我国北方区域地下水演化研究综述

基于"六五"至"十二五"期间有关区域地下水演化的国家和省部级重点科技项目主要成果,对近30年来我国地下水演化研究的主要进展进行了综述。我国区域地下水演化研究主要集中在北方地区,项目选题的起源和立项的时代背景具有鲜明的时代性和社会重大需求驱动,包括华北和西北地区流域尺度地下水演化的国家重点项目研究,都是围绕国家目标或区域经济发展重大需求,及时揭示了气候变化和人类活动影响下区域地下水演化的关键科技问题,突显了重大科学研究的时代性和必要性。     

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。     

气候变化下华北平原井灌区粮食生产地下水保障能力

为了揭示华北平原粮食生产地下水保障程度,以石家庄平原井灌区为典型研究区,建立了地下水保障程度指标体系,利用水量平衡原理、统计降尺度和概率统计等研究方法,对该区未来50年的粮食生产地下水保障程度进行了分析评价,结果表明:1RCP26气候情景多年平均粮食作物灌溉需水量最高,其次为RCP、RCP45和RCP85;RCP45情景地下水可开采量最高,其次为RCP85、RCP26和RCP。2地下水保障程度对降水量的增减有较强敏感性,降水量每增加100 mm,RCP情景地下水保障程度上升3.6%,RCP26、RCP45和RCP85分别上升4%、4.6%和5.5%。3从RCP到RCP85情景地下水保障程度呈增大趋势,但增大程度有所不同,RCP26较RCP增大5%、RCP45增大8%、RCP85增大5%。因此,在温室气体排放量逐步增大的压力下,从粮食生产用水安全角度分析,选择RCP26~RCP45之间的发展模式较为合适。     

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。     

降水和开采变化对滹滏农业区地下水流场影响特征与机制

准确认识地下水流场演变机制是开展地下水系统涵养修复的前提和基础。以滹滏农业区为典型区,基于该区逐月地下水动态观测和降水资料,采用区域地下水动态模型及时间序列趋势分析等方法,开展了降水和开采变化对农业区地下水流场影响特征与机制研究。结果表明:降水变化是驱动地下水位变幅的重要因素,在枯水年份地下水位下降阈值介于0.5~4.0 m,在平水年份下降阈值介于0~2.0 m,在丰水年份地下水位大幅上升;地下水位与开采量关系不明显,但与区域累计超采量有显著的相关关系,地下水累计超采量每增加1.0亿m3正定农业区地下水位下降6.4 m、藁城农业区下降7.3 m。随降水量的增大,农业区开采强度呈幂函数减少趋势,地下水补给量呈幂函数增长趋势。农业开采减少趋势线和地下水补给增加趋势线的交会点为地下水系统平衡点,在平衡点左侧的年份地下水系统处于负均衡状态,离平衡点越远地下水位下降幅度越大;在平衡点右侧的年份地下水系统处于正均衡状态,离平衡点越远地下水位上升幅度越大。研究成果可为区域地下水开发利用提供理论指导。     

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。     

冀中平原地热水资源变化特征与可持续利用性——以辛集地热田为例

针对冀中平原辛集地区地热水开发利用中出现的地下水位大幅下降问题,通过研究1999年以来该地热田地下水位的年际及年内变化特征、趋势和地下水位降幅变化规律,及其与上游山区年降水量之间关系,结果表明:(1)辛集地热田地下水水位下降幅度,不只是随着地热水开采量变化而变化,还存在其他影响因素。有些年份,开采量增大,而地下水位的降幅却减小,表明该地热田存在外域补给水源的补给。(2)通过该地热田地下水位下降幅度与上游山区年降水量之间关系分析表明,随着上游山区年降水量明显增大(或减小),该区地下水位降幅呈减小(或增大)特征,辛集地热田地热水资源具有一定的更新补给能力。(3)目前该地热田地下水资源开发利用已处于超采状态,急需压采或人工增大补给等措施。     

冀中山前平原农业区浅层地下水位对连年少雨响应特征与机制

冀中山前平原农业区浅层地下水是当地农田灌溉的主要水源,已处于超采状态。依据冀中山前平原不同农业区长观孔浅层地下水位动态监测资料,对浅层地下水位响应连年降水偏枯的变化规律进行了研究。结果表明:降水连年偏枯（少雨）时段的春灌期大规模集中开采浅层地下水,是冀中山前平原农业区浅层地下水位不断下降的主要动因;春灌期农业区浅层地下水位降幅与前一年和当年1月到6月降水量密切相关;当年降水量小于当地多年平均降水量（528.4 mm）时,随着降水量减小,农业用水开采对浅层地下水位下降的影响增大;当年降水量大于当地多年平均降水量尤其大于620 mm时,农业用水开采对浅层地下水位下降的影响显著减弱;合理调控农业区浅层地下水开采强度是缓解冀中山前平原农业区浅层地下水超采情势的重要举措。     

冀中山前平原农灌用水与地下水承载力适应性状况

针对冀中太行山前平原浅层地下水严重超采与农林灌溉用水之间关系问题,应用地学的模数理念、水量均衡理论方法和MapGIS空间特征分析技术,建立了农灌用水与地下水承载力之间适应性状况评价方法及指标体系,以0.49km2剖分单元精度识别了冀中山前平原农林灌溉用水强度及其与浅层地下水可采资源量之间适应性状况。结果表明,冀中山前平原农林灌溉导致的"极严重不适应"或"严重不适应"状态是浅层地下水超采的主要原因,其中小麦等夏粮作物灌溉用水主导了这些农灌区地下水超采,蔬菜作物和耗水型果林灌溉开采对地下水的影响呈显著增加趋势,应重视这种非理性加剧影响因素。