城市化对地下水流系统的影响

随着世界经济的飞速发展和人口增长,城市的规模和数量也在急剧增加,城市化的趋势变得日益明显,尤其在发展中国家。在这一过程中,地下水所扮演的角色越来越重要,揭示城市化与地下水各方面之间的相互影响规律以实现其可持续发展,成为一个全球性的重要研究课题。本文在分析世界城市人口增长规律和地下水对城市供水的重要性基础上;以三个典型示范城市为例,进一步具体探讨了城市化对地下水补给与地下水流系统的影响。最后认为,城市化会引起地下水补给量的增加;但城市大规模和经常性毫无节制地开采地下水可产生明显的地下水位下降、地面沉降和盐水入侵而导致地下水流系统的剧烈改变。     

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。     

Dupuit模型的改进——具入渗补给

Dupuit（1863年）提出的模型是“圆岛状含水层稳定井流模型”,这个模型只有侧向湖海边界条件,而不涉及上边界降水入渗补给条件。因此,Dupuit模型只能在旱季用于地下水井流试验求取含水系统的参数,而不能够用于预测。文章发展Dupuit潜水井流模型,考虑地面均匀稳定入渗补给（蒸发排泄示为其负值）作用。以质量守衡原理为基础,假定渗流服从Darcy定律并满足Dupuit徦定,建立极坐标下的地下水流微分方程,再依边界条件建立相应的流量方程和水位方程。这些方程为具地面入渗补给条件下井流试验求取水文地质参数以及预测相应条件下地下水抽水的效果,提供了基础条件。讨论了引入Dupuit假定对本问题解析研究可以降维（略去z变量）带来好处的同时,在地下水分水岭附近及抽水井附近可能出现偏离Dupuit假定,建议在抽水试验求取含水层参数时,观测孔的部署要尽量回避这些区段。     

甘肃石油河流域地下水补给来源与演化特征分析

针对石油河流域所包含的赤金盆地与花海盆地,综合利用地下水水化学指标与稳定同位素技术系统地研究了地下水的补给来源与演化规律。其中赤金盆地地下水化学演化受控于溶滤作用,方解石、白云石、石膏等不断地溶解进入低矿化度的地下水中导致Mg²⁺+Ca²⁺与HCO₃^-+SO₄^2-沿1∶1等量线分布;而花海盆地高矿化度地下水中的Na⁺与SO₄^2-、Na⁺与Cl^-均有较好线性关系且多数矿物饱和指数>1,表明芒硝溶解控制了地下水中主要离子成分且地下水演化过程转由蒸发浓缩作用主导。赤金、花海盆地地下水氢氧同位素沿祁连山大气降水线分布或于右下方,二者特征相似,但后者更为富集重同位素,反映研究区地下水主要补给来源为祁连山大气降水或石油河河水;此外,两盆地间水力联系紧密,前者补给后者,因此在水资源开发利用时应将两盆地作为整体进行统筹管理,避免不合理开采造成环境地质问题。     

时变补给条件下河渠间潜水的一维非稳定运动

针对河渠间潜水的一维非稳定运动,考虑了补给强度的时变性,根据Boussinesq方程的第一线性化方法,应用Duhamel原理得到了方程的解析解,进一步得出补给强度为指数函数和三角函数的潜水位计算公式。通过算例分析补给强度指数增加、指数衰减和正弦函数变化条件下潜水面的变化特征,指数增加条件下潜水位单调增加,分水岭从高水位一侧向河间地块中部移动;指数衰减条件下潜水位先增大,后减小,具有一个峰值,分水岭先从高水位一侧向河间地块中部移动,之后随补给强度减弱返回到高水位河渠;正弦函数变化条件下潜水位表现出周期性起伏变化,且水位对补给的响应具有明显的时滞性,分水岭在高水位河渠与河间地块中部之间往复移动。研究结果可为量化分析地下水系统对气候变化的响应以及地表水地下水转化规律等问题提供理论依据。     

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.      

潜水质量安全评价指标体系的研建:以西安为例

把潜水作为被保护的目标主体,评价和研究在环境作用下潜水自身质量上的安全程度,特别突出污水入渗对潜水安全的威胁;创建了潜水质量安全评价指标体系——DRAUGHTS体系,建立了相应的计算公式。创建的潜水质量安全评价指标体系包含潜水埋深等级分量、大气降水净补给量等级分量、含水层介质的类别等级分量、渗透系数等级分量、包气带介质的类别等级分量、污水补给质量等级分量、污水补给数量等级分量以及土壤介质的类别等级分量共八大因子,其中既含有制约潜水抗污染能力的多项内在因子,又含有对潜水水质作用强度的多项外界因子,特别强化了外界对潜水水质的作用。按照潜水质量安全指数,由小到大划分出5个安全等级,从1级到5级,其安全程度由好到差。最后,以西安市平原区作为干旱半干旱地区大都市的案例,将DRAUGHTS体系应用到案例区的潜水质量安全评价研究中。结果表明:案例区的潜水质量安全程度与渗漏补给潜水的污水质量和数量密切相关,与实际情况吻合,证明创建的DRAUGHTS体系在案例区的应用是成功的,结果是可信的。该评价指标体系是可行的,可以推广应用到类似条件地区的潜水质量安全评价中。     

官桥断块地下水资源量分析评价

在收集利用前人研究成果的基础上,采用补给量法计算地下水资源量,开采系数法计算地下水可开采资源量,通过调查统计获得地下水开采资源量,最后得到研究区地下水的补给资源量、可开采资源量及剩余资源量,提出地下可持续开发利用建议。     

屋面雨水回灌裂隙岩溶水工程风险评价

济南城市雨洪水回灌岩溶含水层是维护自然水循环,增加地下水补给量,维持济南泉群喷涌以及城市防洪的有效途径。但由于裂隙岩溶含水层具有渗透系数大、水流速度快,地下水一旦污染很难短时间恢复等特点,需要对回灌工程开展风险评价。本文以济南大学西校区的屋面雨水深井回灌裂隙岩溶水工程为例,利用澳大利亚MAR指南对工程进行风险评价。主要由初级风险评估、试运行调查、试运行风险评价及风险控制与管理4部分组成。初级风险评估结果显示屋面雨水回灌裂隙岩溶含水层工程的总体难度水平较低,项目可行。试运行调查期间监测的屋面雨水和回灌前后地下水水质可知屋面雨水经初期弃流、沉淀和过滤后,除浊度外基本达到地下水Ⅲ类标准,且处理后达标的雨水可迅速补充地下水。试运行风险评价结果显示屋面雨水中浊度经预处理后仍较高,使其成为该系统的最大风险项和关键控制点,故本项目的风险控制措施为改进预处理设施,降低雨水中的浊度。为保证工程能够高效持续运行,加强后期管理也尤为重要。