地下水深循环研究进展

对自然界中地下水深循环的研究进展进行了综述。西藏内流区的湖泊与河流存在渗漏,水量呈现出巨大的不平衡,估算每年通过渗漏流出西藏高原的地下水超过了1 000亿m3;与此同时,中国北方的地下水也呈现出极大的不平衡,降水量较少的火山与裂谷地区有大量的泉水涌出形成了河流与湖泊,内蒙古高原与东北地区的河流与湖泊在北东方向上呈现出串珠状的分布。通过对长白山天池地下水补给源区的各项分析确定,补给天池的地下水来自于外源水,能够同时满足补给源区高程、降水同位素、渗漏等特征条件的地区只有西藏内流区。北方地下水中的锶、氦同位素特征关系揭示了深循环地下水与地幔玄武岩等发生了水岩反应。贝加尔与山西裂谷地区中地壳高导低速层可能是深循环地下水的导水通道,玄武岩孔洞构成了导水构造。深循环水在火山及裂谷附近向地表排泄形成河流与湖泊,河流源头附近的地温梯度偏低。西藏内流区的渗漏水通过深循环方式补给内蒙古高原、鄂尔多斯、阿拉善、华北平原、东北平原、贝加尔湖、东海、南海等地区,地下水的年龄自西向东呈增加趋势,一般在20~40 a之间。     

乌梁素海及其周边地区水源补给关系同位素研究

野外采集乌梁素海及其周边区域的水样和土壤样品,测定样品的δD、δ18 O和ρ（TDS）,并以采自南京燕子矶的黄土为样本进行室内降水入渗试验,测试每个土壤样品的含水率和ρ（TDS）。根据试验结果,对乌梁素海以北的色尔腾山地区的降水入渗情况进行分析,对乌梁素海湖水补给来源进行同位素分析,对乌梁素海湖泊周围地下水进行TDS分析。结果表明,乌梁素海以北的色尔腾山地区的大气降水在入渗的过程中大量蒸发,无法有效入渗补给地下水,降水并不是当地地下水的主要补给源,而比当地降水中的氘氧同位素值更负的稳定外部补给源是当地地下水的主要补给源;泉水、井水的δD和δ18 O值比当地降水明显贫化,也表明大气降水并非是地下水的补给源;地下水是乌梁素海的主要补给源,河套灌区排水渠中的水的主要来源是深循环地下水,狼山—日喀则隐伏断裂带中可能存在渗漏通道,西藏内流区的渗漏水通过该通道补给到了内蒙古高原。     

基于同位素水化学分析的松嫩平原大布苏湖流域地下水补给源研究

采用同位素与水化学分析方法研究了大布苏湖湖水的补给源,结果表明,大布苏湖水主要来自地下水的补给。大布苏湖水、地下水与松花江中游的江水同位素δ2H-δ18O关系点分布在相同的区域,且受到了一定程度的蒸发。泉水中的氟-砷关系表明,补给湖泊的地下径流主要发生在20~30m的粉细砂层,火山岩风化物细颗粒沉积层构成了主要的透水层,火山岩细颗粒中的砷通过氧化还原反应溶解到地下水中,形成了高砷含水层。据此推断,大布苏湖水来自于松花江等周边河流的渗漏,渗漏水通过黄土层下伏的高砷粉细砂层向大布苏湖中排泄。湖心钙华表明同时存在深层承压水的越流补给。     

深循环地下水补给长白山天池的水量平衡分析

采用水量平衡方法研究天池集水区以外海拔高于天池水位地区是否能形成地下水补给到天池,通过对8个流域的水量平衡分析,发现天池周边流域的水量出现了较大的不平衡,多年平均的总排泄量大于降水量,外源水对研究区的年补给量达到23.25亿m3。研究表明补给天池的地下水不可能来自于天池集水区以外长白山降水的入渗补给。由于天池周边1 300 km范围内没有海拔高于天池水位的高原地区,据此推断,天池接受远源地下水补给,考虑到补给区存在强渗漏与同位素特征,推测补给天池的地下水来自于西藏高原河流的渗漏,地下水以一种特殊深循环方式完成了补给、径流与排泄过程。     

