黑河中游地表水、地下水转化及水资源配置模型

黑河是我国西北重要的内陆河,中游灌区是水资源的主要利用区,地表水、地下水转换频繁。基于地下水数值计算的黑河中游地表水、地下水转化及配置模型,通过分析中游地表水、地下水的转化规律,模拟地下水流场的动态变化,解决了黑河中游灌区两水转化及水资源配置问题。     

黄藏寺水利枢纽对张掖盆地地下水影响研究

黄藏寺水利枢纽工程建成运行后,将在输水关键期采用大流量输水并废除部分平原水库或其灌溉功能,地下水补给的减少或将对黑河中游张掖盆地地下水环境产生影响。由于黑河中游张掖盆地地表水与地下水存在密切联系,单独采用地下水数值模型难以准确描述地表水与地下水的转化关系,因此采用MIKE-SHE软件建立了黑河中游盆地的地表水—地下水耦合数值模型,通过校正后的模型对工程运行后的地下水演变进行了预测。模拟结果表明:黄藏寺水利枢纽工程运行对黑河中游张掖盆地地下水影响有限,河道与水库渗漏减小引起的地下水位下降值远小于当地地下水位天然变幅,可由地下水系统自然调节。     

应用222Rn研究黑河流域地表水与地下水转换关系

黑河流域位于西北干旱区，流域水资源的一个显著特点足地表水与地下水的相互转换频繁。了解流域地表水与地下水的相互转换关系是进行流域水资源管理和水利规划的重要依据。^222Rn是一种放射性惰性气体，地下水中^222Rn的浓度远大于地表水^222Hn的浓度，同时，^222Rn具有较短的半衰期，因此。^222Rn是一种研究地表水与地下水转换关系非常良好的示踪剂。利用^222Rn作为同位素示踪剂，研究分析了黑河中游地表水与地下水的转换关系。研究结果表明，出山口莺落峡至张掖黑河大桥河段，地表水入渗补给地下水；张掖大桥以下至正义峡河段，地下水排泄补给河流。     

断面平衡法分析黑河中游地表水与地下水转换关系

通过断面平衡法,对黑河中游段水量沿程变化进行分析计算,确定了不同区间地表水与地下水的补排关系和强度。莺落峡至国道312线黑河大桥30 km河段为地表水补给地下水,黑河大桥至正义峡155 km河段为地下水补给地表水;汛期地表水被引入灌区灌溉,灌溉水进入田间后大量入渗补给地下水,地下水经过4～5个月时间的运移,至非汛期以泉水溢出大量补给河水,形成地表水-地下水-地表水的循环。     

黑河流域水资源管理模式研究

水资源管理模式是提高水资源动态管理的有效方式,为水资源高效配置和合理利用提供技术支撑。针对黑河流域水资源利用现状与存在的问题,分析和探讨了基于生态需水、水权框架、模拟模型和水资源信息系统的黑河流域水资源管理模式,展望了未来流域水资源发展方向。指出在未来应加强人类活动影响下流域水资源污染研究,流域地表水与地下水联合调度管理和水资源合理配置与流域集成管理研究。     

黑河“52．7”和“96．8”洪水对比分析

内陆河流域黑河干流出山口控制站莺落峡水文站自1943年设站以来，共发生2次较大洪水，给国家和人民带来严重灾难。现就这2场洪水的降雨、洪水特征进行对比分析，供有关部门参考。     

灌区地表水—地下水耦合模型的构建

为了定量描述灌区水平衡要素及其转化关系,构建了灌区地表水-地下水分布式模拟耦合模型。通过改进SWAT模型的稻田及旱作物水分循环、蒸发蒸腾量和渠系渗漏计算等模块,建立了灌区地表水分布式模拟模型;以SWAT模型中的水文响应单元(HRU)和MODFLOW模型中的有限差分网格(cells)作为基本交换单元,将改进SWAT模型的地下水补给量计算值加载到MODFLOW模型的地下水补给模块,实现了灌区地表水-地下水分布式模拟模型的耦合。耦合模型在柳园口灌区的应用结果表明,该模型能够准确模拟和预测灌区地表水和地下水的动态变化,为灌区水管理提供了科学依据。     

冻土区地下水流过程及其与地表水转化关系研究进展

针对地下水流过程及其与地表水转化关系研究中,冻土分布特征及融冻过程对地下水系统的影响机制相关研究较少的问题,通过分析国内外冻土区地下水对河道径流的贡献、地下水流动路径和地下水-热耦合模型的相关文献,对地下水流过程及其与地表水转化研究进行综述,认为:①受土壤中冻土空间异质性的影响,不同冻土区地下水对径流的贡献比例不一致;②利用水化学和同位素示踪剂研究地下水流动路径,有助于冻土区地下水流动系统概念模型的构建,但只能获得定性或半定量的结果;③地下多相流系统的水-热耦合模型可将冻土的变化与其相应的水文响应过程耦合在一起,实现了地下水流过程及其与地表水转化关系的定量刻画,但在实用性方面仍需进一步完善,是未来的主要研究方向。     

