河北南部平原地下水位变化趋势及其对农业生态环境的影响

简要介绍了河北南部平原石家庄市、衡水市与沧州市地下水位平均埋深、影响与对策，建立了石家庄市地下水位平均埋深与粮食总产、降水量的回归关系。较详细地分析了地下水水环境问题及其对策，这些水环境问题有：地下水超采、地下水降落漏斗与地面沉降、地下水污染（农药、化肥型氟中毒）等，建立了石家庄漏斗、冀枣衡漏斗和沧州漏斗中心闰埋深与降水比率、地下水累积开采量的回归关系。     

我国地下水开发利用中的水环境问题及其对策

论述了我国地下水开发利用中出现的区域地下水位下降、地下水资源枯竭、地下水水质恶化、海水入侵、地面沉降、地面裂缝和地面塌陷等水利环境问题,并提出了对策与建议,以期达到环境保护成为社会发展过程中的一个重要组成部分。     

断裂错动与水作用下的地层位移及应力变化

[目的]在断裂活动和地下水位变化条件下,对地裂缝上下盘地层的沉降位移与应力变化进行分析,为深入研究地裂缝的形成机理提供参考。[方法]以北京市高丽营地区地裂缝为研究背景原型,基于其活动特征,分析了该地裂缝的发育与断裂构造及地下水水位变化之间的关系,并运用数值模拟方法分别研究了两种诱因作用下模型地层的沉降位移及土体内部应力的变化规律。[结果]断裂错动作用下,地裂缝上盘土层的沉降变形响应程度大于下盘,地表竖向位移变化曲线近似呈反"S"形态,且上盘应力降低区的范围大于下盘应力增强区的范围;地层沉降量随地下水位的下降而不断增加,其土体应力变化曲线呈"中心对称"。[结论]断裂两侧附近的土体沉降位移和应力变化的差异较明显,且差异沉降与水位降深呈正相关,地下水位下降易诱发地裂缝的影响范围是上盘45m和下盘35m,研究成果可为地裂缝灾害地区的防灾减灾提供科学的理论依据。     

2011—2020年新疆鄯善县地下水位时空动态变化规律

[目的] 分析新疆鄯善县2011—2020年地下水位时空动态规律及未来变化趋势,为该区地下水超采治理和地下水位管控指标确定提供科学支撑。 [方法] 利用聚类分析与相关性分析结合的方法,划分地下水动态类型,采用时间序列分析法、地统计学法,结合多元Logistic回归模型,分析地下水位时空变化规律及主要驱动因素,并利用R/S分析法预测地下水位未来变化趋势。 [结果] ①地下水动态类型分为开采型、径流型、径流—开采型及蒸发型,以开采型为主,所占比例达75%。 ②2015—2018年北盆地地下水位由下降趋势变为上升趋势,2018年后又变为下降趋势;南盆地地下水位一直呈下降趋势,2015年后下降速率显著减缓。 ③北盆地地下水位变化主要驱动因素为地下水开采及地表水径流量,贡献率分别为68.46%,28.37%;南盆地主要驱动因素为地下水开采,贡献率为89.74%。 ④在外界环境稳定情况下,预计七克台镇及南盆地北部灌区地下水位将会持续下降,辟展乡地下水位持续上升,其他区域呈不明显的变化趋势。 [结论] 地下水开采是地下水位变化最重要的影响因素,为遏制地下水位下降,应在地下水位下降显著区域继续加大压减地下水超采量。     

地下水埋深对春玉米田土壤水分及产量的影响

通过6种地下水位控制处理和对照春玉米试验,探讨了地下水埋深对春玉米农田土壤水分、产量以及水分利用效率的影响。结果表明,地下水埋深对春玉米0～100cm层次土壤水分的影响较大。地下水位越浅这种影响显得越明显;无论地下水埋深深浅,田间累计地下水补给量变化规律可分为4个阶段,即稳定增长期、缓慢增长期、快速增长期和趋于稳定期。地下水位越高,累计地下水补给量越大,土壤排水量越大。较大降雨后土壤开始排水日期随着地下水埋深加深而滞后;地下水埋深1.0m时春玉米产量和水分利用率最高。地下水位在1.0m以下时,水分利用效率随地下水位加深而减少。     

