黑河流域中游人工水循环系统在分水前后的变化

介绍了黑河流域中游人工水文循环过程及其中各系统之间的关系,目标是为黑河流域生态—水文过程模拟提供一套较准确的数据集。利用张掖市水利年报、莺落峡水文站资料以及张掖市水资源管理年报等调查数据分析了黑河分水前后,2000年和2010年黑河流域中游引水、输水和用水系统的变化过程,得出以下结论:①人工水文循环过程通过引水系统、输水系统、储水系统和用水系统来影响农业水资源在时空上的分配,它是人类活动影响下的中游水文循环过程的重要组成部分;②2010年比2000年引水口门减少了26处,渠道综合水利用率提高了3.6%;③与2000年相比,2010年地表水和地下水资源开发利用在空间上产生了很大变化,地表水引水量减少了1.05亿m3,地下水开采量增加了1.64亿m3。最后,从径流、地下水、大气水方面分析了人工水循环过程对自然水循环过程的影响。     

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。     

黑河中游绿洲典型灌区地下水资源总均衡估算

根据对研究区多年的水文地质观测资料的分析和研究,建立了黑河中游典型灌区地下水水资源总均衡模型,选取了黑河干流具有代表性的平川、板桥、鸭暖和蓼泉灌区,对地下水均衡模型中的补给项及排泄项的主要变量分别进行了估算,结果表明:各灌区均衡期内地下水动态资料计算的均衡期始末地下水储存量变化与模型计算的均衡差基本相近,其相对误差为-17.6%,说明均衡模型对于估算内陆绿洲灌区地下水资源均衡是比较准确的.     

1985-2013年黑河中游流域地下水位动态变化特征

在气候变化和人类活动的影响下, 黑河流域地表水和地下水的时空分布特征发生了很大变化. 研究水系统演化及其驱动机制对流域水资源可持续管理非常关键. 基于甘肃河西黑河中游流域地下水位动态、水文气象、土地利用和灌溉统计数据, 研究了1985-2013年黑河中游流域地下水位时空变化. 结果表明: 地表水的不合理分配和耕地的扩展导致了地下水的过量开采和地下水位的剧烈变化. 1985-2004年区域地下水位以下降为主; 2005-2013年呈现下降和回升两极发展趋势, 冲洪积扇群带地下水最大下降达17.41 m, 而黑河干流沿岸地下水位最大回升了3.3 m, 地下水埋深普遍增加了1.0~3.0 m. 尽管地下水位在2005-2013年表现出回升趋势, 但干流中游盆地地下水系统处于严重负均衡状态, 制定合理的“生态分水”方案和水资源综合管理规划非常紧迫.     

西安市黑河灌区水文地质条件及地下水资源量计算方法探讨

以黑河灌区为例,对灌区范围内的水文地质条件进行评价,并选取历史降水资料,对灌区地下水资源量、可采量进行计算。结果认为：区内潜水分为上更新统—全新统冲积、洪积砂砾卵石含水岩组和上更新统—全新统冲积砂砾卵石含水岩组两个不同成因的含水岩组;区内潜水的补给来源主要为河流渗漏和地下径流补给,其次是大气降水入渗和灌溉水回归入渗,其排泄主要有向河流排泄、地下水径流排泄、垂向渗漏和人工开采排泄四种途径;区内潜水的动态主要表现为入渗～径流型,局部为地下水浅埋地区和入渗～蒸发型动态;灌区潜水水化学类型比较单一,主要为HCO₃～Ca和HCO₃～Ca·Ma型水。选取区内的有典型代表性的较长系列的灌溉用水和地下水动态观测资料,采用水均衡法进行地下水资源量计算,从效果来看,计算结果和野外调查的实际一致,证明计算方法可行。     

黑河流域中游盆地地下水动态特征及其调蓄能力分析

40 多年来,我国西北地区大规模的地下水开发利用造成了部分地区地下水水位持续下降甚至泉水干涸,部分地区地下水仍能维持动态稳定,判断这类地区水资源开发利用是否具有可持续性是必须解决的重大科学问题。以黑河流域中游盆地作为研究对象,采用MK检验和连续小波分析等方法,分析长时间序列地下水水位数据的变化特点,研究区域地下水动态特征;结合区域水文地质条件,综合划分黑河流域中游盆地地下水补排平衡区与非平衡区;利用克里金插值法估算1990—2020 年盆地含水层对水资源的调节水量,并评价不同动态平衡区的调蓄能力。结果显示,黑河流域中游盆地地下水水位动态类型有:水文型、水文-开采型、开采型和蒸发-开采型4种长周期动态稳定型,过量开采型或上游过度引用地表水型2 种长周期持续下降型。黑河-梨园河倾斜平原、酒泉盆地和黑河中游下段侵蚀堆积平原的大厚度含水层是黑河流域中游盆地的地下水补排平衡区,其在1990—2001 年共输出地下水12.06×108 m3,2001—2020年共储存地下水9.06×108 m3。大厚度含水层为地下水的长周期调蓄提供了充足的空间,在合理控制开采量的前提下,该类含水层的天然调蓄能力可满足生产生活和下游生态用水需要。盆地地下水补排非平衡区,如黑河以东诸河倾斜平原、盐池盆地和榆木山山前诸小河流域等地区,目前的地下水开发利用方式和强度是不可持续的,应适当减少地下水开采量,调节盆地上游的引水量和开采量,抑制地下水资源枯竭。本研究成果可为西北干旱内陆地区水资源管理和持续开发利用提供参考。     

