新疆叶尔羌河流域平原区浅层地下水咸化空间分布及成因

为了解新疆叶尔羌河流域平原区地下水咸化特征及成因,该文运用多元统计、地统计等方法并结合遥感技术和地球化学方法对浅层地下水(井深≤100 m)水质演化进行分析。结果表明,研究区地下水呈中性或弱碱性,水化学类型以HCO_3·SO_4-Ca·Mg、SO_4·HCO_3-Na·Ca、SO_4·Cl-Na·Ca (Mg)和Cl·SO_4-Na型为主。咸化系数计算结果表明,单一结构潜水咸化程度较高,承压水区潜水咸化程度相对较低,浅层承压水咸化程度最高。潜水和浅层承压水Cl~-、SO_4~(2-)、溶解性总固体(TDS)半变异函数分析表明,各指标的空间相关性较强;沿地下水流向,潜水Cl~-、SO_4~(2-)、TDS浓度总体呈现升高的趋势,浅层承压水则呈现高低值相间分布的特征。因子分析和聚类分析表明,地下水咸化的影响因素可分为水文地质条件控制(GW1)、地下水化学环境影响(GW2)和人为活动影响(GW3) 3类。GW1类地下水分布范围较广,离子浓度主要受蒸发岩矿物的溶解控制;GW2类地下水分布于草地,地下水化学环境对地下水咸化影响相对较大;GW3类地下水主要分布于耕地和建设用地,地下水咸化受人为活动的影响显著,潜水受到农业灌溉、生活污水和工业污水影响较大,浅层承压水受污染程度相对较低。     

外来调水对华北低平原区地表水和地下水 水化学特征的影响* ——以河北省南皮县为例

华北低平原区有着巨大的粮食增产潜力,同时也是粮食生产和农业水资源矛盾突出的地区。外来调水与浅层微咸水的联合利用是解决区域水资源问题的有效途径之一,同时也将引起区域水循环和水环境的改变。为明确外来调水对华北低平原区地表水和地下水水化学特征的影响,本研究在华北低平原区河北省南皮县域内对调水后不同季节地表水和地下水进行调查和采样,利用水文地球化学和氢氧(d~2H、d~(18)O)稳定同位素相结合的方法,研究外来调水对地表水和地下水转化及其水化学特征的影响。研究结果表明,11月至翌年7月,受蒸发作用的影响,地表水电导率(EC)和钠吸附比(SAR)增加,d2H、d18O同位素不断富集;由于地表水和周围土壤的交换吸附作用使其水化学类型向Na~+、Cl~-和SO_4~(2-)增加、HCO_3~-减少的咸水转变。调水改变了地表水和浅层地下水之间的补给关系,11月至翌年3月,沟渠附近浅层地下水受外来调水直接或者灌溉补给,使得3月浅层地下水EC降低,埋深变浅,部分采样点分布在外来调水的SAR-EC区域。受调水影响,3月沟渠附近浅层地下水水化学类型为Na·Mg·Ca-Cl·SO_4、Na·Mg-Cl·SO_4·HCO_3、Na·Mg-SO_4·Cl·HCO_3等,是11月调水(Na·Mg·CaSO_4·HCO_3·Cl)和浅层地下水(Na·Mg-Cl·SO_4)的过渡类型。3月至7月浅层地下水补给沟渠水,地下水埋深变深,7月浅层地下水水化学类型与3月相似。调水可以季节性地改善区域内沟渠水及其附近的浅层地下水水质,而对深层地下水和坑塘水的水质无改善作用。调水对沟渠水水质的改善体现在调水季节,对浅层地下水水质的改善存在滞后性,2014年11月调水之后,2015年3月浅层地下水的水质得到改善。因此,采用调水和浅层地下水、坑塘水混合灌溉,对合理开发利用区域咸淡水资源以及深层地下水压采,恢复地下水位意义重大。     