塔里木河中游沙漠化地区地下水位遥感监测

[目的]探讨沙漠化地区地下水位的分布状况及其对沙漠植被的影响,为塔里木河流域生态环境保护提供科学依据。[方法]利用MODIS卫星遥感数据,采用遥感—数学—模型学融合的研究方法,在实地考察塔里木河中游区域的地下水位、土壤水分和其他辅助资料的基础上,通过建立土壤水分和地下水位的线性方程,提出在土壤中存在毛细管补给条件时,简便、有效地监测沙漠化地区地下水埋深的监测模型,并在塔河中游沙漠化地区进行实地验证。[结果]该模型反演地下水位和实测地下水位之间的相关系数为0.896 9,误差较小。研究结果符合实际。[结论]在较大范围且地下水埋深不大于6m的沙漠化地区,利用MODIS多波段遥感模型监测并评价地下水位埋深的空间分布是可行的。     

基于人工神经网络的宝鸡市市区地下水调控方案研究

为合理确定地下水调控方案,采用BP算法,研究了宝鸡市区地下水位动态变化过程,建立了地下水位动态变化预测模型,通过对1990-2005年地下水数据的训练,预测了未来3 a的地下水变化情况,结果表明预测结果与实测结果非常吻合,说明BP模型能较好地预测宝鸡市区地下水位动态变化;依据此模型,结合宝鸡市水资源开发利用现状及未来水利工程建设规划,提出了宝鸡市区未来不同水平年地下水调控方案与合理开发利用宝鸡市区地下水资源的建议。     

城市环境岩土工程的地下水灾害问题

从环境岩土工程学的角度出发,分析了人类在城市岩土工程活动中对地下水造成的一系列影响.文章概述了地面沉降、地下水过量开采及水质污染的现状,并简要的解释了地面沉降的机理以及地下水灾害问题引起的严重后果.最后提出了一些预防与治理措施.     

河北平原农田耗水与地下水动态及粮食生产相互关系分析

农田耗水是河北平原地下水资源消耗的主体,农田耗水与地下水动态、粮食生产互制机理研究可为农业节水提供重要依据。基于1981—2010年河北省经济统计年鉴、地下水开采量与地下水位、常规气象等数据,分析了河北平原近30年来农田耗水、粮食产量、降水量、地下水等动态变化特征,揭示了它们之间的相互响应关系。结果表明,近30年来,河北平原农田耗水总量约722.4 km3,生产粮食约5.9×108 t,开采地下水约440 km3(其中约330 km3用于农田灌溉),地下水位共下降约11.5 m;河北平原农田耗水与粮食产量总体呈逐年上升趋势,尽管2000年以来地下水开采量有所减少,但地下水位一直持续下降;农田耗水与地下水开采量、地下水埋深、粮食产量相互之间关系密切,每生产1 t粮食所消耗的水资源约1 224.4 m3(包括地下水597.1 m3),而地下水开采量每增加1 km3,河北平原地下水位实际下沉约0.03 m;农田耗水、地下水埋深均与年降雨量无明显相关性,由于降水入渗、灌溉渗漏不足以弥补开采的地下水,超采是引起河北平原地下水位持续下降的直接原因。因此,进一步发展节水农业、提高灌溉效率是促进河北平原农业可持续发展的必然选择。     

榆树市地下水位变化特征与降水关系分析

水资源是制约生产生活的重要因素。对榆树市近8年地下水位的年内、年际的动态变化特征与降水关系给予分析,结果表明:地下水位与降水量基本呈正相关关系,地下水的补给主要源自降水量的入渗,且地下水位的变化具有不同程度滞后性。此结果为合理开发水资源,当地水资源的可持续发展利用提供参考依据。     

辽阳县地下水水位控制与取水总量控制研究

通过对辽阳县地下水水位控制和取水总量控制研究,对全县的地下水水位、地下水取水量进行了统计分析,并对多年平均、不同特征年地下水位特征进行了分析,同时进一步分析了地下水取水量与地下水位之间的相关关系,最终确定了地下水取水总量和地下水水位控制目标。控制地下水开发利用总量和维持地下水合理水位,对确保地下水资源可持续利用和保护生态环境具有十分重要的意义。     

