新疆玛纳斯河灌区地下水特征研究

地下水水位下降加剧了新疆灌区生态环境恶化,因此本研究以玛纳斯河灌区为研究区,依据水量平衡原理,建立了地下水均衡模型,定量分析了玛纳斯河灌区地下水均衡要素的变化情况,为合理开发利用地下水资源提供科学依据。研究结果表明:在各典型年,灌区地下水均处于负均衡状态;同时玛河灌区地下水主要补给来源为渠系入渗、河道渗漏补给、侧向补给、田间入渗补给,分别占总补给量比例为32.34%~33.34%、10.22%~22.28%、15.55%~19.70%、15.31%~17.64%。灌区地下水主要排泄途径为人工开采,占总排泄量比例为41.77%~51.83%。实践证明,渠系入渗补给对维持地下水动态平衡作用较大,严格控制地下水开采是遏制地下水水位迅速下降的有效手段。     

水均衡法评价玛纳斯河流域莫索湾灌区地下水资源

莫索湾灌区位于玛纳斯河下游,地下水补给以侧向径流补给和灌溉水入渗补给为主,因此,地下水位多年动态变化特征基本上反映了地下水开采量的变化特征。基于水均衡分析法,分析了研究区地下水资源利用情况,对灌区1998-2007年地下水系列各项补给量和排泄量进行平衡计算,指出灌区地下水位明显受灌溉用水量和人工开采量的双重控制,尤其是人工开采量对地下水位变化影响最大。基于此,地下水开采应该以保证生态环境为前提,合理地开发利用地下水资源,实现地下水资源的可持续利用。     

基于采补平衡的河套灌区井渠结合模式及节水潜力

确定合理的渠井结合比以保证地下水采补平衡,是发展井渠结合灌溉、保证灌区节水和可持续发展的重点和难点。根据井渠结合区的地下水可开采量与井渠结合井灌区的灌溉用水量之间的平衡关系,建立地下水补给均衡模型。该模型考虑各级渠道输水、田间灌溉和降雨入渗对地下水的补给,地下水开采量则根据井灌区灌溉用水量确定,建立地下水补给与地下水开采量之间的均衡方程,通过求解该均衡方程,得到井渠结合区渠井结合比的合理范围在2.3~3.4之间。同时,通过局部敏感性分析方法,分析了该模型涉及参数中对渠井结合比影响程度较大的5个参数,敏感性从大到小依次为:地下水可开采系数、土地利用系数、渠道输水补给地下水系数、田间灌溉补给地下水系数、降雨补给地下水系数。进一步根据渠井结合比,计算了灌区实施井渠结合灌溉的节水潜力,结果表明,井渠结合全部实施后,灌区的节水潜力在3.4~4.6亿m~3,节水效果显著。     

基于农户灌溉用水模型的渠井结合灌区渠井用水比例研究

为应对变化环境下农业用水供需矛盾日益突出的挑战,确定渠井结合灌区适宜的渠井用水比例,实现渠井结合灌区地下水多年动态平衡和生态系统的可持续发展.采用半结构化访谈的方式在典型渠井结合灌区——陕西省宝鸡峡灌区进行了大量田间调查,获取了作物种植类型、产量和种植成本,灌溉水源选择、灌溉用水量等基础数据,并将观察到的农户灌溉行为概念化和程序化,将农户灌溉用水行为与作物根区水文过程进行耦合,开发了一个具有物理机制的农户灌溉用水模型,模拟了不同渠井灌溉用水比例对地下水位动态、作物产量和农户生计的影响.模型在典型区域应用的纳什效率系数为0.58,表明模型可以用来模拟渠井结合灌区的地下水位.结果表明:若要维持灌区地下水位稳定和地下水采补平衡,塬上灌区丰、平、枯水年的渠井用水比例应分别为2:98、28:72、30:70,塬下丰、平、枯水年的渠井用水比例应为全井灌(0)、28:72、29:71.考虑丰蓄枯补原则,丰水年塬上灌区和塬下灌区的渠井用水比例分别为10:90和17:83时,地下水位可上升2 m;枯水年塬上灌区和塬下灌区的渠井用水比例分别为21:79和13:87时,地下水位可下降2 m.仅改变渠井用水比例时作物产量不变,且井灌比例增加时亩均净收入略有下降.开发的农户灌溉用水模型可以用来模拟渠井结合灌区的农户灌溉用水对地下水的影响,并可以量化渠井用水比例对地下水位、作物产量和农户生计的影响,可以确定不同水平年塬上、塬下灌区适宜的渠井用水比例,为灌区地表水地下水联合高效安全利用提供强有力的技术支撑.     

