达拉特旗井灌条件下农田水利用及地下水动态分析研究

以达拉特旗壕庆河流域为研究对象,通过对该区地下水位和水质的监测及农田水利用状况的调查,摸清地下水的年动态变化规律及水质分布,初步估算该研究区农田灌溉地下水年开采量,从而为本流域的地下水资源评价及合理开发,高效利用提供一定的依据。根据数据分析结果,地下水是从西南流向东北方向,补给黄河南岸引黄灌区。观测期间地下水位年际变化受降雨的影响较大,总体呈上升趋势,变化幅度为0.5～1.5m。pH值超过8.5,呈碱性水,部分区域地下水矿化度为0.5～0.9g/L,可用于农业灌溉,随着地下水流动的方向,水质逐渐变差,下游的盐分浓度最大到2.6g/L,需要合理进行灌溉防止土壤盐碱化。通过遥感图片识别分析计算出该区农田面积为1 398hm2,农业灌溉年开采地下水量为516万m3。     

基于指示Kriging的土壤盐渍化风险与地下水环境分析

土壤盐渍化是制约干旱区农业发展的主要障碍,而浅埋地下水区域的地下水环境是影响土壤盐渍化的直接因素。为调控合理的地下水埋深和矿化度,以防控区域盐渍化,以河套灌区永济灌域为研究区,运用指示Kriging法比较了春灌前和生育期不同阈值条件下土壤表层含盐量、地下水埋深和矿化度的概率分布,从概率空间分布的角度研究了不同时期防治土壤盐渍化的地下水临界埋深和矿化度。结果表明：地下水埋深属于中等变异性,土壤表层含盐量和地下水矿化度属于强变异性。春灌前较生育期土壤表层盐渍化高风险区扩大、浅埋地下水高概率区缩小、地下水矿化高风险区缩小。春灌前永济灌域土壤表层发生轻度、中度盐渍化时的地下水埋深临界值分别为2.6、2.2 m,地下水矿化度临界值分别为2.0、2.5 g/L;生育期土壤表层发生轻度、中度盐渍化时的地下水埋深临界值分别为2.2、1.8 m,地下水矿化度临界值分别为2.5、3.0 g/L,春灌前更易发生土壤盐渍化。春灌前较生育期土壤盐分受外界因素（气象因素和人为因素）影响小,且土壤表层含盐量、地下水埋深和矿化度变异性也相对较小,地下水环境对土壤盐渍化的影响更强烈。研究区北部、东南部和中部小部分区域为地下水埋深小于临界值且大于矿化度临界值的高概率区,是土壤返盐的高风险区,建议进一步完善该地区的排水系统。     

龟裂碱土地下水埋深、矿化度和盐分离子年内时空变化特征研究

探明龟裂碱地浅层地下水埋深、矿化度和盐分离子年内时空变化特征,为改良利用龟裂碱地水盐调控提供科学依据。以宁夏西大滩前进农场新垦龟裂碱地61.3hm2为研究区域,通过15个观测井监测浅层地下水水位、pH值、矿化度和盐分离子月间时空动态分布规律,数据显示,区域浅层地下水埋深北高南低,东高西低;东北最高,中间最低。区域浅层地下水矿化度北低南高,东低西高;东北最低,中间最高。地下水的类型主要属于Na+-Cl-型水,属于中性偏碱类型。年内地下水水位平均为0.96m,矿化度平均2.26g/L,其中3月份地下水水位最深1.71m,矿化度最小1.01g/L;11月份地下水水位最浅0.4m,矿化度最大2.82g/L。盐分离子以Na+、Cl-、SO2-4和HCO-3为主。总体来说地下水位与矿化度成定性关系,地下水位较浅时,相应的矿化度较高,盐分离子含量也较高;地下水位较深时,相应的矿化度较小,盐分离子含量也较低。     

