地下水资源系统的动态规划模型

(一) 引言地下水资源系统是一个十分庞大而又复杂的大系统,影响因素甚多。因此,大多通过系统模型,研究和探讨实体系统的特性及变化规律。这种地下水资源系统模型既是一个优化的管理模型,也是一个地下水动态的预报模型。作为管理模型,它能提供在不同地下水埋深条件下,为满足各种约束条件所需的最优地下水开采量;作为预报模型,它可预测不同补给和开采条件下,地下水位的变化,以指导地下水资源系统的运行管理,达到最优开发利用地下水资源的目的。     

山东省汶泗河冲洪积扇地下水开采潜力分析

汶泗河冲洪积扇位于济宁市主北部及安市宁阳县、东平县一带,是由多个小冲洪积扇组合而成的山前倾斜平原,该区地下水资源丰富.浅层孔隙地下水现状开采量为7.15亿m3/a,中深层孔隙水开采量为2.62亿m3/a,岩溶水开采量为1.36亿m3/a.地下水大量开采形成了地下水降落漏斗,引发了地面沉降等不良环境地质问题.利用开采指数法按行政区划对地下水资源进行潜力评价,结果显示汶上县和兖州市为开采潜力中等区,其中汶上县剩余可采资源量为1.22亿m3/a,充州市剩余可采资源量为0.67亿m3/a.     

地下水人工回灌技术综述

我国的地下水人工补给作目前还处于起步阶段.影响地下水工人回灌的条件有水文地质条件、回灌水源和回灌方案的经济可行性.目前国内外大量使用的直接回壅方法主要是地面入渗法和管井注入法.人工回灌水质必须满足一定的要求,主要控制参数为微生物学质量、总无机物量、重金属、难降解有机物及有毒有害物质等.今后的研究重点是:如何结合水文学和水动力学等理论,对地下水人工回灌过程主地下径流产生、径流路径、径流排泄等过程进行理论描述;如何利用水环境微生物等理论了解回灌过程中对地下含水层的影响、对地下水水质的影响.     

陕北能源重化工基地建设中的水资源问题

由于陕北能源重化工基地区内水资源总量少、年际变化大、年内分配不均、气候变化对水资源影响显著等,致使该区地下水位下降和污染严重,水资源供需矛盾突出。究其原因除自然因素外,大规模煤炭资源开采和人类活动的加剧是主要原因。解决水资源问题的方法是：加强监管的条件下,开发与保护并重,首先利用地表水,科学适度利用地下水,尽快引用黄河水。优先保证生态用水,重点解决能源重化工基地用水,限制并削减农业用水。     

全国水资源评价及水利区划系列成果

这项成果包括水资源评价和水利区划两大部分的四个成果报告,即《中国水资源评价》、《中国地下水资源评价》、《全国水资源评价综合报告》和《中国农业水利简明区划》,由水利电力部和地质矿产部共同负责完成。 水资源评价部分,由水电部门完成《中国水资源评价》,地矿部门完成《中国地下水资源评价》,经相互交流,协同提出了《全国水资源评价报告》。地表水资源评价中共选用了2150个水文站、9230个雨量站的降水、蒸发、径流、泥沙等34万站年资料;地下水资源评价,收集分析了3640个井点的1.38万井年的地下水动态观测资料;     

南水北调受水区地下水保护刍议

针对南水北调受水区地下水严重超采现状,综合考虑地下水保护的障碍与难题,采取实证调查及以利益为导向的政策研究方法,提出南水北调受水区地下水管理与保护应当采取综合的对策措施:理顺地下水管理体制,建立健全部门沟通协调的合作机制;结合替代水源建设合理配置水资源,压减开采地下水;结合地下水开采分区管理实行最严格的取水许可,严格控制地下水开采;实行总量控制与地下水位管理相结合,强化地下水动态监测;建立地下水压采激励性水价政策,探索地下水压采生态补偿机制;全面推进节水型社会建设,提高水资源利用效率与效益。     