基于人工示踪法的位山灌区地下水补给特征研究

为分析位山灌区地下水补给特征。采用溴离子作为示踪剂,选择不同区域、作物类型和灌溉条件进行示踪试验,通过综合补给系数和克里格空间插值法,对大气降水和地表水灌溉对地下水补给强度的影响进行了区分。结果表明,灌区降水和地表水灌溉对地下水补给强度均值为167.7 mm/a,在有灌溉地区补给强度为193.1 mm/a,无灌溉地区补给强度均值104.4 mm/a;冬小麦～夏玉米在有、无灌溉条件下降水和地表水灌溉对地下水的补给强度为198.6和110.7 mm/a,棉花在有、无灌溉条件下降水和地表水灌溉对地下水的补给强度为138.3和85.5 mm/a;灌区综合入渗补给系数范围为:13.7%～22.4%,均值为19.36%,上游灌区地下水的综合入渗补给系数大于下游的地下水补给系数。通过对地下水水位的空间分布和综合入渗补给系数的比较发现,地下水水位与综合入渗补给系数之间存在正相关关系。研究的结果可为位山灌区水资源分析提供参考和指导。     

基于MODFLOW的地下水动态变化特征分析——以位山灌区为例

地下水数值模拟对灌区地下水资源的开发利用具有重大意义。为了科学有效的了解位山灌区地下水的均衡状态,在位山灌区翔实的地下水位动态观测资料和对灌区的地下水补给影响因素分析的基础上,采用地下水数值模拟软件Visual Modflow建立模型,模拟不同条件下位山灌区的地下水水位和水量动态变化,分析灌区浅层地下水系统均衡状态。结果表明目前位山灌区地下水补给量是103 508.2万m~3,排泄总量是106 743.8万m~3,二者之差是-3 235.6万m~3,由此可知在模拟期内位山灌区地下水系统处于负均衡状态。模拟结果符合当前灌区浅层地下水资源开发利用现状。本文主要通过模拟地下水均衡状态,探究灌区地下水的补给排泄特征,为灌区地下水资源可持续开发利用提供理论依据。     

河套灌区典型区土壤水-地下水动态与转化关系研究

为确定限制引水背景下河套灌区土壤水-地下水动态及其转化关系,为优化农田水管理策略提供理论依据,选取河套灌区典型斗渠区域,基于2年土壤水、地下水的监测数据,分析在不同作物种植区、不同灌溉期的农田土壤水、地下水的动态变化规律。运用水量平衡法对地下水浅埋区农田土壤水与地下水的转化关系进行定量研究,结果表明：生育期内农田土壤水分变化属于“灌溉降水入渗补充-腾发消耗型”;受灌溉影响,不同时期地下水埋深动态具有显著的灌溉型特征,土壤水渗漏补给地下水明显抬升地下水位,地下水排水和潜水蒸发又降低地下水位;在作物生育期内,土壤水与地下水进行双向补给,且不同时期具有不同的转化特征;研究区2年生育期内灌溉降水补给土壤水分别为544.56mm和541.85mm,平均腾发量为465.5mm和434.8mm,土壤储水量减少61.96mm和63.1mm,土壤水补给地下水为207.73mm和236.94mm。研究可为当地及相近地区农业节水灌溉提供科学依据。     