"引大入秦"灌溉工程对甘肃秦王川盆地地下水化学组分的影响

为研究“引大入秦”灌溉工程对秦王川盆地地下水化学组分的影响,该文在对该盆地地下水进行系统采样分析的基础上,通过对比“引大入秦”工程运行前后盆地内水化学数据,利用数理统计、Gibbs图、离子比等方法,对盆地内地下水化学组分演化进行了深入分析。结果表明:工程运行前,研究区水化学类型以Cl·SO4-Na、Cl·SO4-Na·Mg和SO4·Cl-Na为主。工程运行初期,在灌溉渗水淋洗作用下包气带易溶盐进入地下水,盆地地下水向盐化和硬化方向演化。随着工程的继续运行,包气带盐分被逐步洗脱殆尽,灌溉淋滤水的含盐量逐渐降低,其中处于盆地汇水区的平原区中部下降趋势最为明显,地下水化学类型由Cl·SO4-Na演化为HCO3·SO4-Na(Na·Ca·Mg)和Cl·SO4·HCO3-Na。盆地周缘黄土丘陵区水资源贫乏,受原生沉积地层中高含量易溶盐影响,Cl·SO4-Na·Mg型水分布范围基本保持不变。盆地南部当铺一带地下水由Cl·SO4-Na型演化为Cl·SO4-Na·Mg型水。在这一过程中,研究区水化学组分受硅酸盐岩风化溶解以及岩盐和蒸发岩盐溶解共同作用,在蒸发浓缩作用下富集。盆地地下水受工矿企业污染影响较小,但化肥的使用导致地下水NO3-质量浓度明显升高。研究结果为秦王川灌区地下水资源的可持续发开利用提供参考。     

华北农区浅层地下水硝酸盐分布特征及其空间差异性

华北平原地下水硝酸盐污染备受关注,然而受地貌类型、土地利用、土壤结构、含水层水文地质条件等因素差异性的影响,对区域尺度上农区浅层地下水硝酸盐污染程度和特征尚没有统一定论。本文通过综述过去华北平原地下水硝酸盐污染程度的相关研究,并结合近年来对华北平原农业种植区浅层地下水硝酸盐研究所取得的认识,指出补给源区(太行山低山丘陵区)、山前平原和低平原3个典型地貌类型区浅层地下水硝酸盐研究存在的问题:补给源区土地利用变化多样、土壤和含水层渗透性好,要重视对源区氮输入的控制,加强低山丘陵区气候变化对水文过程和氮迁移过程影响机制的研究;山前平原区是农业高产区,地下水埋深较深且包气带厚度大,较高的浅层地下水硝酸盐浓度除了与点源、污水渗漏以及污水灌溉等直接影响因素有关外,农田过量肥料施用对地下水硝酸盐影响的程度、水氮迁移路径以及未来潜在风险是农区地下水硝酸盐研究中亟需关注的问题;低平原区较细的土壤沉积结构减缓了氮向下迁移的速度,但地下水埋深较浅,二者的制约关系决定了地下水硝酸盐浓度,因此应在理解地表水-土壤-地下水转化关系的基础上评估地下水硝酸盐污染的风险。     

潜水含水层水动力弥散试验研究

水动力弥散理论主要研究地下水可溶物质在时间、空间上的变化和弥散运移规律,预测地下水污染的发展趋势。通过在包头市某厂区现场弥散试验所得的实测数据,利用标准曲线法进行了潜水含水层水动力弥散试验。测定结果表明,浅层含水层的纵向弥散度(aL)为1.19~1.28cm,横向弥散度(aT)经验推断值为0.24~0.26cm。研究结果可为厂区有效地下水污染防治措施的制订提供科学依据。     

基于排队理论的灌区渠系地表水及地下水优化配置模型

地表水和地下水联合运用于农业灌溉是中国大部分灌区主要采用的灌溉形式,但目前的优化模型对地下水的运用情况过于简化,常采用定值作为优化模型的参数,所以不能真实反映地下水随时间对灌溉面积的影响。该文基于排队理论,研究分析了地下水灌溉的农田面积随等待地表水灌溉的历时的影响,并建立灌区渠系优化配水模型,以灌水历时最短为目标,根据渠首引水、渠系供水、作物用水等方面的用水关系建立约束条件。通过河北石津灌区的实际应用,说明模型方法的可行性,并提出该灌区5条主要干渠的合理优化配水方案。结果显示最优的灌溉历时为25.6 d;干渠B1的灌水周期贯穿了大部分灌水周期,是影响整个系统灌溉效率的关键渠道;子区C5分配的地下水资源较多,该子区的地下水灌溉面积占到了43%。该模型可更加真实地反映用于灌溉的地下水水量随时间变化的不确定性,能够为中国大部分地区建立地表水和地下水联合灌溉优化模型提供方法上的借鉴。     

