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。     

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。     

黑河流域中西部子水系水资源分布特征研究

根据研究区的气象、水文、地质和冰川等资料,结合野外调查,研究了黑河流域中西部子水系的降水资源、冰川资源、地表水资源、地下水资源、水资源总量及其时空分布特征.山区水资源主要由祁连山南部的降水、冰雪融水等形式补给,以冰川、地表水、地下基流形式存在,冰川融水补给量为0.5532×108m3,地表水资源量为11.64×108m3,出山口基流量为5.264×108m3.河流进入山前平原后,地表水与地下水多次重复转化,南盆地地下水资源量为8.74×108m3,北盆地地下水资源量为2.06×108m3.中游耗水量的增加,加剧了中游和下游地区用水矛盾.对河流水质现状进行了分析评价,中、下游受生活污水、工业废水、农业退水的影响,河流水质较差.随着张掖市节水型社会建设和黑河流域综合治理的逐步推进,黑河流域中西部子水系的水资源问题日趋突出,研究水资源的分布特征,可为区域水资源的管理调度、可持续利用提供科学的决策依据.     

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.     

生态输水期间额济纳绿洲区地下水动态数值模拟

根据额济纳盆地的水文地质条件,采用地下水数值模拟软件GMS建立了额济纳绿洲区地下水流数值模型。根据模拟结果分析了生态输水期间(2001~2011年)研究区地下水量均衡要素和地下水位、水量的年际动态变化。研究结果表明:(1)生态输水期间额济纳绿洲区地下水的年平均排泄量为3.54×108m3/a,年平均补给量为3.67×108m3/a。其中,河道渗漏和潜水蒸发分别占地下水补给和排泄的78%和63%;(2)生态输水期间额济纳绿洲区地下水量变化总体为正均衡,均衡差0.13×108m3/a。其中,2001、2004、2009和2010年为负均衡,其他年份均为正均衡;(3)对整个绿洲区而言,潜水补给承压水,平均补给量为0.23×108m3/a;(4)生态输水期间绿洲区的地下水位总体是抬升的,抬升速率0.02m/a。河道附近地下水位的抬升速率大于0.04m/a,较其他区域明显,受河水演进的影响,最大值出现在东河最下段。     

黑河中游不同灌溉方式下地下水入渗补给特征研究

降水和人工灌溉是黑河中游浅层地下水重要的补给来源。长期以来入渗补给量评价采用经验参数法,但没有成熟的监测方法和实证数据。采用人工溴示踪法研究黑河中游不同灌溉条件和不同深度条件下的地下水入渗补给规律。结果表明:研究区大气降水条件下包气带溴离子含量峰值年均运移距离为21.25 cm,年平均入渗补给量为11.93 mm,入渗补给系数为0.1;大水漫灌条件下包气带溴离子含量峰值年均运移距离为86.51 cm,年平均入渗补给量为148.7 mm,入渗补给系数为0.16;小水漫灌条件下包气带溴离子含量峰值年均运移距离为46.35 cm,年平均入渗补给量为 53.81 mm,入渗补给系数为0.07;滴灌条件下年包气带溴离子含量峰值年均运移距离为41.72 cm,年平均入渗补给量为52.6 mm,入渗补给系数为0.11。人工溴示踪剂应投放在包气带水分单向入渗下行区,一般西北内陆盆地在地表3 m以下为宜。此研究成果可为黑河流域地下水资源评价提供实证参数,对西北内流盆地地下水水资源量与合理开发利用的科学认识具有重要意义。     

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。     

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。     

河北平原地下水资源与可持续利用

河北平原是我国水资源供需矛盾最为突出的地区之一,自70年代以来大量动用地下水的储存量,导致山前局部地区浅部含水层疏干,中东部平原深层地下水水位大幅下降,并诱发了地面沉降等一系列环境地质问题。河北平原地下水总补给量约139 62×108m3 a,可采资源为107 75×108m3 a。1985～1995年地下水平均开采量133 1×108m3 a,即平均超采25 35×108m3 a,其中深层淡水超采10 01×108m3 a。本文提出调整布局,充分挖掘地下水资源潜力。河北平原中东部咸水分布区的浅层淡水分布面积17857km2,尚有约20×108m3 a的开采潜力。节约挖潜,调整产业结构,使工农业结构及人口适应水资源的承载力。合理调控地下水的开采深度,浅层水循环交替积极,具有开放性和可恢复性,采补均衡的着力点应放在浅部。地下水资源的可持续利用与社会经济可持续发展的结合点,在于维护浅部地下水动态均衡上。     