青铜峡灌区地下水埋深演变及驱动要素贡献率解析

【目的】定量分析青铜峡灌区地下水埋深演变规律及影响因素,科学指导灌区合理调控地下水位,维持水系统健康平衡。【方法】采用水量平衡法分析了青铜峡灌区1998—2017年地下水时空演变特征及地下水补排平衡贡献率。【结果】1998—2017年青铜峡灌区地下水埋深增大了0.69 m,增加速率为0.038 m/a,年内地下水埋深呈双峰双谷特征,空间上银川灌区地下水埋深增大明显,银川市区和银北灌区的大武口区形成大漏斗区。年际地下水变化的主要影响要素依次为渠系渗漏补给(39.71%)侧向排泄(28.24%)潜水蒸发(14.16%)田间入渗补给(7.46%);4—8月和11月渠系渗漏补给对地下水变化贡献最大(45.33%),9—10月和12月地下水侧向排泄是地下水变化第一驱动因素(45.6%);空间上,水位变化的第一驱动要素均为渠系渗漏补给,第二驱动要素各有不同,银川、银南和河东灌区为侧向排泄,银北灌区为潜水蒸发。【结论】引黄水量持续减少是青铜峡灌区地下水埋深增大的最主要原因,而合理的地下水埋深对于维持灌区的生态平衡具有重要意义。     

井渠结合区饱和-非饱和带水均衡模型研究

根据井渠结合区的水分均衡特点,以质量守恒原理和四水转化理论为依据,建立水均衡模型。并用正反分析法反演出两种典型地质条件下的土壤水入渗补给系数α、衰减系数ε和渠灌区与井灌区之间的特征长度Lc,并验证了水均衡模型的可行性。和动力学模型相比,该模型可高效地分析预测大区域井渠结合区渠灌区和井灌区的土壤含水率和地下水位的时空变化规律,对确定井渠结合区的井渠灌区面积比、节水、防治土壤盐碱化具有重要参考价值。     

渠井结合灌区地下水位对不同渠系节水水平的响应

以泾惠渠灌区为研究对象,基于灌区地下水观测数据,运用FEFLOW建立泾惠渠灌区地下水三维模拟模型。在满足模拟规范要求的精度要求下,模拟11种不同节水水平情景,研究了地下水位对不同影响因素条件下的响应情况。得到地下水位对本次研究的三种主要影响因素条件下的响应情况为:斗口以下灌溉水利用系数灌溉定额干支渠水有效利用系数。模拟最终得到灌区最优渠井节水水平配置:干支渠水有效利用系数0.71,斗口及以下灌溉水有效利用系数0.90。在生产实际中应优先考虑提高斗口以下灌溉水有效利用系数,并以此为依据确定灌区渠系防渗衬砌标准。     

SWAT模型在青铜峡灌区的应用研究

由于青铜峡灌区退水量大,对退水量的预测较难。本文结合青铜峡灌区引黄水循环特点,在对自然流域水文模型SWAT完善的基础上,设置不同情景模式(不同节水方案),基于SWAT模型对不同节水模式下灌区水文过程进行模拟,分析不同水管理措施对灌区水循环转化的定量影响。研究结果表明:模型基本概化了研究区的参数,基本能够模拟青铜峡灌区的排水沟流量变化过程。利用校准后的模型初步定量模拟出如下结果:灌区实际多年平均蒸散量约为16.7亿m~3,地表径流汇入黄河的多年平均水量约为8.1亿m~3,地下水补给黄河的多年平均水量约为11亿m~3,地表水入渗补给地下多年平均水量约为19亿m~3。这可以为灌区进一步的节水灌溉发展提供科技支撑。     

