基于MIKE SHE模型的华北平原水资源利用情景分析

气候变化和人类活动是影响流域水文循环和水资源可持续利用的两大驱动因素,在校准的MIKE SHE模型基础上考虑气候变化和人类活动的影响,设定8个情景对华北平原2009-2028年的水文循环及水资源利用进行预测。结果表明:考虑南水北调工程的情景在预测期末的地下水水位有较大程度(0. 06~1. 26 m)的恢复,预测期内华北平原水量总流入小于总流出会导致含水层储量的消耗和地下水的不可持续利用,但在适当情景下可以较大程度缓解这种不可持续性。气候变化对华北平原含水层储量有较大的影响:降水量减少5%,地下水储量将减少0. 27 m;降水量增加5%,地下水储量将增加0. 3 m。南水北调工程和农业节水措施的实施对华北平原地下水水位的恢复、缺水程度的缓解作用显著。     

变化环境对华北平原地下水可持续利用的影响研究

针对华北平原地下水利用中存在的问题,采用分布式水文MIKE SHE模型,考虑人类活动（农业节水措施和南水北调工程）和气候变化等变化环境的影响,通过设定4大类情景（每类情景中均设定了3类气候变化子情景）模拟了2019-2028年华北平原地下水的利用状况。结果表明：农业节水措施和南水北调工程等人类活动对华北平原地下水水位、水均衡和含水层储量有较大的影响;相对于现状保持型情景(SQM),模拟期末(2028年12月31日)农业节水型情景(AWS)、南水北调工程供水型情景(SNWDP)和综合利用型情景(CU)下华北平原饱和含水层储量分别增加0.168、0.558和1.433 m;气候变化对华北平原地下水的影响量级与人类活动的影响相当,且地下水水位、水均衡和含水层储量变化的方向和大小均与未来气候条件的干湿程度呈正相关关系,到模拟期末,相对于现状保持型情景(SQM),湿润、正常和干旱的气候情景下华北平原饱和含水层储量分别为增加0.972~2.239 m、增加0.119~1.540 m和减少0.372~0.940 m;只有综合考虑各种引水和节水措施,多管齐下,才能保证华北平原地下水的可持续利用。     

新疆阿图什哈拉峻地区地下水系统预报模型的应用分析

该文在新疆阿图什哈拉峻地区地下水系统模型识别的基础上,合理选择水文地质参数,建立了地下水预报、预测模型,对三种设计开采量:在2001年现状开采2779.65×104m3/a的基础上增加250×104m3/a、2000×104m3/a、4000×104m3/a进行了连续10年地下水水量、水位开采变化预报,结果比较显示:第一种方案新增开采量较小,10年间引起的水量、水位变化不明显;后两种方案地下水位将不断下降,与之相关的蒸发量和泉溢量都逐年减少,但总的趋势不断减缓,第十年仅动用储存量变化量94.4×104m3和103.2×104m3,水量变化基本达到稳定。10年累积平均水位降为0.46m和1.008m,随着水量逐渐趋于平衡,第十年间平均水位降仅为1~2 cm,虽然开采期末的水位降还要大一些,但在开采期后会得到较大恢复,与研究区地下水资源储量丰富相符。随开采量的增加,降落漏斗不断扩大,降落漏斗区正好位于新增开采区处,与预计结果相符,进一步验证了模型的正确性和适用性。     

应急水源地运行期间地下水位变化及环境影响评价

基于江苏省南通市通州区水文地质条件,构建了该地区的水文地质概念模型,采用地下水模拟软件FEFLOW建立了地下水三维数值模型并对其进行验证。应急水源地运行期设为7 d,在承压含水层中抽水,对应急供水期间的水位下降以及停止抽水后水位恢复情况进行了模拟预测。结果表明,抽水期间所形成的水位降落漏斗的影响范围不超过1 km,最大降深约49 m;应急水源地运行期间形成的水位降落漏斗在停止抽水后能快速恢复,应急水源地的运行对周边地下水环境没有影响。     

