60年来黑河流域东部子水系中上游径流量、输沙量变化特征分析

利用黑河流域东部子水系中上游10个水文站60年径流、泥沙实测资料,应用数理统计方法分析了黑河流域东部子水系中上游各条河流控制水文站径流量和输沙量年际变化特征,应用径流量累积均值曲线法对黑河干流出山口莺落峡水文站2015、2020年径流量进行预测。结果表明:(1)黑河上游各站2001~2012年径流量比历年均值平均偏大10.5%。区间除马营河除外的4条较大支流历年径流量在锯齿型变化过程中呈现出逐步增大的趋势。中游莺落峡、高崖、正义峡3个水文站逐年径流量变化趋势相对应,高崖和正义峡径流过程线接近且有交叉现象,充分表明中游区域地表水和地下水转换频繁并十分复杂;(2)流域内札马什克、祁连、莺落峡、高崖、正义峡5个水文站2001~2012年各站时段平均输沙量均明显小于历年(1978~2012年)平均值,分别偏小-0.3%、-9.7%、-63.9%、-51.8%、-43.3%。分析得出了黑河流域东部子水系中上游水沙变化规律,对于保护和开发利用黑河流域水资源、改善黑河流域生态环境、促进黑河流域综合治理等具有重要作用。     

黑河干流中游水资源可持续利用多目标规划模型研究

研究黑河干流水资源的可持续利用问题,有助于促进中游盆地的科学用水,保障下游区域的生态稳定。黑河干流中游灌区由于过度引水,导致其正义峡下泄量偏离了国家97分水方案的调控目标。以中游盆地张掖、临泽和高台农灌区为主要研究对象,基于多目标多约束方程构建了水资源可持续利用规划模型。模型模拟表明,正义峡下泄量主要受莺落峡径流量、灌区引水量以及黑河大桥-正义峡段地下水溢出量等的影响与控制。模型预测显示,通过灌区节水措施降低灌溉定额,黑河干流水资源可以在支撑中游灌区现状灌溉面积用水量的同时,确保正义峡下泄量达到国家分水方案确定目标。多目标规划模型的研究结论,确立了中游盆地水资源可持续利用的用水方案,该方案将有效解决中游和下游水事矛盾,既可以保障中游人工绿洲经济发展,也可以保护下游生态环境。     

利用222Rn、EC及断面测流分析黑河中游地表水与地下水转换关系

本文以黑河中游为研究对象,采用222Rn、EC及断面测流法对莺落峡至正义峡河段地表水、地下水转化关系进行了分析。结果表明,莺落峡至张掖黑河大桥段为地表水补给地下水,其单长渗漏率为0.248～0.433m3/s.km;张掖黑河大桥至正义峡段为地下水补给地表水,其单长渗出率为0.042～1.057m3/s.km。在相互补给率计算基础上对不同河段不同时段可分别计算相互的补给量,为水资源评价及规划提供科学依据。     

河西内陆干旱区主要河流出山径流特征及变化趋势分析

根据相关水文气象台站的降水、气温和径流观测资料,分析了以黑河、昌马河、西营河等河流为代表的河西内陆区出山径流的变化特征和规律,研究表明：河西内陆干旱区诸河流出山口径流的季节变化主要受地理位置和河流补给来源的影响,而年际变幅则受山区降水量年际变幅的影响十分明显,总体上讲,本区出山径流变化相对稳定。区内梨园河以西河流水量处于上升阶段,梨园河以东的河流则处于下降的他人阶段;以黑河干流莺落峡水文站年径流为     

黑河径流年内分配格局变化趋势研究

通过黑河出山口控制站莺落峡65年的月年实测径流资料,从径流年内各月(阶段)占年径流的百分比、年内不均匀系数、集中度(期)以及变化幅度等不同指标,具体分析研究了黑河径流年内分配的变化规律。研究表明:(1)黑河径流年内分配不均匀性减小,集中度降低,绝对变幅基本稳定,相对变幅有所减小,非汛期水量所占比重增大,径流年内分配渐趋均匀。(2)莺落峡年径流量集中期的长期变化呈逐年推后趋势,60多年间,黑河径流重心向后移动,集中期滞后4d左右。     

