暴雨洪水对地下水超采缓解特征与资源增量

针对暴雨洪水对超采区浅层地下水位不断下降趋势的缓解作用问题,以海河南系平原"96.8"暴雨洪水为例,采用时间序列异变特征和趋势分析方法,基于该区逐月地下水位动态长观资料和降水资料,通过对暴雨洪水主要区域的浅层地下水位急剧变化特征和不同时段变化趋势研究,结果表明:(1)类似"96.8"的暴雨洪水对减缓海河南系平原区浅层地下水的区域性超采趋势具有显著作用,暴雨洪水的充分补给是该平原区地下水均衡不可缺少的补给模式,"96.8"暴雨洪水对地下水资源的补给增量达每百平方公里0.69亿~1.07亿m3;(2)暴雨洪水补给地下水过程主要发生在冲洪积平原区的河道带与汇水洼地等强入渗区域,呈线状、斑块状选择性补给分布特征,具有客观的自然属性;(3)近30年以来海河南系平原区浅层地下水位不断下降,与该区地下水补给水源和补给量不断减少有一定关系。因此,保障暴雨洪水对平原区地下水系统合理补给应是有效缓解区域地下水超采状况的重要方面。     

海河流域平原区浅层地下水超采量估算

收集整理了海河流域平原区浅层各省市几种来源的地下水位数据,利用ARCGIS技术,矢量化《华北平原地下水可持续利用图集》作出1959年、1984年、2005年6月地下水等水位图,利用《中国地质环境监测地下水位年鉴》2005年-2013年末及2005年6月数据,计算了时段变化率,推算出2005年-2013年地下水等水位图,并利用"华北平原地下水演变机制与调控项目"地下水位数据对估算水位进行检验,说明推算的地下水位分布是可靠的,进一步结合地下水开采漏斗和含水层给水度对超采量进行了估算。计算结果表明,1959年-2013年,海河流域平原区浅层地下水累计超采979.45×10~8 m~3,水位平均下降9.62m。其中1959年-1984年年均超采16.34×10~8 m~3,水位平均累计下降3.93m、年均下降0.141m;1984年-2005年年均超采21.21×10~8 m~3,水位平均累计下降6.28m、年均下降0.299m;2005年-2013年年均超采15.67×10~8 m~3,水位平均累计下降1.05m、年均下降0.131m,2010年以后已呈平稳状态。超采漏斗主要存在于山前地区且用水量较大的城市,尤以子牙河平原西部石家庄、邢台一带最为严重。     

河北省地下水超采状况堪忧南水北调势在必行

河北省地下水过度超采,造成了一系列严重的生态问题和地质灾害。为此,河北省水利厅党组书记、厅长张凤林进行了深入调查研究,并提出了有力的对策,撰写成《河北省地下水超采状况堪忧南水北调势在必行》一文,水利部部长汪恕诚看后批示“这是一篇很有科学价值的文章”。现摘发如下。     

邯郸市平原区地下水超采问题探究

邯郸市是一个水资源严重短缺而用水量较大的城市．由于严重的资源性缺水和地表水资源不足．多年来邯郸市不得不靠大量开采地下水维持正常的生产生活和支撑经济社会发展．地下水资源在保障城乡居民生活、支撑经济社会发展、维持生态平衡等方面发挥了巨大作用．但在长期的开发利用过程中也出现了一些问题．笔就此探讨一二。     

开发利用浅层咸水资源改善沧州市深层地下水超采现状

河北省沧州市是受到人口和环境双重压力的极度资源性缺水地区。由于地表水匮乏，浅层地下水成水区面积大，全市主要依靠超采深层地下水来维持日益增长的国民经济发展的需要。由于超采严重，而且补给缓慢，造成深层地下水水位下降严重，并诱发大量地质灾害。如何合理利用丰富的成水资源，减少深层淡水利用量，对于改善深层地下水严重超采的现状具有十分重要的意义。     

山西省地下水超采现状与特征分析

本文以１９９３年为基准年，分地区分含水岩类论述了山西省地下水超采情况及超采区分布特征，并与１９８８年进行了对比，反映山西省地下水已处于严重的超采状况。     

保定市平原区地下水超采综合治理建议

<正>保定市位于河北省的中西部,全市总面积为22112km2,其中平原区面积11444 km2,占全市总面积的50.4%。保定市属严重缺水城市,全市多年平均水资源总量29.78亿m3,人均水资源量289m3,不足全国人均占有量的1/7,远低于国际公认的500m3严重缺水警戒线。全市多年平均地下水资源量为22.23亿m3,地下水可开采量17.35亿     