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。     

黑河中游灌区地下水位短期季节性变化趋势预测

利用黑河中游平川、板桥、鸭暖和蓼泉灌区8眼观测井的1985-2002年逐月实测平均地下水位埋深资料(共1728个月),基于帕森斯季节性指数理论,分别建立了黑河中游灌区具有代表性的平川、板桥、鸭暖、蓼泉四灌区共8眼观测井季节地下水位埋深动态变化预测模型,并用2003年各观测井的资料进行了趋势预测进行检验.结果表明:观测井地下水位变化过程呈线性递减的相关系数越显著,其拟合误差和预测误差越小.各观测井地下水位帕森斯季节性指数模型拟合差≤0.05 m的月数占总检验月数的比例平均为38.33%,拟合差≤0.10 m的月数占总检验月数的比例平均为72.50%,>0.25 m的月数占总检验月数的比例平均为2.00%;各观测井预测误差≤0.05 m的月数占总预报月数的比例平均为36.46%,预测误差≤0.10 m的月数占总预报月数的比例平均为64.38%,>0.25 m的平均比例仅为2.00%,说明帕森斯季节性指数模型可以对短期黑河中游典型灌区地下水位动态趋势进行预测.     

西北地区黑河中游盐渍化地区土壤盐分特征

土壤盐渍化是黑河中游可持续发展面临的主要问题之一,有必要深入分析该区盐渍化土壤的盐分含量以及各可溶性离子的相关性。通过野外考察和GPS定点等手段,在甘肃张掖市高台县境内黑河两侧盐渍化土壤进行了采样。采样方式为人工坑探分层取样法,地表5 cm内取样,如土壤剖面层位变化时取样,层位不变或者层位厚度超过50 cm时,平均30 cm取一次样;待水位静止后,采取地下水样品。一共坑探15个剖面,共采取90个土壤样品和15个地下水样品。样品的盐分以及各可溶性离子含量的测试结果表明:区内表层土壤属于重度盐渍土,土壤中盐类主要为硫酸盐,其次为氯化物,盐分聚集层的厚度在20~30 cm之间;在各层中,含盐量与SO24-、K++Na+、Cl-、Mg2+相关性较强,SO42-、Cl-与K++Na+的相关性较强,但在深度为90~100 cm的土层中各种相关性都减弱;土壤垂直剖面上,颗粒越细的层位其盐分含量越大,颗粒越粗的层位其盐分含量越小,而且颗粒粗大的层位越厚其表层盐渍化程度越低,颗粒细小的层位越厚则表层盐渍化程度增高。     

基于地下水陆面过程耦合模型的黑河干流中游耗水分析

耗水分析能够直接揭示水资源利用的本质, 蒸散发是流域尺度耗水的主体. 将一个典型的陆面过程模型和一个地下水模型紧密耦合, 从而在地下水模型中增加具有物理机理的蒸散发描述, 同时改进陆面过程模型中地下水的动力过程, 由此在发挥这两类模型各自优势的基础上, 构建了一个地下水-陆面过程耦合模型. 利用该模型模拟了黑河干流中游2008年逐小时的蒸散发过程. 结果表明: 黑河干流中游2008年总耗水量约为35.7×10⁸ m³, 耗水最大的地表类型是农作物为19.3×10⁸ m³、 裸地和戈壁为7.2×10⁸ m³、 草地为6.0×10⁸ m³、 稀疏植被为3.1×10⁸ m³, 其中, 不同地表类型的年蒸腾量分别为8.8×10⁸ m³、 0.02×10⁸ m³、 2.2×10⁸ m³以及0.4×10⁸ m³, 对应它们的年蒸散发强度分别为: 580 mm、 117 mm、 331 mm以及202 mm. 通过耗水平衡分析也得到2008年黑河干流中游地下水呈负平衡状态, 全年地下水超采约0.9×10⁸ m³, 其中区内地下水储量在7—11月间呈增加趋势, 其他各月呈减少趋势.     

