土壤盐渍化地区地下水临界深度确定及其水位调控

从不危害作物生长和不引起土壤严重积盐2方面综合考虑,运用基于根群理论的毛管水上升高度法和野外调查统计方法确定了新疆皮墨垦区地下水临界深度;通过GMS构建了该区地下水数值模型,并预测了不同方案下地下水动态变化。结果表明,包气带岩性为粉砂夹黏土地区,地下水临界深度为1.93m;粉砂地区,矿化度小于3g/L时,地下水临界深度为2.4m,而矿化度大于3g/L时,则为2.7m。当垦区南部、北部灌溉量减少至6 000、8 850m3/hm2时,垦区地下水埋深将稳定维持在地下水临界深度以下,土壤盐渍化问题将得到有效控制。

西辽河平原地下水补给植被的临界埋深

许多地区地下水是生态稳定的重要支撑或补充,确定地下水补给地表植被的临界埋深对地下水管理和生态安全至关重要。以西辽河平原为例,主要研究成果如下:①根据地下水补给植被原理划分包气带水分运动结构,描述地下水补给植被的作用机理和物理过程,定义地下水补给植被的临界埋深及相关物理概念。②根据植被根系吸收潜水蒸发的物理机制,地下水面附近由毛管水上升形成的潜水影响层是临界埋深计算的关键。③推导土壤毛管有效孔径计算推理公式,通过构建土壤微结构模型求解推理公式中的孔隙特征参数,解决毛管水最大上升高度的精确计算难题;④结合不同群落植被根系层厚度,形成地下水补给植被的临界埋深计算模型。⑤通过野外调查和观测试验实证,表明计算结果可靠,研究成果在科尔沁草原得到了及时应用。

地下水控制性临界水位及确定方法

地下水位及其变化趋势是衡量地下水资源开发是否合理的重要评判依据,为了充分反映地下水系统的功能属性和水资源管理要求,在辨析地下水控制性临界水位与上限、下限临界水位相关概念的基础上,以维系地下水资源功能、生态功能和地质环境功能可持续为目标,考虑地下水流动系统的整体性和协调性,通过构建多元量化关系模型,由各功能和类型分区单井临界水位划定成果加权得到各管理分区面水位阈值。以地下水开发利用问题较为突出的河北省平原区为研究对象,基于各代表性监测井2001—2013年水位数据构建量化关系模型,地下水控制性临界水位划定结果表明:河北省平原区浅层地下水控制性上限临界埋深阈值为1.93~13.19 m,控制性下限临界埋深阈值为10.94~27.06 m;深层地下水控制性临界埋深阈值为12.15~49.09 m。

松嫩平原大安灌区渠系地下水临界深度的确定

松嫩平原土壤盐碱化地下水临界深度,一直是一个焦点性科学问题,学者们存在不同认识,也是实践中的难题。为了完成大安灌区的设计,文中对该问题进行了分析,分析了不同临界深度概念间的含义差别,确定了合理的灌区地下水临界值和排渍深度值,并应用于大安灌区的设计中,取得良好效果。

防止张掖城市湿地周边地区土壤盐渍化的地下水临界深度确定

针对张掖北郊湿地区土壤盐渍化严重的实际情况,利用经验公式估算法和实测数据分析法研究和确定了张掖湿地区土壤盐渍化地下水临界深度值为2.9 m,并讨论临界深度的确定对于防治土壤盐渍化和湿地周边地区生态保护的意义。

浅地下水埋深微域尺度苏打盐渍土的积盐机理探讨

通过野外定位观测和室内化验,探讨了浅埋地下水环境下苏打盐渍土的积盐机理。结果表明:在35×35m2大小的区域内,相对高差仅60cm,包括盐化草甸土、浅位柱状碱土、白盖苏打碱土和中位柱状碱土4种土壤类型。盐化草甸土分布在相对较低的洼地,几乎没有碱化层;白盖苏打碱土和中位柱状碱土分布在微坡地和高平地。高平地土壤的碱化层出现在15～30cm,碱化度(ESP)70%,微坡地土壤的ESP表层最大达75%。地下水位(初见水位)表现为洼地凸出的三维空间格局,洼地和高平地之间的地下水初见水位差达1m以上,24h后的水位基本保持在同一水平。地下水位在冻结期的变化与冻土的形成和发展有一定相关性。冻结期,部分浅埋地下水进入冻层,导致冻层含水率增加,同期地下水开始缓慢下降。盐化草甸土表层的含水率从冻结前的20%增加到50%(过饱和状态),其增量达到显著性水平(p<0·05);苏打碱土冻结层含水率有一定的变化,但变化程度不显著。冻融期间,苏打碱土表层含盐量迅速增加,其中白盖苏打碱土表层含盐量增量幅度达80%,而盐化草甸土表层的盐分含量变化不显著。

