人类活动影响下乌苏市地下水埋深演化趋势

【目的】研究人类活动影响下乌苏市地下水位变化趋势,以及各因素变化对该地区地下水位演化的影响程度。【方法】对2018年9月乌苏市地下水埋深进行了统测,通过Mapgis软件分析了地下水流场及埋深,组合2008—2017年耕地面积、地下水开采量、节水灌溉面积、地表水引水量、总灌溉面积、机井数量等变化因素对地下水埋深演化趋势进行分析,并利用灰色关联方法评价了各因素与地下水埋深的关联程度。【结果】乌苏市地下水流向由南向北,后转向西流入艾比湖,部分地方存在降落漏斗;在人类活动影响下,地下水位整体呈下降趋势;地表水引水量与地下水开采量的灰色关联度均大于0.6。【结论】地表水引水量与地下水开采量为影响地下水位演化的主要驱动力;乌苏市实施控制用水总量方案后水位有所回升,在地下水开发利用过程中仍需掌握地下水位动态变化。     

地下水超采区的回灌补源技术与模型分析

针对地下水超采引发的环境问题,以博兴县地下水漏斗区建设的暗渠回灌补源工程为例,介绍了暗管回灌补源的工程设计与实施效果;建立地下水数值模型,分析了暗管补源技术的补源效果及地下水位恢复情况,并设计了地下水暗渠回灌补源工程、地表水-地下水的联合调蓄[1]、雨洪水资源利用、压采地下水等方案进行模拟预测,预测了不同方案条件下的地下水超采区的修复效果,为地下水回灌补源工程提供了科学的技术支持。     

冬小麦“春浇一水”限水灌溉模式对浅层地下水采补平衡的影响——以河北省太行山山前平原为例

【目的】在粮食生产与水资源支撑能力高度矛盾的河北省太行山山前平原,定量探讨冬小麦生育期"春浇一水"限水灌溉模式可否实现浅层地下水采补平衡。【方法】应用改进的SWAT模型对灌溉量相异的8种情景进行模拟,并对不同灌溉方案的压采与节水效应进行了定量评估,在此基础上针对浅层地下水位止降回升这一约束条件,以冬小麦减产最小为目标,结合0-1规划,在22个子流域对灌溉方案进行了优选。【结果】(1)冬小麦"春浇一水"方案能使得研究区的浅层地下水位下降速度平均减缓至0.34m/a以内,但这将以冬小麦平均减产大约25%～40%为代价。(2)在空间分布上,位于研究区北部的大清河淀西平原具有相对较好的地下水涵养效果,而南部的子牙河平原内冬小麦产量相对更高。(3)优化后"春浇一水"模式的具体区划为:在保定地区的大部分县(市)域,主要推荐实施灌溉定额为50 mm的方案;在邢台和邯郸地区,主要推荐实施灌溉定额为40 mm方案;在石家庄地区的西南部,主要推荐实施灌溉定额为30 mm的方案。【结论】在研究区内大约70%的面积上可通过实施"春浇一水"方案实现浅层地下水采补平衡,本文可为这个浅层地下水严重超采的井灌区为压采而实施冬小麦"春浇一水"限水灌溉模式提供定量化的科学支撑和差异化的推荐方案。     

济宁～汶上超采漏斗区水资源人工调蓄方案研究

地下水的长期大量集中开采，导致济宁～汶上区域性超采漏斗的形成，并引发了一系列环境地质问题。地下水超采所疏干的含水层，为水资源的人工调蓄提供了巨大的储水空间，若采用科学的人工调蓄方案可使漏斗区地下水位得以恢复。运用Visual Modflow软件分别模拟了在维持现状开采条件下、约束条件下、可持续利用条件下对济宁～汶上超采漏斗区的三种人工调蓄方案。研究结果表明，在可持续利用条件下（逐年压缩地下水开采量5%）实施人工回灌（0.2×1O8m3/a），地下水位恢复效果最佳，到2011年末，漏斗中心地下水位可回升25.19m。     