不同矿化度对层状土入渗规律的影响研究

为研究不同矿化度水分对沙壤土中壤土夹层入渗规律的影响,设置4种矿化度处理,分别为0,1,3,5g/L,进行室内土柱垂直一维积水入渗试验。结果表明:壤土夹层对不同矿化度水分均有阻渗作用;各处理累积入渗量在湿润锋到达夹层界面前随时间呈非线性变化,通过夹层后随时间呈线性变化,各处理稳渗率大小关系为V(3g/L)>V(5g/L)>V(1g/L)+>V(0g/L);矿化度为0~3g/L时,累积入渗量、入渗后土壤含水率均随矿化度提高而增大;入渗结束后,各处理夹层界面上层土壤脱盐,夹层界面下层土壤积盐。     

银北高水位盐碱地土壤盐分与地下水特征关系分析

根据银北灌区典型高水位盐碱地的土壤盐分与地下水特征的监测数据,运用相关分析法与主成分分析法,对土壤盐分与地下水埋深、地下水水化学特征之间的关系进行了分析。结果表明:(1)研究区土壤盐分垂直分布呈现明显表聚性,0~20 cm土层全盐含量均值为3.34 g/kg,p H均值为8.81;研究区内71%地下水样为微咸水,矿化度TDS均值为2.69 g/L;土壤全盐及盐分组成呈中等强度变异,土壤p H值呈弱变异。(2)耕层全盐含量与土壤中除CO32-和HCO3-的其他离子均呈极显著正相关,其中与Na+、Cl-、SO42-等离子的相关系数大于0.9,与地下水中各指标相关性大小排序为;SO42->矿化度>Cl->Na+>地下水埋深;地下水矿化度与地下水中除CO32-和HCO3-的其他离子均呈极显著正相关,其中与Na+、Cl-的相关系数大于0.9;土壤中的Na+和Cl-与地下水埋深呈显著负相关,与地下水矿化度和地下水中的SO42-呈显著正相关,土壤中的SO42-与地下水埋深呈显著负相关,与地下水矿化度和地下水中的SO42-呈极显著正相关。(3)主成分分析结果表明:影响研究区土壤盐渍化程度的主要因素依次为地下水含盐量及主要盐分离子、土壤中的主要盐分离子、地下水埋深。     

基于地统计分析的河套灌区地下水埋深与矿化度时空变异规律研究

【目的】研究河套灌区地下水埋深和矿化度的时空变异规律。【方法】以内蒙古河套灌区为研究区域,应用地统计学方法和ArcGIS等工具分别研究了1998—2017年灌区地下水埋深和矿化度的时空变异性和空间分布及其影响因素。【结果】①从1998—2017年灌区地下水埋深及其空间变异性逐渐增大,地下水矿化度及其空间变异性先增大后减小。地下水埋深和矿化度的块金系数均较小,表明其主要影响因素为灌区的环境。地下水矿化度块金系数逐渐增大,空间结构性变差,受人为因素影响造成的随机变异性增强。地下水埋深及矿化度的空间自相关性距离逐渐增大,空间连续性逐渐增强;②灌区西南部沿黄河附近地下水埋深相对较浅,基本在2 m以下;西北部和东北部沿狼山山前地下水埋深相对较深,部分区域埋深可达10 m以上,机电井的分布与地下水埋深高值区域的分布相似。矿化度较高的区域分布在灌区西北部和东南部地区,西南及中部局部地区地下水矿化度较低;③丰水年大量的降雨对灌区整体地下水的补给作用,使得丰水年地下水埋深较浅,地下水得到淡化使其矿化度减小。【结论】地下水矿化度较高的区域地下水埋深相对较小,地下水矿化度较低的区域地下水埋深相对较大。     