西北干旱区内陆盆地地下水资源及其勘查方向

水是制约西北干旱区社会经济发展的瓶颈因素。从分析西北内陆盆地水文地质条件入手,利用国土资源大调查项目的最新资料,系统地评价各盆地地下水的补给资源,允许开采资源,总水资源和可利用水资源的数量及地下水资源的开发利用潜力。同时,阐述了加强地下水资源管理的必要性,并以含水层系统理论为指导思想,分盆地论述了未来地下水资源的勘查方向。研究得出,西北干旱区内陆盆地地下水资源丰富,开发利用程度平均只有23．9％,尚具有较大的开采潜力。未来地下水的勘查方向是深层水和沙漠水。     

哲盟西辽河平原区防洪经济普查总结

防洪工程的经济效益一般是指防洪工程可以减免的国民经济损失。它往往要用淹没区经济财产洪灾损失率计算,这就需要对防洪保护区进行经济财产普查和洪灾损失调查。我们在做内蒙古哲盟西辽河平原区防洪规划时,对2个城镇4个旗县及专项工程进行了防洪经济效益普查。     

基于状态空间模型的气候变化与中国粮食安全动态关系研究

粮食安全问题关乎国家的长治久安,2014年中央经济工作会议将"切实保障国家粮食安全"提升为六大经济任务中的首要一项。该文着重探究气候变化对我国粮食安全的动态影响,以稻谷、小麦、玉米3种主要粮食作物产量分别作为研究因变量,从气候变化与要素投入两方面选取指标作为自变量。以1978~2012年的面板数据为样本,通过基于卡尔曼滤波理论的状态空间模型对我国气候变化与粮食安全的动态关系进行了研究之后发现:气候变化、物质要素投入与粮食产量之间存在一种随时间不断变化的长期动态均衡关系,即变参数关系。气温方面,我国主要粮食产区气温普遍升高,气温上升对玉米的负面影响尤其明显;降水方面,稻谷主产区降水减少、玉米主产区降水则呈现增加的情况,结合水利设施考虑,稻谷主产区应注重预防干旱灾害,玉米主产区则要注意预防洪涝的影响;日照方面,全国粮食主产区日照时数减少,给粮食产量带来一定积极影响。气候变化对各种作物的影响不同,总体来看,稻谷、小麦的适应性好于玉米。为了应对气候变化、保障我国粮食安全,该文提出以下参考措施:包括构建气象监测分析预测一体化的决策系统、调整农作物布局和结构、调整激励体系、建立气象灾害保险。     

黄淮海平原地下水危机下的耕地资源可持续利用

研究目的：基于多数据源计算黄淮海平原地下水位平均下降速度,揭示该地区地下水快速下降机理,提出水资源限制下的耕地可持续利用对策。研究方法：根据收集的黄淮海平原266个地下水位下降速度样本点和5个典型城市地下水位长期监测点,由克里格插值得到区域地下水位平均下降速度,并采用空间分析的方法叠加2012年耕地分布图,分析不同地下水下降速度在9个子生态区对应的耕地分布情况。研究结果：1980年以来,黄淮海平原地下水以浅层0.46±0.37 m/年,深层1.14±0.58 m/年的速度下降,成为世界上面积最大的地下水漏斗区。造成地下水快速下降的主要原因是区域粮食增产和一年两熟种植制度下小麦播种面积的增加导致的大面积、高强度的井灌方式。根据地下水资源危机程度,将黄淮海平原划分为休养调整区、强度降低区、生态保护区和潜力提升区4个耕地利用调整区划。研究结论：黄淮海平原高集约高投入的耕地利用方式不可持续,在区域地下水危机的情况下,应降低超采区的耕地利用强度,同时提升潜力区的耕地生产潜力,实现耕地生产、生态质量协同提升,在保障粮食安全和生态安全的前提下实现耕地资源可持续利用。     

