泾惠渠灌区地下水开发利用现状调研及建议

自上世纪80年代以来,泾惠渠灌区地下水过量开采,造成地下水位持续下降,局部地区已出现地面沉降等严重的生态与环境问题,灌区地下水资源的可持续利用面临严峻的挑战。为了进一步摸清灌区地下水开发利用情况以及存在问题,进而提出灌区水资源可持续利用对策与措施,在对灌区地下水开发利用现状进行认真调研和分析后,提出了灌区地下水开发利用建议。     

加强地下水管理 实现民勤可持续发展

民勤县位于石羊河流域的最下游。县境内无自产地表径流，唯一的地表径流是南部进入境内的石羊河，由于石羊河进入县境内的地表水逐年减少，导致民勤水资源供需矛盾日益尖锐，地下水超采加剧，灌区已由20世纪70年代前以地表水灌溉为主的河灌区演变为目前以地下水为主以地表水为补充的井河水混合灌区。地下水的严重超采，导致地下水位持续下降、水质矿化度持续升高、农业生产成本逐年加大，使我们赖以生存的生态环境遭到严重破坏。加强地下水管理，削减地下水开采量已成为当务之急。     

泾惠渠灌区农业活动对区域地下水动态影响分析

泾惠渠灌区农业灌溉是区域地下水消耗的主要原因,研究该灌区农业生产活动对区域地下水动态的影响,对调整区域农业结构、保障粮食安全以及地下水合理开发利用具有一定的指导意义。在分析灌区作物用水的基础上,利用1977～2011年降水及灌溉等资料,分析同期区域地下水位的响应关系。结果表明:伴随着灌区降水量的减少和节水工程的实施,降水入渗补给量呈显著减少趋势,作为灌区地下水主要补给来源的地表引水灌溉及渠系渗漏补给量也大大减少,加之人工开采量的不断增加,进一步加剧了灌溉供需矛盾,导致该区域地下水位剧烈下降。     

地下水开发引起的环境问题与治理

我国北方地区,自70年代大规模开发利用地下水,有效地克服了干旱和涝碱危害,保障了农业可持续发展,还提供了城市生活和工业用水,对国民经济和社会的发展做出了巨大贡献。但是在地下水超采地区,引发了地下水位持续下降、地下沉降、海(咸)水入侵和地下水质污染等问题。而在尚未或很少开发利用地下水的河水灌区,仍然存在着土壤次生盐碱化问题。治理地下水环境问题,要加强对水资源的管理,在井灌区拦蓄降雨径流及汛后河水回补地下水,在河水灌区积极开发利用浅层地下水,利用地下微咸水及经过处理的污水发展灌溉,治理污染源防治地下水污染,提高用水效率,采取农业综合节水技术,控制和减少地下水开采量,并需跨流域调水补源。     

地下水开发引起的环境问题与治理

我国北方地下水超采地区,引发了地下水位持续下降、地面沉降、海(咸)水入侵和地下水质污染等问题。在尚未或很少开发利用地下水的河水灌区,仍然存在着土壤次生盐碱化问题。治理地下水环境问题,要加强对水资源的管理,在井灌区拦蓄降雨径流及汛后河水回补地下水;在河水灌区积极开发利用浅层地下水,利用地下微咸水及经过处理的污水发展灌溉,治理污染源防治地下水污染,提高用水效率,采取农业综合节水技术,控制和减少地下水开采量,并需跨流域调水补源。     

泾惠渠地下水对气候变化和人类活动的响应

基于泾惠渠灌区的水循环现状,分析了近20 a来灌区水资源利用和循环的变化,并运用主成分分析法对影响灌区地下水位动态变化的气候因素和人类活动因素进行了研究。结果表明:气候变化和人类活动共同影响着地下水系统,致使灌区水循环体系发生了明显改变。地下水开采量过大、渠系引灌水量减少、干支渠衬砌率提高等人类活动因素对地下水系统影响起主导作用,而气候因素起次要作用。目前灌区地下水位持续下降的趋势未得到有效控制。     

延津县引黄灌溉补源作用分析

根据延津县降水量、引黄水量和地下水位观测资料,分析了引黄灌溉对地下水的补充作用。结果表明:井灌区地下水位呈明显的持续下降趋势;引黄灌区地下水位大都较高,且部分年份有明显回升;引黄补源灌区地下水位比较稳定。     

喀什噶尔灌区动态地下水位与灌溉农业关系研究

随着喀什噶尔灌区规模不断扩大和种植结构调整优化,对地下水资源的依赖程度日渐增强,开采强度不断增大,原有的水资源平衡关系被打破。对喀什噶尔灌区地下水位动态变化与作物种植结构调整的相关关系进行分析,并概括出地下水位变动与灌溉农业变化之间的规律关系。结果表明,上世纪八十年代以前,灌区地下水位并无明显变化,八十年代作物种植结构调整后,粮食作物等的种植比例逐渐上升,蔬菜种植面积增大,用于蔬菜灌溉的地下水开采量随之增加,导致地下水位的显著变化,同时蒸发强度、工业用水等也是影响灌区地下水位下降的因素。     