河北省某扩建煤矿地下水流场变化数值模拟

为了分析河北某扩建煤矿地下水流场的变化特征,在调查分析研究区水文地质条件的基础上,采用数值模拟技术,利用Visual Modflow软件建立地下水数值模拟模型,基于实测数据对模型进行识别和验证。利用识别后的模型预报未来矿山开采过程中不同含水层水位的变化特征,分析矿山排水对各个含水层的影响。结果表明:矿山扩建后,矿山附近各含水层地下水水位均出现下降,但不同含水层下降幅度不同,其中第3和第4含水层受疏干排水影响较明显,水位下降幅度大;随着矿山长期抽水,第3和第4含水层中地下水降落漏斗范围逐步扩大。     

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。     

不同灌溉模式对玛纳斯河流域平原区地下水位的影响预测

玛纳斯河平原区水循环的可持续发展状态在一定程度上由地下水位动态来反映。利用Hydrus-1D和Visual Modflow 4.2建立包气带及含水层水分迁移转变的数值模型,对不同灌溉模式下地下水水量和水位的变化范围及程度进行定量分析。结果表明:该模型的模拟效果较好,在三种灌溉模式下,到2020年和基准年相比地下水水位的最大变化值分别为下降0.23m、上升2.1m、下降0.8m。     

侯马市地下水漏斗区现状分析及治理对策

地下水的大规模无节制开采,导致地下水超采严重,引发一系列环境地质问题。通过调查侯马市地下水降落漏斗区的水位动态,掌握侯马市地下水漏斗区的水位变化趋势,提出地下水漏斗区治理措施,促进侯马市地下水资源的可持续利用。     

辽阳平原区地下水漏斗特征及人工回灌研究

利用辽阳平原区地下水水位监测资料,绘制了2012—2015年地下水流场,分析了地下水漏斗的特征,建立了地下水回灌模型,并对不同回灌方案下地下水的回灌量以及回灌效果进行了预测分析,结果表明:①2012—2015年研究区地下水漏斗面积分别为99.76、124.43、151.85、156.15 km~2;地下水漏斗中心区域地下水水位降速为1.0 m/a,地下水漏斗面积扩大速率为14.09 km~2/a。②利用沙坑和拦河坝工程回灌5 a,地下水水位升高了9.5 m,漏斗区面积缩小了117.07 km~2,漏斗区地下水水位平均升幅约为2 m/a,但在回灌后期,地下水水位回升速率减小,漏斗区面积缩小速率减小。③沙坑、拦河坝工程回灌和漏斗区缩减地下水开采量方案下,回灌5 a,漏斗中心地下水水位升高了12 m,平均每年地下水水位升高2.4 m,地下水漏斗区缩减速率为31.23 km~2/a。④沙坑回灌工程中回灌初期渗漏速率大于渗漏后期的,渗漏开始至渗漏0.5 a是渗漏速率最快的阶段。     

京津冀平原浅层地下水漏斗演变规律与影响因素

为研究华北地区河湖生态补水对地下水漏斗演变的影响,以京津冀平原浅层地下水漏斗2003年至2022年的相对变化作为识别目标,从气象因素、地形因素、人为因素和含水层水力学特性4个方面进行考虑,选取8个具体指标构建特征变量数据集,使用逻辑回归（logistic regression, LR）、支持向量机（support vector machine, SVM）和随机森林（random forest, RF）方法建立漏斗演变识别模型,并利用敏感度、特异度和决定系数R2 对拟合效果进行对比评价,结果显示随机森林为最优模型。进而利用模型分析研究区地下水漏斗演变规律,阐明具体因素对漏斗演变的影响作用。研究表明：京津冀平原区浅层地下水漏斗在2010年之前整体呈扩张趋势,之后在部分地区呈现缩减和消失的态势。河湖补水前,地下水漏斗发展主要受开采影响,其重要度约50%;2018年后河湖补水对抑制漏斗扩张发挥了较为明显的作用,重要度达16%。从发展过程来看,地下水开采依然是控制京津冀平原浅层地下水漏斗变化最重要的因素。对比宁柏隆和高蠡清两个典型浅层地下水漏斗的发展变化可知,河道生态补水对宁柏隆漏斗变化的贡献率接近10%,而对高蠡清漏斗变化影响的重要度仅为1%,因此持续的河流生态补水对宁柏隆漏斗水位恢复会产生积极影响,而对于高蠡清漏斗则需要以水源置换压减农业灌溉地下水量为关键手段实现水位恢复。     