地表水地下水的交互与耦合模拟研究现状与进展

在介绍"四水"转化概念模型的基础上,引出了地表水与地下水之间的联系及相互作用过程,归纳地表水和地下水交互作用研究的基本规律和方法;系统介绍和对比国内外典型地表水与地下水耦合模型的总体结构、特点、适用领域及模型的局限性。对地表水地下水交互作用过程及耦合模拟研究中存在的问题提出看法,认为集成模型应该解决时空尺度整合、参数的不确定性等关键问题,指出综合水循环和水质各组成部分的复杂系统模拟是模型发展的必然趋势,对今后研究工作的发展趋势和研究前景作了探讨。     

黑河干流水沙特性分析

在黑河干流中上游水文站实测资料的基础上,分析了黑河干流水沙区域分布、年际变化、年内分配特性,以及近年来人类活动对水沙特性的影响,为今后水行政主管部门实施黑河干流调水、加强中下游泥沙治理、解决生态环境与水土流失等问题提供依据。     

黑河地表-地下水交互作用对水量调度的影响

地表-地下水交互作用关系对于水资源调度管理具有重要影响，深入理解这一关系是进行科学调度的基础。本文基于MODFLOW建立了黑河中游地区的地表-地下水联合模拟模型，通过1995—2000年间的实测资料对模型进行了参数率定和模型验证，并模拟了2001—2006年黑河水量调度实际情况。结果表明，黑河流域地表-地下水之间的交互作用是影响调度效果的重要因素，丰水年河水补给地下水导致河道下泄比例偏低，枯水年地下水补给河水导致河道下泄比例偏高。对比丰水的2003年和枯水的2001年，地下水向河道的净补给量减少了将近2亿m³，因此在丰水年即使压缩中游用水也无法完成正义峡分水指标，导致了分水方案执行过程“越丰水越难完成任务”的现象，建议通过调整分水方案或者增加调蓄工程来解决这一问题。     

地下水补给对河流污染物浓度衰减过程的影响

在许多河流的上游或者在河流的枯水季节,地下水的补给作用对河流水质有着重要影响.用以忽略弥散的一维水质模型为基础的、考虑地下水补给影响的新的水质模型解析解,讨论其在地下水与河流之间无水量交换和河段起始段面上游没有来水两个特定条件下的数理意义和论证该解析解的正确性.通过对比新解析解和不考虑地下水补给的经典解,讨论点源与线源之间的内在联系和本质区别,论证新解析解不是经典解的简单迭加.利用新解析解,定量研究了地下水补给强度对河流污染物浓度沿河衰减过程的影响规律.以安徽省境内颍河为例,利用实测数据研究地下水补给对河流污染物浓度的影响程度;研究表明,在枯水季节,忽略地下水补给的作用,将导致水质模型计算误差的理论值达到9.3%.     

改进的WEAP模型在水资源管理中的应用

在水资源评价和规划模型(WEAP)的基础上耦合多边形网格地下水三维流有限差分模拟系统，建立了WEAP-Tsinghua模型。该模型既能反映各水文测站的径流情况和水资源供需关系与分配，也能反映地下水位动态变化。以石羊河流域为例，建立了该流域的水资源管理模型，并利用2000年用水结构、水文测站径流数据和地下水位观测数据进行参数率定和模型验证，模拟和实测地下水水头差值小于1.0m的观测孔达到总监测点数的50%，模拟和实测蔡旗同金川峡站流量年误差小于1％，模拟的用水结构符合实际，预测分析说明石羊河流域现状用水模式不合理。改进WEAP模型具有友好的用户界面和易于使用的功能，可用于区域水资源规划模拟分析。     

地下水补给对河流水质扩散影响的数值模拟

为能够实时、量化研究地下水补给对河流水质扩散的影响,论文以某平原河流为研究对象,在地下水线源补给假定的基础上,通过基流分割方法对河流总流量进行了分割,借用MIKE11 AD对流扩散模块,分别建立了不考虑地下水补给作用的传统数值模型和加入分割后流量的新数值模型。通过分析河道沿程各点时间上的水质浓度变化过程,量化研究了两模型的差异及其产生原因。结果表明:在上游各点,两模型浓度曲线增长过程吻合度较高,但最终稳定值存在3%的差异;在下游各点,新模型浓度快速衰减,两模型浓度稀释差异巨大,可达到1000倍。由此得出结论,是否将河流流量进行分割研究对于河流水质扩散结果影响较大,这种影响会随地下水的沿程补给长度增加而快速变大。     

Integrated Surface–Subsurface Modeling of Fuxianhu Lake Catchment, Southwest China

