大同市地下水超采区地下水位回升线性预测分析

地下水是大同市城镇生活及工农业生产的主要供水水源。长期以来,由于大量集中开采地下水,造成大同市地下水位超采严重,形成多处地下水降落漏斗,超采面积506 km2,其中严重地下水超采区达163 km2。对大同市城郊浅层孔隙水中型超采区长系列年动态资料分析计算,建立地下水开采量、超采量、超采区净补给量和水位回升线性关系,在考虑地下水补、径、排基础上,对超采区水位回升变化趋势进行预测,确定大同市地下水超采区漏斗中心水位恢复年限为2017年,通过圆锥模型分析,预测地下水位恢复后能实现地下水良性循环状态。     

黄河三角洲地下水动态变化及其与地面沉降的关系

为了分析黄河三角洲地下水动态及其与地面沉降的关系, 利用多年地下水和地面沉降监测数据, 发现黄河三角洲广饶县和东营区的地下水动态变化剧烈且地面沉降严重, 含水层多处于超采状态, 浅、深层地下水降落漏斗先后出现.深层地下水降落漏斗中心水位下降速度达2~3m/a.近年来, 东营和广饶地面沉降漏斗中心沉降量和速率分别为155.1mm、28.2mm/a和356.0mm、64.7mm/a.借助GIS技术及数理统计法, 发现深层地下水降落漏斗与沉降漏斗空间耦合良好, 深层地下水位与地面高程呈线性正相关, 相关系数为0.92, 深层地下水过度开采已成为影响沉降的最根本因素.井灌区第三粘性压缩层成为地面沉降主要贡献层, 且深层地下水降落漏斗中心的地下水位已低于第三承压含水层临界水位, 沉降趋于严重.      

南水北调中线工程对河南平原第四系地下水资源的影响

南水北调工程是优化我国水资源配置、解决北方水资源短缺问题的重大举措。由于南水北调中线工程的调蓄作用,河南省受水地区水源结构的改变对主要的供水水源第四系地下水资源势必造成一定的影响。论文在建立河南平原地下水流数值模型的基础上,按照受水区的分配水量相应压采各城市的浅层地下水开采量,模拟预测南水北调中线工程实施后第四系地下水流系统的演化趋势。预测结果表明: 河南平原受水区浅层地下水位都得到了不同程度的恢复,到2010年,郑州市、新乡市、濮阳市漏斗中心水位相比南水北调中线工程实施前（2007年1月1日）将分别提高6.64m,8.15m和4.15m,很大程度上减轻了地下水的开采压力,有效地恢复了地下水位降落漏斗,缓解了当地水资源的供需矛盾;  但是由于农业灌溉超量开采地下水,河南平原中部和东部的非受水区浅层地下水位仍持续下降;  南部尽管不在受水区范围内,但是供水水源主要来自地表水,所以浅层地下水位无明显变化。结合前人的供需水量预测结果,到2010年,南水北调中线工程分配给受水区的水量与受水区的需水量基本持平。     

不同气候条件下华北粮食主产区地下水保障能力时空特征与机制

华北平原是我国小麦、玉米等粮食作物主产区, 粮食产量占全国的10.6%。同时, 该平原也是我国地下水超采最为严重地区之一, 在13.92万km2的国土面积上分布着石家庄漏斗、保定漏斗和邯郸漏斗等地下水位降落漏斗群, 漏斗面积超过9 700 km2。该灌溉农业以开采地下水为主要供给水源, 农业开采量占华北平原地下水总开采量的65%以上。2009年12月《科学时报》刊发文章指出, 华北平原地下水危机影响我国的粮食安全。农业灌溉用水及其开采地下水的强度和超采程度, 与气候变化密切相关。气候变化不仅影响粮食作物灌溉需水量变化, 而且, 还显著影响农业开采量和地下水补给量变化, 尤其连年降水枯水或连年降水丰水, 对粮食主产井灌区地下水流场及其保障能力影响十分明显, 是一个重要研究课题。深入开展该课题研究, 对华北平原农业区地下水资源合理开发利用和提高粮食安全保障能力具有重要意义。     