基于生态圈层结构稳定的地下水位计算与调控

干旱区绿洲灌区水资源集中开发使用,改变了地下水潜流场分布,造成了盐渍化和荒漠化并存的生态问题,严重威胁着绿洲的生态安全。以生态圈层结构理论为基础,深化研究潜水影响层概念内涵,构建干旱平原区潜水蒸发概念性模型,以黑河罗城灌区为例,从机理上揭示干旱区荒漠化与盐渍化的地下水埋深条件并进行定量计算与调控,主要成果如下:①描述了造成内陆河干旱区绿洲内部盐渍化和过渡带荒漠化的潜水蒸发运移规律,利用潜水影响层定义了盐渍化与荒漠化地下水临界埋深,并进行了定量计算,得到罗城灌区绿洲内部次生盐渍化的地下水临界埋深为1.3~1.5 m,过渡带荒漠化地下水临界埋深为8~13 m;②讨论了潜水影响层厚度定量公式中关键参数土壤当量孔径和液体表面张力在不同生态问题中的合理取值;③提出一种协同缓解干旱区盐渍化和荒漠化的地下水位调控方案,实现改善灌区内部盐渍化、控制过渡带荒漠化和水资源高效利用等多个目标。

简析浅层地下水降落漏斗区热岛效应及有关概念

采用数据挖掘技术分析出影响地表土层地温的因素依次为日照、地下水埋深、潜水蒸发量、降水入渗补给量等,因而得出了在一定深度范围内地下水位变化对近地表地温影响较大,从而提出了地下水热岛效应的概念。基于突变理论给出了漏斗区地下水热岛效应临界埋深的判据,提出了热岛效应临界埋深及临界面的概念,据此确定了热岛效应临界埋深值,最后给出了地下水热岛效应图。

五家子灌区灌溉对地下水及土壤盐渍化的影响分析

在充分利用已有水文地质和土壤资料的基础上,对五家子灌区工程灌溉影响做了详细分析,给出了北方地区地下水的临界深度,并提出了合理的结论和建议;为灌区合理开发利用提供了科学依据。

合理调控地下水埋深将降雨转化为可利用的水资源

华北平原东部水资源短缺,开发利用地下水包括微咸水和半咸水抗旱灌溉,调控地下水埋深在临界动态,能够增大地下库容,减少潜水蒸发与径流流失,增大降雨入渗,防治渍涝灾害,增强伏雨洗盐,淡化地下咸水,将时空分布不均的天然降雨与地表径流转化为可利用的水资源。依据实测数据推导出雨前地下水埋深、次降雨量与径流深和降雨入渗补给地下水关系的经验公式。

地下水位对干旱区河谷林耗水影响的数值模拟

为研究不同地下水位下的干旱区河谷林水分动态变化、消耗规律及维持河谷林正常生长的临界地下水埋深及其年内变化过程,利用HYDRUS-1D软件建立了河谷区地下水—土壤—植物—大气连续体(GSPAC)水分传输模型,对新疆额尔齐斯河干流河谷林水分动态过程进行模拟分析。结果表明:河谷林实际腾发量随地下水位的降低而减小,维持河谷林正常生长的临界地下水埋深(河谷林各月旬最小耗水比例达到70%时的地下水埋深)随时间变化,河谷林生长期4～10月临界地下水埋深分别为6.2m、4.2m、2.8m、3.5m、9.5m、12.2m和8.3m。

寒旱露天矿区土壤水分运移规律及其生态效应

为了探究寒旱露天煤矿区土壤水分运移规律及其生态效应,以位于蒙东草原的露天煤矿为研究区,开展了长时间段土壤水分观测原位试验。研究结果表明:非冻结期浅层土壤含水率主要受降水影响,冻结期土壤含水率受土壤温度影响明显;50 cm以上土壤饱和渗透系数大于150 cm/d,50 cm以下土壤饱和渗透系数仅为20 cm/d左右,表现为土壤饱和渗透系数随土壤深度的增加呈减小趋势,降水入渗形成的土壤水主要滞留在50 cm以上的植被根系作用层;区内地下水位埋深(>10 m)远超地下水补给植被的临界埋深(3.52 m),植被指数与年降水量呈正相关关系,表明土壤水是维持区内植被需水的最关键水源;冻融期土壤含水率可恢复甚至超过非冻结期的含水率水平,同时特殊的土层结构造成植被根系区的土壤持水性较好,以上2个因素对植被生长具有积极意义。研究结果可为寒旱露天煤矿区的生态环境保护与修复提供借鉴。

土洞形成的机理及起始条件

分析了土洞的形成机理及影响土洞发育的因素,认为超静孔隙水压力或真空吸力使土的结构体(块体)产生剥落,而动水压力则使土的细颗粒产生迁移,两者共同作用,使土洞不断扩大。并推导出土洞形成的起始条件:临界水位降幅、临界地下水流速以及临界抽水涌水量的表达式。

