影响灌区地下水开发利用的关键技术问题及解决对策

根据我国灌区,特别是北方灌区地下水开发利用过程中存在的实际问题和对经济、社会、生态环境产生的影响,论述了灌区地下水资源合理开发的必要性,结合目前国内外有关地下水开发利用的各种技术理论研究和设备开发现状,提出了灌区尺度的地下水承载力和适宜的开采量技术,新型滤水结构和成井工艺、高效机井修复技术,地下水与地表水联合调度的智能监控技术等关键技术。针对各项关键技术,借助于现代科技理论和测试手段,制订了适应于新时期大型灌区地下水可持续开发利用需求的解决对策,从而为灌区地下水资源的合理、高效开发和良性循环提供了一定的技术保障。     

典型草原区河谷带地下水位对水均衡要素变化的响应

近几年锡林河流域开始进入降水偏丰周期,但地下水“入不敷出”的情况愈加明显,过量的地下水开采需求只能通过消耗地下水储蓄量来实现。基于水均衡原理和统计学方法分析锡林河平原区地下水位对降水量和开采量间的响应程度。研究结果表明,各个观测井对降水时序变化的响应差异较大,其中饲草料基地井与农场三队井地下水位变幅对降水较为敏感;水位埋深与开采量之间存在明显的正相关关系,从水位-开采量关系曲线变化趋势来看,随着地下水开采量增加,农场三队、饲草料基地和奶牛场的水位响应最明显;农作物大棚种植区地下水位主要受降水量与开采量共同作用,响应程度为51.16%,而饲草料基地受开采量影响最大,达到60.71%,压减灌溉饲草料地规模、调整集中连片布局为分散式利用是缓解农灌区地下水超采、促进农牧业安全发展的主要途径。     

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。     

呼和浩特市平原区地下水水位动态与降水量及开采量的互馈效应

通过研究呼和浩特市平原区内降水量,开采量,地下水位动态变化过程及特征,运用数理统计方法分析影响区域地下水水位动态变化的影响要素,进而揭示三者之间的互馈效应.结果表明,降水量对地下水位直接影响并不明显,它通过影响农业地下水开采量从而影响地下水位变化;开采量时增时减,水位却不断降低,其原因是开采量大大超出了地下水资源可利用量;通过对32年内降水量、开采量与地下水位之间的简单相关分析和回归分析,量化了降水量和开采量对地下水位的影响程度,得出开采量对地下水影响是显著的,远大于降水量的影响.     

基于模拟优化模型的渠井结合灌区多目标水资源优化配置

为协调渠井结合灌区灌溉经济效益、灌溉用水效率、作物缺水、地下水可持续利用和渠系配水公平度5个目标,确定各作物合理的灌溉用水量与适宜的渠井用水比例。采用基于Python开发的MODFLOW模块FloPy构建地下水数值模拟模型,在此基础上采用优化框架Pymoo中的NSGA-Ⅲ算法构建了紧密耦合的灌区多目标水资源优化配置模拟优化模型,获得了一个假想渠井结合灌区的多目标水资源优化配置方案。结果表明：与57个非劣解集的平均值相比,经济效益最优方案,经济效益高1.10%;地下水可持续利用方案中地下水平均累计降深低4.52%;作物缺水量最小方案中缺水量低14.25%;配水公平度最高方案中公平度高32.84%;用水效率最高的方案中用水效率高19.72%;采用博尔达计数规则优选出的最优方案中,经济效益高0.14%,地下水平均累计降深低4.49%,缺水量低0.15%,用水效率高16.90%,但用水公平度低52.2%。基于模拟优化模型通过调整渠井用水比例和灌溉水量来进行渠井结合灌区多目标水资源优化配置,并采用博尔达计数规则确定最优配置方案,可为灌区地表水地下水可持续安全高效利用,地下水取水总量和地下水水位双...     