聊城市地下水资源保护对策探讨

聊城市地处北方资源性重度缺水区,人均占有水资源量仅为全国人均占有量的8％,浅层地下水是西部区域的主要供水水源,由于长时期的超采形成了大面积地下水降落漏斗区,保护地下水资源形势严峻。根据聊城市历年地下水位资料,分析了引黄灌区、井灌结合区、纯井灌区的地下水动态,地下水漏斗区成因及变化趋势,探讨保护地下水资源的对策建议。     

山东省广饶县地下水位多年动态及其地质环境效应分析

山东省广饶县地下淡水资源丰富,是本区工农业生产和生活用水的重要水源,长期大量开采地下水引发了地下水降落漏斗、咸水入侵、地面沉降等地质环境问题。通过对广饶县地下水多年监测资料的整理和分析,揭示了本区地下水水位的变化规律,预测了地下水水位的变化趋势。分析表明: 在现状开采条件下,浅层地下水降落漏斗已基本稳定,无加重趋势。考虑地面沉降和咸水入侵的发展趋势,提出深层地下水的约束埋深不应大于80 m,甄庙地区咸水入侵临界水位为10 m,这为当地地下水的合理开采与环境地质问题的防治提供了依据。     

保定平原区地下水生态水位阈值的探讨

地下水具有重要的生态价值,地下水生态系统中的地下水位、水质和包气带含水率与含盐量的变化驱动着表生生态格局的演变,但目前对各变量的生态阈值研究尚处于起步阶段,理论与方法体系还不完善。以保定平原区为例,采用地下水位及地下水生态环境的历史回归法、GIS法、差分网格计算法等方法,从时空角度分析了地下水位变化的驱动力以及生态效应,在此基础上确定不同水文地质单元的生态水位阈值。研究表明:（1）20世纪50—60年代,研究区依赖于地下水的生态格局基本维持着天然状态;1959—2000年,地下水位持续下降,局部地段出现降落漏斗;2000—2008年,地下水位骤降,降落漏斗迅速扩张,地下水与地表水补排关系发生变异;2008年至今,部分区域地下水位逐渐上升。（2）研究区内山前地带地下水生态水位埋深为10~15?m,拒马河冲洪积扇群与漕河—瀑河冲洪积扇群为5~10?m,唐河—大沙河冲洪积扇群为3~5?m,冲积平原中定州—望都范围为3~5?m,保定市为10~15?m,其余均为5~10?m,冲湖积平原环淀区域小于3?m。（3）以确定的地下水生态水位为标准,初步估算研究区现状地下水位恢复至生态水位的需水量为57.14×108?m3。研究成果对恢复当地地下水生态环境格局有重要意义,对华北平原地下水生态水位的确定也具有借鉴意义。     

海河流域地下水资源特征和开发利用潜力

海河流域水资源严重短缺,地下水长期超采是制约社会经济可持续发展的主要瓶颈。开展流域地下水资源及开发利用潜力研究,对支撑服务地下水超采治理、地下水资源可持续利用和生态环境保护都具有重要意义。经系统评价,海河流域天然资源量252.99×10~8m~3,生态水位约束条件下的浅层地下水开采资源量172.98×10~8m~3,可更新的深层水可利用量4.68×10~8m~3。海河流域山区地下水质量总体较好,Ⅰ～Ⅲ类水占比40.83%,平原区浅层地下水质量较差,Ⅰ～Ⅲ类水占比14.10%,深层地下水质量优于浅层地下水,Ⅰ～Ⅳ类水占比74.25%。海河流域山区地下水开采潜力总体较小,燕山和太行山北部山区,地下水资源禀赋较差,基本无开采潜力,太行中部山区地下水开采程度较高,无开采潜力或开采潜力较小,太行南部山区地下水资源禀赋良好,开采潜力较大;平原区浅层地下水在不同水文地质单元开采潜力差异较大,山前平原浅层地下水长期超采形成大范围降落漏斗,无开采潜力或潜力较小,中东部平原浅层地下水资源禀赋较差,以微咸水为主,开采潜力较小,山东省鲁北平原区浅层地下水开采程度较低,聊城—德州一带开采潜力较大;雄安新区地下水总体无开采潜力。平原区深层地下水基本无开采潜力。     

