石羊河下游民勤绿洲地下水埋深时空分布动态研究

以研究区近20年观测井地下水埋深观测数据分析了石羊河下游民勤绿洲地下水位的年际变化、季节变化动态及空间分布特征,结果表明:研究区地下水埋深年际变化以严格统计直线型加深;季节变化具有春秋季变化剧烈,地下水埋深剧烈加深和快速恢复.夏季地下水埋深加深达顶峰,冬季地下水缓慢恢复的特点;空间变化具有沿绿洲到荒漠方向距离绿洲中心越远地下水埋深越浅,沿石羊河古河道越到下游,地下水埋深越浅的特点.     

中国西北干旱区石羊河流域重点治理综合效应评价

2007年中国启动石羊河流域重点治理项目,旨在提高用水效率,改善区域生态环境,全面准确地评价石羊河流域重点治理效应对于当地政策的调整与完善具有重要意义。该研究分析了石羊河流域重点治理前后气象、水文、生态、社会经济等多项指标的时空变化,并采用压力-状态-响应框架构建了石羊河流域生态系统健康评价模型,定量评估了流域重点治理综合效应。结果表明,石羊河流域气候呈现暖湿化的趋势,蔡旗断面年径流量提升至4.01×108 m3。流域下游地下水超采状况得到改善,中游地下水埋深持续下降。流域耕地扩张与林地缩减趋势得到缓解。流域生态健康评价指数呈波动增加趋势,金昌市评价指数增长幅度略高于武威市,分别达到Ⅳ级0.353、Ⅲ级0.413,治理均取得积极效果。在重点治理的后续规划中,科学的水资源配置方案与农业灌溉用水规模控制是流域管理机构需要重点关注与推进的工作。     

呼图壁县地下水位动态对土地利用变化响应

研究干旱缺水地区地下水位(埋深)时空动态特征及对土地利用变化的响应,对于加强农业地区土地利用和地下水资源管理具有重要意义。以呼图壁县平原灌区为研究区,基于地统计学和GIS结合技术,应用普通克里金插值拟合研究区2000年、2010年及2018年地下水埋深时空分布,并且利用同期遥感数据解译生成了土地利用类型图,叠加分析不同时期地下水埋深变化与对应时期的土地利用类型转移之间的响应关系。结果表明:呼图壁县地下水埋深的空间变化主要是由地形地貌、气候等结构性自然因素引起的,空间相关性逐年增强,空间异质性逐渐减弱;地下水埋深在空间上主要表现为从南向北逐渐变浅,时间动态上为2000—2010年地下水埋深值10 m的面积减小比例高达86.61%,2010年后控制耕地面积的大幅扩张,但由于耕地本身基数较大,地下水开采量在2014年达到最大值后开始减少,局部地区地下水位开始恢复;研究区主要土地利用类型为耕地,地下水中农业用水占比高达84.68%,地下水埋深动态变化与耕地面积变化高度相关。     

淮北平原地下水埋深变化对气候变化的响应及预测

分析气候变化下的地下水埋深变化对区域未来的水资源利用和长期规划有着重要的意义。该研究利用五道沟水文实验站实测资料,分析淮北平原地下水埋深历史变化,在评估考虑了潜水蒸发的地下水埋深迭代算法在淮北平原的适用性的基础上,以CMIP5中三种气候模式的未来降水为主要影响因子,通过多模式集成方法,预估未来气候变化下淮北平原地下水埋深变化。结果表明：淮北平原地下水埋深年际变化波动较大,多年平均地下水埋深在季节上表现为春季（2.52 m）>冬季（2.49 m）>秋季（2.21 m）>夏季（2.17 m）,空间上整体呈由北向南逐渐变浅的变化趋势;考虑了潜水蒸发的地下水埋深迭代算法对淮北平原地下水埋深变化趋势的模拟结果与实际变化趋势基本一致;在RCP4.5情景下,未来降水量将持续增加的影响,地下水埋深年内月变化先降低后增加,7月最浅为0.73 m,1月最深为4.22 m;季节变化夏季最浅0.94 m,冬季最深为3.98 m,但年变化整体呈下降趋势,起伏相对较小。研究结果对合理调控区域水资源及水环境保护具有重要的借鉴和指导意义。     

