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。     

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。     

滹沱河流域平原区人类活动对浅层地下水干扰程度量化研究

在滹沱河流域平原区,人类活动和气候变化是造成浅层地下水区域性下降的双重因素,人类活动在浅层地下水从"天然一人工"二元影响转化过程中在时空上经历了怎样的变化,是值得探讨的问题.选用综合指数法,通过筛选人类活动对浅层地下水干扰指标、建立评价体系,对滹沱河流域平原区在不同时代的人类活动对浅层地下水的干扰程度进行了量化研究.研究结果表明,空间上,不同时代都表现出从西部向东部干扰程度逐渐减小;从整个研究区看,干扰程度增大的趋势从西部向东部逐渐推进;干扰程度从分级简单的0～0.4发展到目前0.2～1.0不同级别共存的复杂分布状态.时间上,随着时间的推移,整个研究区的干扰程度都表现出增强趋势,在不同地区增强幅度不一致;人类活动对浅层地下水干扰影响经历了从不占据主导作用→逐渐占据主导作用→几乎完全占据主导作用.     

呼伦湖流域生态水文过程对水环境系统的影响

呼伦湖是一典型的草原型湖泊 ,受人类活动的直接影响较小 ,湖泊水环境系统的演化受到流域生态水文过程的影响。在全球变化和人类非理性活动的干扰下 ,湖泊水环境系统呈现出恶化的趋势。对呼伦湖水环境系统的调控必需建立在对流域生态水文过程的调控上     

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。     

基于耗散结构的农村产业生态系统演化特征研究

耗散结构可用于有效测度系统结构和状态的有序性.农村产业生态系统内部存在着物质的、能量的交换过程,为典型的耗散结构.基于耗散结构视角,构建农村产业生态系统指标体系,运用熵值法测度产业、资源、环境和经济子系统熵变特征,探析我国农村2001—2015年产业生态系统演化特征,进而分析系统熵流.研究发现:1)2001—2015年...     

气候变化与人类活动对石羊河流域

从石羊河流域地下水循环的角度,分析了多年气候和人类活动的变化趋势及对地下水动态的影响;运用主成分回归法对影响民勤盆地地下水位动态变化的气候和人类活动因素进行了耦合分析,定量研究了其影响力.研究结果表明:近45 a来,流域平均气温呈现升高趋势,降水量略有增加,蒸发量为波动增加趋势;人类活动通过扩大灌溉面积,提高渠系衬砌率,大量开采地下水改变着地下水的补排条件,人为因素在民勤盆地地下水位动态变化过程中起主导作用,占总影响力的79.12%.受气候变化和人类活动共同作用的影响,流域平原区地下水位大幅度下降,生态环境趋于恶化.     

"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。     

加强天水市地下水环境保护

地下水对天水经济社会发展有着十分重要的作用,但由于自然和人为因素影响,流域内水环境日益恶化,严重制约着经济社会的全面发展。本文在分析天水市地下水资源的主要特点及地下水环境状况的基础上,对地下水资源的开发利用现状进行了评价,提出了地下水开发利用与保护的具体措施。     

考虑周期性变化的地下水埋深预测自记忆模型

地下水埋深的变化过程是一个复杂的非线性过程,现有的各种预测方法普遍难以在实际中应用。该文提出了一种新的预测方法,这种方法针对具有周期性变化规律的地下水埋深时间序列,首先消除不同周期内地下水埋深均值和变幅的影响,并生成新的时间序列;将新的时间序列视为地下水系统的特解,运用系统自记忆性原理,反演导出系统微分方程;由微分方程进一步建立了地下水埋深预测的自记忆模型。实例研究表明,这种方法方便实用且预测结果接近于实际观测值,可推广应用于具有周期性变化规律的其它时间序列。     