南水北调中线河南省受水区浅层地下水水位演化规律

南水北调中线工程供水后对河南省受水区浅层地下水位、用水结构等产生了重要影响。首先回顾了河南省平原区以往地下水位埋深变化,并通过收集、统计2008—2018年河南省受水区浅层地下水位的监测成果,基于ArcGIS软件,针对南水北调中线供水前后河南省受水区浅层地下水位变化进行量化分区;结合降水量、地下水资源量、供水量等资料对供水前后河南省受水区用水结构变化等进行分析。结果表明:自20世纪60年代至2008年,河南省平原区浅层地下水位平均埋深整体逐渐增加;河南省受水区地下水资源量随降水量增加呈线性增加趋势;南水北调中线一期供水后,2015—2018年平均地下水供水量在地下水资源量中的占比较2008—2014年减少9.55%;受水区浅层地下水位有所回升,且主要体现在埋深 > 8~12 m范围向埋深 > 4~8 m及≤4 m范围的转变,埋深 > 12~16 m及 > 16~20 m范围在受水前后基本保持不变,埋深 > 20 m的区域范围有所减少;2008—2014年各监测点分布县区的浅层地下水位呈下降趋势,2015—2018年供水期间有2/3以上县区浅层地下水位逐渐恢复;农林渔业用水和工业用水占比在供水后均有所减小,城乡生活、环境综合用水占比增加明显。研究结果表明南水北调中线工程对河南省受水区浅层地下水位恢复及缓解供水矛盾问题等产生积极有效的影响。      

鲁北平原地下水的劣变特征与可持续利用的对策

2005年相对于20世纪70年代,鲁北平原开采机井数由9．29万眼增至28．76万眼．浅层水、深层水开采量分别增加了近2倍和3．76倍。长期超量开采和不合理的开采布局,使地下水水位持续下降、含水层疏干体积不断增加、地下水位降落漏斗持续扩展．并产生地面沉降、成水入侵等环境地质问题。采取农业节水、调整工业开采强度布局、加强浅层水均衡开发利用、地表水与地下水联合调蓄、本地劣质水资源化、保护和涵养深层地下水资源等举措,修复和涵养鲁北平原超采区的深层地下水系统势在必行。     

华北平原地下水补给量计算分析

采用溴示踪法研究华北平原山前冲积平原和中部平原有灌溉和无灌溉区域的地下水补给,得到研究区平均地下水补给量为126.10 mm,平均补给系数为0.185 2,有灌溉实验点的补给量和补给系数大于无灌溉实验点。同时对示踪剂运移深度和含水量分布、降雨灌溉量和地下水埋深等影响因素进行分析。将各实验点计算结果与国内有关学者采用示踪剂法所得到的补给系数进行对比分析,论证了研究结果的可靠性,此研究成果可为华北平原地下水资源分析提供重要参考。     

近50年来我国北方典型区域地下水演化特征

文章在总结中国北方地下水最新调查成果的基础上,选择西北内陆盆地、华北平原和松嫩平原为典型区,对近50年来区域地下水系统的演变特征及其影响因素进行探讨。研究发现: 我国北方盆地和平原地下水系统演化具有渐变性和突变性特征,但在不同地区存在着差异,区域地下水系统已经变得脆弱,地下水资源可持续利用向不利的方向发展。地下水补给演变表现为山前平原地带的补给能力减弱,河道补给减弱或消失,中下游农业区地下水补给强度增大,总补给量呈现减小的趋势;  其中,西北内陆盆地下水补给的减少与上游水资源利用过度、渠系防渗程度提高有关;  而华北平原和松嫩平原地下水总补给量的减少与降雨量的减少和山区河流拦蓄水量的增加有关。伴随着补给模式的改变,地下水流场演变表现为普遍出现持续性的区域地下水位下降,西北干旱区表现为山前平原地下水位快速下降、泉流量减少、溢出带下移;  华北平原和松嫩平原表现为溢出带消失、水位降落漏斗形成并发展,区域地下水流被截断,形成以降落漏斗为中心的局部水流系统。地下水化学场变化主要表现为水化学类型变化、矿化度增大,污染组分增加。自西北内陆盆地至华北平原、松嫩平原,水化学变化强度明显增加,以华北平原和松嫩平原最为明显。本文在这些认识的基础上提出了应对气候变化与人类活动双重影响下地下水演变的适应性对策,为地下水资源可持续利用提供了理论依据。     