三江平原虎林灌区地下水开采致水位变化分析

以三江平原虎林灌区为例,根据现有的农业灌溉取水工程布置方案,运用Processing Modflow软件对未来10 a的地下水位状况进行数值计算,预测10 a后该区地下水水位情况。结果表明:10 a后模拟区承压水流场的整理形态和地下水流发生了较大改变,第四系承压水整体变化不大,局部中间地带出现了地下水降落漏斗,漏斗最深达3.6m。为区域生态绿色可持续发展,建议减小地下水开采,充分利用地表水资源,做到地表水与地下水联合调度。本研究为今后该区的农业灌溉取水工程合理化布井提供重要依据。     

不同回灌补源模式下石川河富平地下水库数值模拟

石川河富平地区地下水长期处于采补失衡状态,大范围含水层被疏干,形成区域性降落漏斗,针对拟建的石川河富平地下水库,设置5种开采回灌方案,建立地下水流数值模型模拟不同方案下地下水库水位和蓄水库容变化情况。结果表明：各回灌方案在消除降落漏斗的同时,均能较好地恢复地下水水位,且不超过地下水库的调蓄上限水位;回灌量相同、回灌方式不同时,逐日回灌方式的水位恢复效果优于灌期+非灌期回灌方式,较2018年地下水水位平均抬升13.55 m,蓄水库容增加2.99×10⁸ m³;回灌量不同时,较大回灌量对地下水水位的影响大于回灌方式,即泾惠渠水源回灌时,水位抬升程度最大,为19.77 m,蓄水库容相应增加4.36×10⁸ m³。模拟结果可为地下水库的调蓄与运行提供参考。     

华北典型灌区气候变化条件下地下水响应研究

基于MODFLOW模型,以华北平原人民胜利渠灌区为例,结合研究区水文地质条件,建立地下水运动数值模拟模型,通过参数校准和模型验证,表明建立的地下水运动模型能够合理地反映研究区2012-2013年的地下水运动状况,模拟结果表明该灌区地下水处于负均衡状态。基于模拟结果,进一步预测了气候情景(选取RCP4.5情景NorESM1-M模式)下灌区2030年地下水水位情况。结果表明与1997-2013年相比,2030年灌区地下水位持续下降,漏斗面积逐渐扩大。以此为基础,开展地下水开采量情景分析,将开采量分别增加和减少20%,预测2030年在不同开采量情景下地下水水位变化情况。最后根据预测结果初步提出地下水开采量减少20%的调控方案,以保证地下水水位有所上升,漏斗面积减少。     

陡河流域地表水与地下水转化关系

通过对陡河流域地表水-地下水水样的氢氧同位素分布特征进行分析,发现研究区河岸带第Ⅰ含水层除了受大气降水、灌溉回归水入渗补给外,还接受河水早期的渗漏补给,第Ⅱ含水层对第Ⅲ含水层有越流补给,第Ⅱ含水层同时也受大气降水和灌溉回归水的影响,而远离河岸带的第Ⅳ含水层与上覆各含水层稳定同位素组成显著不同,河岸带水库附近的第Ⅳ含水层可能受地表水库渗漏影响。河岸带地下水与地表水水力联系的变迁严格受河岸带地下水水位变化控制,如景庄子剖面的地下水埋深为5m,雨季时河水补给地下水,旱季时地下水补给河水,而靠近地下水漏斗中心的越河乡剖面地下水水位埋深达25m,其常年受地表水补给。     

四平市区地下水流场时空演变规律研究

基于四平市区地下水近11年的水位动态观测数据,研究了在人工开采情况下承压含水层的水位的时空变化规律。结果表明,在时间R度上,市区中心位置承压水中的水位动态变化形式主要为波动中逐渐上升,而周边地区水位则表现为持续下降;空间尺度上,地下水降落漏斗呈现由中心向四周偏移的趋势。通过对29口承压含水层水位动态观测井的水位变化数据表明,水位上升的井数占总观测井数的65.5%。表明该区域承压含水层地下水位整体呈上升的演变特征,局部地下水超采有所缓解,降落漏斗范围逐渐缩减。本研究成果对摸清四平市区地下水变化规律和现状特征奠定了基础,为该区域地下水开发利用提供了技术支持。     

