额济纳盆地地下水补给机理研究

黑河下游的额济纳盆地,气候干旱,降雨稀少,盆地内分布着复杂的地下水含水层,濒临崩溃的生态系统靠其有限的地下水资源维持着,如何有效的评价地下水资源量,怎样合理的开发利用地下水资源,以及近期黑河治理规划工程实施后,对地下水资源产生何种影响,成为亟待解决的问题。对此,应用皮帕尔（Piper）图解法分析地下水的水化学特征类型,结合区域构造水文地质、地下水流场和环境同位素,分析盆地内不同地区的地下水补给机理：发现自流井区为一小区域的沉积中心,其来源不同于其他以黑河河水为补给源的地下水,而是来自中蒙边境山区的补给;古日乃草原地下水主要依靠黑河河水通过古河道渗漏的补给,而不是巴丹吉林沙漠的补给;赛汗桃来沉积中心的深层承压水来自其邻近上游地区潜水的侧向渗流补给。利用放射性同位素氚含量,初步估算出不同地区地下水的更新期,其地下水年龄均低于35 a。为评价黑河干流规划对地下水资源所产生的影响、合理开发利用地下水资源、保护脆弱的生态环境提供科学依据。     

应用同位素研究黑河下游额济纳盆地地下水

黑河下游额济纳盆地位于两北内陆干旱区,大部分地区为戈壁沙漠,降水稀少,蒸发强烈,生态环境脆弱。盆地内天然植被的生长发育主要依靠于区域地下水,研究盆地地下水形成和循环机制,对流域治理、生态环境建设具有重要意义。本文采用环境同位素示踪技术,结合水化学分析方法和区域水文地质条件,研究分析了盆地地下水循环特征、地下水与地表水的相互关系和流域不同地区地下水补给来源等,为黑河下游水利工程规划和水量调度提供科学依据。     

新疆昭苏—特克斯盆地地表水与地下水转化关系研究

将溶解性总固体(TDS)和氧同位素(18O)作为示踪剂,基于对新疆昭苏—特克斯盆地地表水和地下水水化学及同位素特征的分析,旨在研究两者之间的相互转化关系。结果表明:地表水与地下水水化学类型分别以HCO3·SO4-Ca·(Mg)、HCO3-Ca·(Mg)型为主,地下水中TDS大于地表水,两者在形成演化过程中经过了溶滤和阳离子交换作用;氢氧稳定同位素均位于全国降水线附近,地表水同位素组成较地下水富集。沿特克斯河流向地表水与地下水的转化关系为:上游地段以地下水和右岸支流补给特克斯河干流、支流补给沿岸地下水为主;中游地段以地下水补给特克斯河为主;下游地段特克斯河接受阔克苏支流和沿岸地下水补给。研究成果可深化对昭苏—特克斯盆地水文地质条件的认识,对其他"叶脉状"地表水系与地下水的转化关系研究具有一定的借鉴意义,也为盆地内水资源的开发利用提供科学依据。     

黑河流域土地利用变化对地下水资源的影响

土地利用与覆被变化对区域水文过程具有深刻影响。利用1960s以来的三期遥感数据和1980年以来的地下水长期观测数据, 从地下水补给和排泄系统两方面, 分析了近30年来甘肃省黑河流域中游地区土地利用与覆被变化对地下水系统的影响, 结果表明：以1985年为界, 随土地利用与覆被变化强度不同, 前后15年土地利用变化对地下水系统补给的影响分别达到2.602亿m³/a和0.218亿m³/a, 对排泄系统的影响分别为2.035亿m³/a和4.91亿m³/a, 在保持区域人工开采量不超过3.0亿m³/a的合理幅度下, 土地利用变化对区域地下水资源变化起着决定作用;在区域土地利用与覆被变化和近10年来人类较大规模开采影响下, 甘肃省张掖盆地地下水资源变化出现了显著的区域差异性。认识土地利用变化对流域地下水系统的作用与区域地下水资源的时空变化特征, 对流域水土资源合理利用规划与管理有重要意义。     

