关中平原渠井双灌区地下水循环对环境变化的响应

为促进陕西关中平原渠井双灌区地下水良性循环,保障灌区水资源高效安全利用,以泾惠渠灌区为例,分析了灌区多年来地下水系统外部环境因素及地下水循环要素的变化特征,基于多变量时间序列CAR(controlled auto-regressive)模型建立了地下水位动态对环境变化的响应模型,利用验证后的模型对灌区不同环境变化情景下的地下水位埋深进行了模拟。研究结果表明:降水、蒸发、渠首引水、渠井用水比例是影响灌区地下水循环的主要外部环境因素;降水量减少、蒸发量增加,地下水各项补给量减少、排泄量增加,使得地下水位逐年下降,近34 a累计下降11.8 m;在多年平均降水量情景Ⅰ下(近56 a均值:513 mm),维持灌区地下水良性循环的适宜渠井用水比例为1.53,在多年平均降水量减少5%,即降水情景Ⅱ下(487 mm),适宜渠井用水比例为1.61。环境变化下不同渠井用水方案的研究,有利于灌区地下水的良性循环,可为灌区制定高效安全用水对策提供依据。     

渠井用水比对灌区降水响应及其环境效应分析

渠井结合灌区适宜渠井用水比例关系灌区地下水环境和区域农业可持续发展。该文以人民胜利渠灌区为例,集合了灌区1954-2014年农业用水量及降水量、研究区域2008-2014年渠井用水比、地下水埋深、地下水水化学特征数据,分析了降雨量、地下水动态特征与渠井用水比例的相关性,以期探明渠井结合灌区渠井用水比对降雨的响应及其对土壤和地下水环境的影响。结果表明,典型渠井结合灌区渠井用水比与年降水量呈线性正相关;渠系上游地下水水位变化较下游更为剧烈,在用水水平、用水方式一致条件下,渠井用水比例越大,地下水埋深超过11 m区域增幅越小,较大的渠井用水比例对于上游地下水位下降减缓效果明显;平水期、枯水期,由于渠井用水比例不合理,地下水无序开采且超采严重,区域地下水碱化趋势明显;受气候变化影响,近5 a渠灌水量仅为多年均值的75.52%,未来区域降水量具有减小趋势,这势必进一步加剧农业水资源紧缺的形式。为了满足农业的正常生产,增加灌区地下水开采成为唯一解决途径,这势必加剧地下水的碱化趋势及地下水超采区的扩大。因此,确定灌区适宜的渠井用水比例对于灌区水资源的科学利用与农业的可持续发展具有重要意义。     

标准化地下水指数法分析黑河中游地下水时空演变规律

地下水干旱威胁区域社会经济发展和生态环境健康。基于河西走廊黑河流域中游地区1985—2010年23眼井的月地下水位数据,选择4种不同的分布函数构建标准化地下水指数(standardized groundwater index,SGI),采用K-S检验(kolmogorov-smirnov test)和AIC准则(Akaike information criterion)进行分布函数的优选,对K-S检验未通过的井使用非参数法构建SGI,分析地下水时空演变规律。结果表明:1)不同拟合函数对参数化SGI拟合结果有强烈影响。2)研究区的最佳拟合函数为Beta分布(18眼井),其次为广义极值分布(3眼井),另有2眼井未通过K-S检验,使用非参数法构建SGI。3)张掖区SGI指数变化趋势总体上呈先下降后回升趋势(13眼井),临泽和高台区呈持续下降趋势(10眼井)。地下水指数的构建可为地下水资源的监测、管理及预报提供依据。     

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。     

太行山山前平原地下水变化趋势与农业持续发展

水资源短缺是华北平原农业持续发展和经济腾飞的主要限制因素,近年来随着工农业的发展,用水量急剧增加;同时降水量明显减少,造成了华北平原水资源匮乏,地表干枯,连年超采地下水,使地下水位持续下降。形成很多地下水下降漏斗区。针对太行山山前平原水资源特点,以栾城县为例,研究了山前平原地下水变化规律、补给因素、排泄方式,同时对地下水资源进行了平衡分析,据此提出了太行山山前平原农业用水方略。     

