补给量从13 22501×104 m3减少至4 70703×104 m3,减少了644%,其中减少比例最大的是侧向补给量和降水入渗补给量。城市化使呼和浩特市潜水补给量大大缩减,迫切需要合理规划城市发展和地下水资源开采。     

基于调蓄试验及数值模拟的北京市西郊地下水库人工补给效果评估

地下水库人工补给的效果评估对于水资源调蓄具有重要意义.本文利用回灌试验和数值模拟研究了北京市西郊地下水水库永定河河道入渗能力.结果表明在调蓄水源为3.30×108m3时,永定河河道入渗补给量为2.39×108m3,河道入渗率高这72.5%,调蓄能力强.三家店水库弃水后河道入渗影响范围为188 km2,对地下水补给效果明显.可见永定河河道是比较理想的人工调蓄场所,使得南水北调中线工程向北京输水后水资源在丰水年地下水人工补给成为可能.     

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。     

太行山山前平原地下水补给规律分析:以河北栾城为例

采用水均衡法与通量法对太行山山前平原(河北栾城)进行了地下水补给评价,结果表明:近20 a地下水入渗补给量为8～172mm/a(水均衡法),平均值49.3 mm/a,变化幅度大.其中2004年入渗补给量(63mm/a)比采用通量法计算结果(28.2mm/a)大一倍,表明土壤优先流对入渗补给作用显著.年入渗补给量总体上随有效降雨量增加、地下水位下降速率减少、作物实际蒸发蒸腾量减少而增加,但与有效灌溉量和灌溉量之和的相关性不显著.通过长序列地下水位与灌溉量等数据估算得到研究区侧向净补给量为125.2 mm/a,约占地下水总补给量的71.7％(175.4 mm/a),说明地下水主要以侧向补给为主.同时计算了入渗补给与侧向补给地下水的延迟时间,分别为60 a和1个月.     

黑河中游盆地南部山区地下水对平原区侧向径流补给量的估算

山区地下水对平原区的侧向径流补给量是一个长期争议且悬而未决的难题,这个量在西北内陆干旱盆地,被估算得或很小或很大。在总结前人研究的基础上,采用地质水文地质调查、物探、钻探、抽水试验、地下水动态观测、水化学测试、盆地地下水水位统测和综合研究等技术方法,查明了黑河中游盆地南部山盆交接带的地质构造接触关系、地层岩性接触关系及梨园河口白垩系风化壳含水层结构和水文地质参数。通过山区不同流域等级的地表水与地下水转化关系分析,将山区地下水对平原区侧向径流补给带划分为大中型河流河谷补给段和小微型河流或冲沟群流域构成的浅山带补给段。河谷补给段勘探资料较为丰富,多用达西断面流方法计算;针对浅山带补给段极为缺乏勘探资料的实际,以梨园河口断面径流量为参照,构建了浅山带岩性、汇水区面积、降水量等3 个变量的山区地下水对平原区侧向径流补给量的估算方法。估算出黑河中游盆地南部山区浅山带地下水对平原的侧向径流补给量为0.40×108 m3/a,河谷段基岩侧向补给量为0.07×108 m3/a;推算出河谷段第四系地下水补给量为0.30×108 m3/a;3 项补给量之和为0.77×108 m3/a,占盆地地下水资源量的3.0%。该研究为西北内陆干旱盆地山区地下水对平原区侧向径流补给量的估算提供了一个可供借鉴的实例。     

华北平原河道地下调蓄与利用潜力

长期超采地下水形成的华北平原浅层含水层疏干空间是利用河道进行地下调蓄增加地下水补给的有利场所。在野外调查基础上,根据水文地质条件、地下水动态资料和地表水观测统计分析得出:华北平原主要水系永定河、大清河、子牙河和漳卫南运河等河段具有良好的人工地下调蓄潜力;在相同地下水水位埋深条件下,干涸河道的渗漏率明显大于有底水条件的渗漏率,河道在无底水条件下,当地下水埋深大时,渗漏率较大;山前平原主要水系的砂层裸露及浅埋型可调蓄区面积4 703.13 km2,现状可利用调蓄库容66.28×108m3;以不引起陆表生态环境负效应为原则,拟定上限约束深度4 m,计算得出大型冲洪积扇区主要河道带现状可利用地下调蓄库容42.59×108m3,可供调节水量22.83×108m3/a,地下水补给量增加14.82×108m3/a。     