苏北盆地地下水补给源问题讨论

分析对比地下水和地表水中的碳酸氢根含量,推测深部CO_2释放造成碳库中的"死碳"混入地下水中,因此14C定年不适用于苏北盆地。通过氚分析确定地下水的循环周期约为40 a,氚与氢氧同位素数据都不支持地下水来自长江渗漏水侧向补给的结论。结合水文地质证据,推断苏北承压水可能接受深循环地下水越流补给,隐伏火山口与断裂带可能是地下水的排泄通道。     

外源地下水补给二连浩特盆地

为了查明二连浩特地下水的补给来源,采用同位素地球化学分析方法,研究了二连浩特地区的大气降水、地表水、土壤水与地下水之间的转化关系。结果表明:土壤含水率在蒸发作用下长期处于亏缺状态,入渗降水不足以改变土壤含水亏损状态;土壤水的氘氧值相比大气降水贫化,将土壤水、地下水和当地降水的氘氧同位素比较发现,土壤水主要来自于地下水补给;西藏羌塘盆地的降水氘氧关系与二连浩特地下水的氘氧关系相似,表明二连浩特盆地的地下水接受外源水补给;二连浩特盆地玄武岩喷发地区广泛分布着铁白云岩、红土、钙华、硅华、膏盐等矿物,矿物中的Fe、Mg、Ca、Si等元素,可能来自深循环地下水;铁白云岩与红土的形成,表明深循环地下水曾经历过了高温过程;外源水可能来自青藏高原河流或湖泊的渗漏水,深循环地下水通过火山熔岩管道补给二连浩特等火山玄武岩地区的地下水。根据地下水深循环原理,在二连浩特火山口附近打出了4口自流井,单井自流水量达到30 m~3/h。     

我国北方地下水年龄测定问题讨论

对我国北方地区地下水的各种现行测年方法所存在的问题进行讨论。地下水中的氚元素特征能满足测定地下水年龄的活塞模型,但由于降水初期氚的浓度不易率定,只能定性或半定量确定地下水的年龄。氟利昂是人工合成化合物,自然界中没有天然成分,是一种理想的示踪剂,但氟利昂测定地下水的年龄限制在20世纪40年代之后降水的入渗补给。¹⁴C与⁴He测定地下水年龄的方法由于受到断裂带中排气影响,不易校正,所以不能适用于断陷盆地或活动断层地区。针对内蒙古高原、鄂尔多斯、华北平原地下水中氚浓度值仍然较高的现象进行讨论,认为该地区地下水的补给源区应该靠近我国西部的核试验场。同位素关系表明,渗漏的纳木错湖水与东部的地下水存在相关性,西藏内流区的渗漏水自西向东补给到了内蒙古高原、鄂尔多斯与华北平原。     

太原市晋祠泉域生态环境特征分析

山西太原市晋祠泉是华北有名的岩溶大泉,近年来泉水流量一直呈衰减趋势甚至断流,恢复和保护晋祠泉水的昔日风貌让名泉复流,深化对泉域的研究在全省的水资源战略格局中至关重要。文中从水土保持的角度研究了晋祠泉域的自然地理与水资源系统环境特征。泉域内有土石山区、黄土丘陵沟壑区、黄土丘陵阶地区三种地貌类型;土地利用布局不合理,水土流失严重,土壤侵蚀模数500～7 000 t/(km.2a);降水是泉水流量变化的主要影响因素,1974年之后,降水量与汾河渗漏量的逐年减少、岩溶地下水开采逐年增加以及补给区水土流失成为导致晋祠泉水流量衰减的综合因素;结合晋祠泉岩溶水介质系统构造发育,研究了晋祠泉水资源系统结构特征与泉水补给区域特点,泉水的补给主要依靠灰岩裸露区接受大气降水和河流渗漏。对晋祠而言,汾河水在深水位灰岩区的渗漏则不容忽视,这种补给更可能占主要地位。     

济南市玉符河流域渗漏性试验分析

近年来,随着济南四大泉群地下水水位持续走低,采用有效合理的外部回灌补源是实现泉水持续喷涌的重要技术手段,玉符河流域是泉域西部地下水主要汇集和补给区,也是地表径流的主要渗漏带,通过分析卧虎山水库放水量与相应监测断面的过水量数据,分析率定玉符河主要过水区间的渗透率,为泉域渗漏带实现回灌补源提供数据支撑。     