利用地下水模型模拟分析灌区适宜井渠灌水比例

为了获取泾惠渠灌区适宜井渠灌水比例,科学合理地确定农业节水方案,该文综合应用ArcGIS和PMWIN地下水模拟软件建立了灌区的地下水分布模拟模型,根据灌区历年农业用水实际情况设定了10种灌溉情景模拟灌区地下水位的变化趋势,通过地下水模型分析研究了灌区井渠灌水比例。利用VB程序语言改写EVT蒸发蒸腾子程序包,使其能模拟非线性蒸发,潜水蒸发量计算精度得到较大改进。研究表明:1)渠首有效灌溉引水量在3.7～4.1亿m3,井渠灌水比例控制在0.35～0.55,基本可以保持灌区地下水采补平衡;2)渠首有效灌溉引水量在1.5～2.0亿m3,井渠灌水比例控制在0.5～0.7,也能实现灌区地下水采补平衡;3)目前井渠灌水比例在0.9～1.2,已引起灌区地下水超采。建议井渠灌水比例控制在0.5～0.7,加大农业节水力度、增加水价财政补贴、进行地下水人工调蓄,实现灌区水资源高效持续利用。     

用分布式水循环模型与机器学习预测内蒙古河套灌区节水潜力

为探究内蒙古河套灌区真实节水潜力,该研究构建河套灌区分布式水循环模型与基于机器学习的盐分模型,设置节水方案集,定量分析各方案下的灌区引、耗水量、地下水埋深、积盐量变化等。结果表明：1）水面蒸发的纳什系数均不低于0.654,相对误差绝对值不高于分别为4.82%,相关关系为0.88,排水过程纳什系数均不低于0.600,相对误差绝对值不高于分别为5.11%,相关关系为0.82,地下水埋深的纳什系数均不低于0.628,相对误差绝对值不高于分别为5.12%,相关关系为0.86,满足灌区水循环满足精度要求。本文选择采用土壤盐分模型,得到土壤积盐量与实测值的纳什系数均不低于0.76,满足精度要求。2）渠道砌衬方案S1、田间节水调控方案S2、种植结构调整方案S3的耗水节水量分别为2.93亿、3.02亿和2.54亿m³。S1+S2+S3组合方案灌区耗水节水量最多,为9.11亿m³,S2+S3方案组合次之。3）渠系水利用系数提高,将引起地下水水位下降,不利于排盐,S1方案下地下水埋深大于3 m的面积比例较基准方案增加了7.59%,不利于灌区排盐。田间工程措施使得相应的农田入渗量减少,地下水位下降,有利于灌区脱盐,S2方案下地下水入渗补给量较基准方案减少2.57亿m³,灌区地下水位下降较为明显,S2方案有利于灌区脱盐。S3方案下地下水入渗补给量略微减少,地下水位变化不大,有利于灌区脱盐。不同方案组合,S1+S2、S1+S2+S3方案下对地下水埋深影响较大,尤其是S1+S2+S3方案在灌区西北部、山前、乌拉特前旗、乌梁素海东部的形成连片埋深高值区,影响区域生育期农田作物与林草地植被生长。S1S2方案下不利于灌区脱盐,自然植被生育期平均埋深超过2.5 m的比例较基准方案增加了5.46%。在综合考虑生态环境的约束下,推荐耗水节水量最大的方案S2+S3,即灌区适宜的耗水节水潜力为5.69亿m³。该方案下虽然也会引起地下水位略有下降、进乌梁素海排入水量略微减少,但最有有利于灌区排盐。研究可为引黄灌区节水方案制定与灌溉管理提供技术支撑。     

基于人工神经网络的宝鸡市市区地下水调控方案研究

为合理确定地下水调控方案,采用BP算法,研究了宝鸡市区地下水位动态变化过程,建立了地下水位动态变化预测模型,通过对1990-2005年地下水数据的训练,预测了未来3 a的地下水变化情况,结果表明预测结果与实测结果非常吻合,说明BP模型能较好地预测宝鸡市区地下水位动态变化;依据此模型,结合宝鸡市水资源开发利用现状及未来水利工程建设规划,提出了宝鸡市区未来不同水平年地下水调控方案与合理开发利用宝鸡市区地下水资源的建议。     

