中国西北干旱区的地下水资源及其特征

分析了中国西北干旱区自然地理环境、水资源形成和分布及其利用状况,重点讨论了该区地下水资源分布的地区差异与赋存特征。该区平原地下水资源是山区水资源(包括降水和雪冰融水)在平原区内的转化;山区水资源是内陆河流和平原地下水的惟一补给来源;盆地平原地下水和地表水构成一个统一的水资源系统、独立的水文单元和完整的水生态体系。充分了解干旱区降水-地表水-地下水资源链的特征,正确认识干旱区“三水”转化自然规律,合理利用“三水”,对该区域社会经济持续发展具有重要意义。     

石羊河流域地下水循环的同位素和地球化学演化特征

石羊河流域是我国水资源开发程度最高的内陆河流域之一,是干旱区典型的水资源脆弱带,其生态环境问题日益严重,因此,研究石羊河流域地下水循环和地球化学演化规律具有重要意义.本研究从祁连山顶到红崖山水库沿径流剖面采集水样,对降水、地表水和地下水的水化学及同位素δ18O、δD进行分析,以揭示地下水的补给、径流和排泄规律.结果表明,地下水径流系统在向下游输送的过程中不断接受河流的渗漏补给和农田灌溉入渗补给,通过河床溢流、人工开采的形式排泄,盆地平原区地下水以垂向运动为主.盆地下游是地下水的主要排泄区,盆地北端地下水随基底抬升而上升溢出,转化为地表水排出.流域地下水从上游到下游矿化度逐渐升高,溶解性总固体(TDS)值在131 ～1750mg·L-1之间;水化学类型从HCO3--SO42--Ca2+-Mg2+型逐渐转化为SO42--HCO3-Mg2+-Ca2+型,呈现明显的分带特征.     

渭干河灌区地表水与地下水水量及水盐平衡对比分析

地下水经常不断地参与自然界的水循环,通过从外界获得水量而得到补给,特别是对我们南疆大型灌区而言。地表水是地下水主要补给来源,径流过程中,地表水由补给处输送到排泄处,在水量交换运移过程中,径流同时伴随着盐分的交换与运移,这就是地表水和地下水的循环过程。地表水的补给,径流与排泄决定着地下水的水量与水质在空间和时间的变化,只有对地下水补给、排泄和径流建立起清晰的概念,才有可能正确地分析与评价地下水资源,采取有效的措施,因此据我们目前的各种资料来分析地表水与地下水对比,很有根据和价值。     

西北地区水资源数量、质量及其分布规律

运用40年降雨、蒸发、径流的同步资料,计算了西北地区的降水总量为7981.9×10⁸m³,地表水资源总量为2164.8×10⁸m³;地下水资源量为1034.6×10⁸m³,扣除重复量后的水资源总量为2304.4×10⁸m³。分析了水资源的地区分布及年内、年际变化规律,评价了西北地区水资源质量,并总结了西北内陆河区径流主要形成于山区,散失于山前平原盆地等水资源六大特点。     

淮河中游北岸地区“四水”转化研究

针对近期强人类活动对区域水循环的影响,以淮河中游北岸典型区为研究对象,利用分布式水文模型研究该地区的"四水"(大气水、地表水、土壤水和地下水)转化定量关系。结果表明,研究区水循环受人类活动影响剧烈,产生了明显的自然-社会二元性特征,对"四水"间的相互转化产生重要影响;2003—2010年研究区地表水、土壤水和地下水存在正向补给趋势,增加了当地水资源可利用量;研究时段内研究区需要来自区域外的水汽补给来支持年均39.77×108m3的降水量。最后在定量分析的基础上给出了当地水资源管理与合理利用的若干建议。区域"四水"转化关系研究可为当地的水资源评价、规划和管理提供基础性的技术支持。     