典型岩溶地下河流域水质变化与土地利用的关系--以贵州普定后寨地下河流域为例

岩溶地下水系统作为岩溶生态系统的一项脆弱因子，对土地利用变化有着少有的敏感性。以贵州普定后寨地下河流域为例，利用20余年的水化学系列资料，分析了农业活动加强、土地利用方式及灌溉系统改变对地下水的影响。发现无论是农业(工业)活动的加强、土地利用方式的变化，还是灌溉系统的改变，都会造成流域内地下水水质空间和时间的改变。其中既有不利的一面，如乡镇的快速发展，生活和工业污水的直接排放，农药和化肥的过度使用；也有有利的一面，如地表地下水库的联合调度灌溉，植被的种植(农用地恢复为林地)。因而在土地利用规划过程中，必须考虑到地下水脆弱性因素，树立可持续发展的资源观。     

应用耗散结构理论分析地下水系统演化

耗散结构理论推动了系统科学的发展。地下水系统的演化是在天然或人为因素影响下,地下水系统以新的宏观状态取代旧的宏观状态的耗散过程。提出了基于耗散结构理论研究地下水系统演化机制的新思路。地下水系统是一个复杂的开放系统,地下水系统演化过程处于非平衡有序状态且不可逆,与地下水系统相关的各子系统之间的作用是非线性的,强烈的人为因素对地下水系统演变的影响显著。华北平原中部“冀枣衡”深层地下水漏斗是人类活动强烈干扰下地下水系统异常涨落的产物。大规模超量开采地下水导致衡水市地下水动力场、水化学场和含水介质空间结构变异等问题,地下水系统进入人为活动强烈干扰下的新的演化时期。     

应用耗散结构理论分析地下水系统演化

地下水系统的演化是在天然或人为因素影响下,以新的宏观状态取代旧的宏观状态的耗散过程。提出基于耗散结构理论研究地下水系统演化机制的新思路。地下水系统是一个复杂的开放系统,其演化过程处于非平衡有序状态且不可逆,与地下水系统相关的各子系统之间的作用是非线性的,强烈的人为因素对地下水系统演变的影响显著。华北平原中部“冀枣衡”深层地下水漏斗是人类活动强烈干扰下地下水系统异常涨落的产物。大规模超量开采地下水导致衡水市地下水动力场、水化学场和含水介质空间结构变异等问题,地下水系统进入人为活动强烈干扰下的新的演化时期。     

盐渍化改造区土地利用变化对地下水资源的影响 --以河北省曲周县为例

运用GIS空间分析功能、柯布—道格拉斯生产函数以及曲周县统计资料和地下水资料,分析了近20年来土地利用变化及其对地下水资源的影响,研究结果表明,作为盐渍化改造区以农业为主的曲周县,土地利用变化速度不快且土地用途转移主要是耕地转变为农村居民点和城镇用地;耕地灌溉率、复种指数、耕地灌溉面积、粮食产量不断提高;粮食和蔬菜产量对地下水资源的高度依赖性,是引起地下水埋深变化的主要原因;依据河北省地下水超采区划分标准,曲周县浅层地下水开采区是基本平衡区,深层开采区属于中度超采区。为实现盐渍化改造区水土资源的可持续利用,必须调整种植业结构,适当降低土地利用集约度,大力发展节水农业。     

基于DRAINMOD模型估算灌区浅层地下水利用量及盐分累积

在灌溉季节,尤其是下游灌区,农田地下水位较高,作物可就地利用部分浅层地下水,从而减少灌溉需水量,达到节水减排的双重目的。大田作物对浅层地下水利用量的估算是合理制定灌溉淋洗制度及控制土壤盐碱化的前提,但其估算存在一定困难。该文假设当农田灌溉、排水等水文气象条件一致时,某一作物对浅层地下水的利用量等于该田块有、无作物(即裸地)2种情况下造成地下水位差异的水量。据此,首先建立了浅层地下水利用量的计算模型,并以某一半干旱灌区为例,利用田间水文模型-DRAINMOD模拟出有、无作物2种条件下农田地下水位变化过程,然后,计算了棉花、小麦轮作期内对浅层地下水的利用量;在此基础上,进一步分析了浅层地下水利用条件下土壤剖面的盐分平衡。结果显示,该文提出的计算模型能够较好的反映大田实际情况;研究时段内,田间地下水埋深平均值为2.1 m,单位面积上作物利用浅层地下水量为305.8 mm,主要发生在作物生长阶段,其中棉花生长季内地下水利用量约为160 mm。盐分平衡计算结果显示,浅层地下水的利用使得水位以上土壤剖面盐分含量增加,但1 m以内根区土壤盐分在降雨和灌溉作用下得到一定的淋洗,未超出作物耐盐极限,不会对产量造成显著影响。研究成果可为相关灌区制定合理的灌溉制度及提高水资源利用效率提供科学依据。     