基于生态需水约束下辽河平原水稻布局调整

文章根据下辽河平原多年的水文、气象及工、农业等资料,采用旱涝指数与正负距平、彭曼—蒙斯特公式、最小月平均径流量、恢复地下水位年需水量等方法计算,着重对下辽河平原用水结构的变化特征、水田用水时空的变化特征及生态需水的时空变化特征进行研究,同时提出对下辽河平原水稻布局进行合理的调整。结果表明:下辽河平原用水结构以水田用水为主,在平水年与干旱年水田用水挤占生态环境用水最为明显,特别是在干旱年,生态环境用水仅为0.66亿m3,辽阳市、锦州市等生态环境用水为0,无法满足生态需水;下辽河平原生态需水的变化特征为干旱年的生态需水量大于平水年,在不同水文年型中下辽河平原生态需水的恢复量变化特征为干旱年中生态需水的恢复量大于平水年;对该区水稻生产布局做出合理的调整,在平水年水田需削减9.15万hm2/a,干旱年水田需削减10.623万hm2/a,锦州市水田削减量占本市水稻种植面积的比例最大。该研究结果对防止生态环境问题恶化、优化下辽河平原农业种植结构、水资源的可持续发展提供了参考。     

干旱区流域地下水生态调节与监测预警研究

[目的]干旱区流域地下水资源与生态环境具有紧密的响应关系。塔里木河流域是我国典型的干旱荒漠区,研究地下水对生态的调节功能以及对地下水的监测预警,对干旱区流域可持续发展具有重要的作用。[方法]根据流域地下水自动监测系统的长期监测,研究选取塔里木河上游阿拉尔、新渠满,中游英巴扎,下游恰拉、阿拉干共5个断面31眼监测井进行地下水位检测。[结果]监测显示,塔里木河流域上、中游的地下水位良好,下游地下水位较低,生态环境脆弱;地下水位最低值与最高值一般均出现在7~9月,对生态环境具有强烈的影响。[结论]根据对塔里木河流域地下水位的监测预警,为了更加有效地保护塔里木河流域地下水,要处理好流域地下水开发、保护与生产、生态用水之间的关系,提高用水效率,禁止开荒扩大生产,严格管理地下水开采,保护好地下水水质,加大对流域下游的生态输水,逐步恢复下游生态环境。     

淮河流域山东段地下水质量评价

通过调查淮河流域山东段地下水污染现状,参照国家有关标准,采用单项指标评价法和内梅罗指数法,根据地下水区域分布特征和变化规律,并参考水质分析结果,选取了27项水质评价因子,对该区域浅层地下水上层水质、浅层地下水下层水质和深层地下水水质进行评价。评价结果显示:该区域地下水水质总体较差,大部分为Ⅳ类水质。然后对该区域的地下水污染进行评价,根据评价结果,针对该区域的水质问题提出相应的建议和改善水质的措施,为该区域的社会、经济的可持续发展提供科学依据。     

干旱区塔里木河流域地下水资源统筹管理研究

地下水资源是流域水资源的重要组成部分,是干旱区生态环境的命脉。塔里木河流域地下水资源具有典型的"公共池塘资源悲剧"特征,存在地表水与地下水管理分割、统筹协调不足等问题。流域地下水资源开发利用处于相对失控状态,地下水资源的过度开发利用,造成部分地区河道断流、湖泊水位下降,产生了一系列生态环境问题。根据存在的问题,文章分别从完善流域与区域的地下水资源管理法规体系,完善源流与干流地下水资源管理体制,建立地下水库与地表水统筹调度模式,建立流域地下水与地表水资源统筹管理模式等方面提出了管理对策,以期促进塔里木河流域可持续发展。     

