塔里木河流域土地利用及人类活动强度的时空演化特征研究

[研究目的]人类活动引起的土地利用/覆被变化是全球环境变化的重要组成部分,旱区土地利用对区域水文和生态的影响尤为显著,探究土地利用变化及其对人类活动的响应对西北干旱内陆生态与资源环境可持续发展具有重要意义。[研究方法]基于1980-2018年间共5期遥感影像,结合土地利用动态度、土地利用转移矩阵和人类活动强度指数分析塔里木河流域各水资源分区土地利用变化特征。[研究结果]近40年中,塔里木河流域耕地、建设用地和林地面积分别增加1.58×10^(4)km^(2)、1.2×10^(3) km^(2)和347 km^(2),而草地、未利用地和水域面积分别减少1.33×10^(4)km^(2)、0.32×10^(4)km^(2)和815 km^(2)。各水资源分区中塔里木河干流土地利用类型变化最大,其次为渭干河、阿克苏河和喀什噶尔河流域。自2000年以来,塔里木河流域建设用地当量面积和人类活动强度增加相对较快,特别是2000-2010年间呈显著增长趋势。[结论]塔里木河流域各水资源分区的人类活动强度呈显著的空间差异性。社会经济发展和政策的导向性作用是塔里木河流域土地利用变化和人类活动强度的主要影响因素。

南疆地区水资源问题与对策建议

【研究目的】南疆地区是中国重要的能源矿产基地和诸多国家战略的核心区。该区地处干旱区,水资源短缺是制约社会经济发展和生态环境保护修复的主要因素,查明水资源开发利用中的问题,提出针对性的对策建议是实现水资源可持续利用与环境保护的重要保障。【研究方法】通过系统收集分析前人已有成果,从南疆地区的水资源开发利用现状、存在的问题与对策建议3个方面进行论述。【研究结果】南疆地区的水资源主要形成于山区,山区的降水和冰雪融水是河流的主要补给源。河流出山后,地表水与地下水频繁转化,最终以蒸散发的形式消亡于流域下游。南疆地区多年平均水资源451亿m^(3),其中地表水资源量432亿m^(3),地下水资源量268亿m^(3),重复量249亿m^(3)。近年的开发利用量已达327亿m^(3),开发利用程度超过70%,远超过水资源开发利用的警戒线,总体上已处于过度开发状态。南疆地区的地表水水质总体较好,优于Ⅲ类水的地表水占94%。地下水的水质从山前倾斜平原向盆地腹部,浅层地下水水质逐渐变差,由Ⅰ-Ⅲ类转变成Ⅳ-Ⅴ类地下水(高矿化度水),部分地区常规水化学、有机物含量等超标。水资源开发利用中的主要问题有水资源利用效率和效益偏低、水资源不合理开发利用造成土壤盐渍化和沙漠化等环境问题、生态需水量的估算存在较大不确定性以及气候变化对水资源的影响研究不足等。【结论】针对以上问题,应大力发展节水农业及提高咸水的资源化利用程度,统筹上、中、下游的水资源调度,优化水资源在生活、生态、生产之间的配置,加强南疆地区气候变化对水资源的影响研究以及生态需水量研究。

柴达木盆地地下水位上升灾害防治对策

从地下水补径排条件变化入手,分析了格尔木和德令哈水位上升灾害的控制因素。研究结果显示:在灾害年,河川径流量显著增大、平原区降水量有所增加、农田灌溉用水量未有明显变化,同时地下水的径流及排泄条件基本未变;据此综合推断河川径流量的显著增大是地下水位上升成灾的主导因素。进一步分析揭示:致灾根源是青藏高原气候变化带来的河源区降水量剧烈增加。基于变害为利理念,结合当地水资源需求和山前平原区第四系松散含水层系统的蓄水条件和现有水利设施状况,提出了通过构建渠系疏导、地下水库调蓄与水源地截流开采三位一体的水源调控系统,来彻底消除地下水位上升灾害的对策及具体实施措施。