黑河流域上游融雪径流时间变化特征及成因分析

以黑河流域上游莺落峡水文站和札马什克水文站1959-2008年及祁连水文站1967-2008年的天然径流序列为基础数据, 通过计算水文站的流量质心时间来表示融雪径流时间, 研究了黑河流域上游融雪径流时间变化的特征. 结果表明: 莺落峡站和札马什克站自20世纪70年代起, 融雪径流时间表现为提前的趋势, 祁连站自20世纪80年代起融雪径流时间提前.野牛沟站和祁连站10月至次年4月降水量增加或4-7月气温升高, 会使得莺落峡站融雪径流时间提前, 札马什克站融雪径流时间的提前与野牛沟站10月至次年4月降水量的增加具有较高的相关性, 祁连站融雪径流的提前与祁连气象站4-7月气温升高的相关性较强.通过分析莺落峡站融雪径流时间与年径流及各季节径流的相关性, 可知如果融雪径流时间提前, 莺落峡站观测到的年径流量和夏秋季的径流量均会减少, 而同时冬春季的径流量会增加, 这对合理安排流域水资源配置和管理具有重要的指导意义.     

黑河上游河水中δ18O季节变化特征及其影响因素研究

根据2006年5月至2007年5月间在黑河上游莺落峡、祁连和扎麻什3个水文站等地点所采集的河水与降水样品,重点分析了其中的δ18O变化,揭示出黑河干流上游山区河水中δ18O具有夏季高冬季低的季节变化特征,这种变化特征主要受控于降水中δ18O的变化.祁连水文站河水中δ18O月平均值与月平均流量乘积和该站降水中δ18O加权月平均值与月降水量乘积之间存在着高度相关性,从同位素示踪的角度说明降水是黑河干流上游山区径流的主要补给来源.进一步的研究表明,黑河上游祁连山区降水中δ18O变化存在明显的"海拔效应",并且3个水文站点河水中δ18O值均低于其降水中δ18O值,这表明上游径流主要形成于高海拔山区.根据黑河出山口莺落峡水文站河水中δ18O值以及上游山区降水中δ18O的"海拔效应",估计黑河干流出山径流主要形成于海拔3 350～4 600 m之间的高山地区,该高度区域对应的植被带主要为亚高山灌丛草甸和高山寒漠草甸.     

黑河出山径流量年际变化特征和趋势研究

根据有关水文气象台站的观测数据,利用定级分类,滑动平均和波谱分析等方法,对黑河出山径流（莺落峡水文站）年际变化特征进行了分析研究,发现黑河出出径流的多年变化具有持续性,周期性和丰枯水变化较平稳,波幅不大等特性,并在此基础上对其未来变化的趋势进行了预测和分析。     

黑河中上游段河道渗漏量计算方法的试验研究

通过河道断面法对黑河中上游河段河道渗漏量进行了比测试验,结果表明:河床岩性组成、河流平面几何形态变化以及人类活动对输水方式的改变等对河道渗漏量影响显著.黑河实施全流域调水前后河道渗漏量发生显著的跳跃性变化,莺落峡至312桥区间河道渗漏量调水前为1.2543×108 m3,调水后为4.3747×108 m3,调水后较调水前河道渗漏量增加3.1203×108 m3;河道流量越小其相应损失率愈大,河道流量越大,其相应损失率愈小,由此得出各河段不同流量单位河长的损失率服从倒数函数分布.研究结果是在黑河中上游实体河道上进行上下断面流量比测试验的基础上得出的,符合该河段的实际情况,可作为黑河中游地表水、地下水转化分析、地下水流系统模拟、流域水资源重复利用、水量调度计算各种模拟模型验证河道渗漏量的基础资料.     

