河北省农业灌溉咸水利用机理研究

通过对河北省平原区咸水分布情况、典型区咸水的盐度、碱度计算、咸水灌溉条件的实验研究、咸淡水混合灌溉技术分析,河北省咸水灌溉矿化度应控制在3.0 g/L以下.在矿化度大于3.0 g/L的咸水区,将两种矿化度不同的灌溉水混合使用,目的是降低灌溉水的含盐量或改变其盐分组成.咸淡水混合灌溉在提高灌溉水水质的同时,也增加了可灌水的总量.结合河北省近年来开展咸淡水混合灌溉实践,在咸水区开展咸淡水混合灌溉,充分利用咸水资源,即减少淡水的开采量,而且对改善地下水超采取的生态环境也发挥了重要作用.     

广州市沿海平原地下水循环及转化规律初探

首次把降水-地表水-地下水作为一个整体,利用多同位素技术(稳定和非稳定)结合水位监测、水化学分析,阐明了广州市南部咸水入侵区内降水、地表水以及地下水之间的相互关系。通过分析典型剖面水循环特征,提出了区域地下水循环模式。结果表明:大气降水中氢氧同位素含量主要受雨量效应控制,大气降水对河水的补给存在滞后作用。河水在不同时期补给来源存在差异性,旱季河水除了接受当时当地大气降水以外,还接受上游来水的滞后补给。旱季的咸淡水混合区相对雨季分布范围较广,雨季河水与海水的混合作用强于旱季。研究区内地下水大致分为2个分系统:一个为相对年轻的淡水系统,另一个为南部地下水年龄较老的系统。研究区分为2个地下水局部流场,南部为水头低值区,其沿海/河流部分受到海水入侵;北部为水头高值区,其主要为地下水排泄区。     

淮北采煤塌陷蓄水区地下水流场分布特征分析

为了解淮北采煤塌陷蓄水区地下水分布规律,在充分收集研究区已有相关成果资料的基础上,从研究采煤塌陷区域含水层结构变异入手,运用Visual Modflow软件对研究区地下水流场变化特征进行模拟、分析。结果表明：1）煤层完全开采情况下矿坑不再排水,因采煤矿坑排水而下降的松散层孔隙水水位在降雨补给和河流补给的作用下将逐渐回升,但基本无法恢复至采前水平;2）裂隙岩溶水接受塌陷区湖泊地表水和松散层孔隙水通过垂向网络型导水裂隙带不断入渗补给,导致研究区域裂隙岩溶水水位上升和溢出而形成多个局部水丘。闭坑后采煤塌陷蓄水区地下水流场分布规律研究成果可以为类似采煤塌陷蓄水区地下水资源综合利用提供参考。     

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。     

南通地区地下水咸化机理分析及改良措施

为了给南通地区地下水的合理开发和利用提供理论依据,利用各种水化学系数和变化图示对研究区内深层和浅层地下水的咸化机理进行了分析。结果表明:研究区内深层地下水中、西部水化学演化以正常的水-岩作用为主,东部沿海特别是寅阳镇一带深层地下水则主要因淋滤古海相地层盐分而使TDS增高;远离海边的大部分地区浅层地下水TDS增高主要与溶解地层盐分和蒸发作用有关,沿海地带尤其是东南角寅阳镇、海晏镇一带浅层地下水由于受到一定程度的现代海水入侵影响,其TDS显著增高。针对该区域地下水水化学变化特征,提出地下水系统改良措施:合理开发利用高TDS地下水可增加区域水资源量,增强调蓄能力,减轻对深层淡水资源的潜在威胁;逐渐增大地下咸水的开采量,从长远意义上逐步改良盐碱地,以利于水土资源利用及生态环境改善。     

咸淡水交替淋溶下土壤盐分运移试验

为确定咸淡水交替灌溉后土壤盐分的运移规律,采用2 g/L,4 g/L两种矿化度的咸水分别与淡水连续、交替淋溶室内土柱,初步研究了咸淡水交替淋溶下土壤盐分的变化规律。研究结果表明:咸淡水交替淋溶下土壤表层盐分逐渐下移,两个试验处理的土柱都出现积盐情况,且4g/L时的积盐量大于2 g/L时的积盐量,土壤溶液中Na+,Ca2+的分布与EC值的变化规律基本一致,在此条件下盐分的增加没有引起土壤的碱化,灌水结束后,两个试验处理的土壤溶液EC值都小于4 dS/m,在作物耐盐的范围内,可推广应用到大田咸淡水交替灌溉中。     