青州市地下水资源评价与超采控制

通过对水循环中能够得到逐年恢复，与大气降水和地表水体有直接联系的浅层地下水水资源的评价。利用实例进行了区域超采量计算，提出计算时要尽量避免统计误差及动态变化误差，力求准确反映计算区域地下水超采状况，以便制定科学合理的超采控制措施，实现水资源的可持续利用。     

海河流域超采地下水引起的生态环境效应及其生态恢复对策

海河流域由于人口增加，经济迅速发展以及水资源的天然短缺，造成地下水严重超采，从而引发了地面沉降、海水入侵等一系列生态环境问题，针对这种状况，从法律、行政、工程技术等方面提出了恢复海河流域生态环境的措施，为海河流域社会-经济-生态复合系统的持续发展提供治理建议。     

廊坊市地下水超采综合治理探讨

通过对廊坊市水资源短缺现状、地下水超采引发系列问题的分析,提出廊坊市地下水超采综合治理建议。     

华北地区地下水超采治理实践与思考

华北地区地下水超采问题由来已久,长期过量开采地下水给华北地区尤其是京津冀水资源安全带来重大威胁,开展地下水超采治理意义重大。针对华北地区严重的地下水超采问题,首先从水量、水位、影响范围等角度分析了地下水超采现状与形成的原因,剖析了地下水超采引发的资源枯竭、生态与地质环境损害等一系列突出问题,然后总结了近年来国家开展的南水北调受水区压采、河北地下水超采综合治理三年试点、河湖地下水回补等地下水超采治理相关的重大举措,梳理了各项举措采取的具体超采治理措施和目前取得的治理成效,介绍了下一步华北地区地下水超采治理的战略对策和主要措施,最后结合超采治理工作实践,分析了目前华北地区地下水超采治理中面临的若干突出问题,并提出了相关思考与对策建议,为今后地下水超采治理与管理提供参考。     

Quantifying natural recharge characteristics of shallow aquifers in groundwater overexploitation zone of North China

To improve the accuracy of hydrological simulations in the groundwater overexploitation zone of North China, it is necessary to study the characteristics of shallow aquifer recharge on daily scale. Three shallow aquifer recharge indices were used to quantify shallow aquifer recharge in two ways. The recharge coefficient was used to quantify the amount of shallow aquifer recharge. The recharge duration and water table rise coefficient were used to quantify the recharge temporal process. The Spearman rank correlation coefficient and regression analysis were used to determine the relationships between aquifer water table depth (WTD), rainfall, and shallow aquifer recharge. The Jiangjiang River Basin, a tributary of the Haihe River, was selected as the study area. The results showed that the recharge coefficient first increased, then decreased, and finally leveled off as WTD increased. When WTD was between 5 and 6 m, the recharge coefficient reached its maximum (approximately 0.3). When WTD was greater than 10 m, the recharge coefficient remained stable (around 0.12). With regard to the sources and forms of recharge, preferential flow was dominant in the areas near the extraction wells. In contrast, plug flow became dominant in the areas distant from the wells. With the reduction of rainfall duration, the proportion of preferential flow contributing to aquifer recharge increased. With the increase of rainfall amount, the duration of aquifer recharge lengthened.     

华北平原地下水资源承载力评价

华北平原地下水严重超采,并带来一系列资源环境问题,地下水资源承载力的可持续性面临严重挑战。本研究定义了地下水资源承载力的概念,提出了一种定量评价地下水承载力的新方法,并对华北平原地下水承载力进行了评价。结果表明,华北平原地区地下水资源支撑的GDP从2003年的15 608.18亿元迅速提高到2011年的37 584.9亿元,33.3%的地市位于未超采未超载区;华北平原整体及57.2%的地市均位于超采未超载区,已发生地下水超采,但通过提高用水效率,未来社会经济规模仍有发展空间;9.5%的地市位于超采超载区。最后探讨地下水资源的承载力的提高途径,主要包括增加地下水资源可利用量和提高用水效率两方面,其中提高用水效率效果更显著。     

海河平原区浅层地下水位健康修复目标研究

随着南水北调通水、地下水超采综合治理等措施实施,海河平原区地下水位下降态势得到初步缓解,在此背景下,如何确定地下水位修复目标十分迫切。本研究在已有生态地下水位概念基础上,提出适应于强人类活动区-海河平原区的健康地下水位概念,并将健康地下水位作为研究区地下水位修复目标。根据地下水位波动变化对生态环境的影响,将健康地下水位分为维持地表水体健康地下水位、遏制海水入侵地下水位等七类功能型健康地下水位,在现有研究方法和研究成果基础上,采用机理研究、统计分析、实践调查等方法确定各功能健康地下水位临界阈值。研究建立了兼顾地下水多功能属性的空间分布式健康地下水位量化方法,确定了海河平原区健康地下水位上限和下限。并对海河平原区现状地下水位健康状态进行诊断,依据诊断结果建立地下水管理分区,为研究区水资源管理提供支撑。     