基于同位素揭示艾比湖流域地下水特征

地下水对于调节干旱区水循环和生态系统具有重要意义,认识和管理地下水资源是防止河流基流减少,地面沉降和水质退化的关键。通过分析艾比湖流域地下水水化学参数和氢氧稳定同位素特征,结合线性回归、双端元混合模型和GIS空间分析等方法,探讨不同区域地下水补给来源和水化学组分动态变化。结果表明：(1)博尔塔拉河(简称博河)和精河中下游区域氢氧同位素(δ²H与δ¹⁸O)值最大,艾比湖周边区域次之,博河上游区域最小,流域地下水存在不同的循环过程。(2)地下水氘盈余(d-excess)和水化学特征反映了地下水不同的补给机制和影响因素,博河上游区域地下水主要受冰川积雪融水补给;博河和精河中下游地下水主要来源为地表水和降水,同时受岩层性质、农田开发和灌溉措施影响较大;艾比湖周边地下水主要来源于冰雪融水和降水。中下游区域和河湖交汇区地下水是防控和治理的重点区域。(3)地下水流动系统Ⅰ的电导率(Electrical conductance,EC)在210.00～2500.00μS·cm^-1之间,d-excess在6.47‰～9.70‰之间;流动系统...     

张掖市地下水位上升区环境同位素特征及补给来源分析

利用大量的稳定环境同位素(2H、3H、18O、14C)测试数据和氟利昂(CFC)测年技术,结合区域水文地质条件,系统分析了张掖盆地及上游山区的大气降雨、冰雪融水、山区基岩裂隙水(泉水)、地表水、盆地内水位上升区泉水、地下水(潜水、浅层承压水、深层承压水)的环境同位素特征和相互之间的关联程度,并采用质量守恒定律和氚值含量衰减规律、氟利昂测年技术方法估算了地下水的水源组成和补给年代,初步探讨了水位上升区深层承压水的补给来源和补给途径.研究结果对于重新认识干旱区内陆盆地地下水特别是深层地下水的补给来源和排泄方式,合理开发利用水资源,均有一定的借鉴意义.     

伊犁喀什河流域丰水期氢氧稳定同位素及水化学特征

气温升高加速高山冰雪消融,造成伊犁喀什河的水文循环及水量平衡发生变化。关于该流域水汽来源、水体补给等问题的研究大都基于年际变化分析、氢氧稳定同位素的季节性对比,缺少针对丰水期、枯水期的特征分析,不利于系统探究丰水期及枯水期水体水化学控制因素或水体补给情况的个别差异。本文利用2018—2021年丰水期在新疆伊犁喀什河流域采集的不同水体水样,运用不同水体氢氧稳定同位素方程线比对及离子比值法,综合Piper三线图、Gibbs图等分析区域水体水化学、氢氧稳定同位素特征,探讨水体补给问题。结果表明：(1)研究区水体均呈弱碱性。地表水水化学类型为HCO₃-Ca型,地下水受石膏溶解影响,SO₄^2-含量增加,水化学类型为HCO₃-SO₄-Na-Ca型;(2)岩石风化作用是研究区地表水与地下水水化学性质的主要控制因素。地表水受到降水的轻微影响但不显著、井水受蒸发-浓缩作用影响;地表水离子主要来源是硅酸盐矿物或石膏,地下水离子主要来源为碳酸盐、石膏或硅酸盐矿物;(3)综合地表水与地下水水化学及不同...     

青海湖沙柳河流域浅层地下水不同时期补给特征

地下水稳定同位素组成的时空变化特征可以反映不同时期、不同区域地下水补给来源的差异。通过青海湖沙柳河流域浅层地下水氢氧稳定同位素组成的时空变化特征以及地下水、河水与降雨之间的补给关系的分析,结果显示：季风时期,地下水主要受降雨入渗和河流侧向补给为主,在补给过程中蒸发作用是影响地下水稳定同位素值的主要因素;非季风期,冰雪融水对低值区的地下水影响显著,同时降水的快速入渗则是该时期高值区地下水的主要补给方式之一。地下水同位素高值区,地下水与河水间补给作用较弱,补给时间超过5个月;地下水同位素低值区,地下水与河水补给关系较为密切,补给时间在1~4个月间。本文所得结论可初步反映干旱半干旱内陆流域地下水稳定同位素特征以及补给方式的基本规律,在一定程度上可为流域地下水及其他水体间的转换研究提供科学依据,并为地下水资源管理和水环境治理提供一定理论指导。     

藻渡河中上游地下水化学时空分布特征分析

随着经济的发展,人类社会的进步,对地下水的研究显得尤为重要。开展地下水水化学特征研究是地下水资源评价的重要内容,同时对地区地下水资源的合理开发利用和科学管理提供有效建议。本文通过对藻渡河中上游的20组水样测试数据综合分析,基本掌握了该区域丰、枯季地下水矿化度及水化学类型的分布特征,并对其分布特征及变化规律进行了详细的分析。研究区地下水矿化度主要取决于地下水补给源的矿化度及地下水在岩层中的运移速度和方式、地层岩性及组合方式。     