中国典型地区地下水位对环境的控制作用及阈值研究

研究采用理论分析和实践成果相结合、区域宏观分析与典型地区深入剖析相结合的研究方法,从地下水不合理开发利用引起的环境问题出发,选取华北地区、西北地区以及沿海地区作为典型区,分析地下水位对环境的控制作用,提出了具有针对性的地下水位控制阈值。华北平原有利于山前调蓄的地下水位埋深为10m、中东部平原浅层控制土壤盐渍化水位埋深为2~3 m、防止地裂缝的水位埋深为7 m、深层控制地面沉降水位埋深为50 m、浅埋岩溶区地下水位应控制在岩溶含水层上覆的松散岩类的底板高程(2 m)之上;西北地区控制天然植被衰败的地下水位埋深为2.0~4.5 m和人工绿洲灌溉期控制土壤盐渍化的地下水位埋深为1.2~1.5 m,非灌溉期中冻结期地下水位埋深1.3~1.5 m,冻融期为2.2~2.7 m;沿海地区防止海水入侵的地下水位阈值应控制在漏斗中心水位高程-5~-6 m,最大不超过-8 m。上述地下水位控制阈值的确定,为实施地下水总量控制和水位控制管理提供了科学依据。     

Groundwater Flow Simulation and its Application in Groundwater Resource Evaluation in the North China Plain,China

The purpose of this study is to establish a 3D groundwater flow modelling for evaluating groundwater resources of the North China Plain.First,the North China Plain was divided into three aquifers vertically through a characterization of hydrogeological conditions.Groundwater model software GMS was used for modeling to divide the area of simulation into a regular network of 164 rows and 148 lines.This model was verified through fitting of the observed and the simulated groundwater flow fields at deep and shallow layers and comparison between the observed and simulated hydrographs at 64 typical observation wells.Furthermore,water budget analysis was also performed during the simulation period(2002-2003).Results of the established groundwater flow model showed that the average annual groundwater recharge of the North China Plain during 1991 to 2003 was 256.68×10~8 m~3/yr with safe yield of groundwater resources up to 213.49×10~8 m~3/yr,in which safe yield of shallow groundwater and that of deep groundwater was up to 191.65×10~8 m~3/yr and 22.64×10~8 m~3/yr respectively.Finally,this model was integrated with proposal for groundwater withdrawal in the study area after commencement of water supply by South-North Water Transfer Project,aiming to predict the changing trend of groundwater regime.As indicated by prediction results,South-North Water Transfer Project,which is favorable for effective control of expansion and intensification of existing depression cone,would play a positive role in alleviation of short supply of groundwater in the North China Plain as well as maintenance and protection of groundwater.     

Responses of groundwater system to water development in northern China

The increased demands on water resources in northern China have had a significant impact on groundwater systems in the last three to four decades, including reductions in groundwater recharge capacity and overall water quality. These changes limit the potential for groundwater uses in this area. This paper discusses the issues surrounding groundwater system use in the eight basins of northern China as water resources have been developed. The results demonstrate that the recharge zone has shifted from the piedmont to the agricultural area, and that the total recharge rate in the basins tended to decrease. This decrease in arid inland basins was mainly caused by both the excessive use of water in the watershed area and irrigated channel anti-seepage. In semi-arid basins, the decrease observed in the groundwater recharge rate is related to an overall reduction in precipitation and increasing river impoundment. In addition, intensive exploitation of groundwater resources has resulted in disturbances to the groundwater flow regime in arid and semi-arid inland basins. Arid inland basins demonstrated fast falling groundwater levels in the piedmont plains resulting in declines of spring flow rates and movement of spring sites to lower locations. In the semi-arid basins, i.e. the North China Plain and the Song-nen Plain, groundwater depression cones developed and intersected regional groundwater flow. The semi-arid basins of the North China Plain and the Song-nen Plain have experienced significant hydrochemical evolution of groundwater characterized by changing water type including increase of TDS and pollutants.     