氢氧同位素组成对丰沛平原区水循环的指示意义

丰沛平原区包括丰县、沛县与铜山区北部,近年来该地区出现地下水超采、地下水氟污染等严重的问题。为调查该地区水循环情况,采集了地表水与地下水样品共28个,分析了氢氧同位素组成的分布规律及其影响因素,并讨论了丰沛平原区浅层地下水与地表水转化关系以及各自的蒸发损失情况。研究结果表明：大气降水的云下二次蒸发程度较小,地下水的蒸发比附近地区更强烈。地下水同位素含量呈现总体沿地下径流方向逐渐富集的趋势,且地下水¹⁸O与CO₂存在微弱的交换作用导致¹⁸O贫化。结合水文地质调查与氢氧同位素特征,推断出河流中上游更倾向于地下水补给地表水,河流下游地表水对地下水大量渗漏。利用两端元法计算得出,总体上地表水受到地下水补给的比例为20%～40%左右,部分地区补给比例达60%以上。河流下游河水对地下水的补给比例大多介于25%～50%不等,部分点位可达90%。采用非平衡分馏条件下的Rayleigh模型计算蒸发比例,河水的蒸发损失约为23%～28%,地下水蒸发损失约为15%～20%。结果可为丰沛平原区及周边相似地区的水资源管理提供科学参考。     

新疆水资源对气候变化的响应

由绿洲及其所在荒漠盆地平原与周边山地共同组成的新疆地域系统,是我国西北干旱区的主要构成部分。高山与盆地相间的地貌特点,形成了干旱区内独具一格的水循环系统,构成了没有水力联系的内陆河大小流域。水资源在流域水循环过程中形成和转化,以河流为纽带把山地、盆地平原、绿洲和荒漠系统联系起来。由于荒漠盆地平原系统很难产生径流,从山地进入荒漠盆地平原的河流就成为主要的水资源。它不仅是生态与环境的控制因素,同时还是社会经济发展的物质基础。20世纪80年代后期,新疆降水增加20%～30%,河川径流普遍增大,湖泊水位明显升高,湖水面积不断扩大,地下水位逐渐回升。对水资源变化、气温上升、降水显著增多诸因素进行综合分析,说明在全球气候背景下,区域气候和水文变化朝着有利于新疆社会经济发展方面演变,预测这种趋势将持续到21世纪前20年。     

江苏洋口港地区地下水的环境同位素组成及其形成演化研究

江苏洋口港地区是江苏沿海开发重点建设的深水港区,水质优良的地下水是港区经济社会发展的重要基础.本研究利用近期获得的钻孔剖面地层对比数据资料,沿水文径流剖面分层采集水样,通过识别地表水、各含水层地下水的环境同位素(δD、δ~(18)O、~3H、~(14)C)组成指纹特征,以揭示研究区地下水的形成演化规律.结果表明,研究区浅层地下水主要来源于现代大气降水的入渗补给,大气降水在补给地下水过程中经历了明显的蒸发过程;研究区深层地下水的放射性~(14)C年龄主要为15000~26000 a,其稳定同位素δ~(18)O、δD值比现代降水低,是晚更新世末次冰期(大理冰期)的盛冰期降水入渗补给.地下水含水层的氘、氧、碳同位素分布具有明显的呈层性,随着地下水埋藏深度增加,地下水中的δD、δ~(18)O值呈下降趋势.浅层地下水与地表水水力联系紧密,可更新能力较强;深层地下水径流缓慢,总体上处于封闭-半封闭状态,可更新能力弱.江苏沿海平原天然地下水流动是自晚更新世末期以来,伴随着冰退、海平面上升而调整到目前的模式.末次盛冰期以来的自然地理及地质发展史,决定着研究区第四系地下水流系统的演变格局,现代人类活动加强了浅层与深层地下水之间的水力联系.研究在高强度开发地下水条件下的区域水文循环特征,可为沿海地区地下水演变机理和调控研究提供技术支持.     