沉降中心减采对北京平原地下水利用的影响分析

【目的】研究沉降中心减采对北京平原地下水利用的影响。【方法】采用非稳定流地下水模型和情景分析的方法,通过设计4个情景(现状保持(情景BAU)、沉降中心完全停采(情景PR100)、沉降中心减采50%(情景PR50)及沉降中心不同地区减采不同比例(情景PR520))模拟了地下水减采的影响。【结果】预测期内平均来说,情景BAU消耗1.16亿m3/a的含水层储存量,而情景PR100、PR50和PR520的储存量恢复分别为3.52亿、1.18亿和2.83亿m3/a。设计满足控沉目标的情景R:八仙庄、天竺和王四营用于工业和生活的地下水分别减采0.51亿、0.12亿和1.76亿m3,总开采量19.28亿m3,R是满足地面沉降控制要求条件下北京平原应采取的开采情景。【结论】沉降中心减采能有效恢复北京平原地下水水位和含水层储存量,是解决北京市地下水严重超采及其带来的地面沉降等生态环境问题最直接有效的方法,但要合理确定减采的比例,保证社会经济和地下水的协调发展。     

基于地下水数值模拟的宝山农场引江灌溉模式研究

【目的】确定宝山农场合理的农业引江灌溉模式,为区域水资源优化配置提供科学依据。【方法】针对松花江流域引江灌溉产生的地表水和地下水的综合开发利用问题,利用三江平原水文地质资料和宝山农场地下水水位长系列实测资料对MODFLOW-2000模型进行了参数识别、验证及模型敏感性分析,并模拟分析了4种情景对宝山农场地下水水位的影响。【结果】构建的地下水模拟模型能够反映灌区井群地下水位的实际变化过程。敏感性分析表明,长序列地下水变化过程及地下水位分布情况受初始地下水位影响很小;说明当研究区域内利用地下水灌溉及部分地区(沿江10km)采用引江水灌溉模式时,地下水资源基本上可以维持供采平衡,在保证地下水合理开采的前提下不会发生内涝;而研究区域内均采用引江灌溉模式则会使地下水位-抬高导致内涝,内涝情况随着与河道距离的增加而愈发严重。【结论】引江水灌溉时,需加强对地下水位的观测,当地下水位过高时,应减少引江灌溉用水,适当增加地下水抽取量进行灌溉,以保障研究区地下水和地表水的高效利用。     

宝山农场地下水动态分析

【目的】探求宝山农场地下水动态规律,为宝山农场引江灌溉水资源平衡利用提供理论依据。【方法】调查宝山农场11 a地下水位资料,分析了宝山农场地下水位年内变化规律,利用双向回归结合降水指数(SPI)分析了地下水位年际变化规律,并通过R/S分析法分析了地下水位变化趋势。【结果】水稻生育期内抽取地下水灌溉,致使地下水位下降0~2 m,在非生育期内可以恢复正常水平,宝山农场特征时间点的地下水位在年际间变化有明显的突变趋势;地下水位与SPI具有较强的线性相关关系,R=0.824 9;R/S分析结果表明,提水灌溉不会导致地下水位持续下降。【结论】降水和灌溉是影响宝山农地地下水位动态变化的主要因子;宝山农场目前的地下水资源采补相对平衡;引江灌溉过程中要密切观测地下水位变化。     

新疆石河子-昌吉地区2016―2020年地下水位动态特征分析

【目的】探明新疆石河子-昌吉地区地下水位变化规律及其驱动因素。【方法】基于2016―2020年研究区44眼监测井的逐月地下水埋深,划分地下水动态类型,绘制了多年地下水埋深累计变幅分区图和高低水位期地下水流场对比图,综合直线趋势分析方法和灰色关联分析方法对地下水位动态特征及其影响因素进行分析。【结果】区内潜水动态类型为灌溉入渗-开采型和水文-开采型,承压水动态类型为开采型。石河子市地下水位呈快速上升趋势(埋深变幅多为-3~-2 m);玛纳斯县南部地下水位快速上升(多为-4~-3 m),北部水位快速下降(多>5 m);呼图壁县地下水位快速下降(多>5 m);昌吉市地下水位动态变化相对缓慢,以缓慢下降为主(多为2~3 m)。石河子市和玛纳斯县南部水位回升主要取决于低水位期,北部地下水漏斗区局部水位回升则相反;呼图壁县水位持续下降受高、低水位期共同影响;昌吉市水位动态稳定,与河流补给作用有一定关联。【结论】耕地面积、地下水开采量和地表水源供水量是潜水水位变化的主控因素,承压水水位变化主要受耕地面积和地下水开采量的影响。     