华北平原灌溉用水强度与地下水承载力适应性状况

针对华北平原农灌区地下水严重超采问题,基于近30a以来降水、水资源和农林灌溉状况的变化过程和现状,应用地学模数理念、均衡理论和MapGIS技术,建立了适应性状况评价指标体系与方法,以0.49km2精度识别了华北平原农林灌溉用水强度与当地地下水可采资源量之间适应性状况。研究结果表明,华北平原中部的大部分地区农林灌溉用水强度处于"严重不适应"状态,河北平原大部分地下水超采区农林灌溉用水强处于"极严重不适应"状态,其中小麦等夏粮作物灌溉用水强度占50%以上,蔬菜作物和耗水型果林灌溉用水强度所占比率呈显著增加趋势,应避免非理性持续大幅增加。     

水分蒸散耗散结构的初步验证

在极干旱区的敦煌莫高窟应用称重法测定蒸散量,对比分析土壤粒径、盐分、水分、气候状况、植物种类等对蒸散的影响.发现水分蒸散与各因子之间存在广泛的非线性关系和非线性作用机制,符合耗散结构理论成立的条件和特征要求.各相关因子都是蒸散的结构构成,它们的综合作用可使蒸散强度呈非线性表现.蒸散强度是各因子共同作用形成的结构功能,当土壤、气象、水分、植被等蒸散因子在波动涨落中发生协同共振时即可形成耗散结构,使蒸散强度表现出或高或低的非线性分岔突变.水分耗散结构是蒸散因子在时空异质性的综合表现,在各地的水分蒸散中普遍存在.初步证明耗散结构理论应用在水分蒸散中是适宜的.     

基于电磁感应原理的沿海滩涂地下水矿化度快速测评技术

系统阐述了电磁感应式地下水矿化度快速测评技术的工作原理及关键设备,研究确定出进行沿海滩涂区地下水矿化度快速精确测评的电磁感应仪测定位或测定位组合,以及与其对应的地下水矿化度信息解译模型。结果表明：基于电磁感应原理的沿海滩涂地下水矿化度快速测评技术具有良好的信息解译精度,具有快速高效、需要投入少等优点;该项研究及其成果将对沿海滩涂地区矿化地下水管理及利用提供技术支撑。     

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。     

基于GIS技术的地下水管理系统研究

地下水资源是新疆淡水资源的重要组成部分,为解决对地下水的无序开采及超采问题,建立了新疆南疆地下水监测井遥测系统。遥测系统软件是基于GIS技术,在VB语言环境下用面向对象的方法进行开发,充分体现空间查询和分析特点。系统对地下水位信息进行远程实时采集、分析与报警,为相关部门提供管理决策依据。系统的建立为GIS在地下水资源管理中应用提供了新的开发形式,系统的运行降低了水务工作人员的劳动强度,水位信息的准确性、实时性得到保证,同时产生一定的社会经济效益。     

物元可拓法在地下水环境质量评价中的应用

介绍了物元可拓法的基本原理及计算步骤。在此基础上,利用物元可拓法对长春市伊通河附近地下水水样进行水质等级评价。从评价结果中看出,运用物元可拓法对地下水水质进行综合评价,排除了人为的干预,并利用关联度函数及权重系数等手段,使最终评价结果更加接近于实际情况,比较客观的反映了地下水水质总体状况。物元可拓方法由于其评价客观,计算简便,结果比较理想等优点,已经在诸多领域中得到了广泛应用。     

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。     

基于灰色关联分析的土壤水盐动态变化研究

根据洛惠渠灌区多年观测资料与实地调查,采用灰色关联法对灌区地下水矿化度、埋深与土壤含盐量的动态关系进行了分析。阐明了3者之间的年际动态变化规律和耦合关系,建立了灌区土壤水盐动态耦合关系模型。结果表明,地下水矿化度是影响土壤含盐量的主要因素,地下水埋深对盐分的转移也起着重要的作用,各因子之间相互作用,形成了复杂条件下的耦合关系;该灌区处于脱盐和相对稳定状态,受外界因素影响,土壤含盐量变化趋势与地下水矿化度和地下水位变化趋势不一致;基于地下水矿化度和地下水埋深的土壤水盐耦合关系模型具有较高的预测精度,能够很好地定量描述土壤水盐动态变化与其影响因子之间的响应关系。