典型济南泉域强渗漏带的保护开发与评价

兴隆片区是距济南市趵突泉、黑虎泉、五龙潭、珍珠泉4大泉群直线距离最近、面积最大的典型性强渗漏补给带。在城市化进程中,其部分区域逐渐由近自然型向覆盖性强渗漏带过渡。基于强渗漏带保护策略和低影响开发理念,对兴隆强渗漏带不同开发情景进行了分析模拟,提出了兴隆强渗漏带保护性开发措施。结果表明:在较少考虑保护和低影响开发的原规划A情景下,建设后地表径流的增加量约6.5万m~3/(a·km~2),增幅为36.29%;入渗补给量减少约8.8万m~3/(a·km~2),降幅为46.86%。在充分考虑保护和低影响开发的调整规划B情景下,比A情景减少地表径流约16.17%,增加入渗补给约41.20%,保护效果明显;但与近自然态相比,入渗补给量仅恢复至原水平的75%。开发建设强烈改变了下垫面的原有性质,损坏了强渗漏带地下水补给功能,即便采取低影响开发,也无法完全消除因工程建设导致的地下水补给量减少;因此以全流域生态修复和调水补源为核心的C情景的入渗补给功能可恢复并增加至现状的129.85%,是最为理想有效的保护措施。     

晋祠泉域罗家曲至龙尾头段生态补水分析

晋祠泉是“三晋第一名泉”，在大规模采矿以及过度开采地下水的双重破坏下，地下水位持续下降，于1994年4月30日出现了断流。文章针对晋祠泉域罗家曲至龙尾头段生态补水工程进行分析；在汾河干流上游强渗漏段自上而下兴建了4座拦河闸坝进行生态补水，可加大地表水的下渗量和晋祠泉域岩溶水的入渗补给量，从而促进地下水位抬升，推动晋祠泉早日实现复流，同时也能改善汾河河道生态环境。     

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。     

内蒙古德岭山地区灌溉农业发展对浅层地下水系统演化的影响

为了了解灌溉农业发展对浅层地下水系统演化的影响,该文以1979年内蒙古德岭山地区浅层地下水系统未遭受人类活动强烈干扰时的状态为初始状态,采用水均衡原理计算2008年地下水的各种补排量,并进行地下水质量评价。通过对比初始状态与现状条件下浅层地下水系统输入(补给项)和输出(排泄项)的变化、水动力场与水化学场的变化,分析该地区浅层地下水系统的演化方向和规模。研究结果表明:灌溉农业的发展已成为影响浅层地下水系统演化的主要因素。灌溉农业对研究区地下水系统动力场演化的影响主要表现为局部区域地下水水位的持续降低和地下水流场的剧烈变化;对地下水系统化学场演化的影响主要表现为地下水化学类型的改变和地下水污染的加重。     

渠道渗漏对黄土斜坡稳定性影响研究——以泾阳南塬庙店滑坡为例

以泾阳庙店滑坡为研究对象,在非饱和土特性试验基础上,结合野外地质调查结果建立典型斜坡的饱和-非饱和渗流模型,模拟渠道渗漏对于斜坡渗流场的影响,研究了渠道渗漏对于斜坡稳定性的影响。计算结果显示,渠道渗漏引起的水分入渗湿润锋面呈近似椭圆状增大,使得饱和区域面积逐渐增加;当入渗时间足够长时,地表水入渗开始补给地下水,原始补给排泄平衡遭到破坏、之后又逐渐形成新的平衡。在渠道水渗漏与地表水入渗优势通道共同作用下,斜坡稳定性系数随渗水时间的增长而逐渐减小。该地区滑坡发生的主要原因是长期农业灌溉过程中,渠道渗漏水体长时间入渗,改变了斜坡内部孔隙水压力与基质吸力,改变了斜坡的原有的渗流场,降低斜坡土体抗剪强度所致。     

基于HYDRUS模型渠道渗漏模拟及影响因素分析

为探明影响有压入渗渠道渗漏的主要因素,采用恒水位静水试验的方法开展渠道渗漏试验,试验设置8个入渗水头,探究不同水深情况下渠道的累积入渗量及入渗速率的变化规律,并选用HYDRUS-2D软件进行模拟分析。结果表明:实测值与模拟值的变化规律基本吻合,入渗速率的RMSE值为0.003 6~0.376 3 cm/h,累积入渗量的RMSE值为0.001 7~0.300 9 m^3,R^2的值均达到0.9以上,说明选定的土壤水分运动方程合理,选取的相关参数值合适,用于渠道渗漏评价是可行的。采用HYDRUS-2D模型野外拓展试验对渠道水深、底宽及边坡系数进行影响分析,渠道水深的变化对入渗速率的影响较大,而渠道底宽、边坡系数的变化对入渗速率的影响较小。渠道水深、底宽及边坡系数对累积入渗量的影响均呈现极显著相关(P<0.01),对累积入渗量的影响程度大小为渠道水深>渠道底宽>边坡系数。其中渠道底宽和边坡系数的交互作用对累积入渗量的影响并不显著(P>0.05),渠道水深和边坡系数的交互作用对累积入渗量的影响呈极显著相关(P<0.01),渠道水深和底宽的交互作用对累积入渗量的影响同样呈极显著相关(P<0.01)。研究结果为探明渠道水分入渗规律、改进渠道防渗技术及开发新的的渠道渗漏损失计算方法等提供参考。     