基于地下水合理埋深的井渠结合灌区水资源联合调控

以泾惠渠灌区为例,针对井渠结合灌区地下水超采及地下水位上升而导致的农田灌溉水环境等问题,从水位调控水量的角度出发,提出了基于地下水位合理埋深的水资源调控模式。在确定不同水文地质单元和不同植被类型条件下地下水位合理埋深上下限的基础上,结合PSO-RBF神经网络对地下水位埋深预测的结果,设计了基本、节水两种水资源联合方案,对不同保证率下的灌区水资源进行了联合调控。结果表明:泾惠渠灌区地下水位合理埋深上限介于1.76~3.50m,下限介于8.7~25.0m,不同水文地质单元、植被类型的水位埋深上下限值差异较大;水资源联合调控时,局部地区出现地下水超采,需加强节水灌溉和多水源的联合调控。     

地下水控制性关键水位探讨——以双发乡为例

【目的】有效管理肇州县地下水开采。【方法】以双发乡为例,将地下水位划分为上蓝线水位、下蓝线水位、上红线水位和下红线水位,采用地下水位动态模拟分析法、含水层厚度比例等方法确定了双发乡各关键水位。【结果】双发乡下红线水位值为11.09 m,上红线水位值2 m;上蓝线水位为2.8 m,下蓝线水位值为10.66 m。【结论】针对不同的水埋深,基于水位和开采量的地下水"双控"管理模式。     

大庆市西部地下水库人工回灌方案研究

为了缓解大庆市水资源供需矛盾,提高城市供水安全保障程度,利用业已形成的大庆市西部地下水位降落漏斗,建立地下水库实施水资源人工调蓄。综合分析回灌水水源、回灌水水质、回灌水量、回灌方式等,设计大庆市西部地下水库人工回灌方案,通过数值模拟计算,模拟人工调蓄效果。模拟结果表明,人工回灌可使降落漏斗区地下水位有明显上升,采用压采的同时将注水井布设于龙虎泡管线南侧的注水方案,水位恢复效果最为明显,可使漏斗区地下水位回升11 m左右。     

平罗县不同地下水位分布区地下水埋深变化特征分析

【目的】明确平罗县不同水位分布区的地下水埋深变化特征,更好地指导合理用水和防治土壤盐渍化。【方法】选取2007—2017年平罗县不同地下水位分布区内9眼地下水位观测井的月观测数据以及引黄水量、地下水取水量、水稻种植面积、降雨量和年平均气温等数据,分析了平罗县不同地下水位分布区地下水埋深变化特征及其影响因素。【结果】平罗县地下水埋深年内变化幅度大于年际,随月份呈"W"形变化,随年份呈平缓波浪形变化,5—8月和11月—次年1月,各观测点地下水埋深变化曲线呈聚集状态,其他月份则呈离散状态;不同地下水位分布区地下水埋深年际间变异系数表现为:高地下水位中地下水位低地下水位,年内无明显规律。与中、低水位分布区相比,高水位分布区地下水埋深不稳定;从各观测点年均地下水埋深与降雨量、平均气温、水稻种植面积、引黄水量和地下水取水量相关性来看,平罗县高、中水位分布区地下水埋深变化更多地受引黄水量影响,水稻种植面积的增加对降低高水位分布区地下水埋深起到了积极作用。【结论】建议平罗县高、中水位盐碱地的改良应减少引黄水量、利用浅层地下水或农田退水灌溉以降低地下水位。     