用氯和氢氧同位素揭示洋戴河平原地下水的形成演化规律

通过分析地表水和地下水中氯离子浓度和δD、δ¹⁸O值的空间分布特征,揭示了秦皇岛洋戴河平原地下水的形成演化规律.结果发现,洋戴河平原地表河水来源于中上游水库水和大气降水的混合,且河水沿程受到δD、δ¹⁸O值、氯离子浓度更低的支流或灌渠水补给,从而使δD、δ¹⁸O值、氯离子浓度呈现沿程逐渐降低的现象.山前丘陵区地下水主要接受大气降水的直接补给,洪积扇及山麓地带地下水受到了一定的蒸发作用影响,除了接受丘陵区地下水的侧向补给外,洋河附近地下水还受到洋河水库水的混合.研究区西部咸水带的地下水由上游地下水和大泥河地热咸水混合而成,地热咸水的混合比率约为13%,而东部咸水带的地下水由上游地下水、本地污水和地热咸水混合而成,地热咸水的混合比率不超过9%.在海水入侵区,地下水主要由本区地下淡水和海水(海水混合比率不超过10%)混合而成,并且受到了不同程度的地表水或农田灌溉水的补给,其中,浦河一带是地表水或灌溉水补给较为明显的地段.     

高寒干旱区地表水与地下水水化学特征及转换关系：以大通河流域为例

全球气候变暖和区域极端气候会导致高寒干旱山区平原降雨失衡、冰川融化和冻土退化,进而改变区域水文循环.其中,地表水与地下水转化关系是高寒干旱区水文循环气候响应的重要科学问题之一.以祁连山南麓大通河流域为研究区,基于119组基本水化学参数和38组氘氧同位素数据,利用多元统计分析和同位素技术,研究了流域地表水与地下水的水化学特征及其相互转化过程.结果表明,流域地表水以HCO₃-Mg·Ca型水为主,受控于岩石风化作用;地下水以HCO₃-Mg·Ca型和Cl·SO₄-Na型水为主,受岩石风化作用和蒸发浓缩共同控制.上游地下水存在少量钙、镁长石的溶解,中游地下水化学组分主要为碳酸盐岩的风化溶解,下游地下水中各离子组分蒸发富集使地下水溶解性总固体升高.风化溶滤、人为活动、原生沉积环境、阳离子交替吸附及其他因素对研究区地表水和地下水化学组分的贡献率依次为39.1%、 15.0%、 12.6%、 13.8%和19.5%.δD和δ¹⁸O同位素测试结果表明,沿地下水流向大通河河水氘氧同位素含量呈富集到贫化的变化趋势,大通河...     

海河流域平原河流非常规水源补给特性及其成因分析

统计分析海河流域水资源量和污废水入河量数据(2001—2012年)、降水量数据(1956—2012年),以及水资源利用、污废水排放、社会经济、人口等数据(1980—2012年),探究了海河流域平原河流非常规水源补给的特性及成因.结果表明,非常规水源补给的河流具有污径比高的特性:海河流域河流污径比高,平均污径比为35.7%,其中海河北系污径比最高,达到90.5%,滦河及冀东沿海污径比最低,为25.6%.降水量的持续减少、山前水库带对水资源的截留以及平原区水资源开发利用率的增加导致河流径流量减少,是海河流域平原河流非常规水源补给的一个主要原因:降水量持续减少,1956—1980年平均降水量为559 mm,至2012年平均降水量降低至502 mm;水库、闸坝等水利设施的建设使得73%的山区河流流量被水库截留;流域地表水资源平均开发利用率高达63%,这些均导致平原河流径流量持续减少.人口和社会经济快速发展导致污废水排放量增加,是海河流域平原河流非常规水源补给形成的另一个主要原因:工业产值、城镇人口数量均与污废水排放量显著正相关,复相关系数均超过50%.海河流域中部平原区河流以非常规水源补给将长期存在,考虑非常规水源水质水量的协同保障,对满足生态需水量、改善缺水河流生态环境等具有积极的作用.     

