综合遥感和地下水数值模拟分析黑河中游三水转化及其对土地利用的响应

以地下水／河流（FEFLOW／MIKE11）相互作用耦合模拟为基础,结合GIS和遥感技术建立研究干旱区黑河流域中游盆地地表水与地下水转化机制及其对土地利用响应的数值模拟模型．模型利用定量遥感技术估算黑河流域不同下垫面条件下的面状蒸散发;利用ARCGIS管理和处理各种时间序列、空间分布的数据（如灌溉制度、土地利用）;利用FEFLOW／MIKE11模拟黑河与含水层之间的水量相互转化．模型通过拟合研究区地下水流场、观测孔水位历时曲线及水均衡来识别水文地质条件、补排边界和水文地质参数．最后利用率定的模型对黑河中游盆地补给、径流、排泄进行定量分析,揭示出：黑河在其冲积扇中上部大量补给地下水,在其河谷细土平原张掖盆地地下水与河水相互交换频繁,在其河谷细土平原酒泉东盆地多为地下水补给河流的现象;黑河中游盆地冲积扇下部和河流细土平原耕地扩张的土地利用方式是导致冲积扇中上部地下水位下降和植被退化的主要因素,并且这种趋势将改变上游出山区和中游冲积扇上部的地下水水位差、改变冲积扇中上部黑河与地下水的水位差,影响整个黑河中游地下水系统的补排关系,对地下水资源时空变异产生深远的影响．     

黑河干流中游地区地表水和地下水集成模拟与应用

黑河干流中游地区内地下水和河水、泉水的转化以及综合利用具有西北干旱区的典型性.在一维明渠汇流和三维地下水流耦合数值模型的基础上,结合1995—2003年的黑河水位、流量和地下水头监测等数据对模型进行了识别,分析了正义峡站黑河水位和流量、地下水头变化和地表水和地下水综合利用状况,说明模型是可靠的.同时,利用GRACE重力卫星和GLDAS土壤含水量数据反演了2004—2012年地下水储量的变化,根据2004—2007年监测和模拟地下水头对比效果反推了研究区的地下水开采量,模拟发现地下水向黑河排泄水量、泉水溢出量和潜水蒸发量基本呈逐渐下降的趋势.其成果可为黑河干流中游地区水资源管理和综合利用提供服务.     

金塔盆地与鼎新谷地地质接触关系及其地电特征研究

金塔盆地与鼎新谷地之间的地质接触关系,至今为止还没有系统的研究。金塔盆地与鼎新谷地之间的水力联系一直不能做出正确判断。在分析区域资料的基础上,进行了研究区地质调查,并在国内首次开展了该问题的地电研究工作,对比了地质接触关系与地电特征的符合程度,并进一步分析了金塔盆地与鼎新谷地的地质接触关系和水力联系。地电特征研究结果显示金塔盆地和鼎新谷地地质接触关系及其地电特征存在明显的一一对应关系。结论认为黑河干流下部存在古近系砂砾岩、砂岩和泥质粉砂岩基底隆起及其伴随断层,该基底隆起和伴随断层构成了金塔盆地和鼎新谷地之间的地质接触关系,并且阻碍了两者之间的地下水水力联系。研究工作为黑河下游地下水水资源量评价、区域生态环境治理和恢复提供了科学的依据。     

疏勒河干流地表水与地下水水化学特征及相互转化关系

文章在分析疏勒河干流地表水与地下水水化学特征的基础上,识别了疏勒河干流不同地带地表水与地下水的补排关系。分析结果认为:(1)祁连山区,地下水与地表水的转化以地下水向河流排泄为主;(2)南盆地,在山前洪积扇出山河水入渗转化为地下水;溢出带地下水以泉的形式转化为地表水;在农灌区引河水通过田间入渗补给地下水;(3)北盆地双塔灌区,地下水主要接受引水灌溉入渗补给,沿途蒸发排泄并向地势低洼地带排泄。     