京津走廊麦田蒸散及其与地下水位变化关系研究

利用区域遥感模型rGIS-ET分析1992年4月至2001年4月京津走廊麦田蒸散及其与地下水位变化结果表明,同一县内麦田蒸散量空间变异明显,10年来麦田耗水呈减少趋势,但由于补给滞缓性等原因地下水位持续下降。且地下水位的季节变化和冬小麦用水密切相关,蒸散量的空间变化可间接反映地下水位采水变化。遥感技术可能为较准确估算小单位地下水用水量提供依据。     

关中平原渠井双灌区地下水循环对环境变化的响应

为促进陕西关中平原渠井双灌区地下水良性循环,保障灌区水资源高效安全利用,以泾惠渠灌区为例,分析了灌区多年来地下水系统外部环境因素及地下水循环要素的变化特征,基于多变量时间序列CAR(controlled auto-regressive)模型建立了地下水位动态对环境变化的响应模型,利用验证后的模型对灌区不同环境变化情景下的地下水位埋深进行了模拟。研究结果表明:降水、蒸发、渠首引水、渠井用水比例是影响灌区地下水循环的主要外部环境因素;降水量减少、蒸发量增加,地下水各项补给量减少、排泄量增加,使得地下水位逐年下降,近34 a累计下降11.8 m;在多年平均降水量情景Ⅰ下(近56 a均值:513 mm),维持灌区地下水良性循环的适宜渠井用水比例为1.53,在多年平均降水量减少5%,即降水情景Ⅱ下(487 mm),适宜渠井用水比例为1.61。环境变化下不同渠井用水方案的研究,有利于灌区地下水的良性循环,可为灌区制定高效安全用水对策提供依据。     

新疆奇台县坎儿井废弃过程及其驱动力分析

对奇台县坎儿井分布状况、兴衰过程、地质情况、地下水位实地调查和其社会经济的资料分析表明,奇台县坎儿井经历了从1949年开挖,20世纪60年代初数量达到最多,20世纪80年代初期全部废弃的一个由兴到衰的过程。人口增加和农业生产的发展是导致地下水位迅速下降、坎儿井干枯的根本原因。坎儿井数量变化过程与人口、耕地增加过程早期基本一致,后期变化方向相反。人口数量达到90 000人,水浇地为50 000 hm2时,平均地下水埋深为5 m左右,坎儿井开始衰亡。坎儿井全部废弃时平均地下水位约深8 m,此时,人均地下水可开采量仅1 300 m3,农田灌溉所用地下水已接近地下水可开采量。后期河流引水量和地下水开采增加的量大于降水量及河流来水量对地下水的补给量,地下水位仍不断下降,坎儿井没有恢复,反映人文因素对地下水的影响程度远远超过自然因素。     

基于GIS技术的地下水管理系统研究

地下水资源是新疆淡水资源的重要组成部分,为解决对地下水的无序开采及超采问题,建立了新疆南疆地下水监测井遥测系统。遥测系统软件是基于GIS技术,在VB语言环境下用面向对象的方法进行开发,充分体现空间查询和分析特点。系统对地下水位信息进行远程实时采集、分析与报警,为相关部门提供管理决策依据。系统的建立为GIS在地下水资源管理中应用提供了新的开发形式,系统的运行降低了水务工作人员的劳动强度,水位信息的准确性、实时性得到保证,同时产生一定的社会经济效益。     

内蒙古河套灌区灌溉入渗对地下水的补给规律及补给系数

为准确估计内蒙河套灌区灌溉水入渗补给地下水量,采用试验研究与数值模拟相结合的方法,分别根据灌水前后地下水位变化和土壤含水率变化计算了灌溉水入渗补给地下水系数,并依据土壤水动力学原理,采用数值模拟验证,得到作物生育期灌溉补给地下水系数为0.15,秋浇灌溉补给地下水系数为0.3。河套灌区地下水位埋深相对较浅,通过灌水前后的土壤含水率变化情况和数值模拟结果显示,灌水2～4 d补给地下水量达到最大,8～10 d后即完成对地下水的入渗补给,不同灌水量灌溉水入渗规律基本一致,入渗补给量和入渗时间与灌溉水量直接相关。研究结果将为确定维持灌区生态环境良性发展的引水量阈值提供参考。     