西北干旱区水资源开发的水文效应及其利用模式的变化

我国西北干旱区主要分布在新疆、青海和甘肃及内蒙西部。这里气候干旱,水资源对干旱区的经济发展有着决定性意义,在干旱区“没有灌溉就没有农业”。水资源不仅影响到农牧业发展,同时也影响到工矿资源开发和城市的发展。水资源既是宝贵的自然资源,也是干旱区自然环境综合体中最活跃的因素之一。水资源开发利用已引起一系列水文效应和生态环境的变化,尤其是干旱区水资源开发中水循环各要素变化是很强烈的,因此研究干旱区的水资源开发的水文效应不仅具有理论意义,也有重要的实践意义。     

2017年最大降水对再生水受水河道径流组成的影响

再生水受水河道水文条件作为河流水生环境及生化反应重要控制因子,会受到丰水季降水汇入的影响.以潮白河典型受水河道——顺义段为例,通过丰水期前（2017-06-11）、降水中（2017-07-06）、降水后（2017-07-08、2017-07-09）河水中氢氧同位素特征和氯离子浓度的变化,识别地表径流组成对2017年最大日降水量（重现期3.3a）的响应,揭示河流汇水过程径流组成的时空差异及原因.结果表明,在降水初期,降水中氢氧同位素主要受雨量效应影响,后期微小变幅主要受水汽来源差异影响,整个河段接受降水的同位素值相近.降水后3 d内坡地汇流尚未停止,在各断面占比各异;坡地汇流占比沿程增加（2%~85.6%）,再生水占比沿程减少（90%~67%）,再生水通过优先通道到达下游断面.降水后3 d内SY01~SY05断面水量由坡地汇流、再生水、原位水组成,有明显的河网汇水过程,SY06~SY07断面水量由坡地汇流及原位水组成.     

降水和人类活动对松花江径流量变化的贡献率

为了估算自然因素和人类活动对松花江流域径流量变化的相对影响程度,采用累积距平、有序聚类等方法,对松花江干流6 个水文站1955-2010 年径流量序列进行了分析,揭示了径流量变化过程中各站都存在3 个突变点及被其分割的4 个变化阶段。应用累积量斜率变化率比较方法,在不考虑蒸散影响时定量估算了不同阶段降水和人类活动对径流量的贡献率。结果表明:与基准期相比,之后三个时期降水对径流量的贡献率约为26%~35%、0.1%~10%和25%~43%,而人类活动对径流量的贡献率分别约为65%~74%、90%~99.9%和57%~75%。可见人类活动是松花江流域径流量变化最主要的影响因素。虽然在国内大多数流域仍在增强,但在松花江流域自1999年以来已明显小于之前两个时期,却仍然高于降水量的影响程度。     

沈阳辉山水库污染源调查研究

对沈阳市重要水生态湿地辉山水库的工业、生活、农业、地面径流及明渠污染源进行了详细的调查。结果显示,污染源最大分担率分别是：COD。是明渠输入源,为95．34％;总氮、总磷和固废入河量是生活源,分别为99．73％,99．20％和95．87％;污水是工业源,为91．74％;粪尿是农业源,为94．79％。     