基于GM(1,N)模型的临漳县地下水矿化度研究

地下水矿化度的变化会对居民生活用水和农作物生长产生影响,特别是在地下水超采严重且农业用水量大的地区。以邯郸市临漳县为研究区,搜集了香菜营、陈村、洛村共3口监测水井2010-2015年间的地下水矿化度监测数据,并以监测井水位,抽水量和区域降雨量为自变量,以矿化度为因变量,构建了基于地下水矿化度预测的GM(1,N)模型,对地下水矿化度实测资料进行了模拟与预测。将GM(1,N)模型模拟结果分别与GM(1,1)模型和BP神经网络模型的模拟结果进行了比较,结果表明GM(1,N)模型模拟精度最高。因此将GM(1,N)模型预测结果作为临漳县2016-2020年的地下水矿化度的最终预测成果。成果表明2016-2020年邯郸市临漳县的地下水矿化度呈持续上升趋势,研究结果为区域地下水的管理与水盐调控工作提供了参考依据。     

新疆平原灌区盐碱地改良利用区划

以新疆尉犁县平原灌区（面积为2652.16 km2）为例,选取控制盐碱地形成和改良利用难易程度的包气带岩性、地下水埋深、地下水矿化度、0~60cm土壤含盐量等4个主导因子,在分级赋权的基础上,对4个主导因子进行叠加分析,获得了定量的盐碱地改良利用区划结果。包气带岩性组合分为粉砂/粉细砂、粉砂/亚粘土、粉细砂/亚粘土/细砂、粉土/细砂和亚粘土/粉细砂;地下水埋深划分为小于1.0、1.0～2.0、2.0～3.0、3.0～5.0和大于5.0m;地下水矿化度划分为小于1.0、1.0～2.0、2.0～3.0、3.0～10.0和大于10.0g/L;0~60cm土壤含盐量划分为<3、3～6、6～10、10～20和20g/kg。改良利用区划结果为易改良利用亚区（2.35%）、较难改良利用亚区(48.47%)、难改良利用亚区(48.59%)和不宜改良利用亚区(0.59%)。     

积水入渗下不同矿化度水对红壤水盐运移特征的影响

【目的】探讨积水入渗条件下矿化度对酸性红壤水盐运移特征的影响,为我国南方非常规水合理利用提供参考。【方法】采取土柱入渗试验,以蒸馏水灌溉(CK)为对照,探究不同矿化度水(1、2、3、5、10 g/L)入渗下南方红壤水分动态运移、水盐分布及土壤pH值变化,并量化矿化度与入渗模型参数关系。【结果】与CK相比,1～10g/L处理抑制红壤水分入渗,同一时刻累积入渗量表现为CK1 g/L处理5 g/L处理2 g/L处理3 g/L处理10 g/L处理。5 g/L处理持水能力显著高于其他处理(p0.05),单位时间湿润锋运移距离小于CK和1、2 g/L处理。Kostiakov公式较Philip方程能更精确描述1～3 g/L处理红壤累积入渗量随时间变化,矿化度大于3 g/L时则相反。红壤累积入渗量与湿润锋运移距离符合线性关系,红壤持水能力、入渗模型参数与矿化度关系均满足三次多项式(R20.95,RMSE0.06)。1～5 g/L处理可使5～25 cm土壤平均含水率增加0.09%～4.61%,各处理土壤EC值和Na~+、Cl~-质量分数随深度增加呈减小趋势,矿化度对25～40cm范围土壤盐分的影响小于上层土壤。与CK相比,1～5g/L处理加剧红壤酸化,10 g/L处理则增加土壤pH值。【结论】矿化度对土壤酸化和分散作用程度不同是造成红壤水盐运移特征差异的原因,南方红壤区非常规水安全利用需综合考虑矿化度作用下土壤水盐、酸碱环境变化。     

