西北内陆盆地降水入渗补给季节性变化——以新疆昌吉地下水均衡试验场为例

西北内陆盆地降水稀少,一年中有较长时间的冻结期,了解其降水入渗补给规律的季节性变化对于准确评估其地下水资源量和解释气候变化对其地下水补给的影响非常重要。采用新疆昌吉地下水均衡试验站27套地中蒸渗仪1992—2015年试验资料,应用拉依达法则筛选出长系列观测资料中的异常值,结合昌吉试验场相关气象要素观测资料划分西北内陆盆地冻结期、冻融期和非冻结期的时间区间,分析不同时期影响降水入渗补给地下水的主要因素;计算不同时期多年平均降水入渗补给量占多年平均年降水入渗补给量的百分比,确定不同季节对年降水入渗补给的重要性;依据多年平均降水入渗补给量随潜水埋深的变化规律,确定冻融期、非冻结期不同土质降水入渗的最佳潜水埋深。结果表明:在试验条件下,砂卵砾石和细砂非冻结期最佳潜水埋深为0.5 m,轻黏土非冻结期最佳潜水埋深0.1 m;细砂冻融期最佳潜水埋深为1.0 m,砂卵砾石冻融期最佳潜水埋深为0.5 m,轻黏土冻融期最佳潜水埋深为0.1 m;冻结期地下水位埋深对土壤入渗能力的影响十分明显,潜水埋深和降水入渗补给量之间没有显著的线性关系;冻融期是西北内陆盆地浅埋型地下水降水入渗补给的重要时期,冻结期是西北内陆盆地深埋型地下水降水入渗补给的重要时期。     

系统响应分析在降水入渗补给计算中的应用

针对常用的利用降水入渗系数法确定的降水入渗补给量不随降水频率等因素而变化的弊端,利用郑州市地下水均衡试验场地中渗透仪长时间观测的系列资料,通过对降水—降水入渗补给量进行系统响应分析,建立了4种岩性、5个水位埋深的年际和月际的降水—降水入渗补给响应函数.研究结果表明,根据当期及前期的年、月降水量数据,利用系统响应分析法建立的降水入渗补给函数能比较准确地计算相应地区的降水入渗补给量.     

降水入渗补给过程中优先流的确定

优先流是降水、灌溉水等入渗补给地下水的主要形式之一, 流速快, 流动路径复杂, 难以定量描述.针对优先流难以定量描述的问题, 以郑州地中渗透仪观测资料为基础, 探讨了新乡亚砂土等试筒降水入渗过程及其中的优先流补给量比例.根据土壤的水力性质、气候等资料建立不存在优先流的数值模拟模型来刻画降水入渗补给过程, 通过模拟获得的地下水入渗补给量与实测地下水入渗补给量的历时曲线, 将大于模拟值的实测值视为优先流的量及确定其在总补给量中所占的比例.结果表明, 优先流占总补给量的比例在10%~80%之间; 随着土壤粘性增加, 优先流所占比例呈增加趋势; 随地下水位埋深的增大, 优先流所占比例呈逐渐下降趋势.      

平原地区年降水入渗补给量系列的计算和插补延长方法

降水入渗补给量是平原地区水资源的重要组成部分,研究年补给量系列的计算和插补延长方法,对于提高水资源评价的精度和实用性具有重要的意义。本文以华北平原大量的地下水动态观测和均衡场试验资料为基础,分析了不同岩性区的年降水入渗补给系数与年降水量、地下水埋深的定量关系,提出了分区年降水量与入渗补给量的相关曲线的绘制方法,从而解决了年降水入渗补给量系列的计算和插补延长问题。最后,还对相关线型的合理性进行了论证。     

利用地中渗透仪观测资料进行降雨入渗补给规律分析

利用郑州地下水均衡场地中渗透仪实测资料，分析了降雨入渗补给的年际变化以及入渗补给过程中的滞后现象。通过计算降雨入渗系数，确定了降雨量与入渗量的定量关系，评价了不同降雨量、不同包气带岩性和厚度条件下的入渗补给量。研究表明，地下水埋深较小时，降雨入渗系数随着埋深的增加而增大，1m以下则逐渐减少，3m以下趋于稳定；当包气带岩性单一时，降雨入渗系数随岩性的不同而变化，即砂质土大、粘性土较小，而含有薄层粘土夹层的亚砂土最小。     