灌区井渠结合节水改造技术模式探讨

当前新疆灌区普遍存在地下水超采、地表水与地下水调配利用程度低、灌溉效益低下等问题,灌溉水资源供需矛盾不断加剧,灌区农业生产、水资源可持续利用和经济可持续发展受到严重制约,迫切要求建立起灌区可循环利用的高效节水灌溉模式。文章以新疆石河子灌区为例,在对灌区井渠结合节水改造的必要性与可行性进行论证的基础上,对井渠结合节水灌溉工程总体规划进行设计,并对井渠双灌和井渠分灌两种井渠结合节水改造灌溉技术模式的应用进行探讨。结果表明,通过井渠结合提灌地下水降低地下水位,能减少土壤库容量,通过降水再次补给水资源蒸发和渗漏损失,从而实现降水、地下水和地表水的联合调度、综合利用,应在我国北方灌区推广应用。     

河南省浅层地下水动态演变分析

20世纪80年代以来,河南省地下水开采量持续增加,导致地下水补排关系失衡,地下水位持续下降,其中:海河流域平原水位下降了7.25 m,下降速率为0.24 m/a;黄河流域下降了3.14 m,下降速率为0.10 m/a;淮河流域与长江流域地下水位基本保持稳定。1980—2010年河南省平原区地下水位下降了1.65 m,地下水蓄变量减小了51.5亿m3,其中海河流域与黄河流域蓄变量大幅减小,部分含水层已疏干。     

干旱内陆区自然-人工条件下地下水位动态的ANN模型

根据我国干旱内陆区自然-人工条件下地下水系统的特点,建立了甘肃省石羊河流域下 游地下水位动态的人工神经网络模型,采用附加动量法和学习速率自适应调整策略对反向传播算法（BP）进行改造,以提高计算速度。该模型以前期地下水位、降雨量、蒸发量、地表来水量、灌溉面积、灌水定额、人口数量作为输入变量,采用缺省因子检验法分析了上述各个因子对地下水位影响的敏感性,模拟了不同灌溉发展面积及地表来水条件下地下水位动态。结果表明：研究区人类活动及地表来水是影响地下水位动态的主要因子,灌溉面积的扩大及地表来水的减少会使地下水位持续下降。模型具有较高的精度,可以较好地定量描述地下水位动态与上述各因子之间的响应关系;研究结果可应用于该地区地下水系统的管理。     

宁夏平罗县井渠结合灌区地下水盐运移规律研究

以综合治理井渠结合灌区土壤盐碱化为目标,针对宁夏平罗县井渠结合灌区下游灌水难、排水难和盐碱化严重等问题,采用渠灌井排、井沟联合使用等措施,对作物进行适量和适时灌溉,充分利用地下水资源,并监测井渠结合灌溉条件下田间土壤含盐量、地下水矿化度和水位埋深的变化情况,分析地下水埋深和矿化度对土壤含盐量的影响。结果表明:井渠结合灌溉对降低地下水位效果显著。以黄河水为主要灌溉水源的宁夏银北自流灌区,地下水矿化度变化幅度较小;灌溉后的土壤表层含盐量骤降,0~40 cm土层的盐分变化较大;土壤盐分与地下水矿化度具有较强的线性正相关性,与地下水埋深呈负相关。研究成果对干旱半干旱区灌区水资源优化配置、盐碱地改良具有参考价值。     

基于四水转化的灌区耗水量计算模型

针对以往灌区耗水量计算方法的不足和灌区水循环机制的特点,本文建立了基于四水(即大气水、地表水、地下水和土壤水)转化的灌区耗水量计算模型。该模型把灌区划分为农田、林草地、荒地、湖泊湿地和城镇用地五类水均衡模块,重点考虑了人类活动对灌区农业、工业、生活和生态耗水量的影响。以宁夏青铜峡引黄灌区为例,详细计算了各种耗水类型的耗水总量和耗用的黄河水总量,并定量分析了各水均衡要素间的相互转化关系。模拟计算结果与试验观测结果对比分析表明,该模型在平原灌区具有较好的模拟精度,能够应用于生产实践。     