地下水埋深空间插值方法比较和空间变异性研究

为准确获取区域内地下水埋深空间分布特征以及在水土环境变迁下其年际动态变化规律。以甘肃景泰川电力提灌灌区为研究区,以2015年的16个监测井测得的地下水埋深数据为基础,采用Arc GIS软件中的空间插值模块分别运用反距离权重法、样条函数法、趋势面法以及普通克里金法对区域内地下水埋深数据进行空间插值,并采用交叉验证法和误差矩阵评价方法选取地下水埋深最优插值方法。运用最优插值方法对研究区1994、2001、2008和2015年的地下水埋深观测数据进行空间插值。结果表明:普通克里金(球面函数)插值精度最高,能准确反映地下水埋深时空变异规律及分布特征。研究区地下水位埋深总体上表现为西南低东北高的特征,呈现由西南到东北逐渐升高的趋势,研究区地下水埋深最小值每年都在减小,浅埋深区域逐年增加,地下水埋深平均值2015年较1994年减小了4.85 m,表明整个研究区地下水埋深都在持续抬升,但研究区内,地下水埋深最大值变化较小。该结果表明在水土环境变迁下研究区地下水埋深呈现出逐年升高的趋势,对研究区盐渍化土壤的水盐调控及地下水资源合理开发利用具有重要意义。     

深州地区地下水离子比例系数分析研究

以国土资源部地下水科学与工程试验基地—深州基地为依托,针对不同深度含水层,开展了分层水样采集。分析结果表明：研究区100m地层深度由浅至深分别分布有两层咸水和两层微咸水,水化学类型咸水以Cl?SO4-Mg?Na为主、微咸水以Cl?SO4-Na为主。咸水TDS均大于10g/L,且硬度较大,微咸水TDS较浅部两咸水层有显著降低约为1~1.5g/L;离子比例系数结果表明, SY01中γNa/γCl比例系数接近海水比值,但结合Cl/Br和γMg/γCa比例系数分析,可以得出该层地下水在成因上主要还是受大陆溶滤水演化的影响;SY02、SY03、SY04中γNa/γCl比例系数偏离海水比值,可能是由于水中Na+离子与地层中离子发生阳离子交换导致的。     

焉耆盆地浅层地下水埋深与TDS时空变异及水化学的演化特征

采用地统计学经典理论分析了焉耆盆地不同时期地下水TDS和埋深在时间和空间的变异特征,对盆地平原区浅层地下水TDS不同时期(1999、2003和2005年)的实测数据进行了半方差函数分析,地下水埋深服从正态分布,地下水TDS服从对数正态分布。地下水TDS和埋深在时间和空间上都存在明显的间变异性,地下水TDS在开都河中下游地区及其二岸灌区有增加的趋势;地下水随时间推移向盐渍化加重方向发展;地下水各项离子浓度都在积聚。利用地学统计VARIWIN2.2和MAPGIS6.5软件绘制了地下水TDS和埋深时空分布格局图,为该地区地下水资源的管理以及防止土壤盐渍化提供理论依据。     

石羊河流域地下水化学演变对水循环更新响应及模拟

采用水文地质调查和水化学技术,通过对石羊河流域山前和中游武威盆地地下水的补径排关系及水化学模拟研究,探讨了该地区地下水化学演化规律对水循环更新的响应。研究结果表明,流域地下水从上游到下游矿化度逐渐升高,溶解性总固体(TDS)质量浓度在131~1 750 mg/L之间;水化学类型呈现明显分带特征,从HCO-3-SO2-4-Ca2+-Mg2+型逐渐转换为SO2-4-HCO-3-Mg2+-Ca2+型。利用GIS软件中的Kriging空间插值方法对研究区1989—2009年TDS进行模拟,结果显示:在时间上,随着年份增加,盆地南部地下水TDS值由于降水和融水的冲释,呈减小趋势,中部先升高后下降;在空间上,自山口沿径流方向,TDS质量浓度逐渐增大。由于河流渗漏对地下水的补给作用,石羊河河床带TDS质量浓度明显偏低。地下水储水量和地下水埋深下降速率分别为3.04×108m3/a和0.47 m/a。随着地下水位埋深的增大,TDS质量浓度呈减小趋势,降低速率在11.12~50.41 mg/(L·a)之间。     