内蒙古河套平原盐碱化土壤改良分区特点与对策

[目的]综合区划是进行盐碱地分类改良与利用的基础,对改善生态环境、合理利用土壤资源和支撑农业经济发展具有重要作用。[方法]基于河套平原地貌类型(山地、冲洪积平原、沙漠等),考虑盐碱土形成特点、灌区水利现状及改良方向等,并参考区域内7.2万hm~2耕地(共采集5 399个土壤样品)土壤背景值,根据科学性、适用性、可推广性、可操作性等相关原则进行了河套平原盐碱化土壤综合改良分区和相应改良对策制定。[结果]将河套平原盐碱化土壤改良划分为6个一级区和13个亚区。一级区包括河套倾斜平原灌淤土土壤盐碱化改良区、黄河—引黄总干(二黄河)两河间平地盐碱化土壤改良区、乌加河排水总干沟北侧黄灌盐碱化土壤改良区、河套平原北部狼山南侧洪积冲积平原盐碱化土壤改良区、乌拉山—黄河之间三湖河盐碱化土壤改良区、乌兰布和沙漠东边缘绿洲盐碱化土壤改良区。[结论]将河套平原盐碱地改良治理与利用有机结合,科学划定了分区,并在综合考虑区域水盐平衡基础上,明确了各亚区黄河水和井水配合利用、地下水位调控、改良措施组合的综合改良对策和利用方向,为河套平原盐碱化土壤分区改良提供了依据。     

设施农业对农田排涝模数影响

[目的]研究设施农业发展对农田设计排涝模数的影响。[方法]以天津市西青区一处封闭农田为对象,进行了农田排涝现场观测试验。在现场观测数据的基础上,构建了超渗—蓄满垂向耦合产流模型,用Sobol'法进行参数敏感性分析,甄别出模型的敏感性参数,并将SCE-UA算法与人工率定相结合对模型参数进行率定。利用水量平衡条件、地下水位相对变化量以及土壤含水量变化量对模型的模拟精度进行评价,并与单一超渗产流模型、单一蓄满产流模型进行对比,进一步验证所建模型的适用性。最后针对不同重现期下的设计暴雨,利用耦合产流模型推求产水量,进而给出相应设计排涝模数。[结果]模型各项评价指标的相对误差在20%之内,Nash系数在0.6以上,模拟精度高;与单一超渗模型和蓄满模型相比,有效性分别提高了0.869和0.912,因此所建立的超渗—蓄满垂向耦合模型是合理有效的。在3年、5年、10年和20年一遇的重现期下,设计排涝模数与原排涝模数相比均有所增加,增大幅度分别为16.44%、8.63%、7.50%和3.77%。通过降雨趋势分析,基准期与评价期的降雨没有显著线性变化趋势,相较于降雨,设施农业占比增加对农田设计排涝模数有更大的影响。[结论]在设施农业迅速发展背景下,重新修订农田小区排涝模数是必要的,对有效控制农田洪涝灾害有重要现实意义。     

水资源约束下的黄淮海平原区土地利用结构优化

[目的]黄淮海平原作为中国粮食的主产区,同时该区域水资源短缺问题日益加剧。如何在水资源可承载的条件下,保证粮食安全和经济发展,对黄淮海平原区土地利用结构的优化调整进行探索,具有重要意义。[方法]文章应用多元优化模型及遗传算法,在土地面积、宏观计划约束、粮食产量约束、市场约束等条件下,追求流域水资源平衡,同时保障粮食产量最大化,得到2020年黄淮海平原区土地利用结构优化方案,并通过土地转移矩阵,在2020年土地利用总体规划的约束下,依据2000~2010年土地利用变化路径,预测出2020年最大概率自然演化形成的土地利用结构。[结果]将最优方案与自然演化进行了土地利用结构、用水结构以及粮食产出3个方面对比,最优方案的粮食产量为8464.75万t,总耗水量减少18.56亿m~3,均优于自然演化结果,证明土地利用结构优化方案具有一定的有效性。[结论]黄淮海平原区土地利用结构优化的方向是在满足社会经济发展的情况下,尽量降低高耗水强度的建设用地面积占比,减少水资源匮乏流域的耕地面积,增加水资源较丰富流域的耕地面积,以保障粮食产量,充分利用未利用面积,增加林地、水域等生态用地的面积;优化后的土地利用结构,有效缓解了地下水水位下降的趋势。     

Impacts of changing water inflow distributions on irrigation and farm income along the Drâa River in Morocco