关于黑河流域洪水资源化问题的分析探讨

黑河是我国第二大内陆河,流域内水资源短缺、生态环境恶化、水事矛盾尖锐。对黑河干流莺落峡站最大30d、60d洪量对年径流量的比率和洪水水资源比率与日均流量倍比关系作了分析研究,并提出了洪水资源利用的思考,这对深入认识黑河流域洪水资源,加快洪水资源化进程是十分有益。     

Impacts of river recharge on groundwater level and hydrochemistry in the lower reaches of Heihe River Watershed, northwestern China

Water resources have been overexploited for agricultural irrigation and industrial production in the upper and middle reaches of the Heihe River, northwestern China. Due to inadequate water resources management, the runoff entering into the lower reaches has been continuously reduced in recent years. The Heihe River is the primary recharge source for the groundwater of the lower reaches, so the decrease in runoff has caused the groundwater level to decline. As a result, a series of ecological and environmental problems has now appeared in the lower reaches, including river-flow interruptions, drying up of associated lakes, degeneration of vegetative cover and so on. In view of these issues, the National Water Diversion Project was put into practice in July 2000. It has significantly increased the quantity and frequency of flows entering into the lower reaches of the Heihe River, and has recharged the groundwater and improved the water quality to some degree along the length of the river. The water deliveries have had obvious influences on the groundwater in the lower reaches. The groundwater level increase and groundwater quality improvement have been of great benefit in restoring the ecological environment that was destroyed in past years.     

正义峡径流变化与人类活动影响分析

通过对正义峡径流长观资料的距平差积变化与人类活动影响对比分析,结果表明,正义峡径流量依上游来水和中游灌溉用水多少而定,存在分阶段及近些年衰减增大的多年变化,径流衰减主要是中游引用河水与开采地下水的消耗量增大,地下水补给萎缩与泉水基流减少所致。泉水是正义峡径流的主要成份,占径流总量63％,但年内不同时间径流组成有较大不同,集中用水期可占100％。因此减少中游消耗性用水,以涵养地下水,维持泉水存在对保持下游盆地河水稳定和生态环境的切实保护有特别重要的作用。     

黑河流域水资源转化特征及其变化规律

黑河流域水资源主要以冰雪水资源、 地表水资源与地下水资源的形式存在.上游祁连山区分布有现代冰川428条, 发育大小河流共计29条, 多年平均出山径流量37.83×10⁸m³·a^-1; 中下游走廊平原由松散沉积的第四系盆地组成, 接受出山河水及引灌河水的入渗补给, 是地表水资源的重复表现形式, 地下水补给量为25.637×10⁸m³·a^-1.受构造-地貌条件的制约, 自南部山区至北部盆地, 地下水与河水之间经过5个不同地带有规律的、 大数量的、 重复的转化过程, 形成完整统一的"山区地下水-出山地表水-中游盆地地下水-中游盆地地表水(泉水)-下游盆地地下水"水资源循环转化系统.     