北京市玉泉山泉恢复条件研究

西山地区岩溶水是北京重要的供水水源,年均开采量达到1.5×108m3。多年持续过量开采地下水导致了玉泉山泉断流近42年。南水北调来水进京后,有必要考虑调蓄区域含水层系统,恢复玉泉山泉景观。在深入分析区域水文地质条件基础上,结合数值分析方法,研究玉泉山泉恢复条件,取得认识:玉泉山泉的主要补给源为河道入渗补给,占总补给量的74.7%,其次是大气降水补给,其比例为25.3%;为实现玉泉山泉复涌,需要将区域岩溶水开采量从11 290×104m3/a压减至4 282×104m3/a,停采第四系地下水,同时在永定河河道进行人工回灌,回灌量为2×108m3/a;研究发现相对于压采措施,泉的恢复对回灌比较敏感,未来调蓄方案应优先考虑回灌措施。     

西北黑河额济纳盆地水资源管理研究——三维地下水流数值模拟

在大量实测资料的基础上, 建立了额济纳盆地地下水流系统饱和-非饱和三维数值模型, 对4种不同输水量情况下盆地内区域地下水位的变化趋势进行了预测, 进而提出了合理的输水方案, 黑河上中游向额济纳盆地合理的输水总量应为7.5亿m3/a, 其中通过狼心山水文站的水量不应小于5.5亿m3/a.这一方案为流域水资源的合理调配及额济纳绿洲生态环境保护和建设提供了依据.      

利用稳定同位素识别黑河流域地上水的补给来源

本文利用稳定同位素(2H和18O)及水化学方法识别黑河流域地下水的补给来源,估算黑河水与地下水的转化数量。研究结果表明,黑河流域地下水的主要补给来自山区出山河流,山前戈壁带是地下水快速补给区,中下游盆地地下水补给来源为引河灌溉和河流侧渗。黑河干流出山河水在张掖以上河段约4.4×108m3/a渗漏补给地下水,约占出山迳流量的27%。张掖—正义峡河段道地下水向河道平均排泄量为11.4×108m3/a,占该段河流迳流量的69%。研究成果不仅对黑河流域地下水的开发管理有着重要意义,对我国西北类似的内陆盆地地下水的开发管理有着借鉴意义。     

北京市平原区地下水补给量计算方法对比研究

大气降水入渗是北京市地下水补给的主要来源。为丰富地下水补给量计算方法,以基于遥感数据的水量均衡法对比传统的地下水位动态法评价求取降水入渗量。水位动态法计算北京市平原区2011年地下水垂向入渗补给量为17.39×10~8m~3,遥感水量均衡法计算北京市平原区补给量为13.13×10~8m~3,同面积区两种计算结果相关性R~2=0.9631。两种计算方法各有其优缺点及适用条件。     

新疆塔里木河下游柽柳、芦苇对生态输水的响应

通过对塔里木河下游生态输水过程中地下水埋深变化的动态监测和天然植物生理指标的测试分析, 探讨了塔里木河下游柽柳、芦苇对生态输水的响应. 研究表明, 塔里木河下游河道输水对抬升其附近的地下水位起到了明显效果, 地下水埋深呈逐级抬升过程. 输水河道附近的地下水埋深由输水前的5～8 m抬升到了2～4 m; 植物各项生理指标对地下水位变化反应敏感, 表现出明显的梯度变化. 不同植物生长由于对地下水位要求深度不一样, 随地下水位变化而表现出不同的响应, 芦苇的反应敏感区约在150～200 m之间, 而柽柳则多在200～250 m之间. 结合野外样地的实际调查分析推测, 芦苇和柽柳的胁迫地下水位分别为3.5 m和4.0 m.     

新疆乌拉泊水均衡试验场凝结水对地下水补给的观测研究

通过1989~1995年新疆乌拉泊水均衡试验场潜水埋深4m处包气带凝结水对地下水补给的观测:卵砾石2.58mm/a、细砾3.15mm/a、中砂9.90mm/a、细砂35..87mm/a、粉土10.04mm/a。最有利于包气带凝结水形成的时间是每年的4~9月;包气带凝结水量的大小与土体颗粒相对比表面积和渗透系数相关,推测粉砂的凝结水量约为20mm/a,粘性土小于10mm/a;凝结水对地下水补给的最大量约为50mm/a。综合气候和水文地质条件分析,认为本试验研究成果在我国西北干旱区具有代表性,估算西北地区凝结水对地下水的总补给量大于3×1010m3/a,可能大于平原降水入渗量,在某些区域可能是最主要的地下水补给源。     

