华北平原地下水资源可持续利用研究

本文通过对华北平原1991年～2003年系列地下水资源潜力及供需分析,浅层地下水总体处于采补平衡状态,但黄河沿岸及中东部平原古河道带尚有54.95×10⁸m³/a潜力,而在山前平原的地下水位降落漏斗区地下水超采27.83×10⁸m³/a;深层地下水除豫北平原、鲁北平原部分地区尚有一定潜力外基本处于严重超采,总超采量12.44×10⁸m³/a;南水北调工程虽然无法从根本上解决水资源供需矛盾,但在短期内可满足经济发展对水资源的需求,因此利用南水北调的契机涵养水源是地下水可持续利用的基本保障。     

华北平原地下水调蓄研究

本文根据华北平原地质和水文地质条件,对可调蓄地层、调蓄空间、调蓄水源以及调蓄有利地带进行了系统分析。在此基础上,计算出华北平原地下水最大可调蓄空间为1478.05×10⁸m³,现状地下水位埋深条件下的可调蓄空间为326.29×10⁸m³。制定了地下水调蓄有利地带的选取原则,华北平原地下水调蓄的最好地带是山前冲洪积扇和中东部平原的古河道带。本文在山前冲积扇地带选择了7处地下水调蓄有利地带进行专门研究,提出了各调蓄有利地带调蓄空间、调蓄水源以及调蓄方式。7处调蓄有利地带利用当地水源调蓄方案实施后,地下水可增加补给量为16.68×10⁸m³/d。运用地下水数值模拟方法对3处有利地带的调蓄效果进行了模拟分析,结果表明地下水调蓄方案实施后对地下水供水环境的恢复效果十分明显。     

华北平原地下水的功能特征与功能评价

本文针对华北地下水评价中偏重资源而对地下水的生态功能和地质环境功能重视不足的问题,立足于华北平原地下水系统,从地下水的自然属性切入,以综合发挥地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能为目标,应用系统论和层次分析法,提出了地下水功能的基本理念及其评价关键技术,包括如何构建评价指标体系和评价成果区划应用分析方法,将地下水的资源供给功能、生态维持功能和地质环境稳定功能统一在水循环系统中科学评价,以达到充分发挥地下水主要功能的综合效益最佳的目标。最后,以华北滹沱河流域作为示范区进行实证分析,结果表明,本文提出的评价方法具有很强的实用性,可划分以资源功能为主或以地质环境功能保护为主的适宜区域,这为调控区域地下水的资源功能与地质环境功能之间矛盾方面提供重要的科学基础。     

华北平原地下水降落漏斗演变及主导因素分析

通过对大量的野外资料分析,发现华北平原浅层地下水位最大埋深已达65m,埋深大于10m的区域面积占全区总面积的44.4%,浅层地下水降落漏斗串珠状分布于太行山和燕山山前平原的工业城市;深层地下水位最大埋深达110m,埋深大于40m分布区面积占总面积的43.1%,形成了华北平原复合漏斗,面积占52.6 %。通过对20世纪50年代至今降水量减少、河道渗漏量减少和地下水开采量增加的变化分析,发现地下水位下降和漏斗的形成与人类开采地下水和降水量持续减少密切相关,通过采用关联度计算分析,认为人类开采地下水是区域地下水位下降的主导因子。     