基于支持向量机的井渠结合灌区地表水地下水合理配置

地表水和地下水的合理配置是井渠结合灌区实现水资源优化,合理调控地下水位的重要途径。以陕西省泾惠渠地下水位变化的主要影响因素为输入变量,以当年平均地下水位为输出变量,建立了基于支持向量机的地下水位动态模拟模型,模拟不同水文年不同渠首引水量和地下水开采量等17种组合情景的地下水位及其变幅,并以多年采补平衡为地表水地下水合理配置的目标。结果表明,丰、平、枯不同水文年的井渠用水比分别为0.3~0.4、0.2~0.3、0.44~0.55时,可实现灌区地下水多年采补平衡。     

玛纳斯河下游灌区地下水埋深变化特征及成因分析

根据新疆玛纳斯河下游莫索湾灌区具有代表性的14个长期观测井多年(1998—2010年)地下水位数据,运用水量均衡法和Mann-Kendall突变检验法分析了灌区地下水埋深动态特征及成因。结果表明,研究区除147团地下水埋深略有减小外,其他各区地下水埋深均呈增大趋势,其中150团地下水埋深增大最为明显。灌区地下水埋深变化存在时空差异,并且在2004年之后的不同年份出现了变化趋势转折,其根本原因是受到了灌溉入渗和地下水开采的影响。灌区地下水埋深年际、年内变化基本都呈现出人工-自然双重影响下的变化特征,年内变化最为明显,且不同区域影响地下水位变化的主次因素有所不同。总体而言,人类活动已经成为玛纳斯河下游灌区地下水埋深变化的主要驱动力,其次是自然因素,其中灌溉入渗、地下水开采和潜水蒸发是影响研究区地下水埋深变化的主要因素。     

基于GMS的地下水流数值模拟及参数敏感性分析

为提高地下水流数值模拟的精度,减小因水文地质参数不确定性而产生的误差,需要对数值模拟模型的水文地质参数进行灵敏度分析.在对老莱河流域某灌区地下水流数值模型识别和验证的基础上,采用因子变换法对渗透系数、给水度、大气降水入渗补给系数值进行敏感性分析.结果表明,地下水位对含水层的渗透系数最敏感,其次是大气降水入渗补给系数,河谷地区因含水层岩性变异度较大导致地下水位对该区参数变化较敏感.通过参数敏感度分析能够筛选出数值模型中的不确定性因素,从而避免模型调参的盲目性,提高区域地下水资源评价的可靠性.     

河套灌区井渠结合地下水数值模拟及均衡分析

建立了河套灌区三维地下水数值模型,用2006-2013年灌区实测地下水埋深资料对模型进行率定和验证,并在规划的井渠结合区内,设置3种不同井灌区灌溉定额和3种秋浇频率,组合共9种井渠结合节水情景,分别分析了9种节水情景下的地下水动态变化.结果表明:井渠结合后全灌区地下水埋深范围为1.863~2.029 m,较现状条件增加0.084~0.250 m;不同灌域结合区井渠结合后地下水埋深差别很大,解放闸结合区地下水埋深最大,为2.308~2.803 m,永济结合区地下水埋深最小,为2.079~2.455 m;井渠结合后,入渗补给量减少2.01×10⁸ ~3.63×10⁸ m³/a,潜水蒸发量减少1.69×10⁸ ~3.03×10⁸ m³/a.     

惠北试区降水入渗补给地下水分析

<正> 本文用实测统计资料计算分析了惠北试区降水对地下水资源的补给。求出了雨前不同地下水埋深条件下,次降水与地下水位上升的关系式,并提出了能引起地下水位上升的最小次降雨量,对本区30多年降水对地下水资源的补给进行了统计计算,导出了相关性很好的年降水量与入渗补给量的关系式,求出了本区年降水入渗补给系数。     

