淮北平原土壤水与地下水埋深及降水关系研究

为探究淮北平原夏玉米生长期土壤水与地下水埋深及降水的关系,基于五道沟实验站26 a的长系列资料,结合氢氧稳定同位素示踪法,对淮北平原夏玉米生长期的大气降水、土壤水和地下水进行了分析。结果表明：土壤平均含水率随土层深度的增加呈现出先减小后增加再减小的趋势,其中0～0.2 m土层平均土壤含水率最低,0.3～0.5 m土层土壤含水率最高。根据大气降水、土壤水和地下水氢氧同位素特征值可知：土壤水δ18O和δD平均值随土层深度的增加而减小,表明土壤水分蒸发会导致土壤重同位素富集,富集程度由土壤表层至深层递减。土壤水氢氧稳定同位素随土层深度的增加而减弱,30 cm和50 cm土层深度的土壤水变化最为明显,土壤易接受降水补给,而且土壤蒸发较为强烈。     

农田暗管排水能力分析与提升方法探讨

在地下水位较高、地表易于形成积水的地区,探索经济可行的农田暗管排水措施,对于降低作物涝渍胁迫、提高作物产量具有重要意义。本文基于暗管排水流量理论公式分析了暗管排水能力影响因素及增强暗管排水能力的途径,提出在暗管出口处安装虹吸管,利用虹吸原理使其下端出流口降低到一定深度的虹吸增流方法。理论和试验表明,该方法可以大大提升浅埋暗管排水能力,且不增加暗管排水成本。浅暗管通过虹吸管出口降低到中埋和深埋时,即作用水头增加1.33倍和1.67倍时,排水流量增大33.3%和66.7%;由于浅埋管具有较小的渗流阻抗系数,其排水流量比相同出口的中埋管和深埋管大16%和27%。随积水层深度的减小,有虹吸的浅暗管排水流量虽然减小,但增流效果百分比在增大。该研究成果可为涝渍灾害易发地区建设高效除涝降渍减灾工程提供新途径。     

砂姜黑土区多目标农田排水系统优化布置研究

砂姜黑土区受其土质以及降雨特点的影响,涝渍与干旱灾害交替出现,以往单一的排水系统设计标准难以满足除涝抗旱以及环境保护等多重目标。本文利用田间水文模型-DRAINMOD,以淮北平原砂姜黑土区为例,模拟分析了不同排水系统布置方案对提高作物产量以及减少农田排水对环境的不利影响等因素。结果表明,在综合考虑作物产量、经济效益、环境保护以及节约耕地等多重目标下,研究区农田排水系统宜采用暗管浅密布置的方案,推荐排水暗管布置间距在18~30m之间,埋深以不超过1.2m为宜;仅在农沟一级采用暗管代替排水明沟可节约耕地10%以上。本研究成果可为当地排水系统改建、新建工程提供科学依据。     

淮北平原基于水文气象多因子的土壤水分动态预测

为研究土壤水分动态变化,利用五道沟水文实验站1989-2015年水文气象和大田土壤水实测资料,采用灰色关联度和线性回归分析,建立了冬小麦各生长阶段不同土层土壤水分预测模型。结果表明:不同土层土壤水分与气象因子的关联度一致;不同生长阶段土壤水分与气温和地下水埋深关联度最强,分别达0. 92和0. 95;分蘖-越冬期,土壤水分与地下水埋深和日照时数关联度最强,其他生长阶段,土壤水分与气温和地下水埋深关联度最强。通过水文气象因子模拟土壤水分拟合度较高,R~2达0. 94。不同生长阶段不同土层,土壤水分计算模型均具有良好的预测能力,R~2达0. 80。成果为实施作物不同生长阶段的灌溉计划提供科学依据。     

近30年吐鲁番盆地地下水动态特征及影响因素分析

本文利用吐鲁番盆地1987—2017年降水数据,分析了近30年该地区降水年内、年际变化特征,并对降水的趋势性进行了分析。对吐鲁番盆地1988—2016年地下水位埋深数据进行了年内、年际变化特征分析,并运用克里金插值法进行空间插值,得出地下水位埋深分布及变幅。利用pearson相关分析方法分析了影响吐鲁番盆地地下水水位动态的因素。分析结果显示:近30年吐鲁番盆地多年平均降水量为16.5 mm,降水主要集中在6—8月(夏季),夏季降水总量占全年降水的50%以上;降水的年际变化没有明显的趋势性。地下水位埋深在空间上由南向北逐渐增大,南盆地地下水位埋深0～50 m,北盆地埋深在50 m以上。不同地貌区年内地下水位埋深变化呈现出不同形态,整个盆地范围内地下水位埋深逐年增大,近30年吐鲁番盆地地下水位埋深增加了5.5 m。降水和潜水蒸发与地下水位埋深不存在相关性,开采量是影响吐鲁番盆地地下水位埋深的主要因素。     