海河平原地下水储量变化的重力卫星反演和流域水量平衡

南水北调工程向华北输水与地下水压采的实施,一定程度改变了海河平原供用水格局,影响了海河平原的地下水储量。准确监测地下水储量变化是水安全保障和地下水战略储备的基础。本研究以水资源公报数据为基准,比较了重力卫星(GRACE)不同的信号处理方法和相关产品,反演了2003—2020年海河流域总水储量及其平原区地下水储量变化,分析了海河流域2000—2019年供用水结构变化和水量平衡关系,量化了总水储量变化对流域蒸散发估算的影响。结果表明：GRACE JPL Mascons数据反演的海河平原地下水储量变化与水资源公报数据的决定系数最高;2003—2020年海河平原地下水储量总体分3阶段呈下降趋势,2003—2011年、2012—2015年和2016—2020年的下降速率分别约为-23.9±1.3亿m³/a、-75.5±5.3亿m³/a、-37.3±2.6亿m³/a;在不考虑海河流域年总水储量变化条件下估算的2003—2019年多年平均蒸散量(521 mm/a),与考虑年总水储量变化的多年平均蒸散量(530 mm/a)相差约10 m...     

华北平原超采区浅层地下水埋深变化及控制因素分析

为了准确识别华北平原浅层地下水超采变化和控制因素,通过收集分析华北平原浅层地下水埋深分布及动态资料,基于典型潜水监测站2005-2015年的监测数据,结合全国水资源公报选取代表年分析华北平原地下水埋深分布并通过BP神经网络方法确定了超采区浅层地下水变化的控制因素。研究表明:2005-2015年华北平原地下水除北京少部分地区埋深减少外,其余大部分均表现出埋深持续增加的特征;人工开采地下水是影响华北平原浅层地下水的控制因素。     

灌溉农业的地下水保障能力评价方法研究——黄淮海平原为例

在我国北方粮食主产区,尤其黄淮海平原农业区,地下水是农业灌溉的重要水源,地下水超采状况与灌溉农业对其依赖程度和地下水保障能力密切相关。本文以黄淮海平原为例,通过农业灌溉用水强度与降水量和农作物播种强度之间关系研究,以及灌溉农业用水对地下水依赖程度和对地下水超采影响特征研究,提出灌溉农业的地下水保障能力相应概念和评价方法。应用结果表明:(1)采用灌溉农业用水对地下水依赖程度、地下水对灌溉农业用水保障程度和灌溉农业的地下水保障能力的评价理论方法,能够客观阐明灌溉农业用水对地下水依赖状况、地下水保障能力的区域分布特征及其成因;(2)黄淮海平原西北部灌溉农业的地下水保障能力较弱,尤其河北平原已处于"难以保障"或"无法保障"状态;而黄河以南地区的地下水保障能力较强。     

基于类型特征的天津市地下水 功能区划分

以天津市为研究区域,根据天津市地下水资源的分布特点、类型特征、水文地质条件和开发利用状况,结合《全国地下水功能区划分技术大纲》,综合地下水的资源供给功能、生态环境维持功能和地质环境稳定功能,提出了针对天津市地下水类型特征的浅层和深层地下水三级功能区划体系,并按照类型特征对天津市浅层和深层地下水分别进行了功能区划分。本次地下水功能区划分结果与天津市地下水资源分布和实际开采状况基本对应,研究成果可为天津市制定和实施地下水系统的保护方案以及指导地下水资源合理开发利用提供科学依据。     

GRACE卫星数据在海河流域地下水年开采量估算中的应用

结合GRACE卫星数据和全球陆面数据同化系统GLDAS数据,反演了2004—2009年连续72个月的海河流域地下水储量变化。在此基础上,结合2004—2009年海河流域水资源公报的降水量、地下水开采量数据,建立了地下水年开采量与GRACE地下水储量年变化、年降水量的二元回归模型。利用GRACE卫星数据和GLDAS数据反演的地下水储量年变化与由地下水位观测数据计算出的地下水储量年变化相关性较强,其R2为0.804;基于GRACE地下水储量年变化数据与年降水量数据,对地下水年开采量的估算结果良好,建立的回归模型的R2为0.787,表明利用GRACE卫星数据对地下水年开采量进行估算是可行的,是传统地面调查的良好补充。