中国干旱区浅层地下水的形成、分布与运移

地球陆地浅层地下水的形成过程是大气降水、地表水与地下水相互转化的过程.主要依赖山区河流出山口径流维系生存和发展的中国干旱区,浅层地下水的形成过程完全不同于我国东部湿润区和青藏高寒区.研究表明:中国干旱区山地地下水以降水(雪冰融水)入渗补给为主,且最终转变为地表水补给河流,并参与平原盆地浅层地下水的形成过程;而盆地平原浅...     

河西走廊水资源特征及其循环转化规律

河西走廊水资源主要以雪冰水资源、地表水资源与地下水资源的形式存在,分布于石羊河、黑河、疏勒河3大相对独立的流域水系.南部祁连山区发育大小河流共计57条,多年平均出山径流量71.29×108 m3,总体而言,近50 a出山径流变化比较稳定.走廊平原主要由8个大型的构造地貌盆地组成,盆地地下水主要接受出山河水及引灌河水的入渗补给,是地表水资源的重复表现形式,多年平均地下水补给量为42.42×108 m3.近50 a来,地下水补给量减少了17.19×108 m3,由此引起泉水资源23 a来衰减了24.6%.受构造地貌的制约,自南部山区至北部盆地,地下水与河水之间经过5个不同地带有规律的、大数量的、重复的转化过程,形成完整统一的"山区地下水-地表水-南盆地地下水-地表水(泉水)-北盆地地下水"水资源循环系统.     

苏干湖盆地地下水氢氧稳定同位素特征及其意义

苏干湖盆地位于疏勒河流域西端,是西北干旱区独立的内流盆地。文中利用盆地内不同水体的氢氧稳定同位素样品,分析了盆地内不同水体氢氧同位素特征,揭示了盆地内水资源形成与水环境演化规律,对干旱区水资源研究有重要意义。盆地中部泉水及地下水接受出山河水大量入渗补给,地下水循环交替迅速,氢氧同位素组成与出山河水相似,是地下水的主要径流通道;党河南山、阿尔金山、安南坝山及赛什腾山山前戈壁带地下水接受山区季节性洪流补给,地下水循环交替缓慢,具贫重同位素特征;大苏干湖西端地下水同位素组成介于苏干湖湖水与山前戈壁带地下水,具富集重同位素的特征,表明大苏干湖西端地下水接受湖水的渗漏补给。受强烈蒸发影响的水体,具高矿化、富集重同位素的特征,同位素组成与盐分含量呈正相关变化,未受蒸发影响的水体,具贫重同位素的特征,同位素组成与盐分含量呈负相关变化。     

西北干旱区地表水与地下水相互转化及总水资源的计算

地表水与地下水同出一源，地表水与地下水多次转化是我国干旱区水资源的主要特点，因此研究干旱区总水资源计算不仅具有理论意义，也有重要实践意义。根据估算，干旱区总水资源量为１０４０．４×１０８ｍ３／ａ，由于干旱区地表水与地下水，从山区至平原不断转化，地表水与地下水资源总量之和，扣除总重复量，才是真实总水资源。     

河西走廊干旱区的水资源分布及循环过程

运用河西走廊3大内陆河流(疏勒河、黑河和石羊河)1955～2006年河流流量、冰川、地质水文和气象实测资料,系统分析了区域内水资源的分布规律及其循环转化关系等.结果表明,河西走廊水资源主要以冰雪水资源、地表水资源与地下水资源的形式存在,分布于3大相对独立的流域水系中；南部祁连山区发育大小河流共计57条,多年平均出山径流...     

布哈河流域中上游地区水文地球化学与同位素特征

布哈河是青海湖最大的补给水源,河流的水资源循环规律及水质演化趋势,对于维系青海湖水量及水质的稳定有着重要的意义。通过现场调查并结合水文地球化学、环境同位素分析方法,研究了河水、地下水的补给来源以及各水体之间的关联程度。结果表明:海拔4 600 m的河源区降水及雪冰融水为河水的主要补给源;河谷区地下水接受河水的入渗补给;基岩山区地下水对山前冲洪积平原地下水的补给作用明显;河谷Ⅰ~Ⅱ级阶地地下水接受河水的渗漏补给,Ⅲ级阶地地下水则接受山前洪积平原地下水的侧向径流补给及河水的渗漏补给。     