黄河三角洲刁口河生态补水对地下水影响的模拟分析

针对2010年以来实施的黄河三角洲刁口河流路恢复过水及湿地生态补水措施,建立黄河三角洲刁口河流路及尾闾湿地地下水数值模型,模拟黄河三角洲刁口河流路及湿地补水前后地下水变化情况,评估刁口河恢复过流及尾闾湿地补水对区域地下水的影响。结果表明,刁口河恢复过水及尾闾湿地补水对地下水具有积极补给作用,在2010年、2011年、2013年生态补水期间,刁口河沿岸地下水渗漏量分别为10.2万m3/d、10.6万m3/d、9.2万m3/d,刁口河尾闾湿地周边地下水渗漏量分别为1.4万m3/d、2.7万m3/d、1.03万m3/d;随着地下水资源的补给,补水区及周边地下水水位抬升明显,刁口河沿岸及尾闾湿地周边地下水抬升范围分别为950~1 100 m和800~1 100 m,地下水位最大抬升幅度分别为60~80 cm和35~46 cm。     

中国水土资源开发利用特征及匹配性分析

水资源和土地资源的开发利用程度及匹配关系决定了一个地区的经济发展规模和生态安全形势。为了客观地评价我国水土资源的空间匹配情况,以我国346个地市级行政区为研究对象,分析了2005年、2010年、2015年各地市级行政区的水资源开发利用率和土地资源开发利用率,并通过基尼系数法探讨了不同省级行政区的水土匹配特征。计算结果表明:华北平原、河西走廊和塔里木盆地西侧地区是我国水资源开发里程度最高的地区;东北平原、华北平原、关中平原、四川盆地以及广东沿海地区是我国土地资源开发利用程度最高的地区;甘肃、陕西、内蒙古和西藏是我国水土空间匹配状况差距最悬殊的省份,其中甘肃、陕西和内蒙古水土匹配差异悬殊是由于当地水资源无法支撑如此多的土地资源,西藏则是由于大量的水资源无法被当地短缺的土地资源充分利用。     

Towards better water security in North China

Water shortages and related environmental degradation in North China are major issues facing the country. As runoff from the mountainous parts of the region steadily decrease and water resources become overcommitted, serious water and environmental problems have resulted. These include drying-up of rivers, decline in groundwater levels, degradation of lakes and wetlands, and water pollution. Thus, 4000,km of the lower reaches of the Hai River – some 40% of its length – has experienced zero flows and, as result, parts of this river have become an ephemeral stream. The area of wetland within the Basin has decreased from 10,000,km² at the beginning of 1950s to 1,000km² at present. Over-extraction of groundwater occurs beneath 70% of the North China Plain, with the total groundwater over-extraction estimated at 90,billion m³. Thus, problems of water shortage and related environmental issues in North China have become the most significant limiting factors affecting sustainable development in this important region of China. This paper addresses the water security issues facing North China in the 21st Century using the Hai River basin as an example. We describe hydrologic cycles under changing environments, water-saving agriculture, assessment of water resource security, and efforts towards achieving integrated catchment management.     

近20年青藏高原水资源时空变化

青藏高原被称为“亚洲水塔”和“第三极”,青藏高原水资源变化对我国乃至周边众多国家的水资源安全及人民生活均产生深远的影响。利用《青海省水资源公报》及《西藏水资源公报》数据,采用线性倾向估计、Mann-Kendall趋势检验法和Person相关系数法对1997—2018年青藏高原地表及地下水资源时空变化进行了研究。结果表明:①青藏高原水资源分布呈东多西少、南多北少的分布态势,水资源分布极其集中,主要集中在山南、林芝市,雅鲁藏布江流域及藏南诸河流域。②1997—2018年青藏高原地表水资源量呈不显著的上升趋势,地下水资源量呈显著下降趋势(－166.4亿m³／(10 a))。水资源变化趋势存在显著的空间差异,青藏高原北部青海省大部分地区地表水资源(98.3亿m³／(10 a))及地下水资源量(58.0亿m³／(10 a))均呈显著的上升趋势,南部西藏自治区大部分地区地表水资源量呈不显著的下降趋势,地下水资源量呈显著的下降趋势(－195.4亿m³／(10 a))。③青藏高原近年来气温呈十分显著的增加趋势,上升速率约为0.49 ℃／(10 a),北部青海省降水量呈显著增加趋势,南部呈不显著的下降趋势。综合降水与气温的影响,降水量变化是青藏高原地表水资源与地下水资源变化的主要影响因素。     