应用环境同位素方法研究黑河源区水文循环特征

维持黑河流域中、下游绿洲生态和社会经济发展的水资源主要形成于祁连山区。该文在野外采样的基础上,通过测试分析不同地段、不同水体中的环境同位素(δD、δ^18O和^3H)和水化学组成特征,利用同位素混合模型,识别黑河源区地表水和地下水的来源、组成和径流过程,揭示源区的水文循环特征,在此基础上探讨源区水文循环模式。结果表明：1)黑河源区存在两类地下径流系统：局部径流系统接受局地降水和冰雪融水入渗补给,就近向河流排泄,水循环交替积极,据同位素估算结果,降水补给占76％,冰雪融水补给占24％;区域径流系统接受中高山带的降水和冰雪融水补给(补给高程大于3600m),在出山口附近的断裂带以泉的形式排泄,水循环交替缓慢。2)山区地表水由大气降水、冰雪融水和地下水组成,出山河水的构成为：降水占69％～72％,冰雪融水占23％～24％,深部地下水占5％～7％。     

张掖市黑河近期综合治理工程效益初步分析

黑河流域日趋恶化的生态环境,引起了政府及相关部门的重视。按照国务院指示,张掖市2000年启动了黑河中游水量调度方案,即当莺落峡来水15.8亿m3时,正义峡下泄水量9.5亿m3。2001年开始实施了黑河流域近期治理工程项目。通过介绍黑河近期（2000—2005年）综合治理工程的概况,并分析工程产生的效益,结果表明:中游实施调水6 a来,总计调入下游的水量53.42亿m3,调水次数23次,调水天数396 d;张掖市利用黑河干流的水量减少、地下水开采量增大、农业用水量降低、工业和生态用水量增加、下游生态环境逐渐得到了恢复。节水工程实施5 a来,张掖市工农业用水效率提高、粮经草种植比例由45∶48∶7调整为31∶50∶19、产业的经济结构由41∶24∶35调整为37∶25∶38、农民纯收入增加了28%、农业节水工程的节水效益明显。     

黑河“97”分水方案适应性分析

黑河"97"分水方案自2000年实施以来,流入下游水量明显增加,缓解了下游生态环境恶化趋势,但在丰水年难以完成分水指标,其适应性受到各方关注。本文在分析"97"分水方案的技术特点及背景条件变化对分水方案适应性影响的基础上,通过构建黑河水资源配置模拟模型,对分水方案在不同需水条件和黄藏寺水库建成运行后长系列年(1958-2012年)实施情况进行了模拟,分析评价了黑河"97"分水方案的适应性。研究表明,由于分水方案制定和实施前后黑河经济社会、水系连通性等背景条件发生了较大变化,在现状工程和需水条件下,不能完成"97"分水方案的分水要求;在中游退耕至2000年水平和黄藏寺水库建成的情况下,虽然可以完成"97"分水方案的分水要求,但仍存在地下水超采情况,因此,基于20世纪80年代中期黑河经济社会和1955-1986年水文条件的"97"分水方案与黑河流域现状存在一定的不适应性。     

An estimation of groundwater storage variations from GRACE gravity satellites in the Heihe River Basin, northwestern China

There are only limited surface water resources available in the Heihe River Basin （HRB）, a typical inland river basin in the arid region of northwestern China, where groundwater overexploitation is a serious problem. Groundwater has become one of main resources of fresh water in the HRB. In this paper, temporal and spatial variations of groundwater in the HRB are estimated by the Gravity Recovery and Climate Experiment （GRACE） satellites. Our analysis shows that groundwater storage in the HRB reaches its highest in the summer of 2005, and then begins to decline in the following years and reaches steady status in 2008. Spatially, groundwater shows a decline in the upper HRB in the first two years and a slight increase in the following years, while this phenomenon is reversed in the middle HRB where groundwater slightly increases in 2005 and then declines in the following three years. In the lower HRB, GRACE detects a continual increase in the full six-year period. This approach is proven successful when employed in the HRB and thus offers a new insight into monitoring groundwater variations in a river basin with limited or even without any observed data.     