辽宁省平原区产流规律的探讨

辽宁省中部平原区位于辽、浑、太河下游 ,土壤透水性较好 ,地面坡度比较缓。该区产流特性主要是降雨先满足入渗 ,当包气带饱和后才开始产流 ,或者在雨强特大时 ,在产流的过程中逐渐使包气带饱和。地下水埋藏深度是影响平原区产流量及降雨补给包气带和地下水的补给量的主要因素。降雨与地下水位增量的关系为直线和抛物线型 ,地下水埋深 <0 .8m时为直线 ,埋深 >0 .8m时为曲线 ,当地下水位深度在 2 .8m时 ,地下水位趋于稳定。地下水位愈低地下库容愈大 ,当地下水库容至某一值时 ,地下水库容将趋于稳定。如能结合平原区的降雨和地下水观测积累的资料 ,用降雨径流关系推求平原区的径流量 ,会收到较好的效果     

三江平原农业转型中的水资源安全分析

地下水位定点观测和地表、地下水水质分析显示，三江平原地下水位的升降主要受水田灌溉水量制约，生长期内水位显著下降。地下水资源理论上能满足目前水田耕作的需求，但从发展趋势来看，水资源将会成为农业用水的制约因子。“旱改水”过程中造成了显著的地表水污染。针对当地现状提出了农业规划和布局应注意的问题及水资源安全保护措施。     

基于多项式分布滞后模型的上海市地面沉降验证与预测

[目的]对上海市地面沉降进行验证与预测,为地下工程建设和地下水开采格局的科学调整提供参考。[方法]基于地下水抽灌量、地面沉降和土层分层变形等长期监测数据,研究地面沉降量与地下水开采量、土层分层变形量之间的相关性,并结合上海市地面沉降特性及原因,建立考虑地下水开采量和第4含水层变形量的地面沉降多项式分布滞后模型(PDL模型)。[结果]①上海市累计地下水开采量、第4含水层累计变形量与累计地面沉降量之间均具有高度的正相关性,但由于砂土蠕变、弱透水层释水缓慢等原因,地面沉降相对于地下水开采量和第4含水层变形都有着一定的滞后性;②采用考虑滞后效应的多项式分布滞后模型预测地面沉降,其计算结果相对误差较小、拟合效果较好;③若以当前采灌格局及第4含水层变形量作为参考进行预测,地面沉降在2019—2024年间将会发生稳定的轻微回弹现象。[结论]上海市地面沉降与地下水开采量和土层变形量之间有着较高的相关性,且控制地下水开采能够有效缓解地面沉降的发展。     

耦合地下水模拟的渠井灌区水资源时空优化配置

为控制渠井灌区地下水位,合理确定地表水和地下水的分配方案,构建水资源时空优化与地下水数值模拟耦合的模型体系。以灌区缺水量最小、时段缺水率均衡和渠系单元缺水均衡为原则建立灌区地表水地下水联合利用的时间和空间优化模型,分别采用人工鱼群算法和粒子群算法求解,以优化的地表水供水量和地下水开采量为耦合变量,作为地下水模拟模型的输入,以丰、平、枯水年地下水位变幅之和最小为模拟目标,获得不同水文年地表水地下水的时空优化配置方案。泾惠渠灌区优化结果表明,丰水年和平水年不缺水,枯水年在2020年和2030年灌溉缺水分别为4 489万m3和3 941万m3,主要分布在12月、3月、6月、7月、8月。2020年丰、平、枯水年灌区平均地下水位变幅分别为0.49、0.06、-0.42 m,2030年丰、平、枯水年灌区平均地下水位变幅分别为0.21、-0.08、-0.26 m,基本上实现多年采补平衡。耦合地下水模拟的水资源时空优化配置方法,是渠井灌区实现水资源合理利用和生态健康的有效途径。