地下水控制性关键水位探讨——以双发乡为例

【目的】有效管理肇州县地下水开采。【方法】以双发乡为例,将地下水位划分为上蓝线水位、下蓝线水位、上红线水位和下红线水位,采用地下水位动态模拟分析法、含水层厚度比例等方法确定了双发乡各关键水位。【结果】双发乡下红线水位值为11.09 m,上红线水位值2 m;上蓝线水位为2.8 m,下蓝线水位值为10.66 m。【结论】针对不同的水埋深,基于水位和开采量的地下水"双控"管理模式。     

生态地下水研究进展和管理阈值指

在对生态地下水位与地下水可持续开采量及研究进展综合论述的基础上,结合区域性研究成果,应用生态系统管理理论和方法,提出了水管理阈值的概念,应以地区或流域研究建立“点”和“区域”结合的水管理阈值指标体系,对关键性控制指标—生态地下水位和可持续开采量及其相互关系进行定量化研究,提出适宜的管理阈限值,进行综合性制度化管理。     

河套灌区地下水适宜埋深、节水阈值、水盐平衡探讨

【目的】分析探讨河套灌区当前地下水适宜埋深、节水阈值和水盐平衡状况。【方法】采用数理统计的方法,对河套灌区1998—2018年的引黄用水量、地下水埋深、水盐平衡等资料进行统计分析。【结果】2016—2018年,灌区由黄河水带来的盐分每年平均约254万t;排入乌梁素海的盐份年均约106万t,每年约有148万t盐分滞留在灌区内,灌区土壤仍然处于连续积盐状态。由于引入和排出大量的生态水,乌梁素海排入黄河的盐分年均188万t,属于脱盐状态,乌梁素海水质持续改善。河套灌区地下水适宜开采量约为3.2亿～3.6亿m3/a,灌区近年地下水实际开采量2016年为2.1亿m3,2017年为2.4亿m3,2018年为2.15亿m3,目前灌区还有约1.5亿m3的地下水开采潜力。【结论】河套灌区目前地下水年均适宜埋深为1.8～2.5 m,认为灌区农业引黄水量下限(节水阈值)约为40亿m3,每年还应该引入3亿～4亿m3的生态用水,用于维持乌梁素海和灌区湖泊湿地的的生态环境。     

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。     

济南泉域地下水环境容量研究

分析了国内外关于水环境容量的概念,认为地下水环境容量可采用临界水位、容许开采量、纳污能力或支撑社会-经济-环境可持续发展的综合指标来表征,给出了地下水环境容量的涵义。以济南泉域为例,采用开采量—地下水位变动关系分析与Visual MODFLOW数值模拟相结合的方法,确定容许开采量26.53×104m3/d作为济南泉域岩溶地下水环境容量的阀值,为保泉提供依据,最后指出了地下水环境容量研究的发展趋势。     

基于GPRS的灌区水位智能监测系统设计

为实现三江平原灌区地下水位数据的实时采集和监控,设计了基于无线传输的灌区水位监控系统。数据采集终端使用超声波水位传感器对地下水位进行实时监测,使用GPRS无线通讯技术实现水位数据的远距离传输;水位监控中心接收、处理、存储并实时显示水位数据,同时绘制出水位变化折线图。试验结果表明,系统测量误差介于0.1~0.5cm之间,能完成对灌区地下水位的实时监测,运行十分稳定,为当地政府部门合理开发灌区地下水资源提供了宝贵的科学依据。     

河南新乡市傍河水源地浅层地下水资源评价

为了摸清新乡市傍河水源地浅层地下水资源状况,对浅层地下水资源总量进行了计算和分析。结果表明,利用均衡法计算得出现状年浅层地下水总补给量为13 289.85万m3/a,排泄量为13 260.05万m3/a,均衡差为29.8万m3/a。各均衡区计算水位与实测水位亦比较接近,表明计算所选参数比较合理,计算的补给量和排泄量可靠;采用均衡法、解析法和数值法对设计新增的地下水允许开采量35万m3/d进行了评价,结果表明本次评价的水源地地下水允许开采量的补给量是有保证的;水源地内浅层地下水水质较好,经适当处理后适宜饮用;通过建立水源地保护区和水源地开采监测来保证饮用水的水质安全。     