玛纳斯河流域山前平原区地下水资源动态变化分析

地下水是玛纳斯河流域山前平原区的主要供水水源,该区内地下水资源动态变化的研究对于指导当地水资源合理开发利用以及生态环境保护具有重要意义。在收集流域多年研究资料的基础上,通过水均衡法评价了地下水资源量和构成,剖析了地下水资源及地下水位动态变化特征及其驱动力。结果表明:(1)自20世纪80年代以来,地下水均衡状态由正均衡演变为负均衡,地下水储存量在逐渐减少;地下水资源构成发生了变化,河道渗漏补给量、田间灌溉入渗量及渠系渗漏补给量占总补给量的比例分别由20世纪80年代的23.69%、12.03%、37.74%降低为21世纪10年代的18.36%、11.46%、36.91%,人工开采量占总排泄量的比例增加了42.94%;(2)地下水位动态监测资料表明,地下水位年内动态与河流流量、农田灌溉及地下水人工开采紧密相关,年际动态表明地下水位在过去21年内呈下降趋势,且冲洪积扇地下水位下降速率大于细土平原;(3)渠系硬质化、大面积引河水灌溉以及人工开采的增加是地下水资源量组成改变和地下水位下降的主要驱动力。该研究为玛纳斯河流域地下水资源合理开发利用提供了支持。     

Conjunctive Use of Surface Water and Groundwater: Application of Support Vector Machines (SVMs) and Genetic Algorithms

Combined simulation-optimization models have been widely used to address the management of water resources issues. This paper presents a simulation-optimization model for conjunctive use of surface water and groundwater at a basin-wide scale, the Zayandehrood river basin in west central Iran. In the Zayandehrood basin, in the past 10 years, a historical low rainfall in the head of the basin, combined with growing demand for water, has triggered great changes in water management at basin and irrigation system level. The conjunctive use model that coupled numerical simulation with nonlinear optimization is used to minimize shortages of water in meeting irrigation demands for four irrigation systems. Constraints guarantee the maximum/minimum cumulative groundwater drawdown and maximum capacity of irrigation systems. A support vector machines (SVMs) model is developed as a simulator of surface water and groundwater interaction model while a genetic algorithm (GA) is used as the optimization model. Conjunctive use model runs for three scenarios. Results show that the accuracy of SVMs as a simulator for surface water and groundwater interaction model is good and that it is possible to decrease the water shortage for irrigation systems with application of proposed SVMs-GA model.     

大安市地下水时空动态变化分析及预测

为掌握大安市地下水的动态变化规律,更好地为社会经济服务,本文利用2000—2013年现有21口承压井水位埋深数据资料,采用ArcGIS空间分析及主成分分析法对研究区地下水动态变化规律进行分析,运用BP神经网络对地下水位进行预测。结果表明:大安市动态类型为入渗—蒸发型和入渗—开采型; 2000—2010年枯水期水位变幅较小,丰水期前五年的变幅小,后五年北部和南部部分地区的水位下降变幅较大,这表明近些年以来,大安市大规模地开采地下水,导致地下水位逐年下降且变幅较大,局部已形成较明显的降落漏斗。通过主成分分析法得到的地下水驱动力最大为农业灌溉开采,采用BP神经网络预测得出地下水水位仍然呈现一定的下降趋势,因此在农作物灌溉时期要发展地下水灌溉与地表水渠灌相结合的方式,提高水资源综合利用效率,严格控制地下水超采的行为,合理开发地下水资源。     

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。     

Conserving One Water Source at the Expense of Another: The Role of Surface Water Price in Adoption of Wells in a Conjunctive Use System

One potential side-effect of irrigation water rate reform is groundwater substitution. As surface water prices rise, irrigators may find it cheaper to rely on on-farm wells than a regional irrigation district. The impact of surface water price on well adoption is examined in a conjunctive use system where both surface water and groundwater are used to meet irrigator demand. Results indicate that as the price of surface water approaches 62% of the marginal cost of pumping groundwater, irrigators are more likely to have on-farm pumping capabilities. This result suggests that proposed water rate reforms by the United States Bureau of Reclamation may result in irrigators substituting groundwater for surface water by adopting on-farm wells.     

吐鲁番盆地平原区地下水控制性指标研究

为了解决吐鲁番盆地地下水水位变化引发的生态环境问题,本文基于吐鲁番盆地地下水补给、径流、排泄特征,利用pearson相关分析法和标准化系数分析了各因素对地下水位的影响特征,提出了吐鲁番盆地平原区地下水水量水位控制指标.结果 表明地下水开采量、田间灌溉入渗补给量和渠道渗漏补给量对地下水位的影响较大,并且确定了地下水开采量...     

陡河流域地表水与地下水转化关系

通过对陡河流域地表水-地下水水样的氢氧同位素分布特征进行分析,发现研究区河岸带第Ⅰ含水层除了受大气降水、灌溉回归水入渗补给外,还接受河水早期的渗漏补给,第Ⅱ含水层对第Ⅲ含水层有越流补给,第Ⅱ含水层同时也受大气降水和灌溉回归水的影响,而远离河岸带的第Ⅳ含水层与上覆各含水层稳定同位素组成显著不同,河岸带水库附近的第Ⅳ含水层可能受地表水库渗漏影响。河岸带地下水与地表水水力联系的变迁严格受河岸带地下水水位变化控制,如景庄子剖面的地下水埋深为5m,雨季时河水补给地下水,旱季时地下水补给河水,而靠近地下水漏斗中心的越河乡剖面地下水水位埋深达25m,其常年受地表水补给。