玛纳斯河流域山前平原地下水水化学特征与补给来源

山区-山前平原地下水是干旱区重要的供水水源,以西北玛纳斯河流域为例,利用水化学和环境同位素示踪,揭示了山前平原地下水水化学特征与补给来源及其局部差异的原因。结果表明:山前平原地下水多为HCO_3·SO_4-Ca、HCO_3·SO_4-Na·Ca型水,TDS介于300mg/L左右,水化学特征的局部差异受控于不同的地下水径流条件,玛纳斯河西岸更有利的径流条件形成了较东岸TDS平均偏低100～150mg/L的地下水。水化学组分主要受岩石风化控制,以硫酸盐、岩盐的溶解以及碳酸盐的溶解-沉淀和阳离子交换为水岩相互作用的主要过程。氢氧稳定同位素结果指示山前平原地下水主要接受山区大气降水形成的地下水及河水的侧向径流补给,补给受蒸发影响不强烈,不同季节和补给形式的降雨是同位素差异的主要原因。西岸地下水主要接受冬季降水补给,补给形式以山区河水为主,东岸地下水受夏季降水的补给比例更高,山区河水、地下水的共同补给为主要形式。     

基于环境同位素的陇东盆地地下水分析

目前同位素技术在水文水资源领域应用非常广泛,也取得了较大的成果,研究地下水同位素对于有效开发利用水资源和预测地下水环境的变化具有重要的意义.根据陇东盆地同位素测试结果,分析盆地地下水同位素分布特征,追溯地下水的来源及运移过程.结果发现:陇东盆地地下水均来源于大气降水,地下水循环具有浅层循环与深层循环两种模式.浅层地下水积极参与现代水循环,可更新能力较强,地貌对地下水径流控制作用明显.深层地下水为古地质时期补给形成的,水交替径流缓慢,可更新能力弱,地下水径流受地质构造控制,从向斜两翼向核部汇集在盆地中部排泄于河流基准排泄面.     

陇东盆地白垩系地下水运移研究

陇东盆地气候干旱、降雨稀少,盆地内分布着复杂的地下水含水层,如何有效的评价地下水资源量,怎样合理的开发利用地下水资源成为亟待解决的问题。因此,以白垩系环河组地下水为例,在研究区沿泾河和马莲河共采集水化学样25组,同位素样30组,通过对比分析地下水与地表水水化学样和同位素样的测试结果,来探讨陇东盆地白垩系地下水的控制因素和运移规律。陇东盆地白垩系地下水水化学、同位素特征表明:地下水源于大气降水,向斜两翼为现代降水,向斜核部多为古地质历史时期大气降水;地下水从东西两翼顺层汇集到天环向斜核部,在盆地中部地区河流下游地段排泄于河流或流出盆地;盆地西翼地下水径流交替较东翼快。受陇东盆地地层结构的影响,白垩系地下水向斜核部运移缓慢。     

河西地区水量平衡与绿洲建设

本文根据近年来的最新研究成果,计算和报导了河西内陆干旱区及其径流形成区(山区)和径流散失区(平原)的具体水量平衡数据资料。山区和平原的水量平衡方程完全不同,祁连山区形成的70多亿立方米的地表和地下水资源,是改善平原局部地区水量平衡,变荒漠为绿洲的基本依据。此外,还根据河西地区水资源形成、转化特点,用水量平衡原理论证了正确计算总水资源的方法;开发利用地下水,最大限度地夺取无效蒸发,是提高总水资源利用率的基本途径;水土平衡失调,水资源开发利用过度,是绿州不稳定的根本原因。     

Hydrochemical characteristics and evolution of groundwater in the dried-up river oasis of the Tarim Basin,Central Asia

Intense human activities in arid areas have great impacts on groundwater hydrochemical cycling by causing groundwater salinization. The spatiotemporal distributions of groundwater hydrochemistry are crucial for studying groundwater salt migration, and also vital to understand hydrological and hydrogeochemical processes of groundwater in arid inland oasis areas. However, due to constraints posed by the paucity of observation data and intense human activities, these processes are not well known in the dried-up river oases of arid areas. Here, we examined spatiotemporal variations and evolution of groundwater hydrochemistry using data from 199 water samples collected in the Wei-Ku Oasis, a typical arid inland oasis in Tarim Basin of Central Asia. As findings, groundwater hydrochemistry showed a spatiotemporal dynamic, while its spatial distribution was complex. TDS and δ¹⁸O of river water in the upstream increased from west to east, whereas ion concentrations of shallow groundwater increased from northwest to southeast. Higher TDS was detected in spring for shallow groundwater and in summer for middle groundwater. Pronounced spatiotemporal heterogeneity demonstrated the impacts of geogenic, climatic, and anthropogenic conditions. For that, hydrochemical evolution of phreatic groundwater was primarily controlled by rock dominance and evaporation-crystallization process. Agricultural irrigation and drainage, land cover change, and groundwater extraction reshaped the spatiotemporal patterns of groundwater hydrochemistry. Groundwater overexploitation altered the leaking direction between the aquifers, causing the interaction between saltwater and freshwater and the deterioration of groundwater environment. These findings could provide an insight into groundwater salt migration under human activities, and hence be significant in groundwater quality management in arid inland oasis areas.     