Formation of a Groundwater Table by Trench Irrigation and Evapotranspiration in a Drained Peatland

To evaluate the coexistence of agricultural managements and wetland ecosystem conservation, the Bibai mire, an ombrotrophic mire in Hokkaido, Japan, was selected as an experimental site that had been affected by neighboring agricultural managements. Since the lowering of the level of the groundwater table in the peripheral area of the mire had threatened indigenous vegetations, keeping the groundwater table shallow by trench irrigation seemed to be an effective measure to recover the original vegetation. The objective of the present study was to quantify the amount of water and the effective area of trench irrigation required in a bamboo-invading area in a pristine mire. We constructed a trench 28 m long and irrigated at the rate of 2.22 m³ d⁻¹ in a bamboo-invading area in the mire. And to analyze the hydro-meteorological conditions under the trench irrigation, we measured the saturated hydraulic conductivity of the peat layer (3.8 × 10⁻³ cm s⁻¹), the evapotranspiration rate (2.80 mm d⁻¹), the depth of the non-irrigated groundwater table (0.15 m) and the surface gradient (0.00493). In addition, using the mass conservation equation and Darcy's law, we derived a steady state model of the level of the groundwater table formed by trench irrigation, which required the five parameters mentioned above. The irrigated water spread over a distance of only about 15 m to both sides of the trench. The model also estimated that the distance for the irrigated area was 14.6 m and we concluded that the irrigated area was limited within a distance of 20 m distances to both sides of the trench and that the irrigation rate per unit trench length did not exceed 0.12 m² d⁻¹ for realistic values of the evapotranspiration rate and the saturated hydraulic conductivity in peatland.     

盐碱地咸水灌溉枸杞种植条件下土壤盐分变化

In order to utilize the wasted saline-sodic soils under shallow groundwater condition,a 3-year field study was carried in a field cropped with Lycium barbarum L.and irrigated by drip irrigation with saline groundwater under the water table depth of 30-40 cm in the northern Yinchuan Plain,China.Effects of cropping duration (one,two,and three years) on soil salinity,soil solution composition,and pH in three adjacent plots were investigated in 2008.Results showed that a high irrigation frequency maintained high soil water potential and subsequently facilitated infiltration and downward movement of water and salt in the crop root zone.Salt accumulated on the edges of the ridges,and soil saturated-paste electrical conductivity (ECe) was higher in the edge.Concentrations of Na+,Ca2+,Mg2+,Cl-,and SO42- in the soil increased with the soil depth as did the ECe,while HCO3- and pH had a relative uniform distribution in soil profile.As planting year increased,the ECe and soil salts in the field had a decreasing tendency,while in the root zone they decreased immediately after irrigation and then remained relatively stable in the following growing seasons.HCO3- and pH had little change with the planting year.Results suggested that the application of drip irrigation with saline water could ameliorate saline-sodic soil and provide a relatively feasible soil environment for the growth of salt-tolerant plant Lycium barbarum L.under the saline-sodic soils with shallow groundwater.     

黄土高原粗质地土壤剖面水分运动与浅层地下水补给可能性模拟

黄土高原水土流失严重,生态环境脆弱,水资源短缺,地下水对保障区域社会经济发展和维持生态系统平衡具有重要意义,而该区的地下水转化和补给机制尚不明确。为探究黄土高原水蚀风蚀交错区土壤剖面深层水分运动及降水对浅层地下水补给的可能性,利用六道沟小流域分布的粗质地风沙土样地2013—2016年土壤剖面0~600 cm含水量数据,运用HYDRUS-1D模型对各土层水力参数进行反演和验证,并用于模拟样地土壤深剖面0~1 500 cm水分运移过程。结果显示,在平水年2014年(439 mm)和干旱年2015年(371 mm),0~600 cm土壤含水量生长季末与生长季初持平或略有亏缺;降水充沛年2013年(669 mm)和2016年(704 mm)土壤含水量生长季末远高于生长季初,降水入渗深度超过观测深度(600 cm)。深剖面水分运动模拟显示,2014年和2015年剖面含水量变化不明显,水分向深层运移微弱缓慢;但是,2013年和2016年降水可分别入渗运移至1 100 cm和1 200 cm深度,远超过样地上生长的旱柳根系区域,可能补给浅层地下水。在4年模拟期间,平均土壤蒸发为14.87 cm·a-1,平均植物蒸腾为33.70 cm·a-1,土壤水分主要以植物蒸腾形式损耗。在2个丰水年,得益于较充足的降水和粗质地风沙土壤的高入渗率,降水大量转化为土壤水快速向下入渗运移,模拟显示当年生长季末降水最深运移至1 200 cm,至年末已超过模拟深度(1 500 cm),水分继续运移可能补给浅层地下水。相关研究结果为黄土高原水蚀风蚀交错区地下水来源和补给机制提供理论依据。     