利用包气带环境示踪剂评估张掖盆地降水入渗速率

降水入渗补给速率是干旱半干旱地区地下水资源评价和保护中的重要参数。长期以来在河西走廊中游盆地地下水资源评价中,一直认为地下水位埋深>5m的地带难以产生降水入渗补给。本文在黑河流域中游的张掖盆地分别选择沙丘区和裸地区,综合运用包气带同位素和水化学信息,开展了降水入渗补给研究。包气带氯质量平衡法结果表明:现代气候条件下,张掖盆地地下水位埋深>5m的地带仍存在降水入渗补给,在沙丘覆盖区,地下水位埋深6.3m时,降水入渗补给速率为13.3～14.4mm/a,入渗系数0.10～0.11;在裸地区,地下水位埋深8.6m时,降水入渗补给速率为16.8～18.4mm/a,入渗系数0.13～0.14。     

降水入渗补给系数综合分析

文章利用河北省冉庄水资源实验站、安徽省五道沟水文水资源实验站、山西省太谷均衡实验站地中渗透仪实测的降水入渗资料,对降水入渗补给系数的变化规律进行了综合分析。通过分析,得出不同岩性、不同年降水量在不同地下水埋深条件下的降水入渗补给系数,并对降水入渗补给的最佳地下水埋深和大埋深稳定点存在的机理进行了探讨。     

浅层地下水补给对人类活动影响的响应特征研究

本文通过数据整理分析, 查明滹沱河流域平原区1976-2005年以开采量、灌区引水量和河道过水量为代表的人类活动逐渐增强, 分析了浅层地下水补给在大气降水减少和人类活动逐渐增强背景下大幅减少的响应特征: 综合补给量所占比率由1976-1980年的21.6%下降到2000-2005年的11.3%。随后, 从开采量、河道过水量和灌区引水量三个方面分析了浅层地下水补给响应人类活动的变化特征: 地下水补给量与开采量呈y=65.412x-0.2576模式随降水量增减而负相关变化; 河道渗漏补给量和渠水入渗量在地下水位不同埋深条件下表现出随来水量、引水量增加而增大的态势, 但在不同埋深条件下, 河道渗漏补给量与来水量之间、渠水入渗量和引水量之间关系不同。     

淮北平原区降雨入渗补给量的研究

从研究淮北平原区降雨入渗补给量出发，分析了不同降雨资料系列、不同开发利用水平、不同降雨年型的降雨入渗补给量和降雨入渗系数的变化趋势。运用地下水多年调节计算旬模型对该地区在限制开采水位埋深情况下，预测计算了充分齐采浅层地下水时降雨入渗补给量。     

一种基流分割及降水入渗补给量的计算方法

降水入渗补给地下水是地下水的主要来源。降水入渗补给量的计算方法有多种，依据地下水的运动规律，从陆地水文学原理出发，由天然状态下的逐月河川径流过程，采用一种新的基流分割方法分割基流，由逐月基流过程反推逐月降水入渗补给量，即确定逐月地下水降水入渗补给量。     

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。     

新疆乌鲁木齐河流域北部平原区水文地球化学

乌鲁木齐河流域是西北干旱地区内流盆地的典型代表,也是水文地质研究的重点区域。本次研究利用以往工作的资料,并在流域下游北部平原区采集地下水和地表水样品21组,用无机离子作为示踪剂,结合环境同位素的分析,提出乌鲁木齐河流域平原区的地表水普遍溶解有蒸发盐,与晚全新世(近4000年)以来我国西北地区气候不断变得干旱有关;并将北部平原区的地下水划分为三层不同水体:现代水(埋深21~65 m)是乌鲁木齐河河水经蒸发后入渗补给的,而下面二层水为晚全新世初期(埋深179~259 m)和晚更新世末次冰期(埋深~353 m)补给的水都是原地的降水入渗。     

城市扩张下的北京平原区降雨入渗补给量变化

结合WetSpass模型与地理信息系统(geographic information system,GIS)、遥感(remote sense,RS)技术分析了城市扩张引起的土地利用类型变化对北京平原区降水入渗补给量的影响.在估算出1982年和2007年降水入渗补给量的基础上,将2007年土地利用类型还原成1982年的情景重新估算,利用转移矩阵分析两年土地利用类型的相互转化关系,同时,基于GIS空间数据统计功能,计算出不同土地利用类型下的地下水补给量.结果表明,1982年至2007年,研究区内水浇地减少874 km2,其中517 km2转变为城镇建设用地.相对于1982年,2007年城镇建设用地扩张了831 km2,区内降水入渗补给量减少约3 000万m3.研究成果可以为北京平原区的地下水资源保护及土地资源配置提供较为科学的参考.      