“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。     

乍得湖盆地典型区域降雨入渗补给地下水试验

针对尼日利亚北部乍得湖盆地降雨入渗补给地下水的问题,选择典型区域开展土壤剖面取样工作,采用氯离子平衡法计算各剖面降雨入渗补给量,并结合野外调查、钻探等工作研究影响降雨入渗补给的主要因素。结果表明：4个取样点（Y₁、Y₂、Y₃、Y₄）土壤剖面年平均降雨入渗补给量分别为4.9、1.5、7.9、26.2 mm/a,平均值为10.1 mm/a,年平均降雨入渗补给率仅为0.72%、0.22%、1.17%、3.87%,平均值为1.49%;研究区降雨入渗补给量很少,降雨对地下水资源的补给有限,地下水的主要补给来源为Hadejia河;研究区蒸散发量大,植物根系发达、吸水能力强,地表入渗水分多在表层土壤中或泥质层与风积砂层交界面上消耗于蒸发蒸腾,最终散失到大气中。在人类活动严重改变Hadejia河水文情势的背景下,研究区这种独特的地下水补给特征导致地下水位快速下降,使得区内正面临较严重的地下水资源枯竭问题。     

潮白河再生水补给河道对周边浅层地下水影响的数值模拟研究

再生水在北京被广泛用于补给河道,2007年底至2017年共有2.3×108 m3再生水补给至潮白河顺义段。其污染物本底值较高（Cl?浓度约62~122 mg/L）,通过河床入渗补给到周边的含水层中,对周边地下水产生一定影响,尤其是浅层地下水。为了定量评价再生水补给河道对周边浅层地下水的影响,基于10年（2007—2017）的地下水监测数据,建立了再生水补给河道周边的地下水水流和溶质运移模型,模拟了受水区浅层地下水的水位和Cl?浓度的变化,分析了浅层地下水水量、Cl?负荷和NO₃-N负荷的变化。结果表明,再生水补给河道后的前2年（2007—2009）,河道周边浅层地下水水位迅速抬升了3~4 m,之后在再生水的持续补给下保持稳定。但受深层地下水开采影响,2007—2014年研究区整体浅层地下水的水量仍在下降。2014年底实施地下水压采措施后,浅层地下水水量从2014年底的3.76×108 m3恢复到了2017年底的3.85×108 m3。周边浅层地下水中的Cl?浓度从再生水补给前的5~75 mg/L变化到了补给后的50~130 mg/L,之后保持稳定。浅层地下水水质受再生水影响的范围从2008年底的11.7 km2扩大到2017年的26.7 km2,影响区内的Cl?负荷从2008年底的1.8×103 t增加到2017年底的3.8×103 t,NO₃-N负荷从2008年的29.8 t下降到2017年的11.9 t。尽管研究显示影响范围外的浅层地下水质受再生水影响不明显,但潜在的咸化和污染的隐患不容忽视,需要在后续研究中进一步明确。     

银川平原地下水流模拟与地下水资源评价

针对近年来引黄水量大幅度降低、地下水补给条件发生巨大改变的情况,应用地下水模拟技术评价银川平原地下水资源量。根据土地利用类型、主要沟渠分布及测流资料对源汇项数据进行时空分配处理,运用MODFLOW建立了银川平原地下水流模拟模型;以2004—2005年为模拟期,通过深浅层地下水流场和典型长观孔过程线拟合对模型进行了识别验证。考虑45×108m3/a引黄量条件下,应用模型评价出地下水补给资源量为19.41×108m3/a,其中引黄渗漏补给为16.95×108m3/a。结合水源地开采布局、地下水溶解性总固体分区等因素,评价出银川平原地下水可开采资源总量11.30×108m3/a,其中小于1g/L的淡水可开采资源量为8.8×108m3/a。     

不同降水丰枯遭遇条件下滹沱河地下水库人工补给效果

针对石家庄市利用南水北调水和当地雨洪水作为补给水源建设滹沱河地下水库过程中存在受水区和水源区具有不同年际变化特征的实际情况,在分析南水北调水源区汉江流域和受水区石家庄市降水丰枯遭遇特征的基础上,应用模糊数学和多维联合分布概率计算方法计算滹沱河地下水库的模糊加权补给水量,并应用数值法模拟各种丰枯遭遇条件下地下水库的人工补给效果.结果表明:不同丰枯遭遇条件下的补给水量为(4.64～8.72)×108m3/a,其中模糊加权补给量为6.66×108m3/a;人工补给可使地下水位多年平均回升1.47～3.45 m/a;滹沱河地下水库的有效蓄水率为80%～90%,且人工补给的增大会引发侧向流出量增加,有效蓄水率相应降低.