近期新疆湖泊变化所示的气候趋势

由绿洲及其所在荒漠盆地平原与周边山地系统共同组成的新疆地域系统、是我国西北干旱区的主要部分之一。由于荒漠盆地平原系统不产生径流 ,因此 ,地表水、浅层地下水和泉水、湖泊都必然地以相邻的山地系统为供给水源地。从山地进入荒漠盆地平原的河流就成为主要供给渠道。博期腾湖、艾丁湖、艾比湖 1 995年以来 ,湖水水位明显升高 ,湖水面积的不断扩大 ,从湖泊水面面积的演变过程 ,主要水源变化 ,气温略微上升 ,降水显著增多诸因素综合系统分析 ,说明在全球气候背景下 ,区域气候和水文变化朝着有利新疆社会经济发展的方向演变 ,这种趋势将持续到 2 1世纪前 1 0年     

新疆现代绿洲稳定性的尺度条件简析

运用生态经济学理论,研究绿洲稳定性概念指出:绿洲稳定性表现在一定尺度条件下,不同尺度的主要驱动机制不同,稳定性概念也不同;绿洲稳定性的驱动力具有综合性,在大时空尺度下自然驱动力是基础和背景,小时空尺度下人文驱动力是主导;现代绿洲稳定性概念应在绿洲生态经济系统中考察、定义。     

亚洲中部干旱区绿洲水热匹配与生物、农业技术适应性分析

亚洲中部干旱区“中亚天山北坡—新疆天山北坡—甘肃祁连山北坡”山前平原，在古丝绸之路和现代丝绸之路经济带时期均为社会、经济、文化最繁荣的重要地区。而一个地区某生物的生长发育除与降水、气温有关外，还与当地的水热匹配特征密切相关。中亚天山北坡区段水热不同步—新疆天山北坡区段水热较同步—甘肃祁连山北坡河西走廊区段水热同步的生态环境，深刻地影响着当地的天然动植物种类及其生长发育，使某些生物在研究区内各区段间形成了发生中心区、扩散区及无发生区的规律性分布；不同区段多项绿洲农业技术的差异性也反映出其对当地水热匹配特征的适应性。     

Long-term variations in runoff of the Syr Darya River Basin under climate change and human activities

In this study,we analyzed the hydrological and meteorological data from the Syr Darya River Basin during the period of 1930–2015 to investigate variations in river runoff and the impacts of climate change and human activities on river runoff.The Syr Darya River,which is supplied by snow and glacier meltwater upstream,is an important freshwater source for Central Asia,as nearly half of the population is concentrated in this area.River runoff in this arid region is sensitive to climate change and human activities.Therefore,estimation of the climatic and hydrological changes and the quantification of the impacts of climate change and human activities on river runoff are of great concern and important for regional water resources management.The long-term trends of hydrological time series from the selected 11 hydrological stations in the Syr Darya River Basin were examined by non-parametric methods,including the Pettitt change point test and Mann-Kendall trend tests.It was found that 8 out of 11 hydrological stations showed significant downward trends in river runof f.Change of river runoff variations occurred in the year around 1960.Moreover,during the study period(1930–2015),annual mean temperature,annual precipitation,and annual potential evapotranspiration in the river basin increased substantially.We employed hydrological sensitivity method to evaluate the impacts of climate change and human activities on river runoff based on precipitation and potential evapotranspiration.It was estimated that human activities accounted for over 82.6%–98.7%of the reduction in river runoff,mainly owing to water withdrawal for irrigation purpose.The observed variations in river runoff can subsequently lead to adverse ecological consequences from an ecological and regional water resources management perspective.     

地下水位下降对区域气候影响的虚拟试验

利用数值模拟方法,研究我国西北地区地下水位大幅度下降对干旱、半干旱气候变化的影响,并对地下水位变化和大气降水相互作用的反馈机制进行探讨.结果表明,地下水位大幅降落可以引发显著的气候效应,不仅引起降水的大幅度减少和近地面的增温,而且通过对土壤水状况的改变,引起了边界层结构和陆-气通量交换的变化.这些变化引起了局地对流层中低层大气环流的调整,进一步影响干旱气候.通过虚拟试验,反映了地下水变化对土壤水和大气降水等水分循环过程和干旱气候的巨大影响.     