黑河流域中游盆地地表水与地下水转化机制研究

地表水与地下水相互转化是中国西北干旱内流盆地水循环的显著特征,转化机制研究是盆地水循环规律认知和水资源可持续管理的重要基础。以我国西北干旱内流河黑河流域中游的张掖盆地和盐池盆地为研究区,建立了黑河主干河道时变水平衡模型和地表水地下水耦合数值模型,研究了长周期水文变化和人类活动双重影响下地表水与地下水转化机制,得到如下认识:（1）补给条件由以天然条件下河流渗漏为主的线状补给演变为以河流与引水渠道渗漏的线状补给和灌区田间入渗面状补给,排泄条件由以泉水溢出和天然湿地排泄演变为以泉水溢出与地下水开采为主的排泄。（2）张掖盆地黑河干流河道入渗段和溢出段大致以G312 大桥为界,亦称为地表水与地下水转化的转折点。莺落峡—G312 大桥段为悬河渗漏段,河道入渗补给主要受控于进入河道的实际过水量。其中,莺落峡—草滩庄段河道入渗补给率为28.20 %;草滩庄—G312 大桥段河道入渗补给量与河道过水量的关系可用分段函数表达,河道过水量大于或等于0.37×108 m3/mon时呈幂函数关系,小于则呈线性函数关系。G312 大桥—正义峡段为地下水溢出段,其中G312大桥—平川大桥段地下水溢出量约占全部溢出量的70%,溢出峰值出现在高崖水文站下游约6 km处,其单长溢出量可达0.46 m3/(s·km)。（3）研究区是一个相对完整的河流—含水层系统,近31年来经历了连枯和连丰的水文变化,地下水补给排泄条件及与地表水转化机制均发生了相应的变化。地表水与地下水转化最强烈的地区为张掖盆地中部的黑河—梨园河倾斜平原。1990—2001 年连枯期,灌区引水量总体逐年减少,以河道入渗和渠系渗漏为主的补给量平均以0.06×108 m3/a速率减少,农田灌溉面积增加导致灌溉用水增加,地下水开采量显著增加,地下水水位逐年下降,储存量累计减少5.77×108 m3,地下水溢出量平均减少0.16×108 m3/a;而2002—2020 年连丰期,灌区引水量总体逐年减少,河道入渗量呈增加趋势,地下水总补给量平均增加0.15×108 m3/a,灌溉面积继续扩大,农灌开采量随之增加,以河道入渗量增加为主导,地下水水位持续上升,储存量累计增加5.45×108 m3,地下水溢出量平均增加0.08×108 m3/a。总之,补给和排泄条件变化较大,地下水储存量先减后增,地下水溢出总量变化较为平缓,反映了该区巨厚含水层系统的巨大调蓄功能。（4）位于张掖盆地东部的诸河倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于地表水开发过度,补给量锐减。黑河侵蚀堆积平原地下水水位基本稳定。30 多年来盐池盆地倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于移民开垦导致地下水过量开采。（5）内流盆地天然悬河入渗段是珍贵的地下水补给通道,无论连枯期还是连丰期,河道实际过水量是河道渗漏补给量的关键,保护上游天然河道和一定的河道实际过水量是内流盆地水资源可持续管理的关键。     

1985-2013年黑河中游流域地下水位动态变化特征

在气候变化和人类活动的影响下, 黑河流域地表水和地下水的时空分布特征发生了很大变化. 研究水系统演化及其驱动机制对流域水资源可持续管理非常关键. 基于甘肃河西黑河中游流域地下水位动态、水文气象、土地利用和灌溉统计数据, 研究了1985-2013年黑河中游流域地下水位时空变化. 结果表明: 地表水的不合理分配和耕地的扩展导致了地下水的过量开采和地下水位的剧烈变化. 1985-2004年区域地下水位以下降为主; 2005-2013年呈现下降和回升两极发展趋势, 冲洪积扇群带地下水最大下降达17.41 m, 而黑河干流沿岸地下水位最大回升了3.3 m, 地下水埋深普遍增加了1.0~3.0 m. 尽管地下水位在2005-2013年表现出回升趋势, 但干流中游盆地地下水系统处于严重负均衡状态, 制定合理的“生态分水”方案和水资源综合管理规划非常紧迫.     