AMT法勘查额济纳盆地与巴丹吉林沙漠接触关系

 查明额济纳盆地东部与巴丹吉林沙漠之间的接触关系,有助于分析额济纳盆地地下水水位下降、生态环境恶化的原因。通过当地地质资料和物探方法的对比分析,选择合理有效的音频大地电磁法（AMT）物探手段,在该区域进行了原始创新性的勘查工作。勘查结果认为额济纳盆地上升、巴丹吉林沙漠下降,两侧地层岩性厚度变化较大,推断额济纳盆地与巴丹吉林沙漠为张性断层接触。研究可为分析两者之间地下水转化关系和额济纳盆地地下水水位下降原因、探讨盆地与沙漠区地下水形成机制提供依据,对恢复治理额济纳盆地生态环境具有一定帮助。     

伊犁河谷西部平原区地表水与地下水转化关系研究

地表水与地下水资源是区域水资源的重要组成部分,查明地表水与地下水的相互转化关系,对于揭示水资源形成机制和促进水资源合理开发利用具有重要意义. 在综合分析伊犁河谷西部平原区地质和水文地质条件的基础上,选择伊犁河干流及其典型支流,分析了河水及周边地区地下水氢、氧稳定同位素的组成和空间分布特征,揭示了地下水补给来源以及地表水–地下水之间的密切关系,并利用222Rn建立相关质量均衡模型,计算了伊犁河与地下水间的相互转化量. 结果表明:伊犁河北侧平原区地下水径流主要受控于地形和岩性;南侧平原区的地下水径流主要受控于新构造运动,且地下水与地表水都进行了多次转化. 研究结果可为伊犁河谷西部平原区地下水的合理开发利用提供依据.      

渭河下游现代沉积特征及河型转化主控因素分析

现代河流沉积一直是地貌学家、沉积学家和水力学家的研究重点,目前对渭河时间尺度上河流形态变化现象的相关研究并不缺乏,但对于曲流河不同河段的河型对比及河型转化控制因素的相关研究较少,曲流河低弯度到高弯度的转化尚不清楚。因此,本文通过对渭河流域地区现代河流的Google卫星影像、实地勘察、样品采集以及相关遥感水文资料进行分析,明确了两种河型的现代沉积特征及河型转换因素,最终绘制了渭河下游河型转化模式,实现了渭河下游现代河流沉积体的岩性、沉积相类型、河型转化主控因素及沉积模式的综合研究。结果表明,渭河下游河型转化的主控因素为河床坡度、河流流量和含砂量。对进一步研究古河道变迁、沉积模式及其蕴藏的油气、地下水、矿产等资源分布有重要的指导作用。     

基于水文地球化学信息的东庄坝址渗漏分析

主要从水文地球化学的角度讨论了泾河东庄水库坝址区地下水化学特征,地表水与地下水之间的水力联系．在对p H值、矿化度、各主要离子含量等的空间分布变化规律分析的基础上,认为沙坡断层将坝区灰岩水分割为南北两个子系统,其中,沙坡断层以南地区河水与地下水的水力联系紧密程度大于沙坡断层以北地区．泾河在流经灰岩地区时,河水对地下水的...     

傍河地下水与河水脱节机理研究

用一个砂槽模型模拟地下水与河水脱节过程，观测脱节现象与渗流规律，再用饱和－非饱和和流理论通过对计算机对这些现象和规律进行理论模拟与验证，物理实验和理论模拟得到了相同的认识，地下水与河水脱节之前，河水浸润曲线是一条弯曲河流的上凹曲线，脱节点不位于河床面在河床以下的含水层内部，脱节后的河床下形成上下两个饱和层。     

二连盆地乌兰察布坳陷中东部赛汉组上段古河道砂体岩石学特征及其铀成矿意义

二连盆地乌兰察布坳陷中东部下白垩统赛汉组上段发育长达150 km古河道砂体。已先后在该古河道内探明了多个规模较大的铀矿床。以该区含矿目的层赛汉组上段铀矿石和围岩为研究对象,通过偏光显微镜观察与电子探针微区化学成分分析等方法开展岩石学特征对比研究,探讨铀矿石与围岩的岩石学特征差异及其对铀成矿作用的控制。研究表明,古河道砂体粒度总体较粗,分选性差;碎屑岩以长石石英砂岩和长石砂岩为主,含少量云母和重矿物,岩屑种类多。该结果反映了古河道沉积具有多物源、近物源的特征。与古河道毗邻的花岗岩体可能是重要物源和铀源。铀矿石中富含炭屑、黄铁矿等还原介质,且其与铀矿物相邻。与围岩相比,铀矿石中碎屑物粒度较小、黏土矿物含量更高,影响后期氧化流体的渗入,起保矿作用。上述岩石学特征是今后二连盆地古河道铀矿勘查良好的指示标志。     