新疆孔雀河流域地下水演化及其生态效应

近50 a,西北干旱内陆河流域经历了历史时期的水土资源过度开发和近期的生态保护修复的不同阶段,对区域地下水和生态环境产生了重要影响,但地下水长期演化规律及其生态效应认识尚不清晰。以新疆孔雀河流域为典型研究区,基于最新地下水监测数据与历史数据对比,分析流域地下水流场时空演化规律以及流域地下水对河岸带胡杨林的影响作用,探讨地下水长期演化的生态效应。结果表明:1971—2021年,孔雀河流域因过量集中开采地下水引起区域地下水流动系统发生根本性变化,地下水水位整体呈下降趋势,流域内累计降幅大于40 m的面积达204.69 km^(2),累计降幅20~40 m的面积为1735.81 km^(2),累计降幅5~20 m的面积为1018.56 km^(2),并形成地下水降落漏斗;生态输水前,中下游河道长时间断流,河岸带地下水水位埋深累计降幅超过10 m,导致河岸带胡杨林退化萎缩,2016年实施生态输水工程以后,埋深逐渐上升2~4 m,上升至胡杨林生长临界水位以上,2014—2018年天然胡杨林植被覆盖率增大17%。本研究有助于认识西北干旱内陆河流域地下水和生态环境演化规律,为类似区域地下水可持续开发利用与生态保护提供科学参考。

延安吴起县地下水中Cr^6＋分布规律及来源探讨

在严重缺水的陕北吴起地区,白垩系地下水中Cr^(6+)严重超标,其为原生地质环境所致,还是石油开采等污染引起,不能确定,直接影响着该区地下水资源的开发利用。通过专项水文地质调查,系统地采集分析了岩(土)、水样及石油样品,总结分析了该区Cr^(6+)的来源与富集规律。研究结果表明,吴起地区地下水中Cr^(6+)主要来源于区内含水层上覆的土层,其白垩系地下水中Cr^(6+)含量受控于地质结构及地下水循环。大气降水在入渗过程中通过水岩作用将土层中Cr元素带入地下水中,在地下水循环过程中受到氧化还原环境影响富集于不同含水系统中,使得地下水中Cr^(6+)不同程度超标。

西北内陆河流域地下水循环特征与地下水资源评价

在系统梳理前人调查研究成果基础上,总结了西北内陆河流域主要的含水层特点,对山区、平原区和沙漠区的地下水循环特点进行了分析,着重对平原区地下水水流系统进行了讨论。由于西北内陆河流域地下水与地表水关系密切,形成了具有密切水力联系的含水层-河流系统,不论是上游开发地表水还是地下水,都会引起整个流域内地下水资源的强烈变化。地下水资源评价表明,西北内陆河流域地下水资源量为783亿m^(3)/a,其中平原区的地下水资源量为487亿m^(3)/a,山区与平原区的地下水资源重复量为199亿m^(3)/a,现状开采量为128亿m^(3)/a。地下水开发潜力分析表明,除柴达木盆地、塔里木盆地南缘等地区外,其他地区的地下水开采潜力有限,应通过提高水资源的利用效率来提高其承载能力。今后应加大(微)咸水资源化、地下水水库的调查研究,加强地下水的生态功能和生态需水量评价,为地下水资源的合理开发利用提供技术支撑。

陕北能源化工基地采煤对地下水资源的影响及对策

陕北能源化工基地侏罗纪煤田是中国煤炭工业战略西移的首选基地,采煤引起的地下水资源及生态环境响应的研究是一个不可逾越的课题。从分析水文地质工程地质条件入手,将煤田区划分为7个水文地质结构类型和5个含水系统,按照排泄基准面进一步将含水系统划分若干地下水流子系统。在经验公式和数值法预测结果的基础上,综合考虑研究区实际,提出了本区能够保障生态、水资源和采煤安全的冒裂带高度为240 m,"三带"安全高度为300 m,并据此将煤采区划分为非导水区、无水导水区、贫水导水区和富水导水区。从水资源的角度提出了"保水采煤"、"煤水共采"和"含水层再造"的煤炭资源开发近期和中远期对策。

