地表水和地下水相互作用及集成模型研究

本文在总结国内外地表水和地下水相互作用研究的热点问题的基础上，归纳了定量计算的基本方法，评述了国内外主要的集成模型并对其进行了分类；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，指出综合水循环各组成部分的复杂系统模型是模型发展的必然趋势。     

干旱内陆河流域绿洲分布模式实证研究

通过对干旱内陆河三级流域区绿洲发展与演化的历史实证分析,本文划分出干旱内陆河流域绿洲分布的2种典型模式：中游主导型和中下游主导型。在水资源禀赋及水资源利用方面,中下游主导型人均水资源可利用量较高,水资源利用率相对较低,而中游主导型人均水资源可利用量较低,水资源利用率相对较高;在社会经济发展上,中下游主导型的人均GDP和城市化率总体较低,而中游主导型的相对较高;在水资源产出效率方面,中下游主导型的单位用水的综合增加值总体较低,而中游主导型的相对较高。在详细对比了两种典型模式的各种差异的基础上,本文指出导致绿洲分布模式不同的主要因素是水资源量和经济发展水平的差异。在流域人口不断增长的情况下,必须调整不适宜的社会经济结构,提高水资源产出效率,才能保持现有绿洲分布模式的稳定。     

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。     

分布式地表水-地下水耦合数值模型研究进展

系统梳理地表、地下各水文过程中常见的控制方程以及数值求解方法,指出单一地下水模型和单一地表水模型在解决耦合问题中的短板。回顾近年来的相关研究,归纳出11种常见的耦合模型。从模型原理和适用方向2个方面对已有研究概括总结,将耦合方法划分为松散耦合型、半松散耦合型和紧密耦合型,分析耦合模型在变化环境下的地下水-地表水转化关系、河道生态流量以及地表水-地下水联合调度方面的应用。未来可以重点关注耦合模型在复杂地貌、多样化参数、模型识别验证方法、运算效率以及多学科交叉等方面的研究。     

水平衡模型在地下水-地表水相互作用研究中的应用

为更好地了解水平衡模型的应用,笔者分析了水平衡模型的原理,利用河流段流量、地下水流量、溶质浓度和同位素比率的测量值,研究地下水-地表水相互作用。通过选取某河流段作为研究区域,对河流段的流入量、流出量、溶质浓度和同位素比率进行了测量,并采用水平衡模型对模型流入量、模型流出量和模型净平衡进行了分析。结果表明,研究的河流段存在失水情况,通过质量和溶质平衡法可量化模型中的失水率。水平衡模型可作为水资源评价的工具,通过确定河流失水机制来增强水资源的有效利用。     

傍河水源地地表水地下水转化SFR模型的应用

傍河水源地开采地下水是一个地表水与地下水转化的复杂过程。目前,模拟傍河开采量的数值模型常把河流概化为第一类定水头边界或河流边界。第一类定水头边界处理把河流概化为无限补给水源,对季节性河流来说明显不切实际,而河流边界不具备SFR模型的汇流功能。为弥补第一类定水头边界模型及河流边界模型对地表水与地下水转化量计算精度不够的缺陷,采用SFR模型概化白马河-吉利河,设置河床与地下水之间的河床水力传导系数、河床厚度、水深及断面形状等,将SFR模型与MODFLOW模型进行耦合,计算丰、平、枯水期河流流量与上下游水位,建立SFR地表水与地下水耦合模型。分别使用第一类定水头边界模型和河流边界模型概化河流,将SFR耦合模型、第一类定水头边界模型及河流边界模型的模拟结果进行对比,结果表明SFR耦合模型在表达丰、平、枯水期地表水与地下水转化关系及转化量计算方面更为准确。按SFR耦合模型、第一类定水头边界模型和河流边界模型计算的研究区地下水可开采量分别为2 779万、3 511万、2 576万m~3/a,SFR耦合模型模拟结果与研究区已知的地下水可开采量2 870万m~3/a更为接近,所得结论更为合理。     

神经网络与地下水流动数值模型在干旱内陆区地下水位变化分析中的应用

建立了基于人工神经网络(ANN)和地下水流动数值模拟 (FEFLOW）的考虑动态边界的干旱内陆区地下水位动态模型(ANN_FEFLOW),并对模型进行了评价。模型中将地下水位动态边界运用ANN表征为自然条件、人类活动等多个因子非线性影响作用的结果。运用 ANN_FEFLOW模型对我国典型干旱内陆区石羊河流域民勤绿洲地下水位模拟结果表明,模型具有较高的精度,ANN_FEFLOW模型在临近动态边界区域地下水位模拟精度明显高于FEFLOW模型。相对静态边界条件区域地下水模型,ANN_FEFLOW模型能较为真实的反应边界地下水动态对区域地下水的影响。     