呼伦贝尔煤电基地地下水化学特征及其影响因素

【目的】查清呼伦贝尔煤电基地的水资源质量。【方法】现场采集和收集了81件地下水(其中潜水42件,承压水39件)化学样品进行水质检测。通过描述性统计分析、溶解性总固体(TDS)的分布以及水化学类型的分析,进行研究区的地下水水化学特征研究;通过离子交换和岩石溶滤以及蒸发浓缩分析了其影响因素,最后根据熵权-密切值法评价了地下水的水质情况。【结果】研究区潜水和承压水均属于碱性水,平均硬度值分别为254.81 mg/L和208.22 mg/L,阳离子均以Na~+、Ca~(2+)为主,阴离子以HCO_3~-、Cl-为主;TDS均为高平原向平原及河谷区逐渐变低,且超过1 000 mg/L的区域基本位于高平原上;潜水含水层的水化学类型主要为Ca?Na-HCO_3以及Ca?Na?Mg-HCO_3,承压含水层的水化学类型主要为Na-HCO_3·Cl以及Na·Ca·Mg-HCO_3。【结论】地下水中Na~+是通过含水介质中的Na~+与地下水中的Ca~(2+)和Mg~(2+)交换而得到,水化学特征主要受含钠和钙硅酸盐的溶滤作用影响,采矿活动对其影响基本可忽略,农田灌溉对地下水中NH4+和NO2-有一定的影响。潜水和承压水的水质普遍较差,在河谷区和平原区下地下水水质较好。相关研究成果旨在为呼伦贝尔煤电基地水资源规划和优化配置提供一定的参考价值。     

Vulnerability of groundwater resources from agricultural activities in southern Kuwait

Kuwait is an arid country situated in the northwestern corner of the Arabian peninsula, which suffers from limited natural water resources. Groundwater in Kuwait is mostly saline, except for some freshwater lenses in the northern part and some brackish zones existing in the south and southwest. With an annual average rainfall of 120 mm and evapotranspiration of around 2266 mm, the recharge of aquifers by rainfall is negligible. Fresh groundwater lenses with total dissolved solids (TDS) less than 1000 mg/l are exploited for potable purpose, and brackish groundwater with TDS between 1000 and 5000 mg/l is used for irrigation. The objective of this study was to assess the impact of irrigation on the salinity and the drawdown of groundwater in the Al-Wafra farms area in southern Kuwait. As a result of the gradual increase of the groundwater extraction for irrigation, the quality and quantity of the groundwater in the aquifers have been depleted. Water levels in the southern part of Kuwait have declined and the maximum declination of 20 m was observed at the center of the farm area. About 35% of the irrigated water was lost due to evapotranspiration, and the rest infiltrated back to the aquifer through the vadose zone, resulting in an increase in the TDS level in the groundwater up to 14,000 mg/l. Such an increase was observed at several locations within the farming area. As a part of this study, two numerical models were developed to predict the groundwater quality as well as the drawdown. The relation between the well locations, decline in water levels, variations in groundwater quality and the transmissivity distribution were interpreted, and the results of the numerical simulations were compared and scaled with field observations. It is estimated that, in the next 5 years, if irrigation is continued at the present rate, then only about 20% of the existing wells will have a TDS level of less than 7500 mg/l.     

沂沭河下游平原地下水TDS和水化学类型的分布规律

在对沂沭河下游平原212组地下水化学样品进行分析的基础上,总结出研究区不同循环深度地下水TDS和水化学类型的空间分布:1北部丘岗区地下水以淡水为主;东部滨海平原区浅层地下水几乎均为微咸水和咸水;深层承压水以淡水和微咸水为主,微咸水分布于沿海大部分地区和内陆的滨海县附近,沿海地区洋桥农场、图河乡一带以及东南部八滩乡的深层地下水为淡水。2北部丘岗区地下水化学类型单一;东部滨海平原区浅层地下水化学类型具有水平分带规律;深层承压水化学类型总体上由陆向海存在水平分带规律,洋桥农场、图和乡及八滩镇的水化学类型与沿海咸水区地下水化学类型存在差异。     