基于随机森林的黑河中游地下水埋深变化及成因

研究黑河中游地下水埋深变化规律及其成因,可为该流域地下水合理开发利用提供参考。根据黑河中游33个观测井1985—2010年的地下水埋深资料,利用地统计学方法分析了地下水埋深变化规律;采用随机森林法研究了埋深变化的成因。结果表明:黑河中游地下水埋深自南向北减少;甘州区和临泽县的地下水埋深变化趋势分别在2001年和2004年前呈增大趋势,之后又逐年减小,高台县北部地区埋深呈持续减小趋势,而东部地区呈增大趋势;地统计学分析表明地下水埋深具有中等的空间相关性,且空间各向异性有增强的趋势;影响黑河中游地下水埋深变化的主要因素是渠系水利用系数、地下水开采量、地表水引用量及蒸发能力。     

基于SWAT模型和SUFI-2算法的石羊河流域月径流分布式模拟

[目的]揭示石羊河流域径流量对土地利用变化的响应机制,为旱区水资源的合理配置和优化利用提供理论依据。[方法]利用石羊河流域DEM、气象、土壤、1995与2000年2期土地利用等数据,结合RS和GIS技术,构建SWAT分布式水文模型。基于SWAT模型及SUFI-2算法,对石羊河流域1980—2009年的月径流过程进行模拟。[结果]流域内1995与2000年土地利用均以耕地、林地、城乡工矿居民用地面积显著增加,草地、水域、未利用地减少为主;影响SWAT模型模拟效果前3位的参数分别是CN2,Alpha_Bf,Timp;校正期和验证期月流量的模拟值和实测值拟合较好,其Nash Suttcliffe系数Ens和相关系数R2均大于0.8,相对误差|Re|均小于10%。[结论]采用SUFI-2算法的SWAT模型在石羊河流域月径流模拟中具有一定程度的适宜性。     

石羊河流域土壤含水量生态水文模型研究

利用DEM、MODIS资料和石羊河流域周围29个(甘肃19个、青海10个)气象站1976~2005年30年气象数据,基于ARCGIS和SPSS软件,利用主成分分析(PCA)、基因算法(GA's)、地形抬升原理和赫伯特方法,利用土壤湿度、辐射和温度地形分布模型(LANDSET)和空气相对湿度地形分布模型(LANDAM),建立了由两个子模型组成的流域土壤水分含量模型(SWC)。本研究将该水文模型在石羊河流域进行了应用,研究表明:利用该模型计算的石羊河流域土壤含水量参数效果较好;石羊河流域的土壤水分含量在0.068~1之间,其空间分布具有从上游祁连山区到下游荒漠区逐渐减少的趋势;该模型适合于干旱区内陆河流域的土壤水分含量模拟研究。     

石羊河中下游河岸地下水位与植被物种多样性变异及其关系

选择物种丰富度指数、Shannon-Weiner指数、均匀度指数和Simpson优势度指数,根据石羊河中下游8个调查样地的11个地下水位观测井和植物样地野外采集的数据,对石羊河中下游河岸带地下水位及物种多样性特征进行了分析。结果表明:石羊河中下游物种多样性与地下水埋深有显著的关联性,随着地下水埋深增大,石羊河中下游物种丰富度和多样性均表现出递减趋势,反映了水分是影响植被分布和生存的主要因素,地下水位的不断下降和土壤含水率降低是引起石羊河下游植被多样性变化的主导因子。     

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。     

黄河三角洲地区浅层地下水与耕层土壤积盐空间分异规律定量分析

为研究黄河三角洲地区地下水作用条件下耕层土壤的积盐规律,运用GIS和地统计学的原理与方法,结合地下水埋深的空间分布以及临界埋深的划分标准对研究区域进行分区,并从空间尺度对各分区地下水矿化度与耕层土壤积盐规律进行了定量分析。结果表明：地下水埋深、矿化度和耕层土壤盐分均属于中等变异强度,在东西方向和南北方向上均具有2阶的趋势效应;受结构性因素和随机性因素的共同作用,地下水埋深呈中等的空间自相关性,地下水矿化度与耕层土壤盐分呈弱空间自相关性;耕层土壤盐分与地下水矿化度的空间分布具有一定的相关性,与地下水埋深呈负相关性。对空间尺度上的地下水矿化度与耕层土壤盐分定量分析结果表明,耕层土壤积盐与地下水矿化度呈极显著的相关关系,而地下水埋深增加使其相关性减弱,采用分区研究法使地下水矿化度对耕层土壤积盐规律分析更加客观准确。该结果对研究黄河三角洲地区土壤盐渍化的发生机理以及预测与评估该地区土壤盐渍化的发生发展具有重要意义。     