三门峡盆地地下水化学成分演化机理与模拟

采用水文地质学、水文地球化学、环境地质学、数学等综合研究方法,以环境演化观点为指导,利用PHREEQC软件研究了三门峡盆地地下水中Fe离子升高的机理,并进行了水文地球化学模拟。结果表明:(1)人工开采地下水导致盆地地下水动力场发生了显著变化,地下水水位降落漏斗的面积变化导致了地下水流场的变化;(2)盆地沉积过程中沉积了大量的富含Fe元素的矿物,近年来在人类活动影响下,地下水水位下降、环境变化导致含Fe元素的矿物析出,使得地下水中Fe离子含量升高;(3)CO2和O2进入含水层以及地下水p H值降低是促使含Fe元素的矿物析出的主要原因。     

北京市平原区地下水动态要素的时间变化及其启示

地下水补径排过程中的水量交换满足质量守恒定律,具体为地下水量的输入输出最终要满足水均衡方程。对反映地下水量交换规律的地下水动态要素及其时空变化规律的掌握,是进行地下水资源评价和未来供水能力预测的基础。采用水均衡理论和水位动态均衡法,对北京市平原区地下水动态与均衡要素(水位、补给量、排泄量)的时间变化规律及相互关系进行了分析,并得到以下主要结论:(1)地下水总输出量连续多年大于总输入量,使含水层长年"入不敷出",储量亏损越积越多;(2)平均水位每下降(上升)1m,含水层可释放(储存)约4.76亿m3的水量;(3)近些年地下水的开采量有相当一部分来自袭夺的天然排泄量,且两者呈良好的负线性相关关系;(4)地下水位变动带内(埋深在7.50~22.92m之间)含水层的给水度总体上随埋深的增加而减小,等效给水度为0.077。     

煤矿开采导水裂隙带发育对潜水水位影响研究

为定量阐述采煤导水裂隙带发育对潜水含水层的影响,在分析采煤导水裂隙带发育形成机理的基础上,依据采煤导水裂隙带发育对潜水含水层的影响进行分类研究,按照对潜水水位影响的程度分为两类模式。基于这两种分类模式,以锦界矿区为研究对象,建立考虑导水裂隙带发育的地下水数值模拟模型,利用大量实测水位反演出导水裂隙带影响下各分区垂向渗透系数值变化序列,以此反映导水裂隙带发育对潜水含水层的影响。通过构建的地下水数值模型计算表明,在分类模式二条件下,由于导水裂隙带导通潜水关键隔水层构成垂向渗漏通道,隔水层垂向渗透系数显著增大,潜水水位形成大范围地下水降落漏斗。开采前10年最大降深值28 m,降深大于20 m的影响严重区域面积约为2.56 km~2,开采后20年,潜水位最大降深达到32 m。     

华北平原地下水超采状况与治理对策建议

近年,地下水超采治理取得了明显成效,北京、天津和沧州等大中城市区深层承压水位止跌回升,地面沉降有所减缓,但由于长期采补失衡在山前倾斜平原区和中东部平原深层承压含水层区仍发育两个带状巨型超采区。山前单一潜水含水层超采区地下水水位整体下降,含水层亏空严重,其主要原因是水库过度拦蓄造成山前地下水补给大幅减少;相邻的弱承压水超采区地下水降落漏斗仍在扩大并呈连片趋势,其原因是地下水开采强度过大、水库调度不规范及来自上游单一潜水含水层的侧向补给锐减。中东部平原深层承压水超采区地下水降落漏斗也在扩大呈连片趋势,是地下水长期过量开采形成的;浅层地下水水位基本处于稳定状态。为此提出分区分层精准施策的6条对策建议。     

运城市地下水位动态变化分析

在回顾了运城市地下水开发历史的基础上,对不同含水层地下水的年际及年内水位动态变化,特别是水位降落漏斗作了详细描述,并对其下降原因进行了科学分析,最后提出了防治水位下降应采取的措施.