坡面薄层流水动力学特性的实验研究

采用变坡实验水槽研究了坡面薄层水流水动力学特性——流态、流速、水深及阻力系数随流量和坡度的变化规律,实验坡度5°～25°、单宽流量为0.625×10-3～12.5×10-3m3/(s·m).研究结果表明,坡面薄层水流流态与水深密切相关,坡面流的流态基本上呈过渡流和紊流;薄层水流平均流速、水深和Darcy-Weisbach阻力系数主要受流量控制,坡度的影响并不显著,其关系均可用流量和坡度的幂函数形式模拟,相关系数(R2)分别为0.98、0.97和0.95,去掉坡度后相关系数分别下降7%、16%和3%.随着雷诺数的增大,Darcy-Weisbach阻力系数下降.当单宽流量小于0.008m3/(s·m)时,坡度对阻力系数的影响较为显著;当流量大于0.008m3/(s·m)时,阻力系数基本受流量控制.随着流量增大,阻力系数呈幂函数形式递减.     

海河平原东部地区地面沉降机理与趋势

海河平原东部地区是中国水资源最紧缺的地区之一。地下水开采量占该地区供水总水量的60％以上。深、浅层地下水超采量均超过500亿m^3。该区也是山前拦蓄地表径流最高的地区,大小水库达1820多座,拦蓄能力320亿m^3,控制山区流域面积近90％。在地下水补给源减少与大规模超采地下水的综合作用下,造成平原区河流干涸、地下水水位持续下降、含水层疏干及地面沉降等环境地质问题。同时诱发了含水层之间强越流渗透以求动力场平衡问题,第四系松散地层出现垂向压密而导致地层塑性变形。在滨海平原区,区域性地层垂向压密变形存在缓慢发展趋势。研究表明,地面沉降致灾过程至少存在3个阶段,即自然沉降机制阶段、缓变劣变质变阶段以及快速衰变破坏阶段。缓变劣变质变阶段是采取措施减灾最佳时期。     

海河平原地下水资源可持续利用前景评价

本文通过综合分析海河平原地下水资源盈余量以及建立典型三级区平原开采系数与地下水水位下降速率、地面沉降速率的关系,分析了各三级区平原依靠环境容量可扩大开采量,根据疏干时限性评价指标对海河平原地下水的开采潜力进行了评价,客观展现了维持现状开采条件下研究区地下水资源可持续利用的暗淡前景。     

人类活动与海河平原水资源关系研究

海河平原是华北地区的主要平原。随着山前拦蓄地表水工程的实施，地下水资源已成为该地区的主要供水水源，在开采量增加和气候变化的影响下，水资源问题制约着该地区的发展。特别是近些年来降水量减少、气温呈上升趋势，使本来就少的水资源更削弱了补给资源。通过对降水、蒸发、地表径流、地下水流场变化、地下水资源的系列变化性分析，认为降水量减少、气温升高而引起的蒸散发量增大，人类治水工程和开采地下水等因素是造成本地区水资源减少的重要条件。     

鲁北平原地下水同位素年龄及可更新能力评价

笔者采用大量的地下水环境同位素数据,利用天然放射性氚和14C的通用测年技术,分别估算浅、深层地下水的形成年龄,评价地下水的可更新能力.研究结果表明,鲁北平原浅层地下水的主要补给来自当地的大气降水和引黄河灌溉水,循环速度较快,循环时间20~50 a,更新能力较强.深层地下水主要起源于古代大气降水,是在比现在寒冷的气候条件下由大气降水入渗形成,循环速度较慢,循环时间8~20 ka,更新能力较弱.     

地下水功能评价指标选取依据与原则的讨论

地下水功能评价是实现地下水可持续利用和有效保护生态及地质环境的重要基础,而评价的关键是指标的选取。本文在遵循主导性、可度量、可操作、覆盖面广和灵活性原则的基础上,考虑地下水功能的影响因素、表征特征,从地下水系统的驱动、状态和响应因子中筛选出地下水功能评价的指标,从而为地下水功能评价建立了一套行之有效的指标集。     

华北平原某集约化种植区地下水污染探讨

以华北平原某集约化种植区为典型研究区域,通过对采集的8个地下水样品及11个土壤样品分析,探讨集约化种植区地下水的污染程度,解析其污染影响机制。结果表明:该集约化种植地区土壤中残留物主要为有机氯农药,多环芳烃及邻苯二甲酸酯类有机化合物。地下水中硝酸盐含量显著增加;重金属中以Cr含量最高,但均未超标;地下水并未受到有机氯农药的污染,但仍显示有多氯联苯的输入;半挥发性有机物检出种类较多,其中残留农膜释放的邻苯二甲酸酯类有机化合物浓度最高;地下水已受到较为严重的污染。集约化种植区大量施用化肥、农药和覆盖农膜,污染负荷严重,灌溉频繁且量大,污染质运移驱动力大是地下水污染的根本原因;当地包气带中黏性土厚度不均以及井孔止水不严等因素也成为了地下水受到污染的直接原因。     

深层水漏斗区开采量组成变化特征与机制

为阐明强烈开采条件下华北平原深层水的开采水量来源及组成问题,以德州地区深层水漏斗分布区为重点研究区,通过基于大量钻孔资料对含水层组及其粘性土夹层或透镜体的分析和野外地下水采样、动态监测及地面沉降测量资料等分析,采用分层、分区计算方法对漏斗中心至外围的各分区弹性释水量、粘性土压密释水量、侧向流入和越流补给量进行均衡计算。结果表明:在强烈开采条件下,深层水开采量中弹性释水量和压密释水量所占比率不是常量,随着深层水位下降的幅度和深度增大、超采释压持续时间愈长、开采层中粘性土夹层或透镜体愈多,则区内弹性释水和压密释水的强度及累积地面沉降量愈大;愈靠近漏斗中心,弹性和压密释水强度愈大,相同降深下平均单位降深的地面沉降量愈小。在深层水开采量中粘性土压密释水占35.5%~61.9%,与地面沉降密切相关。     

东北典型黑土区不同土地利用方式土壤水分动态变化特征

土壤水分是农业生产和区域生态系统的重要影响因子。以黑龙江省鹤山农场2号小流域为研究区域,系统研究不同土地利用方式土壤水分的动态变化过程和剖面变化特征。结果发现:不同土地利用方式土壤含水量随观察期内降雨量时间分布波动,并且总体呈降低趋势,但各变化曲线有所差异。观测时段内土壤水分变化分为相对稳定期、消耗期和补给期;土地利用方式对土壤剖面含水量的影响随土层的加深而增大,各土地利用方式的土壤含水量随土层的加深也呈现出不同的变化趋势,并且其土壤剖面含水量变化均存在季节差异。     

开采条件下山东德州深层水资源组成及其与地面沉降的关系

针对德州长期过量开采深层水导致地下水位不断下降、地面沉降等环境地质问题,以深层地下水动态、地面沉降监测及其对应的粘性地层为主要研究对象,应用水文地球化学、地下水动力学和同位素技术方法,初步查明深层水主要形成于末次冰期盛期的大气降水补给;考虑地面沉降条件下,开采资源中20.6%的侧向径流补给和越流补给来自区域径流系统,反映深层地下水具有一定的更新能力;含水层弹性释水占17.5%,其中61.9%来自粘性土的压密释水,这是产生地面沉降的直接原因。