基于氢氧同位素的岔巴沟流域地表水-地下水转化关系研究

以黄土高原丘陵沟壑区岔巴沟流域为研究对象,通过2005年6月、8月两次对地表水、地下水采样,分析8D、818O、电导率(EC)和pH的变化,研究了岔巴沟流域的地表水一地下水转化关系.河水的氢氧同位素和EC沿河道变化大;主河道河水的δ值沿程富集,而EC在6月份时逐渐增加而8月份则先减小后增大;地下水δ值变幅较小而EC变化大.结果表明,旱季,河水接受以泉水为主要排泄形式的地下水补给,流量很小,在部分河段甚至干涸,仅在中游部分河段,由于河道两侧地下水位下降,基流或降雨径流对地下水形成一定的补给,但在其它河段没有明显的补给;雨季,降雨径流的退水过程快,洪水补给地下水的时间短且局限在河道两侧,洪峰过后,地表径流源于基岩裂隙泉以及各支沟淤地坝拦蓄的降雨径流,中游河水接受基岩裂隙泉水及各支流的补给量增加,而下游支流及泉水流量小,对地表径流量的贡献小,地表水沿程经历强烈蒸发,仅河道附近的地下水接受河水补给.淤地坝减少地下水排泄,增加地下水的转化量以及淤积层、地表径流的矿化度,但尚未明显影响地下水水质.     

应用AMT确定月牙泉回灌治理中的导水构造

随着敦煌地区经济发展和人口增长,对地下水的巨量需求导致过度抽取,地下水位急剧下降,沙漠奇观月牙泉面临干涸的困境。查明敦煌月牙泉地区的水文地质条件,弄清该地区地下水的循环规律,及时保量向月牙泉补充地下水源,是一个亟待解决的问题。根据断层、导水古河道和围岩之间的物性差异,结合现有的水文地质资料,利用音频大地电磁测深法,查明了月牙泉导水构造的分布,为月牙泉地质环境治理提供可靠的基础资料。勘查结果显示月牙泉及其附近地区分布有明显的断层和导水古河道,应用音频大地电磁测深法确定断层、导水古河道的分布具有明显的地质效果,为月牙泉地下水回灌工程的开展提供科学依据。     

应用AMT确定月牙泉回灌治理中的导水构造

 随着敦煌地区经济发展和人口增长,对地下水的巨量需求导致过度抽取,地下水位急剧下降,沙漠奇观月牙泉面临干涸的困境。查明敦煌月牙泉地区的水文地质条件,弄清该地区地下水的循环规律,及时保量向月牙泉补充地下水源,是一个亟待解决的问题。根据断层、导水古河道和围岩之间的物性差异,结合现有的水文地质资料,利用音频大地电磁测深法,查明了月牙泉导水构造的分布,为月牙泉地质环境治理提供可靠的基础资料。勘查结果显示月牙泉及其附近地区分布有明显的断层和导水古河道,应用音频大地电磁测深法确定断层、导水古河道的分布具有明显的地质效果,为月牙泉地下水回灌工程的开展提供科学依据。     

渭河河床沉积物垂向渗透系数深度变化分析

目的分析渭河河床沉积物的垂向渗透系数随深度的变换规律及原因。方法采用水头下降竖管渗透试验法对渭河(陕西段)眉县、咸阳、西安草滩、西安临潼4个不同地点,共8个试验点位上的河床上、下两层沉积物垂向渗透系数(Kv)作了试验研究。结果眉县4测试点上、下两层沉积物渗透系数相等,眉县5测试点下层沉积物渗透系数值比上层大,其余6个测试点上层沉积物Kv值均大于下层,上、下层沉积物Kv之比在1.11～7.87之间。结论河床沉积物Kv值随深度增加而减小,其变化并不完全是由沉积物粒度分布上的不同引起的,还受到地表水与地下水在潜流带的水文过程以及生物扰动等共同作用的影响。     