涞源岩溶地下水系统泉水量变化特征分析

涞源泉泉域是一个全封闭式泉排型岩溶水系统,泉水利用对当地工农业生产发挥了重要作用.通过对涞源岩溶地下水系统特征分析,利用地表水系列资料,采用基流分割法、相关系数法等,计算出泉水量系列资料.由降水补给地下水,再以泉水的形式排泄,在此过程中使水量在时间上滞后,而且水量趋于平稳,泉水量年极值比为7.33,变差系数为0.34,年内分配变化幅度平缓.由降水—入渗—地下径流—泉水排出的过程,水资源经过地下岩溶调节作用,有利于水资源的开发利用,而且对水质也起到净化作用.研究和分析岩溶地下水径流量变化特征,为合理利用泉水资源提供科学依据.     

北方干旱区取水灌区水盐时空分布特征的遥感数据分析研究

水盐空间变化是灌区土壤盐渍地变化主要表征指标。因此结合遥感数据,以辽宁西部某灌区为研究实例,对其取水灌区水盐时空分布特征进行分析。分析结果表明:遥感数据可有效提取灌区地表盐分、土壤含盐量、地表灌水量3个指标,地下水矿化度及地下水埋深通过采样点数据插值分析得到。通过指标分析,地表盐分和地下水矿化度是区域水盐含量空间变化的主要因素。地下水水位降低较大的区域土壤盐渍扩充变化明显。     

柳林泉域地表水与岩溶地下水的混合作用研究

研究岩溶水系统中地表水、地下水的混合作用对于岩溶地下水资源的合理开发利用和保护具有重要意义。在野外调查与取样分析的基础上,利用水文地球化学模拟技术和环境同位素示踪技术,研究了柳林泉域地表水与岩溶地下水的混合作用,计算了混合比例,并利用该比例估算了典型补给区的大气降水入渗补给量。结果表明:岩溶地下水由补给区向径流区、由径流区向排泄区流动的过程中,在地表河流渗漏带附近与入渗的地表水发生混合作用,地表水、地下水的混合比例分别约为3∶1和2∶3;在田家会上游的岩溶水补给区,大气降水多年平均入渗补给流量约为0.07 m~3/s。     

伊犁河谷西部平原多级次地下水循环模式

分析伊犁河谷西部平原区地质条件与水文地质条件,结合2017、2018年研究区内采集的220组地表水及地下水样品的水化学、D、~(18)O、~3 H及CFCs等指标测试结果,以伊犁河南北岸2个典型剖面为重点,分析了区域地下水环境同位素和水化学的空间分布特征。伊犁河谷西部平原区地下水主要接受山区降水补给,地形地貌和含水层岩性变化是控制区内地下水循环最主要的影响因素,区内地下水循环表现为多级次的循环演化特点,以伊犁河为界,伊犁河谷西部平原区南北两侧地下水水流系统可划分为局部、中间和区域等3个级次的地下水流系统。不同级次的地下水水流系统在循环范围和深度上存在一定差异。     

区域水土特性参数时空变异分布特征及相关分析

作者应用地质统计学原理与方法,在山东簸箕李引黄灌区开展大尺度区域水土特性参数时空变异性的研究,描述农田排水、地下水、表层土壤中含盐量的空间与时间变化分布趋势和特征,分析其间存在的相关关系。结果表明,在一个完整的水文循环年内,研究区域的水土特性参数之间具有相近的空间变异分布状态和特点,但却表现出不同的时间变异分布趋势与特征。农田排水和表层土壤的含盐量随季节变化的分布状态在灌区上、下游相对稳定,在中游却变化明显;地下水的盐分浓度在整个灌区的分布状况没有呈现出明显的时间变异性。在春季至初夏时段内,农田排水中含盐量的增加似乎对地下水水质的影响较小,而对表层土壤积盐状况影响较大。研究成果为灌区制定合理的水资源利用与农田水土管理策略提供了理论依据。     

塔里木河下游土壤盐分空间变异规律研究

针对目前干旱区广泛存在的土壤盐渍化问题,以塔里木河下游流域为研究区,基于经典统计学和地统计学相结合的方法,研究不同层次土壤盐分的空间变异特征。同时利用研究区典型断面的2000-2011年期间地下水埋深和矿化度数据,探讨土壤盐分的影响因素及其变化规律。结果表明:研究区土壤盐分普遍较高表聚作用明显且存在着空间上的相关性,在垂直方向上呈现自上而下逐渐递减的趋势,在水平方向上表现出整体条带状,局部斑块状格局的变异特征。地下水埋深和矿化度是影响土壤盐分分布的主要因素,土壤全盐量与两者存在良好的指数函数关系,根据地下水埋深和矿化度的年际变化间接反馈出研究区土壤盐分的变化趋势,从而为研究区的土壤盐渍化防治及区域水盐运动调控提供理论基础和科学依据。     