华北平原深层地下水的更新与资源属性

学术界对于华北平原深层地下水的资源属性存在争议,这直接关系到地下水的合理开发利用以及管理方式和开发战略的制定。本文从地下水资源属性的定义、内涵,地下水补给以及开发后含水层系统的响应等方面来讨论深层地下水的更新性。含氚的现代地下水分布在山前平原,其稳定同位素组成接近当地降水加权平均值,说明当地降水补给占有相当的比重,氚含量与深度的关系反映了150 m深度以上地下水是可更新的,其更新强度约为3%/a。中东部承压含水层地下水的放射性碳-14年龄为10 ka B.P至大于35ka B.P,其稳定同位素δ18O和δD值比现代地下水要低得多,反映了末次冰期补给水的特征。根据水均衡方法估算的河北平原承压含水层1985年～1995 年间的平均更新强度为 0.09%/a,1990年～2000年间的平均补给强度为0.12%/a,说明大规模开采地下水诱发了一定程度的侧向补给,但是其更新强度仍然小于一般意义上的可更新含水层系统的更新强度0.2%/a。尽管这部分承压地下水并不是严格意义上的“不可更新地下水资源”,但因其更新相对比较缓慢,可以看作“不可更新地下水资源”,应该按不可更新地下水资源来规划开发与管理。     

南水北调实施后华北平原地下水调控研究

随着南水北调中线工程调水实施的日益临近,华北平原地下水开采调控研究已成为人们关注的焦点问题。本文针对华北平原地下水开采现状以及存在的环境问题,确定了优先考虑严重超采中心区及深层水减采等一系列地下水调控原则,结合地下水可采资源量,给出了南水北调实施后的地下水规划开采量。应用所建立的华北平原地下水数值模型,预测了地下水调控的恢复效果,结果显示,经过10年地下水开采调整,重点控制区内的浅层地下水中心漏斗水位有不同程度回升,石家庄漏斗年均水位上升速率2.1m/a;深层地下水漏斗影响范围也有显著缩小,德州水位回升年均上升速率为（0.8-1.5）m/a。南水北调工程对华北平原地下水的恢复具有重要的作用。     

华北平原典型城市地下水供水安全保障分析

地下水是城市发展的基础性资源和战略资源,是城市社会经济的可持续发展、构建和谐社会的必要保证。本文介绍了北京市供水特点及历年出现的供水危机,提出了建设应急备用地下水源地保证城市供水的措施,对地下水应急备用水源地的条件进行了分析。以北京市怀柔应急水源地为实例,介绍了应急水源地论证、勘探、建设过程,分析了地下水位动态变化情况及供水保证程度,提出了停采后增加地下水入渗补给能力的恢复措施,对应急备用水源地的保护提出了5点措施。北京市建设的5个应急备用水源地可提供（90×93）×10⁴m³/d左右的开采量,保障了连续9年持续干旱条件下的首都供水安全,其建设具有典型示范作用。     

华北平原作物水分生产力区域分异规律模拟

提高作物水分生产力(Water Poduetivity)是节水农业研究的最终目标,定量分析作物WP对干旱和半干旱地区水资源管理和决策制定具有重要意义.华北平原是我国重要的粮食生产基地,但水资源问题已成为制约该区可持续发展的瓶颈,明确该区作物WP时空变化特征及其与气候的关系,对指导该区农业生产和水资源高效利用具有重要作用.本文首先利用华北平原3个代表性试验站各连续3～4年的小麦-玉米轮作田间试验资料,校准验证澳大利亚开发的APSIM模型,然后利用校准后的APSIM模型和研究区域32个气象站1961年～2005年逐日气象数据,结合GIS技术,对华北平原不同供水情景下冬小麦、夏玉米WP空间分布特征进行了模拟研究.模拟结果表明:①当不考虑作物品种变化时,华北平原小麦、玉米WPET(产量与蒸散量比值)分布响应于该区平均气候状况,具有明显的空间分布特征;②充分供水情景下全区小麦WPET为(1.38～1.69)kg/m3,平均值为1.53kg/m3,玉米WPET为(1.69～2.05)kg/m3,平均值为1.83kg/m3;非充分供水情景(仅满足作物水分需求一半)下两作物WPET分布与充分供水情景下相似;雨养情景下小麦WPET为(0.29～1.57)kg/m3,平均值为0.77kg/m3,玉米WPET为(0.86～2.13)kg/m3,平均值为1.47kg/m3;③饱和水汽压差(VPD)是影响作物水分生产力的主要气象因子,研究区域小麦生长季VPD北高南低的趋势使得小麦WPET呈北低南高分布特征;而玉米生长季VPD西高东低,玉米WPET呈西低东高的趋势.改善灌溉管理可提高作物WP,减少由土壤蒸发损失的非生产性耗水对提高作物WP也具有重要意义.     