利用EARTH模型计算河北栾城地下水垂向补给量

准确计算地下水的垂向入渗补给量是合理评价和利用地下水资源的基础.EARTH模型是一种集中参数的水文模型,可刻画水流在包气带中的运移过程,弥补黑箱模型的不足.以中国科学院栾城农业生态试验站的地下水位观测资料以及气象资料为基础,综合运用降水、蒸发、土壤水、地下水动态观测资料,利用EARTH模型计算了河北平原地下水垂向入渗补给量.计算结果表明,2003年1月1日至2005年8月31日期间,栾城农业生态试验站在降水量1404.1 mm、灌溉量1050.0 mm的条件下地下水入渗补给量为487.2 mm,平均年入渗补给量为182.6 mm, 占降水和灌溉总量(2454.1 mm)的19.9%.在模拟结果的基础上,对不同年份的降水量(含灌溉)和入渗补给量分布的对比分析表明,河北栾城地下水补给滞后现象明显,在研究时间段内峰值滞后18～35 d.     

Spatio-temporal variation of groundwater recharge in response to variability in precipitation, land use and soil in Yanqing Basin, Beijing, China

It is important to understand how groundwater recharge responds to precipitation variability in space and time, especially in those areas such as Yanqing Basin (China), where groundwater represents the sole water resource. A simple soil-water balance method is applied for spatio-temporal simulation of groundwater recharge in Yanqing Basin from 1981 to 2000. It was implemented on a monthly time step considering the effects of land use and soil texture. The area-average recharge associated with various land uses and soil textures was then compared with zonal analysis using a geographic information system (GIS). The main findings include: (1) the variation of groundwater recharge follows precipitation changes, either at yearly or seasonal intervals, (2) land use plays a more influential role in groundwater recharge than soil texture in this area, and (3) the water table quickly rises in response to recharge in the shallow parts of the aquifer, while there is a delay of 0.5–1.0?years where the groundwater level is at depth 4–10?m. The application demonstrates how spatio-temporal analysis can be utilized for groundwater-recharge estimation through distributed modeling and GIS.     

降水量与地下水补给量的关系分析

降水入渗补给是地下水的主要补给源，研究降水与地下水的关系，主要是分析由于降水垂直入渗引起的地下水位的变化。本文主要通过对降水入渗机理、影响水入渗的因素、降水入渗补给量计算的研究，分析降水量与地下水补给量的关系。     

The effects of a dry sand layer on groundwater recharge in extremely arid areas: field study in the western Hexi Corridor of northwestern China

Evaporation capacity is an important factor that cannot be ignored when judging whether extreme precipitation events will produce groundwater recharge. The evaporation layer’s role in groundwater recharge was evaluated using a lysimeter simulation experiment in the desert area of Dunhuang, in the western part of the Hexi Corridor in northwestern China’s Gansu Province. The annual precipitation in the study area is extremely low, averaging 38.87 mm during the 60-year study period, and daily pan evaporation amounts to 2,486 mm. Three simulated precipitation regimes (normal, 10 mm; ordinary annual maximum, 21 mm; and extreme, 31 mm) were used in the lysimeter simulation to allow monitoring of water movement and weighing to detect evaporative losses. The differences in soil-water content to a depth of 50 cm in the soil profile significantly affected rainfall infiltration during the initial stages of rainfall events. It was found that the presence of a dry 50-cm-deep sand layer was the key factor for “potential recharge” after the three rainfall events. Daily precipitation events less than 20 mm did not produce groundwater recharge because of the barrier effect created by the dry sand. Infiltration totaled 0.68 mm and penetrated to a depth below 50 cm with 31 mm of rainfall, representing potential recharge equivalent to 1.7 % of the rainfall. This suggests that only extreme precipitation events offer the possibility of recharge of groundwater in this extremely arid area.     

基于土地利用类型的大气降水入渗补给量计算

影响大气降水入渗补给量的因素较为复杂,主要有土地利用类型、降水量、包气带厚度及岩性等。随着遥感影像解译技术的发展,人们能更精确地识别空间土地利用类型,从而更精确地计算大气降水入渗补给量,并了解其空间分布。综合考虑这些影响因素,本文提出了一种基于土地利用类型,并结合地理信息系统(GIS)和VBA(visual basic for applications)编程技术的大气降水入渗补给量计算方法(PIRCL)。以广州市广花盆地为例,利用PIRCL法计算得到该地多年平均大气降水入渗补给量为14 369万m3,该结果与水量平衡法计算得到的大气降水入渗补给量结果相近,相对误差约为2.4%;并且,计算得到的大气降水入渗补给量空间分布基本合理。与水量平衡法相比,PIRCL法计算大气降水入渗补给量只需区域遥感数据、区域降水量数据、对应时段地下水位动态变化及区域水文地质参数,不需要计算地下水其他的补给、排泄项,可以省略大量的工作量,且方便编程实现。