河套灌区耕地-荒地-海子间水盐运移规律及平衡分析

内蒙古河套灌区引水量逐年减少,输入灌区的盐分无法有效排出,灌区内部盐分迁移规律发生了较大变化。针对此现状,通过2年现场观测试验,开展了耕地-荒地-海子间水力联系及水盐动态研究。采用土壤水动力学与溶质动力学方法,对耕地—荒地—海子系统分别构建水量和盐量平衡模型,进而揭示了耕地—荒地—海子系统间水分和盐分运移关系。结果显示:在作物生育期,土壤非饱和带及地下储水量?S分别平均减少了35.05、138.2和195.7 mm,耕地、荒地和海子均处于水分消耗状态。基于Surfer软件Grid Vector Map与耕地—荒地—海子系统水量和盐量平衡模型,发现在2017年和2018年作物生育期,耕地地下水向荒地的迁移率平均值分别为78.75%和79%;荒地地下水向海子的迁移率平均值分别为44.3%和46.3%。耕地腾发量ET平均值比荒地和海子边界的分别高32%和29.15%,海子亏水631.2～706.3 mm,如果没有水分补给,海子将会面临干涸危险;在灌溉条件下,耕地地下水盐分平均增加861.45 kg/(hm~2/a),耕地地下水迁移给荒地的平均盐量为3231.90 kg/(hm~2/a),荒地地下水迁移给海子的平均盐量为3139.7 kg/(hm~2/a)。研究结果为灌区水盐调控提供了基本依据。     

Fresh Water Lens Persistence and Root Zone Salinization Hazard Under Temperate Climate

In low lying deltaic areas in temperate climates, groundwater can be brackish to saline at shallow depth, even with a yearly rainfall excess. For primary production in horticulture, agriculture, and terrestrial nature areas, the fresh water availability may be restricted to so-called fresh water lenses: relatively thin pockets of fresh groundwater floating on top of saline groundwater. The persistence of such fresh water lenses, as well as the quantity and quality of surface water is expected to be under pressure due to climate change, as summer droughts may intensify in North-West Europe. Better understanding through modelling of these fresh water resources may help anticipate the impact of salinity on primary production. We use a simple model to determine in which circumstances fresh water lenses may disappear during summer droughts, as that could give rise to enhanced root zone salinity. With a more involved combination of expert judgement and numerical simulations, it is possible to give an appraisal of the hazard that fresh water lenses disappear for the Dutch coastal regions. For such situations, we derive an analytical tool for anticipating the resulting salinization of the root zone, which agrees well with numerical simulations. The provided tools give a basis to quantify which lenses are in hazard of disappearing periodically, as well as an impression in which coastal areas this hazard is largest. Accordingly, these results and the followed procedure may assist water management decisions and prioritization strategies leading to a secure/robust fresh water supply on a national to regional scale.     

内蒙古河套灌区局部秋浇条件下农田水盐运动特征分析

针对河套灌区局部秋浇条件下田间水盐运动的特殊性,选取典型试验区对其进行研究。结果表明:与全面灌溉相比,灌溉区地下水位在局部灌溉后回落更为迅速,灌溉可以达到很好的洗盐保墒效果;而非灌溉区则部分承泄了灌溉区的排水,地下水位和地下水含盐量都显著升高,尽管在灌溉结束后其地下水位会随着排水过程而相应回落,但在其上涨过程中却促使盐分向上层土壤运动,从而增加土壤剖面的含盐量。分析还进一步表明,局部灌溉条件下,非灌溉区水盐运动所受影响在一定程度上取决于灌溉面积所占整个区域的比重。     

旱涝碱咸综合治理与生态环境良性循环

华北平原东部淡水资源短缺,旱涝碱成灾害限制了农业生产的可持续发展。海河的治理,解决了排洪排涝排咸出路。春季开发利用地下水包括微咸水和半咸水抗旱灌溉。夏季利用伏雨洗盐排咸,增大降雨入渗,减少径流流失,防治渍涝灾害,把降雨转化为地下水资源。秋冬引蓄河水,回灌地下水补源。以土壤与潜水的地层空间作为调节大气降水、土壤水、地下水、地表水的地下水库,以调控地下水埋深在临界动态为指标,最大限度地把时空分布不均的天然降雨转化为可持续利用的水资源。地表水地下水联合运用,促使水资源采补平衡,降雨灌溉淋洗脱盐强于干旱蒸发积盐过程,地下水淡化强于矿化过程。实现旱涝碱咸综合治理,水土资源可持续利用,经济社会可持续发展,生态环境良性循环。     