陕西黑河流域地下水水化学特征

2017年在秦岭黑河流域7个采样点进行地下水样品采集。通过综合分析、Gibbs图、Piper三角图、主要离子比值法、主成分分析法得出黑河地下水化学成分的特点、水化学类型及其成因。结果表明:阳离子的主要组成成分是Ca^2+,HCO3^-是阴离子的主要组成成分,黑河流域地下水化学类型为HCO3^--Ca^2+和SO4^2--HCO3^--Ca^2+型。Gibbs图分析得出该地下水化学离子组成受岩石风化作用控制;Piper三角图、主要离子比值法、主成分分析及相关分析表明,地下水化学组分主要受方解石、白云岩等碳酸盐岩矿物的风化溶解,同时伴有硫酸溶解碳酸盐岩,受硅酸盐岩的溶解控制作用较小。     

黑河流域水循环演化与可持续利用对策

通过环境同位素研究和指数加权量化分析表明,黑河流域水循环演化主要受区域气候变化和人类活动影响,中游区人类活动对黑河径流水文过程变异影响强度达85％,以至成为下游区湖泊干涸、地下水位持续下降和生态环境退化的重要因素,由此提出如下论点：实现黑河流域水资源可持续利用和下游区生态环境有效保护、关键是规范中游区人类用水,使其符合黑河流域水循环自然规律,并建议正确处理兴修水利工程与地下水涵养的关系,着眼于整个黑河流域生活、生态和生产可持续发展的总目标,强化生态需水优先的可持续发展理念,充分发挥地下调蓄和地表—地丁水联合优化配置功能。     

黑河下游绿洲NDVI对地下水位变化的响应研究

本研究选取黑河下游核心绿洲区作为研究区域,通过对绿洲区植被变化和地下水位的长期监测,分析黑河下游绿洲植被与地下水位的关系;通过表面分析以及空间分析方法,探讨地下水位变化对绿洲植被的分布格局的影响,揭示绿洲植被变化对地下水位的响应。结果表明：额济纳地区2001年归一化植被指数(NDVI)值整体上小于1990年NDVI值,植被生长状况较1990年差;2009年河道附近绿洲区局部NDVI值增加,但大部分NDVI值仍小于1990年。相较2001年,2009年西河中上段河道附近植被有明显改善,西河下段植被仍呈现退化趋势,这主要与东西河分水措施有直接关系;东河上段河道附近绿洲呈现明显好转,东河中段变化不大,而东河下段植被面积略微增加,东居延海周围植被明显好于2001年。通过比较1990年、2001年和2009年地下水位与NDVI值的关系发现,地下水较为适宜的水位仍保持在2~4 m之间,地下水位下降与植被退化或者植被盖度降低有直接关系。     

基于InVEST模型的黑河流域上游水源涵养量

黑河流域上游生态系统具有重要的水源涵养功能,对维系流域生态平衡有着重要的意义。基于InVEST模型估算了黑河流域上游水源涵养量,分析了水源涵养量的时空变化特征及其与气候因子的相关性。结果表明：2001—2015年黑河流域上游草地、林地、灌丛面积分别增加了1 665.00、381.75、162.75 km²,而荒漠和农田分别减少了2 165.25、20.50 km²;2001—2015年黑河流域上游水源涵养量年均值为228.64 mm,在空间上呈现东南高、西北低的分布特征,高值区位于祁连山一带,肃南裕固族自治县北部条带状为上游水源涵养量的低值区;从变化趋势来看,研究区水源涵养量以7.60 mm·a^-1的速率减少;近15年来,研究区潜在蒸散、降水量分别呈现增加和减少趋势,速率分别为1.45、-0.67 mm·a^-1,水源涵养与潜在蒸散以负相关为主,而与降水量正相关,降水量主要影响上游的中东部、北部的祁连山高寒地区,而潜在蒸散主要制约西北部的水源涵养量。     

基于空天地一体化的黑河流域自然资源要素综合观测网络构建

立足自然资源管理的新要求,全国自然资源要素综合观测网络工程已于2020年全面启动和建设。黑河流域作为西北地区第二大内陆河流域,且处于丝绸之路经济带的核心地段,迫切需要在黑河流域开展试点研究。依托黑河流域现有观测研究基础,采用融合共建、改建升级和空白添建3种方式,分流域、分级别布设观测台站13个,基本覆盖了黑河流域草原、森林、河流、湖泊、荒漠、湿地、农田等主要地表资源类型。结合遥感观测和人工样地调查,初步构建起黑河流域自然资源要素综合观测网络。通过建立统一的运行维护和质量管理体系,确保观测数据的真实性和可靠性。从应用效果来看,黑河流域自然资源要素综合观测网络已基本形成了局部控制的立体化观测能力,可有效获取资源间耦合作用过程、变化趋势和速度等关键数据,对提高黑河流域自然资源认知能力、科学管理和战略决策具有十分重要的意义,对其他流域开展自然资源观测研究也具有重要的借鉴和示范意义。