渠道渗漏HYDRUS模拟验证及影响因素分析

渠道渗漏影响灌溉水利用效率,分析影响渗漏的主要因素,评估各影响因素对渠道渗漏的影响程度,可以为提高灌溉水利用效率提供理论参考.为了得到渠道渗漏的主要影响因素,进行了渠道渗漏室内模拟试验,观测不同边坡系数、入渗水头、渠道底宽下的累积入渗量和湿润锋推进过程,建立试验条件下的土壤水分运动模型,选用HYDRUS-2D软件求解所建模型,并将求解得到的模拟值与实测值进行比较,结果表明,模型模拟R2均高于0.9、均方根误差为0.43～4.99 L,检验了所建模型可以用于模拟渠道渗漏的土壤水分入渗过程.模拟表明,边坡系数对湿润锋运移距离和累积入渗量的影响很小,渠道底宽对渠道土壤水分入渗过程的影响较大,通过双因素方差分析,渠道底宽对累积入渗量和湿润锋运移距离的影响极显著(P＜0.01),而入渗水头对水平距离的影响显著(P＜0.05),渠道底宽和入渗水头之间不存在显著的交互影响(P＞0.05).研究结果可以为提高灌溉水利用效率、对灌溉渠道防渗提供技术参考.     

基于BP神经网络的地下水动态预测

人工神经网络是一种高度非线性的并行分布处理系统,采用人工神经网络预测宝鸡市的地下水位动态变化趋势,取1995-2007年研究区内的降水入渗补给量、河道渗漏补给量、人工开采量和闸坝蓄水渗漏量作为输入因子,建立BP模型,用于模拟2008的年地下水位埋深,并与传统的灰色模型进行比较,结果表明:BP神经网络的相对误差介于0.07%～1.98%,相对于灰色模型(0.13%～6.41%)具有较高的预测精度,可为该灌区地下水位的动态预报提供参考。     

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。     

地下水系的出流与贮存

地下水是世界上重要的淡水资源 ,对维持溪流、湖泊、湿地和水生群落起着非常重要的作用。地下水系除了集中以泉水排出或向凹穴补给外 ,其动态性质并不明显。由于人类与气候的压力 ,地下水的出流与贮存是不断变化的。水流和溶质运移的计算机模型是评价地下水资源的必要工具 ,应用于区域污染和大陆规模流体迁徙的大矿体源污染领域。示踪技术用于估计壤中水的滞留时间、排水和补给水的数量及时间调配。地下水补给量是评价地下水资源的重要因素 ,其补给量的确定非常困难 ,测量方法也多种多样。气候变化对地下水补给量的影响也是难以评定的。地表水体与地下水的相互作用由地下水流系统的位置、河床和入渗物质的特征、气候环境决定。人们长期大量使用地下水资源而导致的地下水与地表水在时空上的显著变化是未来所面临的挑战。     

考虑季节性冻融的井渠结合灌区地下水位动态模拟及预测

该文以季节性冻融灌区内蒙古河套灌区为研究对象,建立灌区冻融期地下水补排模型,与三维地下水数值模型相结合,构建适用于季节性冻融灌区的生育期-冻融期全周年地下水动态模拟模型。采用河套灌区2006—2013年灌区实测地下水埋深对模型进行了率定和验证,并针对河套灌区不同地下水矿化度可开采区(分别为2.0、2.5及3.0g/L)、不同渠井结合比设置了18种井渠结合节水情景,对其地下水动态进行了预测。结果表明,该文构建的冻融期模型能准确反映其地下水动态过程;井渠结合后地下水埋深变化与井渠结合区地下水开采利用的矿化度上限和渠井结合比有关,井渠结合区地下水矿化度上限越大,渠井结合比越小,地下水埋深增加越多;实施井渠结合后,灌区生育期平均地下水埋深增加0.103~0.445 m,秋浇期增加0.076~0.243 m,冻融期增加0.096~0.216 m;从空间上看,全灌区年均地下水埋深增加0.096~0.316 m,井渠结合区增加0.346~0.635 m,非井渠结合区变化较少,一般不足7 cm。该文为季节性冻融灌区开展大规模井渠结合灌溉提供参考。     