乌鲁木齐河流域北部平原地下水可持续开采方案分析

乌鲁木齐河流域北部平原局部地区出现了地下水水位下降和生态环境退化等问题。为了实现地下水可持续开发利用,结合《乌鲁木齐市水资源综合规划报告》和《米东新区水资源规划报告》设计了现状开采方案、增加补给量方案、减少开采量方案和增加补给量与减少开采量联合方案。运用北部平原地下水非稳定流模型对这四个地下水开发情景模拟方案进行了模拟,模拟的时间段为2007～2050年。对预测期间地下水水位的动态变化、地下水水位降深及水均衡进行了分析,确定了增加补给量与减少开采量联合方案是乌鲁木齐河流域北部平原地下水的可持续开采方案。实施该方案应从北水南调引0.7×108m3/a地表水用于北部倾斜平原的农业灌溉,同时要减少地下水超采地区的地下水开采量0.50×108 m3/a。     

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。     

遥感技术和FEFLOW在北京市平原区地下水合理开发利用中的应用

在分析水文地质条件的基础上,采用遥感技术准确确定了北京市平原区地下水系统边界,并建立了地下水系统概念模型。采用基于有限元原理的FEFLOW软件建立了相应的地下水数值模拟模型,以2000年到2003年连续4个枯水年的地下水位动态资料对模型进行了验证和识别。运用识别后的模型进行了现状地下水水均衡、各典型水文年的补给量和开采潜力分析,并提出了地下水合理开发利用对策。研究表明识别后的模型置信程度较高,反映了实际的水文地质条件;2000年至2003年地下水系统均衡分别为-7.73亿m3、-6.02亿m3、-5.95亿m3和-4.38亿m3,补给总量分别为16.98亿m3、18.68亿m3、18.75亿m3和20.32亿m3;多年平均地下水补给资源量为22.98亿m3。平谷和昌平地区地下水还有开采潜力,密怀顺平原和城近郊区地下水已过量开采。地下水的合理开发利用应致力于开源节流、地表水地下水联合调蓄和中水回用。     

北京西郊地下水库模式研究

在水文地质条件分析的基础上,探讨北京西郊地下水库调蓄工程的模式。北京西郊位于永定河冲洪积扇的中上部。文中首先论述了北京西郊的水文地质条件和水库的边界条件,地下水库的面积为333 km2,以1983年为最高水位,计算出地下水调蓄库容为8亿m3。地下水库的补给源主要有永定河洪水、官厅水库放水和弃水、用水低峰时南水北调的尾水、城市雨水等,主要调蓄方式为河道、砂石坑和大口井。提出了地下水库工程由回灌水预处理工程、回灌工程、地下水库工程和取水工程等组成,根据北京市西郊水文地质条件、水源以及回灌条件,提出了北京西郊地下水库调蓄工程的三种模式,阐述了各种模式的空间分布、调蓄水源、调蓄方式等,为地下水库工程前期论证和建设提供设计依据。     

甘肃省地下水资源及其开发利用状况研究

甘肃省地处我国西北内陆,地下水资源匮乏,水资源供需矛盾突出,查明地下水资源大账显得十分必要。本文在全面收集和分析以往不同时期水文地质勘查及研究成果基础上,按不同水文地质单元、行政区划、地貌单元较系统地总结了各区地下水资源量,简要分析了开发利用状况。结果表明,甘肃省地下水天然补给资源量132.79×108m^3/a。其中,内陆河流域51.80×108m^3/a,黄河流域47.07×108m^3/a,长江流域33.91×108m^3/a;西部地区57.86×108m^3/a,东部地区20.97×108m^3/a,南部地区53.95×108m^3/a;山区80.98×108m^3/a,平原区51.80×108m^3/a。全省现有地下水开采机井约3.5×104眼,地下水开采量26.2×108m^3/a,地下水可开采资源量53.89×108m^3/a。西部地区开发利用程度较高,尤其是石羊河的民勤县地下水严重超采。东部和南部地区开发利用程度较低。     

The impact of the development of water resources on environment in arid inland river basins of Hexi region, Northwestern China