人民胜利渠灌区适宜井渠用水比研究

为合理利用灌区地表水和地下水资源,改善灌区生态环境,以人民胜利渠灌区为例,在对灌区地下水开发利用现状及其水位动态进行分析的基础上,将地下水模拟模型与GIS技术进行结合,并设置8个情景方案,预报了灌区5 a后地下水位变化趋势,并提出了灌区适宜的井渠用水比。结果表明,目前灌区地下水位呈不断下降趋势,削减灌区地下水开采量对地下水位的恢复有明显的作用。平水年削减10%的地下水开采量,人民胜利渠灌区井渠用水比例调整为1/0.78,上游调整为1/1.24,中游调整为1/0.85,下游调整为1/0.41,灌区机井数从原来的20 261眼削减到14 315眼,可以基本实现地下水的采补平衡。     

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。     

基于地下水合理埋深的井渠结合灌区水资源联合调控

以泾惠渠灌区为例,针对井渠结合灌区地下水超采及地下水位上升而导致的农田灌溉水环境等问题,从水位调控水量的角度出发,提出了基于地下水位合理埋深的水资源调控模式。在确定不同水文地质单元和不同植被类型条件下地下水位合理埋深上下限的基础上,结合PSO-RBF神经网络对地下水位埋深预测的结果,设计了基本、节水两种水资源联合方案,对不同保证率下的灌区水资源进行了联合调控。结果表明:泾惠渠灌区地下水位合理埋深上限介于1.76~3.50m,下限介于8.7~25.0m,不同水文地质单元、植被类型的水位埋深上下限值差异较大;水资源联合调控时,局部地区出现地下水超采,需加强节水灌溉和多水源的联合调控。     

农村饮用水安全与地下水管理

在阐述农村饮用水安全现状的基础上，分析了影响农村饮用水安全的主要原因是水质污染、水源不足、技术薄弱、管理落后和资金匮乏，表明了地下水在保障农村饮用水安全中的作用，最后，提出了地下水管理的长效机制。     

模糊综合评判在安西灌区农业水资源安全评价中的应用

通过续建配套与节水改造建设,安西灌区水利基础条件有了明显改善。为了准确把握灌区内农业水资源安全所处状况,采用AHP方法赋权,利用模糊综合评判方法,对安西灌区水资源安全进行了综合评价。评价结果表明安西灌区水资源安全度不高,尚处在基本安全等级。根据影响安西灌区水资源安全的主要影响因素,提出了有针对性的建议,以保障灌区农业水资源安全。     

基于有限元法计算三江平原地下水开发潜力研究

随着三江平原灌区的水稻种植面积的扩大,迫切需要计算出平原的地下水开发潜力,为灌区管理及地下水管理提供依据。通过分析三江平原灌区典型区域"853"农场的水文地质条件,采用Galerkin法推导出该地区的承压水的有限元方程组,采用了改进平方根法求解该方程组。经计算初步分析,发现现状条件下"853"农场地下水没有超采,且还有很大开发潜力。水位降深为10 m时计算的开发潜力为8 328.09万m3/a。水位降深为15 m,可得其开发潜力为9 456.09万m3/a,从挠力河激发的补给量为256.09万m3/a。     

济南单斜岩溶水系统资源潜力研究

通过对济南单斜岩溶水系统地质结构、含水层发育特征等的研究,分析了50年来地下水水位动态、地下水开采量、大气降水变化规律,综合研究认为,济南市区四大泉群泉流量由市区水位控制,其与两年大气降水量、开采量之间的关系极为密切,并可由此评价济南单斜岩溶水系统的资源潜力。研究表明,在生态水位的约束下,即控制市区水位27.5m与27.0m时岩溶地下水最大允许开采量为29.43万m3/d与30.94万m3/d,现状条件下泉域内不具备增大开采的潜力;采取补源措施后,泉域最大允许开采量能够达到40万m3/d。