干旱区山地生态格局与可持续发展

我国干旱区以山地-绿洲-荒漠组成的独立的内陆自然体系为重要特征。在这个体系中,山地为绿洲区提供了几乎所有的水资源;山地是干旱区最主要的林业及牧业基地;山地是干旱区绝大部分矿产、旅游资源所在地;山地是干旱区生物多样性、文化多样性集中地。没有山区的生态稳定,就没有干旱区的可持续发展。但是,多年来干旱区山地遭受森林破坏、草地退化、污染等影响,正侵蚀着干旱区可持续发展的根基。特别是干旱区在研究和政策上,重绿洲轻山地,使山区没有受到应有的重视。本文概括出干旱区山地的四种生态格局：基本格局、草原-草甸优势格局、草原-荒漠优势格局及内部湿地中心格局。简要论述了干旱区山地森林稀有资源管理的“奥依塔克模式”、山地保护与发展相协调的“巴音布鲁克模式”、中国西部山地发展的一般模式,并首次提出了中山带发展战略,使干旱区形成绿洲-中山立体双带发展模式。     

Spatiotemporal changes in water,land use,and ecosystem services in Central Asia considering climate changes and human activities

Central Asia is located in the hinterland of Eurasia, comprising Kazakhstan, Uzbekistan, Kyrgyzstan, Turkmenistan, and Tajikistan; over 93.00% of the total area is dryland. Temperature rise and human activities have severe impacts on the fragile ecosystems. Since the 1970s, nearly half the great lakes in Central Asia have shrunk and rivers are drying rapidly owing to climate changes and human activities. Water shortage and ecological crisis have attracted extensive international attention. In general, ecosystem services in Central Asia are declining, particularly with respect to biodiversity, water, and soil conservation. Furthermore, the annual average temperature and annual precipitation in Central Asia increased by 0.30°C/decade and 6.9 mm/decade in recent decades, respectively. Temperature rise significantly affected glacier retreat in the Tianshan Mountains and Pamir Mountains, which may intensify water shortage in the 21^st century. The increase in precipitation cannot counterbalance the aggravation of water shortage caused by the temperature rise and human activities in Central Asia. The population of Central Asia is growing gradually, and its economy is increasing steadily. Moreover, the agricultural land has not been expended in the last two decades. Thus, water and ecological crises, such as the Aral Sea shrinkage in the 21^st century, cannot be attributed to agriculture extension any longer. Unbalanced regional development and water interception/transfer have led to the irrational exploitation of water resources in some watersheds, inducing downstream water shortage and ecological degradation. In addition, accelerated industrialization and urbanization have intensified this process. Therefore, all Central Asian countries must urgently reach a consensus and adopt common measures for water and ecological protection.     

塔里木河生态环境演变及整治途径

在以农业为主的生产方式下 ,塔里木河生态环境演变是绿洲与沙漠同时扩大 ,而处于两者之间的自然林地、草地、野生动物栖息地和自然水域不断缩小 ,也即荒漠与绿洲之间过渡带缩小 ,这主要是由于人类活动改变了区域水量平衡、水盐平衡和生态平衡造成。塔里木河整治应实行治理上游、改造中游、拯救下游 ;合理利用水资源 ,使上、中、下游相对平衡 ;保护自然植被使下游绿色走廊得以恢复     

亚洲中部干旱区湖泊的地域分异性研究

湖泊是干旱区气候与环境变化的敏感指示器,了解干旱区湖泊的空间分布和变化特征,有利于正确分析和评估气候变化和人类活动对干旱区水资源的影响。采用2010年的Landsat 遥感数据资料,对新疆、中亚五国及其毗邻高山地区的湖泊制图,并分析该区域内湖泊的数量、面积的时空分布特征。研究表明：① 2010年研究区域内大于0.01 km²以上的湖泊总数为30 952个,总面积为496 674.35 km²,其中哈萨克斯坦北部、阿尔泰山地区和昆仑山南麓是湖泊富集的地区。② 湖泊数量与湖泊面积呈幂指数关系,湖泊面积每升高一个10的量级,该量级内的湖泊数量下降4~6倍,湖泊面积增加1~2倍,与全球的湖泊分布相比,属于湖泊分布相对稀少的地区。③ 湖泊数量在纬度带的空间分布相对均一,大型湖泊集中分布在41°~44°、46°和48°~50°的纬度带上;低海拔地区的湖泊数量多,面积大,高海拔地区湖泊数量多,面积小;山区、河谷湿地和哈萨克斯坦北部草原湖泊数量多;荒漠区湖泊分布稀少。④近20 a来,高山地区湖泊与平原地区湖泊呈相反的变化模式,高山地区湖泊处于稳定或快速扩张态势,而平原地区的湖泊剧烈萎缩。