Irrigation water is essential for agriculture in the arid Drâa River basin in Morocco but climate change leads to increasingly unreliable water supply in the area. This article analyzes impacts of changing water inflow distributions on irrigation and farm income extending a conjunctive river basin model toward a stochastic modeling approach. Regional climate scenarios are used to derive a maximum likelihood density estimate of current and future water supplies. Based on these distributions, Monte Carlo simulations are performed to obtain stochastic model results on surface and groundwater irrigation as well as economic indicators for six oases along the river. The probability of farmers to receive revenues below the subsistence level is around 2% under current conditions, but this is likely to rise to rates of 6% to 15% depending on the underlying climate change scenario. The composition of water sources for irrigation will shift to more groundwater use. The river basin model is able to represent complex spatial interactions between oases as well as a partial complementarity between groundwater and surface water irrigation due to salinity management effects. Interestingly, the value of groundwater is not necessarily increasing under future climatic conditions as salinity problems are aggravated with expanded groundwater use.     

下辽河平原区耕地质量演变及障碍因素诊断

目的 为探究2008—2018年下辽河平原区耕地质量演变情况,明确该区域影响耕地质量变化的障碍因素及其分布。方法 文章将2016年耕地质量等级国家标准统一应用于2008年和2018年该区域耕地质量等级评价,采用障碍度模型对2008—2018年该区域耕地质量等级评价指标影响耕地质量的障碍程度进行诊断,依据每个指标障碍度大小排序确定影响耕地质量变化的障碍因素,根据不同区域评价指标障碍程度差异确定的障碍因素进行类型组合形成分区。结果 （1）11年间下辽河平原区耕地质量等级总体呈现上升趋势,以中高等级耕地为主。其中一、二等级耕地面积上升,三至九等级耕地面积出现下降且三等地下降幅度较大,下降的区域主要包括昌图县、台安县、辽中区、辽阳县和灯塔市等地。（2）研究区主要障碍因素类型区以单一指标灌溉能力、有机质、地形部位型障碍因素类型区为主。11年间障碍因素分区整体处于稳定状态,呈现为灌溉能力型障碍因素类型区为主,主要集中在北部和东南部地区、康平县、辽中区、凌海市和黑山县部分地区,障碍因素分区结构呈现由单一重度障碍转变为多种重度障碍并存的趋势。（3）2008—2018年下辽河平原区耕地质量等级上升了0.16等,耕地质量等级保持中高水平,等级上升的区域面积高于下降的区域,灌溉能力指标是影响下辽河流域耕地质量等级变化的主要指标之一,土壤有机质在11年间有所改善但变化较少。（4）单一指标型障碍因素类型区呈现下降趋势,而含有两个重度障碍度指标的面积呈现上升趋势,且障碍因素类型区增多,呈现重度障碍度指标复杂化的趋势。结论 2008—2018年下辽河平原区耕地质量等级总体上升反映了11年间耕地质量保护与提升等政策和措施取得了一定的成效,未来耕地质量保护与提升应该在明确耕地质量等级和主控障碍因素基础上确定更加精准的目标和方向,从而实现耕地质量等级的靶向提升。     

1980—2015年黑龙江水田旱地转换格局及其水资源效应

［目的］通过探讨黑龙江省耕地内部的时空变化规律及耗水净量空间变化趋势,为预测黑龙江省耕地的发展趋势和进一步优化耕地内部结构提供一定的理论基础和依据。［方法］采用GIS分析等地理学分析方法,分析1980—2015年黑龙江省耕地内部水田和旱地变换过程,并结合耕地耗水量计算探讨了黑龙江各县级市耗水量增减变化。［结果］在面积数量变化上,近35年来黑龙江省水田面积总体呈现持续上升的趋势,旱地面积则经历了由增到减的过程。在空间分布变化上,黑龙江省1980—2015年水田和旱地空间变化都经历了由分散到集中的过程,主要变化区域集中于三江平原和松嫩平原。耗水净量方面在三江平原地区一直处于高水平阶段,而松嫩平原地区自2000年后耗水净量增加趋势渐缓。［结论］近20年来,三江平原地区由于水田的急剧扩张致使耗水量急剧增加,水资源日益紧张,松嫩平原发展水田则因为水资源问题受到局限。