同位素水化学指示的新疆孔雀河流域地下水与地表水关系

地下水是孔雀河流域农业灌溉的主要水源之一,其对本地区经济发展的支撑作用日益增强。为实现孔雀河流域水资源合理开发和生态保护,采用环境同位素和水化学方法,研究了孔雀河流域地下水与地表水关系。结果表明:地下水的主要补给来源为河水。含水层成因类型和现代河道分布共同控制着孔雀河流域地下咸淡水的空间分布格局;氢氧稳定同位素对不同水体的相互转化指示作用较强,但难以区别更新世与全新世的地下水;3 H和14 C放射性同位素组分对地下水循环演化及更新能力的指示作用较好,14 C年龄变化特征可以很好指示承压水的运移方向和速率;13 C可作为初步判断地下水类型或年龄的参考指示剂;大量渠系引水灌溉使得潜水接受地表水入渗补给能力增强,更新能力显著提高,但承压水目前的开采利用仍以消耗更新能力差的老水为主。当地应优化调整地下水开发格局,减少流域中游河套内农灌区承压水开采量,加大流域下游微咸水分布区潜水开采利用,降低潜水位,减轻土壤盐渍化,促进水土资源开发的良性循环。

柴达木盆地生态植被的地下水阈值

生态植被的地下水阈值是指植被依赖地下水生长的最大水位埋深和溶解性总固体含量(TDS)。控制地下水开采生态风险的基础是弄清生态植被与地下水的依存关系并给出地下水阈值。文章利用遥感数据集MOD13Q1和水文地质调查获得的实测数据,统计分析了柴达木盆地主要平原区生态植被与潜水的水位埋深、TDS的关系。结果表明:天然植被依赖地下水的阈值是水位埋深为5. 3 m、TDS为7. 5 g/L;埋深> 5. 3 m地带的天然植被基本与地下水无关;埋深<1. 1m是水生植被、湿生植被与湿生耐盐碱植被适宜生长的水位埋深区间;埋深1. 4～3. 5 m是耐盐植被及中生植被与旱生植被适合生长的水位埋深区间; TDS≤1. 5 g/L适宜植被生长,1. 5 g/L <TDS≤5 g/L较适宜植被生长,5 g/L <TDS≤7. 5 g/L基本不适宜植被生长,TDS> 7. 5 g/L不适宜植被生长。

陕北侏罗纪煤田地下水保护对策与开采利用方案研究

矿山开采活动中地下水与生态环境保护是需要综合利用多学科思想与理论解决的难题,仅从采矿工程学角度难以解决根本问题。文中从生态水文地质学的角度,针对陕北采煤安全必须疏排水和陕北能源基地建设亟须水资源支撑的现状,提出了通过充分地利用煤田地下水满足强劲用水需求来保护水资源的对策,并从矿区水文地质结构、地下水循环条件出发,根据矿区植被生态风险区划、采煤影响地下水区划,提出了建立保护矿山水资源的采煤秩序、不同阶段地下水保护与开发利用区划以及矿山掘进过程中保护性开采地下水的水源地布局规划原则与建设方案。

柴达木盆地1:50000尕海镇幅水文地质图数据集

尕海镇幅位于柴达木盆地东北缘的巴音河山前平原,是1:50 000国际标准图幅。其水文地质图是根据中国地质调查局组织编制并即将颁布实施的《水文地质图编制规范(1:50 000)》的基本要求,结合区内发展建设的需求,利用2016年1:50 000水文地质调查最新获取的尕海镇幅钻孔抽水试验成果数据(本次施工以及收集已有钻孔资料共48个钻孔),水化学(61个水样)、同位素(12个同位素样)和土壤易溶盐(55个土样)分析成果数据,地下水位统测成果数据(68个统测点),以及已有资料与成果数据编制而成。编图以地下水系统理论和生态水文地质理论为指导,按地下水系统、水文地质结构、含水岩组及富水性、地下水补给-径流-排泄条件、地下水化学特征、地下水水位埋深与流场、地下水与生态植被关系、地下水开发利用等分类加工处理数据形成水文地质图数据集,使大量的信息在图面上以主图结合镶图的形式主次分明、层次清晰地加以展现,以便为当地水资源开发利用和生态环境保护提供直观易用的地下水资料支撑。