近60年鄯善县地下水补排量演变与坎儿井流量衰减关系

为揭示干旱区地下水补排量演变规律及其与坎儿井流量衰减的关系,通过梳理1949年以来鄯善县水资源开发利用、地下水资源调查评价资料,分析了地下水补排量的变化,划分地下水补排量演化的阶段。利用双变量相关分析法,分析了地下水主要补排量演化与坎儿井流量衰减之间的关系,并分析了其原因。结果表明：1）鄯善县地下水补排量的变化主要受人类活动影响,气候变化的影响微弱,且主要补排量变化的突变点与国家实施改革开放、西部大开发等政策的起始点相一致,政策是人为因素中的关键因素;2）坎儿井出流量与河道渗漏补给量、渠道渗漏补给量、田间入渗补给量、机井地下水开采量之间的相关系数依次为0.312、?0.327、?0.574、?0.959,说明坎儿井流量的衰减主要受机井开采地下水影响,其次为田间入渗补给量,河道和渠道（干支渠）渗漏补给影响较小;3）坎儿井出流量与地下水补排量的响应关系主要由其空间分布位置决定。该研究对坎儿井保护和超采区治理提供参考。     

退耕对滇池湖滨土壤理化性质与无机磷分布的影响

[目的]明晰退耕对滇池湖滨土壤理化性质和土壤磷素形态分布的影响,进而评价退耕的土壤恢复效应和环境效应。[方法]采用空间代替时间的研究方法,对比研究滇池湖滨缓冲带和设施农田剖面土壤理化性质以及无机磷剖面分布特征,并且以滇池湖滨3个区域(牛恋、海埂、兴隆)相同退耕方式为对照进行研究。[结果]退耕3a后,牛恋缓冲带浅表地下水埋深明显变浅,土壤有机碳和全氮含量明显增加,土壤全磷,Olsen-P,Al-P和Fe-P含量均明显降低,O-P含量明显增加。但是浅表地下水埋深较深的海埂缓冲带土壤理化性质和无机磷组分没有发生明显变化。兴隆缓冲带土壤有机碳和全氮含量明显降低。3a内退耕没有直接对土壤理化性质和无机磷组分产生明显影响,浅表地下水埋深改变是影响土壤恢复和无机磷组分变化的直接原因之一。[结论]滇池湖滨缓冲带和设施农田土壤磷素均存在淋失风险,退耕活动通过抬高浅表地下水位加速土壤磷素淋失从而降低土壤潜在淋失风险。     

田间施肥引起浅层土中氮的蓄积试验分析

田间施肥后,未挥发和被作物吸收的剩余N素易淋失运移,引起在浅层包气带土壤中的蓄积,且又易再释放进入下层土或地下水中形成污染,并主要受气候、土质结构、微生物作用等的影响。认识和掌握上述规律现象,将有助于研究农田施肥引起地下水污染的治理方法。对田间超量施肥灌溉后,作历时近1年的浅层包气带土壤中N的蓄积试验研究,结果显示:短期内土壤中N的显著蓄积主要发生在土层1.5m以浅部位,随时间、深度及入渗水量的变化而波动。这为探索根治由此引起的地下水污染,提供了较好的应用基础和科学依据。     

江苏沿海垦区暗管排水对冬小麦产量的影响模拟

江苏沿海垦区农田地下水位埋深较浅,冬小麦生长易受到渍害的影响;为探究不同暗管排水条件影响下冬小麦产量的变化,该研究根据在江苏东台试验站实测的气象、土壤、地下水埋深等数据,联合运用田间水文模型DRAINMOD和作物模型AquaCrop模拟不同暗管排水条件对冬小麦产量的影响.结果显示:DRAINMOD模型可准确模拟研究区地...