黄河下游悬河段地下水资源计算及开发潜力分析

黄河水资源是沿黄地区经济和社会发展的重要制约因素.由于黄河在其下游河段(花园口-人海口)河床淤积而形成地上悬河,黄河水侧渗补给已成为该地区地下水的重要补给源.黄河下游悬河段地下水系统面积为29 313km2,赋存着潜水、微承压水(浅层含水层系统)和承压水(深层含水层系统).含水层垂直向上概化为3层:浅层潜水和微承压含水层组、深层承压含水层组及两含水层之间20m～30m厚的弱透水层.计算域边界除梁山一长清一带、徒骇河上游及郑州西南侧为补给边界,其余均为排泄边界.在建立水文地质概念模型的基础上,构建三维地下水流模拟模型,应用FEFLOW有限元软件求解.运用识别和验证后的模型计算了不同保证率年份地下水补给量和可开采资源量.研究区50%和75%降水保证率年份地下水补给资源量分别为62.51×108 m3和54.88×108 m3,可开采资源量为44.82×108 m3和39.20×108m3.将研究区分成18个子区进行地下水开采潜力评价,其中12个区尚有开采潜力,1个区采补基本平衡,5个区开采潜力不足.     

杨桥灌区水文地质调查与地下水资源可持续利用研究

在对灌区地下水进行勘查的基础上,结合水文地质参数,对灌区地下水可开采量进行分析计算,并结合地下水现状开采情况,对灌区地下水开采潜力进行评价,为灌区的地下水的合理开发和可持续利用提供科学依据。     

银川平原浅层地下水资源和水盐调控研究

在阐述银川平原浅层地下水形成分布规律性的基础,首次在该地区采用三维地下水有限差分模型计算了地下水资源量、补排组构和可利用量。论证和提出用有害盐量取代以往惯用全盐量评价盐害和计算排引比的传统做法,通过水盐均衡计算指出30多年来灌区——直处在脱盐状态。论证和提出了银北灌区各类水量的宏观调控意见,动态模拟计算了不同规划水平年引、排水9套方案,提出了不同地区和采用不同方案引用黄河水量和开发利用地下水量的意见。     

华北平原1951年至2006年风速变化特征分析

利用线性拟合、小波分析、Mann-Kendall方法对华北平原104个测站空间平均的近56年来的逐日风速资料进行了倾向、周期、突变等特性分析.研究结果表明:1951年～2006年间,华北平原风速呈减小趋势,变化率约为-0.016m/(s·a),四个季节中冬季风速降低趋势最为明显,递减率也最大-0.022m/(s·a),而夏季风速递减趋势最不明显.风速的长期变化还具有一定的突变性,年平均风速在1980年前后出现明显的突变点,从各季节平均风速来看,夏、秋季突变出现的时间稍早于春、冬季节,且夏季突变情况较复杂,出现多个突变区域.到90年代时,各季平均风速的M-K统计量UF的平均值都超过或接近0.05显著水平的临界值,表明风速开始显著下降.复值Morlet小波分析的结果显示,风速变化存在1a、8～10a以及15～20a左右的变化周期.     

Understanding Groundwater Salinization in Coastal Aquifers of North China

正Seawater intrusion(SWI)due to groundwater over-exploitation has led to the salinization of fresh groundwater in coastal areas,threatening numerous water supply sources worldwide.With the agricultural,industrial and urbanized development in the coastal regions,it is imperative to understand the major hydrological and chemical processes responsible for improving groundwater quality in the coastal aquifers.