This paper describes an integrated surface–subsurface modeling study of the Fuxianhu Lake catchment (southwest China). Pollution threats to this important water resource have led to the need to evaluate transport pathways and the overall water balance of the catchment. Catchment inputs to the lake include river inflows, direct overland flow and groundwater discharge, which are incorporated into a mathematical model of the system. Surface runoff and groundwater recharge are estimated using a parsimonious soil–vegetation modeling approach, while groundwater flow is based on the MODFLOW-2005 code. Overland flow and stream discharge are coupled to the groundwater regime through the soil layer and are routed through the catchment to account for surface water flow pathways. The model is tested using the V-catchment benchmark problem and is compared to existing models to demonstrate accuracy and capability. Application of the model to the Fuxianhu catchment provides for the first-order approximation of the average catchment water balance, which comprises such components as evapotranspiration losses (37% of rainfall), surface runoff to the lake (37% of rainfall), and groundwater discharge to the lake (8% of rainfall), amongst others. The computationally efficient approach to surface–subsurface modeling adopted in this investigation presents as an alternative to more complex methods, and allows for the rapid assessment of flow pathways at the catchment scale. An erratum to this article can be found at     

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。     

黑河流域水循环系统的分布式模拟(Ⅱ)——模型应用

应用作者开发的分布式水文模型WEP－HeiHe，对黑河上、中游流域水收支和水循环要素的时空变化进行了系统剖析；同时，还将模型应用于莺落峡径流预报、山前小河流径流和地下水侧渗量的模拟与预报以及未来下垫面变化条件下的流域水收支预测。结果表明，模型能系统表征流域水循环和水收支各要素的时空分异；对于枯水期的径流预报，达到较高的精度。在对下垫面变化条件下流域水收支预测中表明，尽管涵养林建设增加了截留蒸发，但同时也降低了林地的土壤蒸发，因此总蒸发量增加不明显；涵养林建设会使出山径流略有减少，但同时会稍增加土壤和地下水的蓄变量；退耕还牧对减少蒸发、增加正义峡下泄水量以及降低蓄变量赤字均有明显效果。     

巴丹吉林沙漠湖泊和地下水补给机制

巴丹吉林沙漠湖泊及地下水的补给来源和补给途径问题近年来争议很大。根据巴丹吉林沙漠湖泊及地下水的特征,就水化学条件、环境同位素及相关的示踪理论研究巴丹吉林沙漠湖泊和地下水的补给机制。结果表明:巴丹吉林沙漠湖泊和地下水的补给源有黑河中上游河水、祁连山大气降水和冰雪融水,比较有争议的补给源是青藏高原上的一些湖泊水,尽管都有同位素依据,但没有考虑到氧漂移因素。在补给途径上,既有河西走廊祁连山前缘洪积扇地下水、雅布赖山前洪积扇地下水等通过巨厚覆盖层潜水或承压盆地水对巴丹吉林沙漠湖泊和周边地下水的缓慢补给,也有祁连山区大气降水和冰雪融水入渗通过基岩地层的深部循环后向上渗透补给沙漠湖泊及周边地下水的快速补给,而且已经从古老碳酸盐岩地层的存在、区域活动断裂构造体系的发育,以及地下水幔源氦同位素特征、巴丹吉林沙漠湖泊中钙华幔源碳特征等方面得到验证。     

黑河流域生态输水对下游植被变化影响研究

为挽救黑河下游额济纳地区严重退化的生态环境，本世纪初开始向下游实施生态输水工程。本文通过对2000-2009年的MODIS/NDVI序列分析，揭示了生态输水以来额济纳地区植被时空变化格局；基于不同时空分辨率的遥感影像和实地考察资料，分析了植被变化空间差异的主要原因。研究表明：（1）研究区内80.4 %的绿洲区植被和91.5 %的荒漠区植被呈恢复趋势。绿洲区内年累积植被指数序列趋势度大于0.14 a-1 的区域都存在农田开垦或弃耕地复播现象；荒漠植被的显著恢复主要发生在西河中、下游和东河下游地区。（2）研究区内19.6 %的绿洲区植被和5.1 %的荒漠区植被进一步退化，退化区主要分布在衬砌渠系两侧和一些干涸或径流减少的自然河流两岸，植被退化主要是乔木林的退化。（3）大范围的植被恢复主要原因在于地下水环境的整体好转，以及生态保护措施的实施；地下水环境的整体好转取决于黑河中游来水量的增加和下游输水方案的实施。（4）研究区植被退化的直接原因在于目前输水方案实施引起的局部地表水环境恶化。基于植被动态监测和局部植被对全局生态的重要性评价，确定合理的输水方案，对于区域生态环境演变进入良性循环意义重大。     

松花江佳木斯市区段江水对地下水补给程度分析

采用MODFLOW软件,在佳木斯市区建立了地下水流模拟模型。在地下水开采井正常运行和全部关闭两种情况下,分别对现状年和设计典型年,运用所建模型求解松花江水对研究区地下水的补给量,分析补给程度,从一个侧面探讨江水污染对地下水水质的影响程度。计算结果表明:从求解的年内总量上,通过关闭开采井的方式能够抑制近1/4的江水侧渗补给;关闭开采井初期并不能迅速降低江水的侧渗补给量。