干旱区内陆河流域地貌单元特征及地下水储水构造

对于解决干旱区内陆河流水资源的调蓄问题,人们已习惯采用“高坝大库”的工程技术方案。本文通过分析国内外地下水库的建设经验,结合干旱区内陆河流地貌单元、储水构造特征以及水资源转化特点,提出了建设山间凹陷、山前凹陷和深覆盖河谷型等三种地下水库的具体设想,并以此为基础,提出了一种以地下水库调蓄为主,地下水与地表水统一调度的流域水资源开发利用的新模式,以期使水资源的开发利用更加合理、科学、经济。这种新模式是实现干旱区内陆河流域水资源高效利用、合理配置的有益尝试,充分体现了因地制宜、人与自然和谐的治水新理念。     

西北干旱内陆盆地地下水生态功能的探讨

以准噶尔盆地南缘地下水资源开发利用为例,分析地下水变化引起的区域地下水水位下降、泉流量衰减、水质恶化、植被退化、灌区土壤次生盐渍化与盐沼化、湖泊萎缩或干枯等生态环境效应,解析西北干旱内陆盆地地下水水位埋藏、潜水矿化度、包气带岩性与结构、土壤含盐量等地下水状态变量及其生态功能,提出地下水资源评价的内容与步骤:地质生态环境野外调查、地下水系统模型、地质生态环境系统模型及面向生态的地下水资源评价方法。最后就地下水系统参数确定和评价模型运转等问题展开讨论。     

干旱区内陆河流域绿洲水循环监测及评价系统

以新疆为例,针对干旱区内陆河流域平原绿洲水资源的运移、转化和消耗等水循环特点,以水资源科学管理,高效利用,合理配置和可持续发展为出发点,提出了加强绿洲水文研究、建立绿洲水循环监测系统及绿洲水资源利用评价系统的初步构想。监测评价系统能适时科学地诊断绿洲水循环过程及水资源利用的合理性,并及时有效地解决绿洲水资源利用存在的问题。     

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。     

内陆干旱区河谷林生态需水研究

本文研究内陆干旱区河谷林的需水情况。首先简要评述了干旱区河谷林生态需水的概况,并以新疆阿尔泰山前平原布尔津河出山口以下河段的河谷林为例,采用参考作物法,计算了研究区内河谷林生态需水量。计算结果表明：该区域的生态需水总量为0.8亿m3,其中6~7月份河谷林需水量较大,月需水量约为全年的25%。这些成果为流域生态保护与水资源合理配置提供了重要的基础数据。     

内陆干旱区河谷林生态需水研究

研究了干旱区河谷林生态需水的概况,并以新疆阿尔泰山前平原布尔津河出山口以下河段的河谷林为例,采用参考作物法,计算了研究区内河谷林生态需水量。计算结果表明：该区域的生态需水总量为0．8亿m2,其中6-7月份河谷林需水量较大,月需水量约为全年的25％。这些成果可为流域生态保护与水资源合理配置提供重要的基础数据。     

近16年来新疆内陆河区生态耗水及其变化分析

在分析新疆生态需(用)水研究相关进展、阐述新疆内陆河区水与生态环境特征的基础上,依据水量平衡原理,结合逐年出版的水资源公报信息与相关研究成果,逐年定量研究了新疆内陆河地区进入21世纪来的生态耗水量及被挤占量,分析了研究区生态耗水量变化的主要原因。研究结果表明,2001—2016年新疆内陆河区虽适逢丰水期,但生态耗水总量并未相应显著增加,年均仅307.1×10~8 m~3,生态用水被挤占趋势日趋严重;不断增长的农业灌溉规模是新疆内陆河地区生态用水难以保障、生态环境恶化甚至部分区域生态危机一触即发的首要原因。因此,适当控制农业规模、调整用水结构、强化政府监管、建立健全生态用水长效保障机制,是当前形势下新疆生态文明建设努力的方向。     

防治土壤盐碱化地表水地下水联合管理模型

对防治土壤盐碱化的地表水地下水联合管理模型的一般结构进行了描述,重点介绍了国内防治土壤盐碱化的地表水地下水联合管理模型及其优化方法的研究现状,对代表性文献进行了评述。分析了联合管理模型中存在的不足,并就该研究领域的发展趋势提出了个人看法。     

干旱区微咸水灌溉对地下水环境影响的研究

本研究利用MODFLOW模型和MT3DMS模型对内蒙河套地区的一个灌区微咸水灌溉条件下的地下水位、水量、水质和含盐量进行了系统的模拟分析。结果表明,在抽取地下水灌溉后地下水位略有下降,10年后水位降深量仅为0.057～0.11m,可达到动态平衡。两种灌溉水平下,含水层盐分有增加趋势,但增加幅度较小,在4％～9％之间。采用微咸水灌溉,淋洗灌溉定额比正常灌溉定额的方案对环境有利,虽然淋洗灌溉定额也使含水层盐分增加,但就增加的幅度看,在未来相当一段时间内不会造成严重的环境问题。     

流域水资源一体化管理及其理论框架

概述了水资源一体化管理的发展历程,在综合国内外机构和学者对水资源统一管理看法的基础上,对流域水资源一体化管理的定义进行了探讨,分析了流域水资源一体化管理与传统水资源管理的区别,提出了流域水资源一体化管理的理论框架。最后,应用理论框架,对国外2个典型流域的水资源一体化管理实践与经验进行了分析与评述。