海螺沟冰川融水径流中汞与悬浮颗粒物的季节变化特征及其关系研究

为研究冰川融水径流中汞与悬浮颗粒物的变化及其相关关系,于2019年6月～2020年9月在青藏高原东南缘海螺沟冰川融水径流进行为期一年的连续定点采样,测试了样品中汞形态含量和悬浮颗粒物的数量、含量及粒径特征。分析表明,总汞的平均含量为6.96～10.78 ng/L,其中颗粒态汞为4.54～9.14 ng/L,溶解态汞为1.53～2.42 ng/L,与青藏高原及世界其他偏远地区河流汞含量相当。各形态汞与悬浮颗粒物不同特征在不同季节的相关关系差异显著,总汞和颗粒态汞含量与总悬浮颗粒物含量和数量在夏季消融盛期具有突出且一致的正相关关系,但在秋冬季并未显示出正相关,表明前人揭示的冰川补给河流中颗粒物控制汞含量变化的结论具有季节局限性。冰川径流中的汞受水文过程和汞的来源及其在水体中的转化等多因素影响,汞形态含量与悬浮颗粒物不同物理特征在不同季节的差异性可能反映了不同季节汞的来源和传输机制的差异。     

森林影响河川径流的流域因素

国内外所进行的小区或小流域试验表明,砍伐森林径流量增加,增加森林植被覆盖则径流量减少。但是,在大流域,砍伐森林并不一定能增加河川径流量。小面积试验得出的结论不适于推而广之到大的流域。其主要原因是流域因素——所处的自然气候地带、地质地貌特别是水文地质条件的不同。大面积种树种草或砍伐森林,对一个较大流域总水量的影响是比较复杂的。在什么样的条件下水量减少、增加或者变化不大,要对整个流域进行详细地调查和观测,只进行简单的小流域试验是不可能得出正确结论的。     

基于地下水动力学模型的河流廊道潜水埋深研究

荒漠绿洲实质就是河流廊道及其影响区,其水分主要来源于河流径流补给,河流下泄水量的多少直接影响到河流廊道的安全与否。建立了适合干旱区河流廊道的地下水动力学模型,并提出了生态保护距离和潜水埋深参数的设定方法。研究认为,在生态保护目标确定后,通过分析河道渗漏补给的有效影响范围、植被生存所需的潜水埋深与河岸处潜水埋深的相关关系,确定河岸处潜水埋深,进而为制定河流下泄流量,保护干旱区河流廊道的生态输水提供技术支撑。     

基于SWAT-FLUS的采煤沉陷区水文过程情景模拟

采煤区沉陷不仅会影响地表结构,还会显著改变流域水文循环,从而影响区域水资源供给。以淮南西淝河流域为研究对象,利用SWAT-FLUS集成模型模拟流域水文过程及未来情景。结果表明:1)该集成模型能准确模拟由土地利用变化带来的水文情势演变过程,并用于情景预测。2)对未来不同塌陷速率情景模拟结果显示,各情景下流域蒸散发均呈增加趋势,其中无修复模式主要为水面蒸散增加,2种修复模式主要为陆面蒸散增加;无修复模式增加了流域入渗量,2种修复模式则相反。3)从典型水文年内径流分布来看,无修复模式显著影响了地表径流的年内分布规律及径流峰值,普通修复及生态修复模式则无明显影响。4)从年际间水文变化来看,若无修复措施,流域内水文关系将在2020-2022年发生根本性转变;至2030年,地表径流将减少27.1%,普通修复模式下地表径流将减少2.5%,而生态修复可使流域地表径流增加4.4%。     

西南地区水资源及其评价

西南是我国水资源最丰富的地区,但供需矛盾十分突出:旱灾频繁不少城市供水不足中小河流污染较重径流式电站出力显著下降内河航运不断萎缩。分析其原因,与水资源的特点和演变规律分不开。① 来水与用水不协调:坝区地多水少、山区水多地少城市和工业集中区水量偏小、偏僻地区来水偏大用水季节来水少、非用水季节来水多岩溶分布广泛,水资源利用困难。② 枯季径流不断减少:西南水资源70％以上分布在雨季。旱季水很少,且在不断下降。如不改变径流的分配方式,用水危机将会到来。③ 水质不断恶化:西南水质是好的。随着城市化的发展,农药化肥的大量使用,水质变差。重视保护、防止污染是重要的战略措施。④ 水资源的开发必须因地制宜,重视蓄水和跨流域调水的作用。