咸水灌溉对覆膜棉花生长与水分利用的影响

为了揭示棉花生长发育对咸水灌溉的响应特征,采用小区对比试验,研究了不同矿化度咸水灌溉对棉花出苗、株高、叶面积、果枝数、地上部干质量等形态指标以及产量构成、耗水量和水分利用率的影响.结果表明,棉花出苗率和成苗率随着灌溉水矿化度的增大而减小,但3 g/L灌水处理与对照间的差异不具有统计学意义,而5,7 g/L处理与对照间差异极具统计学意义.在移栽补全苗情况下,咸水灌溉对棉花形态生长指标产生了一定的抑制效应,灌溉水矿化度愈大,抑制作用愈大;对株高、叶面积和地上部干质量的影响在蕾期最明显,花铃期之后开始逐渐减弱;对果枝数和棉铃生长的影响程度随着棉花生育进程的推进而降低.处理间棉花的耗水量差异不具有统计学意义,籽棉产量和水分利用率的大小顺序,按灌水处理依次为3,1,5,7 g/L,其中7 g/L处理与对照间的差异具有统计学意义.与灌水前初始值相比,试验结束后1,3 g/L灌水处理的0~40 cm土层盐分未增加,5,7 g/L灌水处理则形成了积盐.研究结果可为咸水安全利用提供重要参考.     

通辽科尔沁地区地下水水化学特征分析

【目的】查明通辽市科尔沁区地下水水化学特征。【方法】应用数学统计方法,分析了地下水化学各组分之间的响应关系、作用机制,并研究了地下水水化学成分的来源和形成过程。【结果】地下水化学组分在不同区域的量值相差较大,易受含水层介质、地形地貌、水文气象条件和人类活动等因素的影响。研究区内铁锰的超标率最高,超标率为75%以上,亚硝酸根、铅、铝次之,超标率在10%~20%之间,其余组分超标率较低。研究区内TDS的变化与主要超标离子的质量浓度变化趋势是一致的,主要原因为随着TDS质量浓度的升高,含水层中发生岩盐、石膏和白云石的溶解沉淀以及阳离子交替吸附作用。【结论】为保障通辽科尔沁地区饮用水安全,将地下水作为饮用水源需进行铁锰处理,并将亚硝酸根、铅、铝作为重点控制污染物。     

开都河流域农业灌溉区地下水化学时空分布特征研究

【目的】研究开都河流域农业灌溉区地下水化学时空分布规律及其影响因素。【方法】采用描述性统计、空间插值、Piper三线图示法和Gibbs图示法,基于2016年1月(冬季)、3月(春季)、7月(夏季)和9月(秋季)的4次开都河流域农业灌溉区地下水样品的采集及水化学主要参数的分析测试,开展了开都河流域农业灌区地下水化学特征方面的研究。【结果】①开都河流域农业灌溉区地下水整体水质良好,矿化度较低,地下水中主要离子为HCO3-、Na+、Ca2+、SO42-,溶解性固体总量(TDS)冬季高夏季低;地下水埋深与TDS变化具有一定的程度的关联性,灌溉季节地下水埋深变浅、水体TDS相对降低;②研究区地下水阳离子中Na+和Ca2+时空分布特征差异性较为明显,阴离子中SO42-时空分布差异较为明显;③研究区地下水主要水化学类型为HCO3--SO42--Na+-Ca2+型,水化学类型季节性差异较小;④地下水离子组成主要受岩石风化作用控制,在春季、夏季和秋季的绿洲区与滨湖区的地下水化学离子组成受人为干扰较明显,灌溉力度较小的区域和非灌溉季节的地下水受人为干扰较小。【结论】灌区在农作物灌溉季节应适当合理开采地下水并加强对地下水水质的监管工作。