黑河流域径流演变规律及区域性水资源优化配置分析

经对黑河流域径流演变趋势分析研究得出结论：径流的年际变化因受降水、冰川融水、地下水三种类型混合补给，其年际变化较小，有利于水资源的利用；而径流的年内分配因受季风气候的影响，水热同步，是农业灌溉非常优越的条件，但春季来水较少，经常出现卡脖子旱。过去50年径流的总体趋势是在波动中缓慢增大，未来10年径流仍将继续缓慢增大。根据黑河中下游地区社会、经济持续发展对水资源的需求，提出了区域性水资源优化配置建议。     

近三十年黑河中下游盆地地下水资源变化特征与演变趋势分析

根据1980～2005年地下水观测资料,对黑河流域中游张临高盆地与下游额济纳绿洲地下水资源变化特征及未来演变趋势进行了分析和预测。结果显示,近几十年来黑河流域中下游盆地地下水资源的变化过程主要分两个阶段。2000年黑河实施调水之前,中游盆地地下水资源主要受地表径流和阶段性土地开发利用的影响,出山径流与地下水资源的关系相对稳定,下游盆地地下水资源受中游用水的影响十分明显;从2000年实施调水后,中游盆地地下水资源与出山径流的关系发生了变化,中游盆地地下水平均水位持续下降,地下水资源量呈减少趋势,而下游额济纳旗盆地由于流入地表水数量增加,相应对地下水的补给量也增大,地下水水位则有不同程度的上升。为此,建议在水资源的利用中,应当充分利用地表水、地下水多次转化过程,最大限度地提高水资源的总体利用率。     

黑河中游绿洲农区地下水硝态氮污染调查研究

通过区域采样的方法,对黑河中游绿洲农田灌区71眼水井硝态氮(NO-3-N)含量进行了分析.结果表明:调查水井的NO-3-N平均含量为(10.66±0.19) mg·L-1,其中32.4%的水井NO-3-N含量超过饮用水标准(NO-3-N含量＞10 mg·L-1),16.9%的水井NO-3-N含量严重超标(NO-3-N含量＞20 mg·L-1).被调查的手压水井NO-3-N平均含量为17.41 mg·L-1,比饮用水机井((5.75±0.20) mg·L-1)、灌溉水机井((11.44±1.70) mg·L-1)分别高67.0%和34.3%,超标和严重超标机井所占比例分别为52.4%和28.6%;地下水观测井NO-3-N含量的平均值为(11.53±0.92)mg·L-1,超标和严重超标机井所占比例分别为50.0%和25.0%.该区域浅层地下水受到的污染较为严重,区域内深层水井也受到污染威胁.不同土地利用类型地下水NO-3-N含量顺序为:蔬菜大棚＞制种玉米＞菜田＞带田＞水稻＞小城镇.蔬菜大棚、菜田和制种玉米种植区域内的地下水污染情况严重.沙质土壤地区地下水NO-3-N含量平均值为(27.20±1.96)mg·L-1,比壤土地区的(9.93±0.87)mg·L-1高2.74倍,地下水NO-3-N含量的最大和最小值均高于壤土地区,超标率高28.3%,严重超标高52.5%,表明地下水NO-3-N污染受土壤质地影响,沙质土壤区域内的地下水更易受到污染.     

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.     

黑河流域中游水资源需求预测

通过对人口和经济这两大需水增长的内因分析,结合黑河流域中游目前社会经济环境的实际情况,分别建立宏观经济模型和人口模型,对流域中游各地区未来水平年２０２０年和２０５０年水资源需求进行了预测。在预测时,针对流域中游生态环境状况的盘点,生态环境需水中绿洲内部防风的护田林网建设需水作为外生变量处理;绿洲外围防沙的人工林、人工草场因经济价值体现的经济价值较直接,其需水纳入了需水模型体系。预测结果发现,在采取     

黑河中游水资源开发利用与管理的历史演变

从历史的角度探讨了黑河中游水资源开发利用与管理的演变过程.辨别了历史上不同时期黑河中游水资源管理的状况,分析了兴衰的原由,探讨了水资源管理演变的趋势、特征以及存在的问题,总结了历史上可资借鉴的经验,说明资源管理问题与社会问题和其他问题相互之间是不断转化的,对策措施集合也是不断调整的.简要论述了部分历史经验在建立水资源利...     

关于黑河流域洪水资源化问题的分析探讨

黑河是我国第二大内陆河,流域内水资源短缺、生态环境恶化、水事矛盾尖锐。对黑河干流莺落峡站最大30d、60d洪量对年径流量的比率和洪水水资源比率与日均流量倍比关系作了分析研究,并提出了洪水资源利用的思考,这对深入认识黑河流域洪水资源,加快洪水资源化进程是十分有益。     

运用文化理论和模糊网络分析评价黑河中游最优水资源管理风格

管理者的管理风格与环境相匹配是有效管理的关键. 采用模糊网络分析法和文化理论方法评价了黑河中游张掖市最优水资源管理风格. 以文化理论为基础, 采用理论分析法和频度分析法, 建立水资源管理风格评价指标体系. 运用网络层次分析法确定各项指标的权重; 基于网络层次分析法的计算结果, 运用模糊综合评价法对文化理论中提出的个人主义者、 宿命论者、 等级主义者和平均主义者4种风格进行实例研究, 依据分值大小进行排序. 结果表明: 等级主义者得分最高, 即为最优的管理风格. 因此, 在黑河中游水资源管理的过程中应主要实行等级主义者管理风格, 可为水资源管理部门分配人员、 选聘人才、 培训方向提供理论依据, 有助于提高水资源管理效率.     

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.