柴达木盆地矿泉水资源前景和开发利用条件

7种矿泉水界限指标测试结果显示,柴达木盆地地下水富含多种对人体健康有益的微量元素。其中,锶含量普遍达到饮用天然矿泉水标准(GB85372018)要求,局部地段的锶、锂与溶解性总固体,或锶与溶解性总固体同时达标;部分锶达标地段的地下水中锂、锌含量虽未达标但量值较高。与国内外已查明的矿泉水水质对比,其具有锶含量高的特点、多项成分达标的稀缺性品质,以及开发锶型矿泉水、含锂锌的锶型矿泉水、锂锶溶解性总固体复合型矿泉水、锶溶解性总固体复合型矿泉水的良好资源前景。从产销条件看,柴达木盆地大部分地区地下水环境受人为干扰少,基本保持着纯净的天然状态,可供选择的开采靶区多,建厂的场地开阔,同时区内丰富的电力能够提供可靠的生产动力、通达四周的铁路和国道方便产品运输。综合评判认为:柴达木盆地具有开发利用天然饮用矿泉水的资源禀赋及环境条件,长期发展有望成为高品质饮用水产业基地。目前,可在大柴旦、乌兰、都兰、德令哈、格尔木等地10处地下水源靶区开展天然饮用矿泉水资源调查评价。

青海省巴音河流域地下水对河流洪水入渗的响应特征研究

为了防止青海省巴音河流域地下水位上升成灾,为合理配置与利用区内水资源提供指导,绘制了地下水位上升幅度分区图、河流径流量及地下水动态曲线图和多年年平均径流量曲线,采用点面结合的方式系统分析了巴音河流域地下水对洪水入渗的响应特征。结果表明:汛期内戈壁滩地下水位明显上升,距离巴音河河道越近,地下水响应越迅速,水位上升幅度越大,最大可以上升10 m以上;距离巴音河河道越远,地下水响应越滞后,水位上升幅度越小。确定了巴音河洪水致灾的流量临界值为4.07×10^(8)m^(3)。最后,提出了减少巴音河洪水的入渗量,增加地下水排泄量,实施节源开流的防治对策。

我国水资源调查技术体系构建初探

深入贯彻落实国家生态文明建设,支撑自然资源部履行“两统一”职责,急需构建我国水资源调查指标体系、技术方法和技术标准。本文在分析形势、需求和存在问题的基础上,结合近年的探索实践,提出新时期水资源调查监测目标任务,即建立适应生态文明建设需要的水资源调查技术标准和指标体系,完善年度调查监测与10年一周期调查评价制度,掌握水资源数量、质量、空间分布与年度变化;围绕水资源调查、监测、评价、区划、数据库与信息服务系统建设、智慧服务、基础设施建设等7个方面任务,分析调查监测技术方法体系存在的短板,提出相应的解决方案,构建水资源调查监测技术体系,制定完善水资源调查生产技术规定和标准体系等工作。

基于水化学和稳定同位素定量评价巴音河流域地表水与地下水转化关系

以分析青海巴音河流域地表水与地下水转化关系为目标,2016年8月,沿巴音河采集了23组地表水样、13组地下水样和9组泉水样,室内分析得到了其对应的主要水化学离子和氘氧稳定同位素数据,运用统计分析、Piper三线图、Gibbs图分析了流域水化学特征;以溶解性总固体(TDS)、氯离子(Cl-)和氧同位素(δ^(18)O)作为示踪剂,定性分析了巴音河沿程地表水与地下水的转化关系;基于质量平衡法,运用δ^(18)O定量计算了巴音河沿程地表水和地下水之间的转化量。研究结果表明:TDS、Cl^-、δ^(18)O可用于定性分析巴音河流域不同河段地表水与地下水之间的转化关系,定量评估其转换强度;巴音河流域地表水和地下水的水化学类型主要为HCO_3·Cl^-Ca·Mg,地下水水化学类型更为多样,地表水受控于岩石风化作用,地下水与泉水受到岩石风化与蒸发作用的影响;地表水与地下水水力联系密切,沿巴音河流向,二者相互转化频繁,上游河段,地下水主要接受地表水渗漏和沿途侧向径流补给,补给比例分别为65.33%、34.67%,至黑石山水库上游,地表水接受上游地下水和溢出泉水的补给,补给比例分别为49.54%、50.46%;中游河段,地下水接受地表水和北部山区侧向径流补给,补给比例分别为65%、35%;下游河段,地表水接受地下水和泉水补给,补给比例分别为53.12%、46.88%。研究结果有助于建立流域水循环模式、揭示水资源形成机制,可以为巴音河流域水资源可持续开发利用和生态环境保护提供理论和技术支持。