华北平原地下水人工补给模式研究

地下水人工补给是防止地下水资源持续匮乏、维护地下水系统活力的重要举措.在华北地区,按照水文地质条件、补给水源条件、地下水环境问题等的不同,组合筛选出五大代表性区域:山前浅层超采区、中东部平原深层超采区、山东半岛滨海海水入侵区、农业灌溉区和城市地区.针对不同区域,分别阐述了储水空间条件、补给水源条件及实施人工补给的首要目...     

华北平原地下水演化地史特征与时空差异性研究

近万年以来华北平原地下水演化经历了百年、千年尺度的早全新世增雨、中全新世多雨和晚全新世干旱频发过程, 地下水净补给与降水、蒸发及径流之间水分通量随之变化, 并且在时空上呈现明显的差异性。基于全新世以来华北平原浅部地下水循环演化过程中水量均衡, 280~350 mm年降水量是阈值。当小于该阈值时, 地下水系统呈现负均衡; 现阶段不是区域地下水净补给最少时期, 而是处于全新世多年平均水平。目前, 华北平原区域地下水位不断下降是人类耗用地下水的强度远超过自然水循环的更新能力所致, 急需规范人类用水行为。     

华北平原河道地下调蓄与利用潜力

长期超采地下水形成的华北平原浅层含水层疏干空间是利用河道进行地下调蓄增加地下水补给的有利场所。在野外调查基础上,根据水文地质条件、地下水动态资料和地表水观测统计分析得出:华北平原主要水系永定河、大清河、子牙河和漳卫南运河等河段具有良好的人工地下调蓄潜力;在相同地下水水位埋深条件下,干涸河道的渗漏率明显大于有底水条件的渗漏率,河道在无底水条件下,当地下水埋深大时,渗漏率较大;山前平原主要水系的砂层裸露及浅埋型可调蓄区面积4 703.13 km2,现状可利用调蓄库容66.28×108m3;以不引起陆表生态环境负效应为原则,拟定上限约束深度4 m,计算得出大型冲洪积扇区主要河道带现状可利用地下调蓄库容42.59×108m3,可供调节水量22.83×108m3/a,地下水补给量增加14.82×108m3/a。     

冻结-冻融过程中水分运移机理

为研究冻结-冻融过程中水分运移机理,在天山北麓平原通过人为控制潜水不同埋深条件下的模拟试验和田间土壤水分运移观测试验,分析了土壤水势分布和土壤含水量分布特征,发现冻结过程不同潜水埋深条件下的土壤水分运移机理、土壤水与潜水之间的相互转化关系有明显差异.在冻结过程中,潜水浅埋条件下,冻结层下界面与潜水面之间土壤水分运移状态呈上渗型,土壤水向冻结层下界面处运移、积累,同时引起潜水蒸发损耗使潜水位下降,表现出地下水向土壤水转化的基本特征.潜水深埋区,土壤水分运移状态呈上渗-入渗型,同样土壤水向冻结层下界面处运移、积累,同时潜水得到一定的入渗补给并使潜水位上升,表现为土壤水向地下水转化的特征.冻融过程中对于不同潜水埋深,由原来各自的土壤水分运移状态均逐渐转变为入渗型,形成潜水入渗补给,表现为土壤水向地下水转化的特征.冻融期是土壤水资源、地下水资源形成的重要时期,对于干旱少雨的西北地区而言,冻融水的形成、运移和入渗补给地下水具有重要的生态环境意义.     

Groundwater resources protection and aquifer recovery in China

The groundwater resources in China and especially the northern part represent a vital water resource. Both the shallow and deep aquifers are highly overexploited in a large area of north China. The heavy overexploitation of groundwater resources is causing major environmental damage. To protect groundwater resources, several technical feasibility studies were performed. Artificial recharge using floodwater and wastewater was tried. Surface spreading systems are applicable in many areas of the Yellow River basin and Hai River basin. Deep aquifer injections were undertaken in the urban area. A far better strategy is to reduce the extraction of groundwater, especially to stop or slow down land subsidence and seawater intrusion. To address the problem of falling groundwater levels and aquifer recovery, there is a need reduce groundwater extraction and artificial recharge.