三江平原建三江地下水动态变化特征

【目的】探明建三江分局地下水动态变化规律,为水资源开发利用及科学管理提供理论支撑。【方法】在综合分析建三江分局1997—2017年15个农场监测井地下水位标高、农业种植结构、土地利用类型等统计资料的基础上,应用衬度系数方差分析、Arcgis空间插值分析、OriginPro趋势分析等方法,分析了地下水动态变化规律及地下水流场空间变异特征。【结果】由于地下水的过量开采,地下水位呈持续下降趋势,下降幅度为1.60～9.29 m,中东部、中西部下降幅度表现为最大;地下水位衬度系数方差与地下水位下降幅度空间异变特征一致,中西部、中东部地下水动态受人类开采作用影响最为强烈;地下水流场空间异变特征明显,北西、南东、南部地下水水力梯度明显增大,局部地区地下水接受河水入渗补给,中部低平原区为地下水集中汇流区。【结论】地下水过量开采引起的地下水流场变化,激发了河水入渗补给地下水能力,增加了地下水侧向径流补给量,改善了地下水径流条件;为合理开发利用地下水,优化地下水资源管理提供了水文地质依据。     

基于数值模拟的天津市地下水资源均衡分析及压采方案制定

【目的】在深层地下水超采严重地区,分层组进行深层地下水资源均衡分析,合理开发利用地下水资源。【方法】以天津市平原区为研究区,将含水层结构概化成Ⅰ～Ⅴ共5个含水层组,分层组概化边界条件、进行水文地质参数分区,整理源汇项、蒸发量、各含水层组分乡镇开采量和观测孔水位数据,在Visual Modflow平台建立了地下水流数值模型。通过对开采量进行调参、反演,完成模型识别与验证。据此进行深层各层组地下水均衡分析,计算地下水蓄变量,制定了分层组压采方案。【结果】末刻第Ⅱ～Ⅴ含水层组的模拟流场和观测流场分布一致,观测孔模拟水头和实测水头相关系数分别为0.961、0.968、0.951、0.960,典型观测孔动态水位变化过程拟合较好。2013—2015年,深层各层组地下水蓄变量分别为-12 499.3×10~4、-12 055.7×10~4、-9 257.81×10~4m~3,处于超采状态。压采方案下,各含水层组压采量分别为15 862.98×10~4、4 961.24×10~4、1 414.97×10~4、2 469.38×10~4m~3,2020年、2030年深层地下水的蓄变量分别为1.09×108m~3和1.05×108m~3。【结论】模拟结果与天津市深层地下水实际情况相符。     

人类活动条件下民勤绿洲地下水动态模拟研究

以石羊河流域下游民勤绿洲区域地下水为研究对象,运用地下水位动态ANN-FEFLOW模型模拟了不同情景下(现状条件、灌溉面积减少、节水灌溉实施、地表来水增加及综合工程措施等)地下水动态变化。结果表明,民勤绿洲现状条件下地下水将持续下降;灌溉面积减少可以明显缓解地下水位下降速度,节水灌溉对地下水的影响并不明显。地表来水为2.51×108 m3/a时,湖区地下水将出现正均衡;综合工程措施情景下,湖区和泉坝区地表来水分别为1.45×108 m3/a和2.51×108 m3/a时,地下水位回升。     

古冶区工业用水替代水源分析与规划

古冶区是地下水严重超采区。为压采地下水,涵养地下水源,古冶区实施了工业自备井关停整治方案,停止工业开采地下水。本文根据古冶区现有可利用的水资源条件,分析了古冶区工业用水的替代水源,并提出了替代水源的具体建设规划,为古冶区下一步实施工业用水水源由开采地下水向利用替代水源的过渡提供指导及依据。     

河北省地下水压采政策下水价机制调控冬小麦灌水量研究

河北平原长期抽取地下水进行灌溉导致地下水严重超采,引发了一系列环境问题,利用水价机制压采地下水。【目的】研究冬小麦适宜灌水量的水价方案。【方法】依据2007—2016年中国科学院栾城农业生态实验站冬小麦不同灌水次数和灌水量的长期灌溉试验资料,建立了作物产量对耗水和灌水的响应关系,研究了不同降水年型下最优灌水量和灌溉效益随水价的变化,确定了不同灌溉策略下的水价优化方案。【结果】与目前灌溉制度相比,当冬小麦生育期不灌溉时,平均减产达27%,枯水年产量降低近50%,水价的临界值是2.79元/m3,高于这个水价灌水收益为负,低于这个水价,灌水收益为正。为保证农民净收入不变,应平均每季补贴3 678元/hm2。当小麦季地下水消耗不超过100 mm时,平均水价应定为1.37元/m3,平均产量损失8.2%,应给予农民的补贴为2 556元/hm2。当地下水消耗不超过200 mm时,平均水价应定为0.38元/m3,产量平均损失1.3%,应给予农民的补贴为942元/hm2。【结论】宜采用水价加补贴回补方式鼓励农民采取节水灌溉。     