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。     

红崖山灌区机井空间布局适宜性评价

灌区机井空间布局的适宜性评价对于地下水的合理开采与机井的布局优化具有重要作用。该文选择石羊河流域红崖山灌区为研究区,提取土地资源利用类型、地下水埋深、含水层厚度、单井出水量和地下水矿化度等影响因素作为机井空间布局的适宜性评价指标,根据影响因子属性的空间变异性,将灌区划分为366个评价单元,并采用熵权法确定各指标的权值和区域的综合评价值。结果表明,红崖山灌区机井的空间布局受地下水埋深和单井出水量的影响较大;研究区不适宜、不太适宜、一般、较适宜和适宜布井的面积比例分别为19.33%、24.33%、46.61%、7.33%和2.40%,较适宜和适宜布井的面积比例较小。研究结果为灌区机井空间布局提供了一定的理论依据。     

基于GIS技术的地下水资源预测预报系统

基于GIS技术的地下水资源预测预报系统建立，为水资源的有效管理提供了一个新的技术手段。系统主要功能有地下水开采量数据的录入与节点化、模型计算与预测结果的显示分析、开采井/开采单位的地图编辑与指标数据的维护等。该系统采用系统MapInfo与PowerBuilder集成设计完成，利用GIS技术完成了预测年的流场(等水位线)图、水位埋深图、水位降深图的显示和分析，尤其是使用缓冲区分析技术实现了对等水位区域的开采井、开采单位的量化分析。这些分析结果可作为管理部门进行地下水资源规划、管理、决策的依据。     

再生水灌区调蓄工程对地下水盐分的影响

为了对再生水灌区调蓄工程选址提供依据,该文通过建立5个不同深度监测井研究了再生水灌区调蓄工程对地下水盐分的影响,再生水经包气带入渗后渗滤液氯离子、全盐、总硬度含量有所增加,12 m包气带厚度对总氮、总磷去除率达到97.3%和99.0%以上,但是渗滤液中全盐、总氮、氮磷、总硬度等含量指标接近地下水背景值,未发现再生水调蓄工程蓄水导致地下水水质发生明显变化,说明研究区域再生水渗滤进入地下水对盐分的影响与其他补给水源的影响效果无显著差异。再生水灌区调蓄工程应建设在具有包气带岩性粗细相间、防污性能较好的区域。     

基于BP神经网络的北京昌平山前平原地下水水质评价

该文采用单因子评价方法对昌平区浅层地下水的超标因子进行筛选,结合水文地球化学理论探讨各因子超标原因,分析浅层地下水水质的空间分布特征,并采用BP神经网络法对水质进行综合评级。从综合评级结果来看,12眼监测井中1眼为Ⅴ类水质,5眼为Ⅳ类水质,6眼为Ⅲ类水质。单因子筛选结果表明,总硬度、总溶解性固体、氮素、氟化物等为该区最主要的超标因子。经分析可知,山前平原地带浅层地下水中氟化物为原生污染,氮素污染物主要来源于地表污染物下渗,总硬度和总溶解性固体的升高主要受地表污染物下渗、氮素的迁移转化等因素的影响。研究可为研究区地下水管理工作提供可靠数据。     

基于GIS的地下水资源可持续性评价

该文根据区域水资源评价工作的特点和GIS技术强大的空间分析功能,探讨了GIS技术在区域水资源可持续性评价中的可行性,并将其应用到北京市通州区潞城镇地下水资源可持续性评价中。根据GIS技术与动态均衡法的结合,评价得出自1988年以来,潞城镇地下水储量一直处于亏损状态,16年累计亏损1715.577万m³,地下水位平均每年下降0.12 m。表明今后该区域地下水应采取相应措施来缓解地下水的压力。     

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。     

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。