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。     

浅层地下水埋深、矿化度及硝酸盐污染的空间分布特征

对银川平原101个观测井取样分析,测定了其浅层地下水位埋深、矿化度及硝酸盐含量。应用地统计学方法结合GIS技术对数据进行了分析。结果表明,地下水埋深服从正态分布,而矿化度和硝酸盐服从对数正态分布。银川平原地下水位埋深、矿化度和硝酸盐含量的平均值分别为1.78m,1.81g/L和3.17mg/L。三者在一定范围内均存在空间相关性,它们的空间相关距离分别为23.7、13.3和12.6km。运用Kriging方法对未测点进行了估值,绘制了三者的空间分布图。银川平原地下水埋深总体较浅,研究区约有75.1%的地区地下水埋深为1.5～2.0m,发现在平原中部的银川地区一带形成了以新旧城区为中心的地下水位降落漏斗区。地下水矿化度在整个平原内自西南向东北呈逐渐升高的趋势,其中66.4%的区域达到了农田灌溉水质标准。仅有3.7%的局部地区的地下水硝酸盐含量超过了饮用水水质标准。     

伊犁河流域地下水埋深与TDS时空变异及水化学特征分析

采用地统计学经典理论分析了伊犁河谷典型区域在不同时期地下水TDS和埋深在时间和空间上的变异特征,对研究区浅层地下水TDS不同时期(2008—2009年)的实测数据进行了半方差函数分析,地下水埋深和TDS服从都对数正态分布。地下水TDS和埋深在时间和空间上存在明显的变异性,地下水TDS在研究区中部和北部有增加的趋势;地下水随时间从南到北盐渍化加重方向发展;地下水各项离子浓度都在积聚。利用统计软件DPS7.5,Surfer8.0和Arcgis9.2等软件绘制了地下水TDS和埋深空间分布格局图,为该地区地下水资源的管理以及防止盐渍化提供理论依据。     

毛乌素沙区地下水对植被盖度空间格局影响分析

通过在榆溪河流域沿地下水埋深增大方向设置植被调查样带,基于植被盖度、地下水埋深及土壤含水量等数据,利用多元经验模态分解(MEMD)获取植被盖度及其影响因子所表征的空间尺度,结构方程解析植被盖度空间分布的驱动因素,并结合聚类分析划分了植被群落自然恢复演替空间格局状态变化特征。结果表明：(1)MEMD将空间多元数据分解为3个本征模态函数,经希尔伯特转换得到各模态函数相应的空间尺度分别为14,27,38 km;(2)结构方程模型和MEMD分解后的最大表征尺度相关分析表明,地下水埋深与植被盖度在整个样带尺度上呈显著负相关(R²=-0.95,p<0.001);土壤含水量与植被盖度以地下水埋深5 m空间尺度为分界点,<5 m的区域呈显著正相关(路径系数为0.68,p<0.001),>5 m的区域呈显著负相关(路径系数为-0.43,P<0.01);(3)在此基础上,结合系统聚类分类结果将植被盖度划分为核心区(地下水埋深0～3 m)、过渡区(地下水埋深3～4 m)、稳定区(地下水埋深4～5 m)、外围区(地下水埋深5～10 m)及边缘区(地下水埋深1...     

塔里木盆地南缘绿洲地下水时空变异与监测点位优化——以策勒绿洲为例

[目的]揭示塔里木盆地南缘绿洲地下水时空变异特征,优化监测点位,为实现水资源的合理利用与绿洲可持续发展提供依据。[方法]基于2008—2014年地下水监测数据,首先利用地统计学方法,通过对球状、指数、高斯3种模型的系统分析,确定适宜该地区的最优模型;其次利用该模型定量分析区域地下水时空变异特征,并进行地下水监测点位优化;最后利用Thiessen多边形法计算地下水平均埋深,对绿洲地下水平均埋深变化特征进行分析。[结果]高斯模型为最优模型,并且地下水的空间异质性和连通性增强;在不影响监测精度前提下,将原有23个监测点有效减至12个,降低监测成本;绿洲地下水平均埋深变化趋于稳定。[结论]绿洲地下水尽管受绿洲扩张影响显著,但因径流补给,目前总体处于安全状况。为保障绿洲健康可持续发展,需在目前绿洲规模基础上适当控制绿洲扩张。     