基于两阶段优化配置模型的济南泉域补给区灌溉水源置换研究

目前全球地下水能保持持续平衡的地区日趋减少,不合理农业灌溉成为很多地区地下水系统恶化的主要因素之一。济南市历城区地下水用于农业灌溉是当地地下水位下降的重要因素,对于济南泉域、白泉泉域喷涌有直接影响。针对研究区农业用水特点和水生态文明建设水源置换的要求,建立两阶段优化配置模型,将灌溉用水配置分为2个阶段,阶段一,以生态、节水和经济效益为目标,引入单位脉冲响应系数约束地下水利用量,实现区域地下水与地表水的合理配置;阶段二,以作物最大产量为目标,进行作物生育阶段水量配置和种植结构调整。结果表明,采取两阶段优化算法与用水结构调整后,可以有效减少地下水利用量,2011—2014年平均地表水与地下水用水结构由原来的3∶7调整为5.2∶4.8,较好地实现地下水源置换目标,同时地下水位计算值较实际年分别增加0.31、1.12、1.55和3.38 m,对保证泉域持续喷涌具有重要作用。     

美国德克萨斯州高地平原区地下水灌溉管理方法研究

德克萨斯州高地平原区是美国灌溉和旱地作物的生产基地,其灌溉水源主要来源于奥加拉拉(Ogallala)地下水含水层。然而,自从1950年灌溉农业发展以来,由于对奥加拉拉含水层地下水的过度开采,使得区域地下水位严重下降,有些地区地下水位下降超过50 m。为了保护地下水资源和实现地下水可持续利用,2000年以来美国德克萨斯州高平原地区在节水压采方面开展了一系列工作,取得了较好的成效。采取的主要措施包括:用德克萨斯州高地平原蒸腾蒸发网络(The Texas High Plains Evapotranspiration Network, TXHPET)进行灌溉及地下水管理,改变作物品种,改进灌溉技术,改变种植结构,保护性耕作方法,加强降雨管理,将小部分灌溉农田转为旱作农田等。该区域1958年的灌溉面积为183万hm~2,1974年灌溉面积达到峰值,为242万hm~2;1989年灌溉面积降为159万hm~2,由于喷灌技术的推广应用,2000年灌溉面积恢复到187万hm~2。1958年大多数灌区为地面灌溉,仅有11%的灌溉面积为喷灌。1974年之后,灌溉总面积在减少,主要灌溉方式转为喷灌,中心支轴式喷灌面积稳步增长。自1989年之后,喷灌在该区域快速发展,2000年喷灌面积已占该区域灌溉面积的72%。早期的喷灌系统在较高压力下运行,自20世纪80年代,低压喷灌系统已全面使用。我国华北地区长期超量开采地下水与美国德克萨斯州高原区地下水超采情况及问题相似。兹系统介绍了美国德克萨斯州高地平原区在地下水超采情况下采取的综合措施拟为我国地下水超采地区的地下水管理工作提供技术与经验参考。     

迁安盆地傍河水源地地下水调控效果分析

随着迁安盆地社会经济的发展,对水资源的需求量越来越大,由于地下水开采量的增加,引起地下水位的不断下降.为了保持地下水资源的补采平衡,采取了滦河河道清淤和修建人工湖等地表水-地下水联合调控措施.本文在系统分析研究区水文、水文地质条件的基础上,建立了地下水系统的数值模型,利用数值模型对调控效果进行了对比分析.结果表明:由于河道清淤,地下水每年将多增加3000万m3的补给量,为地下水水源地的稳定供水提供了保障.在此基础上,对地下水资源的可持续利用提出了对策.