干旱灌区地下水位动态变化及驱动因素分析

地下水作为干旱区的主要水源,研究其变化规律及其驱动因素对水资源的可持续利用具有重要意义。本文根据玛纳斯河流域典型灌区147团1996-2010年的地下水位监测资料,采用水均衡法对灌区地下水动态变化特征进行分析,并采用主成分分析法分析了影响地下水位变化的驱动因子。结果表明:该地区地下水动态处于正均衡状态,均衡差为246.322万m3/a,地下水年内、年际变化的趋势都逐渐减小。人为因素的影响占64%,比自然因素对该地区地下水位变化的影响大,其中灌水量和开采量是影响该地区地下水埋深的主要因子,它们的荷载分别为0.945和0.930。     

阿克苏河下游区灌溉入渗补给系数计算及影响因素分析

【目的】准确获取阿克苏河下游区灌溉入渗补给系数,对该区灌溉入渗补给系数的影响因素进行分析,为绿洲带高强度人工灌溉模式下地表水地下水转化机理研究,提高研究区地下水数值模拟精度提供基础。【方法】选取阿克苏下游区不同灌溉制度、包气带厚度、土壤结构下代表性点进行野外取样及室内灌溉试验,并结合Hydrus-1d进行包气带水流数值模拟,通过改变灌溉制度、包气带厚度,应用Hydrus-1d模型计算该土壤结构下的灌溉入渗补给系数变化。在模型计算结果的基础上,首先分析灌溉制度、包气带厚度与灌溉入渗补给系数的关系;其后重点利用模型计算结合数理统计的方法分析土壤结构中影响灌溉入渗补给系数的主要因素。【结果】研究区内滴灌条件下灌溉入渗补给系数的范围为0.320～0.474;畦灌条件下灌溉入渗补给系数的范围为0.408～0.561,即不同灌溉制度下灌溉入渗补给系数不同;而伴随包气带厚度增大,灌溉入渗补给系数也随之减小;土壤结构对灌溉入渗补给的主要影响因素为土壤渗透系数、土壤体积质量、土壤初始含水率。【结论】根据室内试验结合数值模型计算出不同灌溉制度下的灌溉入渗补给系数变化范围,得出灌溉入渗补给系数的影响因素为灌溉制度、包气带厚度和反映土壤结构的土壤渗透系数、土壤体积质量及土壤初始含水率,为干旱区下游区灌溉入渗补给系数选取及后续研究提供理论依据。     

基于Modflow-Hydrus耦合模型的改良盐碱土水平井排水效果分析

为了提高盐碱土改良水平,确定科学合理的灌排工程设计方案,建立饱和-非饱和土壤水分运移Modflow-Hydrus耦合模型,对试验区不同情景水平井的排水效果进行模拟分析.结果表明:当地下水位埋深较小时,季节变化对地下水综合补给强度有明显影响,当地下水位埋深大于6 m,不同时段地下水综合补给强度均趋于常数,当地下水位埋深较大时,通过厚层包气带的降水补给均匀;断续排水时单个水平井400 m控制范围内,潜水位显著下降,具有良好的疏干效果,降深与水平井的年抽水强度成正相关;天然环境条件下,区内降水入渗补给和潜水蒸发保持平衡,以试验区中心向外扩展,排水试验有效改善8倍试验区面积范围内降水入渗-潜水蒸发环境,使包气带土壤水分进入饱水带,潜水水位呈下降趋势.研究成果为盐碱土壤改良的水平井施工设计提供理论参考.     

渠井结合灌区控制性关键地下水位及其管理策略研究

针对我国北方大型灌区出现的地下水"采补失衡"问题,以陕西省泾惠渠灌区为例,通过对其渠井结合灌溉发展历程的回顾,分析了地下水位变化对灌区高效安全用水的影响,探讨了灌区地下水位控制目标;基于地下水位控制目标,利用水均衡法分析了控制性开采总量与关键地下水位之间的定量关系;选取2002年(平水年)为代表年,计算了灌区各分区的控制性关键地下水位所对应的蓝、黄、红线埋深值;根据灌区2010年实测地下水位埋深与关键地下水位埋深的对比分析,划分了灌区地下水管理分区,并对各分区的地下水管理策略进行了探讨。