再生水灌区地下水防污性能区划模型的建立与验证

为促进地下水水资源保护和利用,根据研究区域的特点以及地下水防污性能的影响因素,基于DRASTIC模型,选用以下6个因子：地下水水位埋深、降雨入渗补给量、表层土壤类型、包气带岩性、含水水力传导度以及土地利用类型建立了再生水灌区地下水特殊防污性能区划模型。采用地理信息系统GIS技术和内梅罗指数法,绘制研究区域地下水综合污染指数分布空间图,并且探讨了防污性能区划的验证方法以及等级划分标准。结果表明：地下水综合污染指数与研究区域的防污性能具有很好的相关性（R2=0.9591）,采用DRASTIC模型评价地下水特殊防污性能是可行的,可为再生水灌区地下水的保护以及利用规划提供重要借鉴。     

土壤蒸发量与地下水作用条件的关系

利用两年室内模拟试验实测数据,对粉砂壤土蒸发量与地下水作用条件之间的关系进行了系统分析。定量分析了地下水埋深或地下水矿化度对土壤蒸发量的影响,分别获得了土壤蒸发量与地下水埋深或地下水矿化度的关系,深入研究了地下水埋深、地下水矿化度对土壤蒸发量的综合作用并建立相应模型。研究结果表明,土壤蒸发量随地下水埋深变化呈抛物线分布,与地下水矿化度呈典型幂函数关系。     

石羊河流域中、下游绿洲景观动态变化的比较研究

根据1986年和2000年的TM影像数据，利用GIS技术和景观结构分析软件FRAGSTATS，分别从类型和景观两个水平上对比研究了石羊河流域中游武威绿洲和下游民勤绿洲的景观格局及其动态演变，并利用转移矩阵对中下游绿洲土地利用格局的空间转化趋势进行了比较分析。     

河套灌区解放闸灌域植被指数与地下水埋深的定量关系

干旱荒漠地区地下水补给是地表植被水分消耗的主要补给源,地下水埋深与植被指数(NDVI)关系密切。针对植被指数与地下水埋深响应关系研究的不足,分析了基于河套灌区解放闸灌域植被指数(NDVI)与地下水埋深(H)的定量关系。采用2016年3—9月的10个时相的landsat8遥感影像数据与同时期的57眼地下水埋深观测数据,经NDVI遥感提取与地下水埋深(H)的地统计分析,建立NDVI与H的时空相关关系,并做显著性检验与密切程度的划分,进一步分析不同地下水埋深分区下H与NDVI的关系。结果表明:NDVI与地下水埋深(H)存在显著线性关系,二者的密切程度以中度和高度相关为主,负相关区域在地下水浅埋区居多,正相关区域在地下水深埋区居多。从空间上看,具有统计学意义的线性关系约占灌域总面积的40%。当H≤2.5 m时,不同的埋深分区对灌域的NDVI均值的影响为埋深(H)越小,NDVI均值越大,呈负相关关系变化;当H>2.5 m时,NDVI均值较大,地下水不再对作物生长进行水分补给,此时NDVI均值的增大与埋深(H)分区的变化关系不大。从空间上进行NDVI与地下水埋深(H)的点对点的相关性分析,增强了二者相关性的空间可视性,为灌区灌溉管理提供理论支撑,有助于节水增产措施的深入规划与落实。     

近20年塔里木河干流区地下水埋深变化特征及其生态效应研究

基于塔里木河干流区近20年水文生态变化监测资料,研究了其地下水埋深时空变化特征与河道来水的相互关系及其生态效应。结果表明:塔河干流上中游段地下水埋深年度变化呈枯水期3—4月变幅在0.42～0.92 m,汛期7—9月变幅在1.06～3.67 m。经近20年的生态输水,2009—2017年9年间下游段地下水埋深平均抬升了3.75 m,地下水埋深随输水量的变化明显,总体上在输水停止后1月内达到峰值,而后逐渐降低,直至下一次输水才会明显回升。2009年之后的生态输水对下游植被恢复效果明显,下游NDVI平均值由0.05提升至0.15。本研究系统分析了塔里木河干流区生态输水以来区域生态环境对地下水的综合响应,可为区域水资源调控和进一步量化输水效益提供理论依据。