石羊河流域下游天然绿洲地下水生态功能强弱周期性与机制

西北内陆的石羊河流域下游区降水稀少、蒸发强烈,天然植被对潜水埋深具有强烈依赖性,对地下水这种生态功能的强弱变化特征与机制尚缺乏深入认识。本文采用原位监测、高分辨遥感探测与解译和多元相关分析方法,研究地下水生态功能强弱变化与潜水埋深、气温、降水和出山地表径流水量之间的关系。结果表明：(1)地下水生态功能越强,天然植被覆盖度越高或归一化植被指数值越大;(2)地下水生态功能具有时效性和年际及日际变化周期性,每年4月至7月上旬是地下水生态功能作用逐渐增强时段,每日7∶30—19∶00是地下水生态功能主要作用时段,主要受控于气温、日照、蒸发、上游区降水与出山地表径流水量和潜水埋深的一年四季周期性变化影响;(3)每年潜水埋深大于极限生态水位时段,地下水生态功能处于失效状态,且气候越干旱,每年的失效时段起始越早和结束越晚。因此,西北内陆的石羊河流域下游天然绿洲区地下水生态功能强弱具有年际、年内变化周期性。     

沿江圩区地下水埋深对小麦产量影响的试验成果分析

该文就三连圩径流实验站“不同地下水埋深对小麦生长发育及产量影响”专题试验研究成果进行了分析，并利用大面积的调查资料对试验成果进行了验证，旨在为沿江圩区排涝除渍工程规划设计，合理控制沟港水位，提高小麦产量提供科学依据。     

济南市区地下水埋深动态变化及其成因

应用统计学和水均衡原理对济南市区1997—2016年地下水水位实测数据进行分析,研究济南市区地下水埋深动态演变特征及其成因。结果表明：近20年来市区地下水埋深增大趋势得到明显遏制,目前地下水埋深呈稳健减小趋势,市区平均埋深减小2.527 m,多年平均减小速率为0.133 m/a,地下水埋深减小率空间变化特征表现为由东北向西南衰减,其中,历下区党家庄镇区域地下水埋深减小率最高达到0.667 m/a,长清区张夏镇区域地下水埋深增大率最低为0.115 m/a;地下水埋深与降水补给和人工开采直接相关,地下水埋深年内变化呈季节性波动,历下区位于地下水补给区,对补给或开采的响应程度表现最为敏感,而位于地下水排泄区的天桥区响应程度最为缓慢;在2003年采取大规模节水保泉措施后,地下水开采量减少约3亿m3/a,市区地下水蓄变量由2003年以前的负均衡(-2.7亿m3/a)转变至2003年以后的正均衡状态(0.8亿m3/a),行政干预措施效果明显。研究成果可为制定节水保泉方案措施提供科学依据和技术支撑。     

蒸渗计法降水入渗补给系数变化规律分析

利用三个实验站的地中蒸渗计实测资料,对降水入渗补给系数变化规律进行了综合分析,结果表明:降水入渗补给系数随地下水埋深、降水量有明显的规律性,并且存在最佳埋深.当地下水埋深小于最佳埋深时,降水人补给系数随着埋深的增大而增大,当地下水埋深大于最佳埋深时随着埋深的增大而逐渐减小并趋于稳定;降水人渗补给系数随降水量的变化一般呈反"S"型曲线.     

磴口县地下水埋深时空变化特征

选取荒漠绿洲区磴口县1988年-2013年17个观测站逐月水位埋深数据,运用kernel K-means及经验模态分解(EMD)方法,探索26年来研究区地下水埋深时空变化特征。结果表明:17个测站分为三个聚类中心,第一聚类中心包括6个测站,地下水平均埋深最大。第二聚类中心包括4个测站,地下水平均埋深次之。第三聚类中心包括7个测站,地下水平均埋深最小;26年来第一和第二聚类中心地下水埋深呈增大趋势,增大幅度分别为0.014 m、0.26m。第三聚类中心地下水埋深呈减小趋势,减小幅度为0.08m;三个聚类中心地下水埋深年内变化趋势基本相同。     

淮北平原潜水动态变化对降雨入渗影响研究进展

针对淮北平原区潜水埋深较浅和动态变化较显著的特点,分析和总结了降雨入渗影响因素、入渗机理与入渗过程数值模拟等主要内容的研究进展,提出下一步需要开展不同潜水控制埋深的降雨入渗实验模拟和监测。从理论层面剖析并阐明淮北平原区潜水动态变化影响降雨入渗机理,并提出了关键科学问题及研究展望,以期为进一步丰富和完善平原区水文循环理论和模拟方法提供基础支撑。     