新疆喀喇昆仑“龙珠”和“龙甲”的形成奥秘

2020年6月,中印边境地区发生冲突,随着新疆雪域高原戍边英雄光辉事迹的广泛宣传,喀喇昆仑山上解放军戍边战士备受全国人民的牵挂。这里没有山花烂漫,只有满山遍野的石头,记录和述说着戍边战士在这里的过往。在这片荒凉的热土上,每一位边防军人都有着“石头情结”,每块石头背后都承载了他们的故事。

巴音河下游河床渗透系数空间变异性研究

河床垂向渗透系数是研究河流与地下水转化关系和转化强度的重要水文地质参数。选取柴达木盆地巴音河为研究对象,采用水头下降竖管试验法测定了巴音河下游细土平原带38组河床垂向渗透系数,利用传统统计学方法检验分析了其分布规律和空间变异性。结果表明,河床沉积物垂向渗透系数(Kv)在1. 77～15. 56 m/d之间变化,总体呈现正态分布,且沿流程逐渐变小。河中心沉积物的Kv值明显大于河两岸,但其变异系数小于两岸。沉积物的颗粒大小与分布是导致河床沉积物垂向渗透系数变异的关键因素,河流形态与交互带水文过程对河床沉积物Kv的影响也不容忽视。

巴音河河床硬质化对地下水循环模式的影响研究

在西北干旱区,人类活动通过大型水利工程、农业引水灌溉等方式在不同程度上影响和改变着天然状态下的地下水循环模式,并引发一系列的次生灾害。以青海省德令哈市巴音河为例,选取山前冲洪积和冲湖积平原为研究区,利用MODFLOW软件沿河流方向建立地下水流的剖面二维数值模型,划分地下水流系统,分析相同径流量条件下河床硬质化对地下水循环模式的影响作用。结果表明河床硬质化改变了河流对地下水的补给机制,极大地影响了局部地下水流系统,使得地下水位整体下降,溢出带位置下移约800 m,且地下水出现了集中排泄现象。

西北地区水文地质调查与水资源安全

西北地区主体属于干旱-半干旱区,水资源短缺且时空分配不均。以往的水文地质工作围绕城乡生活、工农业和牧业生产用水开展了大量的地下水资源调查评价和科学研究,对供水安全保障发挥了至关重要的作用。随着全球气候变化对水文水资源条件影响的加剧,以及西部大开发形成新格局、黄河流域生态保护与高质量发展等国家战略的实施,西北地区的水资源安全形势发生了显著变化并对供水保障提出了更高的要求。笔者在回顾总结已有工作水文地质进展与成果、梳理西北地区水资源安全面临问题和挑战的基础上,提出了未来水文地质工作应围绕地下水库探测、微咸水资源开发利用、地表水地下水联合调度3大方向加强调查研究,以及基于天然和人类工程活动遗留的地下空间调蓄水资源,从8个方面着力解决问题与应对挑战的总体建议。

青海省德令哈盆地第四系地下水质量评价

地下水质量评价是保护和合理开发利用地下水资源的前提。为准确反映德令哈盆地地下水质量状况,以青海省德令哈盆地第四系地下水的66组水质测试数据为基础,选取12项一般化学指标和4项毒理学指标共16项评价指标,采用基于最差指标判别法和改进的内梅罗指数法相结合的分类组合评价方法对地下水质量进行评价。结果表明:①德令哈盆地第四系地下水质量整体较好。其中,Ⅰ—Ⅲ类地下水采样点数占总采样点数的74.24%,Ⅳ类地下水采样点数占10.61%,Ⅴ类地下水采样点数占15.15%。②德令哈盆地内承压(自流)水质量优于潜水,冲湖积平原区地下水质量优于其他地区。③参评的16项指标中超标率(超Ⅲ类水)大于10%的指标有5种,由高到低依次为硫酸盐、总硬度、钠、溶解性总固体和氯化物。造成本区地下水质量超标的主要因素是地下水中的一般化学指标,三氮和毒理学指标超标较少。④本区地下水质量受原始地质环境和自然环境的控制,受人类活动影响较小。特定的地形地貌、地质构造和沉积环境控制着含水岩组的形成和地下水的循环演化,从而控制着地下水的整体质量;而干旱少雨的气候影响着浅层地下水的质量。