河水与地下水耦合模型的建立与应用

建立了真正意义上的河水和地下水耦合模拟模型，采用普列斯曼隐式差分格式和有限元方法对河水和地下水流模型分别进行了离散，最后采用迭代法对耦合模型进行求解。以西北黑河流域下游为研究区域对地下水流进行了数值模拟，针对不同的地表河水和地下水开采状况对地下水位进行了预报，为水资源管理提供了科学根据。     

黑河流域地下水埋深与气候变化对植被覆盖的影响研究

植被是联结土壤、大气、水分的自然纽带,在一定程度上,植被变化能在全球变化研究中充当"指示器"的作用.黑河流域位于我国西北干旱地区,气候变化敏感,以黑河流域为研究区,采用1998—2008年Spot-Vegetation的NDVI数据,以同时期的气象数据和区域地下水埋深数据为基础,通过ENVI、Arcgis等软件对数据进行统计分析,利用多元统计模型分析植被指数NDVI与年均温、年地下水埋深之间的定量关系,得出如下结论:1)黑河流域植被覆盖呈上升趋势,其中春季增加趋势最大;在空间分布上,黑河流域上中游的张掖、金塔等地区植被覆盖增加趋势明显,植被覆盖下降的区域主要在下游地区.2)黑河流域的年均地下水水位整体上呈下降趋势,地下水位埋深由年均3.09m上升到4.67m,其中地下水埋深较深的位置主要集中在上游,处于张掖市张掖农场周围,下游地区埋深普遍较浅.3)植被覆盖指数NDVI与温度成正相关,与地下水位埋深呈现负相关,综合分析NDVI变化趋势与气候变化和地下水之间的关系,建立三者之间的定量关系.本研究为定量评价由植被覆盖为主要表征的区域生态环境状况提出了科学的依据.     

汾河典型断面镉纵向迁移和积累机理

为了解污灌区弱碱性土壤中镉的运移状况和积累特性,以汾河典型断面下河床土壤中的镉为研究对象,通过土柱试验分析镉在河床土壤中的分布状况及其含量随时间的变化规律。结果表明:不同深度土壤中镉的积累量因河床土壤的性质不同而异;临汾地区河床土壤镉污染程度较清徐严重;镉基本分布于土壤表层,对地下水的污染影响较小。     

河床下切深度对二元堤基渗透变形的影响

通过室内砂槽试验模拟二元堤基不同河床下切深度条件下渗透变形的发生和发展过程,测得了不同河床下切深度条件下研究区域内的临界水头、破坏水头、渗流量和渗透变形.试验结果表明:随着河床下切深度的增加,渗流场会呈规律性变化,临界水头和破坏水头均有所降低,渗流量有所增加,但降低和增加幅度均会逐渐减小;当河床下切到一定深度后,河床下切对二元堤基渗透变形的影响将趋于稳定.     

地理信息系统技术在水环境质量评价中的应用

以先进的地理信息系统软件作平台,运用Microsoft Visual Basic 6.0编程语言,建立了水文地质环境地质空间信息系统,具有对空间数据与应用模型的管理、查询检索、空间分析等功能.以河西走廊黑河中游张掖盆地地下水质数据为实例,应用该系统开发的综合评分模型和模糊综合评判模型对地下水质量进行了评价.结果表明,该方法具有可靠性强、计算效率高、可视化效果明显等特点,可为区域水资源管理与生态地质环境评价提供一种新的途径.     

黑河流域蒸散发分布的遥感研究

利用NOAA AVHRR资料，选取Priestley-Taylor公式作为计算蒸散发的模型，对黑河流域的蒸散发进行了研究，并利用有关资料对多种地表参数和蒸散发进行了验证，分析了蒸散发的时空分布特征．结果表明，对黑河流域蒸散发的遥感估算和一些地表生物物理参数的反演结果，与实测值基本吻合，说明文中所采用的方法估算蒸散发是可行的．寒漠、冰川、沙漠和戈壁等植被条件较差的地区的蒸散量极低．弱水三角洲和古日乃湖盆作为下游植被较好的地方其蒸散量有别于周围地区．中游绿洲的蒸散量与绿洲发展程度具有密切关系．河流两岸天然绿洲，明显与周围沙漠和戈壁区分开来．高覆盖度草地和沼泽蒸散量最高，其次为中覆盖度草地和林地．