内蒙古河套灌区地下水合理利用的方案分析

内蒙古河套灌区地下水位浅,合理利用地下水可以减少灌区引黄水量,保证黄河下游用水。根据灌区实际情况,制定了灌区地下水利用原则,提出了地下水插花开采形式,并计算了开采条件下的地下水补给量,分析了引黄水量、地下水开采量及地下水位的关系,在“三亩补一亩”的开采条件下,地下水开采量以1 100～1 500 m³/hm²为宜。地下水合理开采可缓解灌区水资源紧张局面,对河套灌区水资源可持续开发利用具有重要意义。     

季节性冻融区井渠结合灌域地下水动态预报

该文以河套灌区永济灌域为研究对象,建立考虑冻融影响的分段式水均衡模型,预报12种井渠结合节水情景的地下水动态响应。结果表明:冻融期间气温对地下水埋深的影响在时间上滞后46.5 d,两者相关关系明显;地下水开发利用越多、秋浇采用黄河水的比例越小,节水规模越大,同时地下水位下降越明显。12种节水情景中,节水规模占现状引水量的5.7%~15.5%,全灌域平均地下水埋深增加0.05~0.24 m,井渠结合区地下水埋深增加0.16~0.38 m;灌域引黄水量与地下水埋深关系用二次函数进行拟合,决定系数R~2达到0.88以上;灌溉水利用效率的提高以及地下水位下降引起潜水蒸发的减小是井渠结合节水的实质。分析结果表明,考虑冻融影响的水均衡模型简单实用,可为中国西北干旱半干旱地区开展井渠结合地下水响应预报提供参考。     

膜下滴灌灌水量对土壤水热影响及地下水补给耗水响应

为探求灌水量对棉田地温和生育期地下水补给棉花耗水比例的影响,设置了4种不同膜下滴灌灌水量(3 000,3 750,4 500,5 250m~3/hm~2)进行野外均衡场试验研究。结果表明:灌水量一定时,浅层土壤受气温影响更为显著;同一气象条件下、同一土层地温和土壤有效积温均随灌水量的增加而降低,当灌水量增加75%时,有效积温降低11.3%,同时温度变幅也相对变小;灌水量越大,棉花耗水量及地下水补给作物水量也随之增大。当灌水量从3 000m~3/hm~2增加到5 250m~3/hm~2时,棉花的耗水量增加146.3%,地下水补给比例增加540%,而棉花需水敏感期地下水补给量则增加152.93mm,需水敏感期的地下水补给量最大,但日均地下水补给量随棉花生育期的延长而增大,且各处理的水分利用效率差异不大。此外,在地温较高的夏季高温期(花铃期和吐絮期)以及灌水量较小时,夜间地下水补给作物水量大于或接近白天补给量,说明地温影响地下水的向上补给水量和补给时段。此研究可为合理高效利用农业水资源和优化膜下滴灌棉花灌溉制度提供有效依据。     

三江平原井灌区地下水人工回灌量测算

针对近些年来三江平原大面积发展井灌水稻所导致的地下水位持续下降问题,以853农场为例,采用水量均衡法,测算了853农场2006—2009年维持地下水收支平衡及地下水恢复至适宜埋深条件下的人工回灌量,结果表明:维持地下水收支平衡所需回灌量均小于5 000万m3;地下水恢复至适宜埋深所需回灌量均为2亿m3左右,远远超过维持地下水收支平衡所需回灌量;若继续沿用现状地下水利用模式,未来所需回灌量会更大,建议当地加大地下水资源管理力度。研究成果为853农场乃至整个三江平原地下水资源恢复及可持续利用提供了科学依据。     

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。     

山前冲积扇蓄洪入灌坎儿井水源保护方法研究

新疆吐鲁番盆地的坎儿井是我国宝贵的非物质文化遗产,且对吐鲁番绿洲生态的存在与发展具有不可替代的作用。近年来随着大量机电井的使用,区域地下水位持续下降,致使坎儿井出水流量减少甚至干涸。吐鲁番盆地北侧天山山脉的年降雨量可达300~400 mm,该降雨除一部分通过多条河流排出外,在山前冲积扇上也会造成一定规模的洪水,给盆地边沿地区带来一定的威胁。通过分析吐鲁番盆地基本情况、坎儿井现状和山前冲积扇蓄洪入灌的自然条件,提出一种山前冲积扇蓄洪入灌坎儿井水源保护方法,并采用数值模拟对此方法进行了研究。山前冲积扇蓄洪入灌坎儿井水源保护方法,即在冲积扇修筑拦洪坝的方式,拦蓄该部分洪水,一方面起到防洪效果,另一重要方面就是补给地下水,抬升地下水位,从而增加该区域的坎儿井的出水量。研究表明:该方法可以大幅提升地下水位,增加坎儿井的出水量,甚至可使得已经干涸的坎儿井重新出水,是经济可行的一种保护坎儿井的方法。