The Pros and Cons of Encouraging Shallow Groundwater Use through Controlled Drainage in a Salt-Impacted Irrigation Area

Encouraging shallow groundwater use through water table management or controlled drainage in irrigated areas can relief crop water stress under water shortage condition. But substituting fresh irrigation water with saline groundwater may speed up salinity buildup in the crop root zone, and consequently increase water use for salt leaching. With a proposed analytical model, this paper presents a case study demonstrating the effect of encouraging shallow groundwater use through controlled drainage on salt and water management in a semi-arid irrigation area in northwestern China. Based on the average rainfall condition, the model assumes that salt accumulates in the crop root zone due to irrigation and shallow groundwater use; till the average soil salinity reaches the crop tolerance level, leaching irrigation is performed and the drainage outlet is lowered to discharge the salt-laden leaching water. For the relatively salt tolerant crop–cotton in the study area, the predicted leaching cycle was as long as 751 days using the fresh water (with salinity of 0.5 g/L) irrigation only; it was shortened to 268 days when the water table depth was controlled at 2 m and 23% of the crop water requirement was contributed from the saline groundwater (with salinity of 4.43 g/L). The predicted leaching cycle was 140 days when the water table depth was controlled at 1.5 m and groundwater contribution was 41% of the crop water requirement; it was shortened to 119 days when the water table depth was controlled at 1.2 m and the groundwater contribution was 67% of the crop water requirements. So the benefit from encouraged shallow groundwater use through controlled drainage is obtained at the expense of shortened leaching cycle; but the shallow groundwater use by crops consists of a significant portion of crop water requirements, and the leaching cycle remains long enough to provide a time window for scheduled leaching in the off season of irrigation. Weighing the pros and cons of the encouraged shallow groundwater use may help plan irrigation and drainage practices to achieve higher water use efficiency in saline agricultural areas.     

海陆过渡界面浅层地下水可溶性SiO2的变化特征——以雷州半岛和海南岛滨海地区为例

硅为重要的地球化学元素,滨海地区作为地下水海陆过渡带,对地下水重要化学成分SiO_2的研究有助于进一步掌握海陆界面的水岩过程。在华南典型火山成因的雷州半岛和海南岛进行环岛浅层地下水连续取样和化学测试,分析模拟了可溶性SiO_2的变化、组成以及溶解平衡。结果表明:该地区地下水多为Na—Cl型,偏碱性,处于风化溶滤、蒸发浓缩状态或两者之间的过渡类型;地下水中可溶性SiO_2含量为2.80~106.0 mg/L,各测井变化较大,与周边环境条件有关,源自矿物溶解、海水入侵及其路径上的水岩作用;单个测井同一时段水样可溶性SiO_2含量呈波动变化,不同时段也变化明显;可溶性SiO_2以单分子正硅酸H4Si O4占据绝对优势,硅酸盐各类矿物呈现溶解、饱和、平衡的状态共存并且自身状态相互转化。总体来看,研究区地下水的饱和矿物种类比例偏高,因此,滨海地下水作为海陆过渡界面的高矿化度的开放体系,盐效应有促进不同矿物溶解或者饱和的作用。概而言之,上述可溶性SiO_2的水—岩过程受到多种因素影响,需要进一步加强研究。     

长距离调水对沿线及受纳水体水环境的影响

以艾比湖生态保护工程—从南疆喀什河经精河引水入艾比湖为背景,进行调水工程对受水区高盐度湖泊艾比湖水环境影响的研究。通过建立一维水质模型和二维湖泊盐度预测模型,分别研究调出河道、输水沿线河道在调水前后水质变化情况以及高盐度受水湖泊盐度随引水延长的变化规律和规划水平年25%保证率下入湖淡水对盐分的稀释程度及稀释度空间分布规律,并进一步分析平、枯水年水文情势下调水对盐度的影响。结果表明:调水工程实施后,调出河道和输水沿线河道原有的水质类别均未改变,河流水质功能均未下降;引水后3d内,入湖口附近水域盐度有较大变化,3d后,盐度变化不明显;引入淡水对湖泊盐分稀释影响较小,稀释度为20%、10%的水域均在入湖口附近,影响范围不大,平、枯水年水文情势下,调水对湖泊盐分的稀释影响不明显。