Use of oxygen-18 isotope to quantify flows in the upriver and middle reaches of the Heihe River,Northwestern China

In recharge areas, the Heihe River flow was separated into components of ice-snowmelt and precipitation according to 14 gauging stations and to monthly hydrograph using oxygen-18. As shown by the result of the two-component mixing model, on average, 19.8% of the runoff comes from ice-snowmelt. At three stations which are closer to glaciers and with headstream of ice-snow melted water, the ice-snowmelt runoff is larger than 28% of stream water. In addition, because most of the ice-snowmelt infiltrates the groundwater, which later discharges into the river at mountain outlets, the ice-snowmelt percentage in runoff is lower than average at these stations with the elevation higher than 3,600 m. According to monthly hydrograph, the lowest percentage of ice-snowmelt in runoff is in July (6.46%), whereas during November it is the largest (26.1%). In the middle basin, the fraction of groundwater in runoff had a marked increase from 23.57% near Zhangye City to 60.28% near Gaotai City, and then a dramatic drop to 13.61% near Zhengyixia Station because of agricultural flood irrigation in Zhangye Basin.     

黑河流域走廊平原地下水补给源组成及其变化

通过环境同位素、水文分割法和相关分析研究表明,祁连山区降水、冰川雪融水和基岩裂隙水通过出山口地表径流补给构成黑河流域走廊平原地下水主要补给源,具有年际和年内丰枯动态变化规律,与祁连山区降水量和气温的关联度分别为0.97和0.79,与平原张掖站降水量和气温的关联度分别为0.43和0.60。在自然径流条件下,祁连山区降水量变化是改变走廊平原地下水补给的主导因素,约占91%权重;气温变化是重要影响因素,约占9%权重。20世纪80年代以来祁连山区各补给源处于偏丰期。因此,近年来走廊平原地下水补给量相对50年代减少27.1%,人类活动是重要影响因素,急需加强科学调控。     

黑河流域水资源及现阶段合理开发利用

黑河是我国西部较大的一条内陆河,近30多年来,由于中游地区水资源开发利用程度不断提高,使进入下游额济纳平原的地表水逐渐减少,导致下游生态环境发生恶化.为了拯救下游绿洲,改善生态环境,自1992年起对黑河中、下游用水实行计划调度,1999年开始实施国家定量分水方案.根据近几年的最新调查研究成果,计算评价了黑河流域的总水资源、地表水资源、地下水资源、地表水和地下水的利用现状及开采潜力.在此基础上,提出现阶段中游以加强引输水工程改造、提高地表水资源利用率和推广田间节水灌溉工程,发挥水利用效益;下游以适度开发利用地下水、加强地表水和地下水综合开发利用,改善生态环境.为中、下游科学分配地表水资源和合理开发利用地下水资源提供科学依据.     

利用GRACE重力卫星数据反演黑河流域地下水变化

干旱区地表水资源有限, 地下水资源被超采利用, 黑河流域是西北干旱区典型内陆河流域, 有同样的地下水资源利用问题. 然而由于监测地下水变化的测井数目有限且分布不均, 难以从流域尺度上把握地下水资源的时空变化. 利用GRACE重力测量卫星数据反演黑河流域2003-2008年间的地下水时空变化, 为合理分配利用水资源提供科学依据, 为掌握无资料区域地下水水资源及其变化趋势提供了计算方法. 为验证GRACE反演结果的可靠性, 首先将计算出的黑河中上游地下水的变化, 与该区域实测地下水变化数据进行对比分析, 结果显示二者之间相关性较好, 在一定程度上表明GRACE数据具备反演整个黑河流域水储量变化及其各个组分的能力. 此后, 利用GRACE数据反演了全黑河流域的地下水变化, 对其时空变化进行了分析和讨论. 结果表明: 黑河流域2003-2004年间地下水减少的幅度越来越少, 2005年夏季期间地下水资源量增加量最多, 自此地下水增加幅度逐渐减少, 至2008年趋于平衡. 空间上流域局部变化波动较大, 2003-2004年间黑河上游地下水资源量处于减少状态, 2005年相对于6 a地下水平均含量有轻微增加趋势, 2006年处于6 a平均值状态, 2007-2008年有稍微上升趋势; 中游在2005年有略微的上升, 之后3 a下降; 下游地下水含量在6 a中整体呈上升趋势.