第二松花江流域平原区浅层地下水脆弱性时变特征分析

以第二松花江流域平原区为研究区,选择了地下水埋深、净补给量、含水层介质、土壤介质、地形坡度、包气带影响、渗透系数7个指标,运用DRASTIC评价方法对浅层地下水脆弱性进行了评价,进一步分析了地下水脆弱性评价结果的影响因素。结果表明:(1)地下水脆弱性分区在整体上具有空间分带特征性,并与地貌分区具有良好的一致性,其中河谷平原区由于地下水埋藏较浅,地下水脆弱性较高,污染风险大;(2)受地下水位变动以及净补给量的影响,具体地段的地下水脆弱性等级也具有较为明显的年际与年内变化特征,但整体区域上的地下水脆弱性的相对级别仍受地貌格局的控制。在开展区域地下水脆弱性评价时,应注意选择具有代表性的时段数据进行评价。     

基于二维浅水方程的城市地面洪水演进数值模拟研究

探究城市内涝灾害数值预报对城市的防洪减灾及灾害评估具有重要意义。基于三角形非结构网格,采用Godunov型有限体积法建立了一个高精度的二维浅水水动力数值模型。该模型使用Roe格式计算界面通量,可以较好地捕捉洪水的动边界运动,模型将静水压力项放入源项中,减少了由于地形底坡项带来的数值解伪震荡。该模型对动边界以及负水深处理技术进行了改进,能够有效提高模型模拟的精确度和静水和谐性。在应用3个算例对模型进行率定的基础上,将模型应用于浑河、太子河之间浑太胡同区域的地表洪水演进的模拟中。结果表明:浑太胡同内洪水演进的水深、流场变化均较为合理,组合溃堤各水深淹没面积均为最大,模拟结果很好地验证了城市区域雨洪的流动演变过程,证明该模型可以用于复杂地形的城市由降水形成的暴雨积水及地表洪水演进模拟过程,模型可快速为城市防汛减灾提供积水情况及涝情信息。     

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.     

涝渍兼治农田排水标准的研究

涝渍型的农田，灾害发生在雨季，农田先受涝，地表水排除后，由于地下水回降过慢而受渍，因此，作物减产是由涝渍双重作用的结果，在经济评价中，既不能单纯按受涝减产或按受渍减产进行分析，也不能分别将两者造成的减产损失进行简单的叠加。本文介绍了作者对在淮北地区开展棉花涝渍试验成果的分析，论证了以等效淹渍历时作为反映涝渍程度的综合指标的可能性，并提出确定涝渍兼治农田排水设计标准的新方法。     

浅层地下水功能评价指标体系——以河南省平原岗区为例

河南省平原岗区因地下水开采出现了水位下降,严重超采地区形成局部降落漏斗,一些地区出现不同程度的地面沉降,咸水入侵淡水含水层以及地下水被污染。对此地区进行浅层地下水系统功能区划,自上而下构建了由系统层、功能层、属性层、指标层组成的评价指标体系,有19个评价指标。区划结果反映了研究区地下水功能状况。     

淮北平原地下水三氮浓度分布规律及其影响因素分析

对淮北平原浅层地下水103个样品进行三氮及其他相关指标测定分析,揭示该区三氮的空间分布规律、来源及形成机理,并对其影响因素进行分析。结果表明:淮北平原浅层地下水三氮浓度逐年增大,并与其水位埋深呈负相关关系,丰水期的三氮浓度明显大于枯水期。农业含氮肥料的过量使用和流失是导致该区三氮浓度增高的主要原因。此外,三氮浓度还受到包气带的厚度大小的影响,pH值的变化范围、溶解氧浓度的高低也影响着三氮的转化方向和速度,高浓度的Fe2+是导致局部NO2--N严重超标的重要因素。     

江汉平原地下水位动态变化特征分析

通过辨识江汉平原含水系统的水文地质结构,深入分析了地下水位动态变化特征及其影响因素,进而揭示了研究区地下水时空演变规律。结合地下水流系统分区分析了研究区的降雨-径流关系和地下水动态类型。同时,运用数理统计方法分析了累计水位升幅和累计降雨量之间的关系。结果表明:研究区内地表水除丰水期补给地下水外,其余时段地下水补给地表水;研究区不同含水层地下水位关系总体为深层孔隙承压水位中层孔隙承压水位浅层孔隙潜水位;研究区地下水对降雨入渗产生的滞后效应表现为低水位期滞后5~7 d,高水位期滞后1~2 d。研究结果对该地区地下水资源的评价管理具有现实意义。     

淮北平原主要农作物涝渍灾害 损失评估研究

针对淮北平原除涝减灾综合治理与规划中缺乏主要农作物受涝损失调查与评估基础资料的实 际问题,于2010年9月初区域降雨成灾之际,对受涝区进行主要农作物受涝经济损失调查。依据实 地调研成果,通过综合统计分析推求了不同耕地类型不同暴雨强度下的受涝损失率,在此基础上实现 了对淮北平原受涝经济损失的合理评估。