发挥南水北调的生态效益修复华北平原地下水

该文阐述了南水北调工程对修复华北平原地下水枯竭的潜在生态效应.华北平原是我国最大的冲积平原之一,由于城市与工农业生产的快速发展,华北平原的地下水被大量超采,使地区的地下水位每年平均下降 0 5～ 1 0 m,并导致了一系列的生态、环境问题,诸如干化缺水、地面下沉、海水入侵等.为了挽救地下水资源和修复生态,笔者认为调水实现后可望利用南水北调中线与东线长期向北方输水的效应,实现对地下水的回补 ,并提出了技术与体制的框架.     

南水北调人工补给地下含水层成本效益研究

将国内外人工补给地下含水层模式分析归纳为9种,其中地表水-人工整修天然河道模式是在河北平原地区利用南水北调水人工补给地下水最有效的模式;将人工补给地下含水层的效益分为经济效益(包括工业和农业增产效益)与生态环境效益(包括防治地下水漏斗下降与地面沉降等效益),提出了各类效益计算方法;将地下水超采所产生的生态环境破坏损失分为地下水漏斗下降经济损失与地面沉降经济损失两大类,研究探讨了各类损失的计算方法,并进行了计算。结果表明,2006年地下水漏斗下降经济损失为24.93亿元,到2006年地面沉降累计经济损失与多年平均经济损失分别为1 917.14亿元和53.25亿元;而对河北平原地区利用南水北调水人工补给地下含水层的经济效益与生态环境效益进行计算表明,人工补给地下水用于工业、农业和生态环境的效益分别为6.42元/m3、2.05元/m3和4.03元/m3,其效益费用比分别为3.61、1.15和2.26。     

宁夏引黄灌区渠道砌护对生态环境的影响分析

随着灌区节水工程的实施，渠道的渗漏水量减少，对地下水的补给水量也减少，针对是否会产生自然植被衰竭、湿地萎缩、生态退化等一系列生态环境问题，本文通过大量的试验观测数据，从生态系统的基本功能、生态与地下水位、渠道渗漏水量、地下水动态变化等角度，分析探讨了渠道砌护节水对自然植被、湖泊湿地、土壤盐溃化等方面的影响，为灌区渠道砌护节水工程的进一步实施提供决策依据。     

华北平原超采区浅层地下水埋深变化及控制因素分析

为了准确识别华北平原浅层地下水超采变化和控制因素,通过收集分析华北平原浅层地下水埋深分布及动态资料,基于典型潜水监测站2005-2015年的监测数据,结合全国水资源公报选取代表年分析华北平原地下水埋深分布并通过BP神经网络方法确定了超采区浅层地下水变化的控制因素。研究表明:2005-2015年华北平原地下水除北京少部分地区埋深减少外,其余大部分均表现出埋深持续增加的特征;人工开采地下水是影响华北平原浅层地下水的控制因素。     

华北平原有咸水区雨洪控制利用

华北平原有咸水区,水资源短缺,深层地下水严重超采,生态环境恶化。在这个地区开发利用咸水,腾出地下库容,能够减少潜水蒸发与雨洪径流,增大降雨入渗,把时空分布不均的天然降雨转化为可利用的水资源。该文总结了农村用微咸水灌溉,抗旱增产,调控地下水埋深,增大雨洪回灌,淡化地下水质的经验。提出了城区雨洪控制利用的建议。     

平原漏斗区高效生态含水层补给技术研究

针对中国黄泛平原井灌地区地下水超采引起的大面积地下水漏斗问题,选择山东省临清市项目区,利用土壤水动力学、水力学和地下水动力学等相关理论,实施了地下水回灌工程对技术方案和参数进行设计,计算其回灌效果。通过计算结果可知,该回灌工程在7 d的引水过程中,增加了52 310.82 m~3的地下水补给量,占地下水补给总量的60.7%。野外回灌系统流速监测和示踪试验表明,该工程设计方案可行。在原沟渠渗入补给的基础上,该种明沟—暗管—竖井回灌补源工程增加了地下水补给量,对地下水漏斗恢复和旱涝碱综合治理具有重要作用。