Water resources use is a key parameter in the hydrological cycle, especially in arid inland of Northwest China, groundwater movement and circulation processes are closely related to the surface water, while recoverable and renewable groundwater mainly comes from the conversion of surface river water, and there is extensive transfer among rainfall, surface water and groundwater. Human activity, in particular, large-scale water resources exploitation and development associated with dramatic population growth in the last decades, has led to tremendous changes in the water regime. There are misuse and wastage of surface water with traditional multi-channel irrigation for most rivers, which in turn leads to over-exploitation of groundwater to augment supplies. This situation has been exacerbated by rapid population growth and socio-economic development, with decreased irrigational systems return to groundwater due to the irrigation system in the middle reaches of rivers in the Hexi region becoming better. The investigations of this study revealed that over the last decades, man-made oases have developed rapidly in various inland river basins. With the increasing human demand for water, the contradiction between water demand and water supply is becoming increasingly acute and the amount of groundwater usage significantly increased. Notwithstanding the annual surface water from mountains is relatively stable in the Hexi region, the recharges of groundwater have been reduced by 11.1%, with a maximum reduction of 50% in the Shiyang River basin. Groundwater abstraction increased by approximately six times, particularly in the Shiyang River basin, groundwater abstraction exceeds recharge by 4.1×10⁸ m³ year⁻¹ in recent decades. Consequently, the groundwater level has declined widely by 3–16 m, with a maximum decline of 45 m in several groundwater observation wells in the Minqin basin on the lower reaches of the Shiyang River basin. These cause serious human activity-induced environmental problems, such as water-quality deterioration, vegetation degradation, soil salinization and land desert desertification, etc. It is suggested that modernized irrigation technology and new regulation to cover water resources management and allocation with the river basins are urgently needed to achieve a sustainable development. The aim of this study is to analyze the impact of the development of water resources on the environment in arid inland river basins in Northwestern China, which were analyzed by comparing the three main river basins (i.e., the Shuilei, the Heihe and the Shiyang River basins) with different water resources development cases.     

东北地区水资源现状及可持续利用对策

根据系列资料分析计算,东北地区水资源量多年平均为1600.56×10⁸m³/a,水资源可利用量为880.21×10⁸m³/a.随着经济社会的飞速发展,水资源可持续利用的基础日趋脆弱.在分析水资源现状及开发利用存在问题的基础上,提出了综合规划、科学管理、联合调蓄、统筹兼顾、开源节流、综合利用、优化环境、保护水资源等水资源可持续利用对策.     

四川盆地海相碳酸盐岩的油气成藏条件

四川盆地位于亚洲大陆中南部,是我国最大的外流盆地。油气资源评价结果(2008)表明,四川盆地海相地层待发现资源量约为50111.84×108m~3,资源勘探潜力巨大。本文从地层的划分、层序格架及层序岩相古地理特征等方面,对四川盆地海相碳酸盐岩油气成藏条件做了进一步研究。认为研究区烃源岩包括下志留统、中二叠统、上二叠统龙潭组和上三叠统须家河组等4套岩石,及局部发育的上二叠统大隆组。储集层粉为构造成因类和沉积成因类,构造成因主要包括裂缝性储层;沉积成因类储层主要是礁滩储层、内幕白云岩储层和风化壳岩溶储层。中二叠统气藏主要为自生自储的裂缝性气藏和台内滩相气藏;茅口组顶部和雷口坡组顶部发育风化壳型气藏;吴家坪组、长兴组及飞仙关组地层含礁滩型气藏;嘉陵江组和雷口坡组地层含内幕白云岩型气藏。     

潜水人工补给新方法

为了有效增加地下水资源可利用量,对潜水人工补给方法进行了创新。在分析地下滴灌技术、地下水人工补给方法的基础上,提出建设地下暗管式人工补给系统的具体思路,给出了稳定下渗状态下系统补给量的估算方法;并基于台兰河地下水库实际水文地质条件,计算了修建10 km入渗暗管时系统的补给量。对建设地下暗管式人工补给系统的优缺点、适用条件及其各构筑物的结构设计原理进行了初步探讨。结果表明:地下暗管式人工补给系统可以最大程度地减少表层土壤的含水量及陆面蒸发损失;同时,10 km入渗暗管仅从当年11月至翌年2月入渗水量便可达约220万m³,这可为地下水库人工补给提供有力保障。总之,地下暗管式人工补给系统是水资源高效利用的一种创新模式,对实现水资源合理配置,保障地区用水安全具有重要意义。