广西武宣土洞发育水动力条件评价

本文分析了武宣土洞发育的地质背景、水动力诱发土洞的过程,在理想条件下,建立了土体渗透破坏形成土洞的管道流机理模型,根据管道流理论,分析得出土洞发育水动力条件表达式。通过自行设计的管道流测试仪装置,进行管道流模拟试验,计算得出研究区土洞发育的临界切应力为21.20 Pa。运用电子扫描电镜技术,测试研究区孔隙等效直径为31.6 nm,计算得出研究区土洞发育的临界水流为0.530 cm/min。对比临界水流和现场监测的实际地下水流,评价土洞发育的可能性。结果表明,目前情况下,地下水流未达到临界值,不具备引起黏土流失形成土洞的水动力条件。

长江某水电站库区HP村浸没问题研究

长江某水电站库区HP村处于长江Ⅰ级阶地平台,地势低平,分布大量耕地和民房,水库蓄水后浸没问题突出.通过研究该岸段水文地质结构及天然地下水流场、土层毛管水上升带高度、耕植层厚度、房屋基础类型、埋深、地基土体天然、饱和状态下力学特性并分析地下水位上升对地基安全影响深度等,综合确定浸没临界地下水埋深标准值;采用有限元法分析预测水库蓄水后稳定、非稳定流地下水回水特征.以此为基础进行浸没判别,确定浸没影响区范围和影响程度,为水库影响区范围界定提供可靠依据.此浸没研究方法和技术成果可供类似工程参考.

恰拉水库周边土壤盐渍化分析及防治措施初探

为探究治理平原水库周边盐渍化问题的措施,以恰拉水库为例,在非饱和土力学理论的基础上,利用ABAQUS有限元软件分别模拟水库完善防渗体系前后坝体坝基的稳定渗流形态,获得了大坝下游的地下水埋藏深度,并将其与地下水临界深度进行对比,以确定土壤盐渍化的范围。结果表明,水库改建前,防渗体系较差,坝后地下水位很高,水库下游土壤盐渍化的范围距大坝2 290m处;水库改建后,完善了坝体坝基的防渗体系,坝后地下水位有所降低,水库下游土壤盐渍化的范围距大坝1 350m处。可见改善水库防渗体系对降低坝后地下水位、减小盐渍化范围的效果明显,可作为防治平原水库周边土壤盐渍化问题的措施。

干旱区平原水库渗流及下游土壤盐渍化分析

为预测平原水库蓄水对下游生态环境的影响,在非饱和土力学理论的基础上,利用ABAQUS有限元软件模拟某大型平原水库蓄水后坝体坝基的稳定渗流形态,得到大坝下游的地下水埋藏深度,对比地下水临界深度,判断是否会出现土壤盐渍化现象。计算结果表明:①水库蓄水水位越高,渗流速度就越快,相应水库下游土壤盐渍化的范围也越广。②水库渗漏补充下游地下水,抬高地下水水位随着时间的推移最终会达到稳定状态,此时由水库蓄水引起的土壤盐渍化的程度和范围都达到极限。根据实际工程监测数据与本文计算结果中相对应部分的对比,证明所采用的方法基本可靠,可为平原水库周边土壤盐渍化的防治提供依据。

王甫洲水利枢纽对老河口市城区浸没影响研究

湖北省老河口市(城区)位于汉江一级阶地上,地面高程一般为88～90m(黄河,下同),局部范围低于88m。汉江平均水位为81.86m。 拟建的王甫洲水利枢纽位于老河口市城区下游3～7km处。工程建成后水库正常蓄水位为86.23m,较之汉江天然江水位升高约4.37m。显然,老河口市城区地下水位必将抬高至86.23m以上。因此,王甫洲水利枢纽的兴建是否对老河口市城区造成浸没,影响程度如何,以及采取何种工程措施来消除或减小浸没的影响,这些问题一直受到建设单位。

伊春市西山水库挡石河经营所浸没分析

采用勘探手段,查明了西山水库库区场地的地貌单元及地层产状,再用地下水位壅高计算方法,对挡石河经营所浸没进行了分析。

湟水流域盐渍土改良中暗管排水技术的应用

湟水流域是我省重要的粮食与蔬菜生产基地,近年来在一些灌区,由于灌溉管理粗放、大水漫灌、渠道渗漏和治河造田不当以及气候,水文地质等综合因素的影响,次生盐渍化日趋严重.据1990年统计,盐碱地面积达7000公顷,占流域内水地面积97400公顷的7.16%.渍、涝、盐碱的危害导致粮食作物大幅度减产,林木、果树死亡,严重地区土地弃耕,地基沉陷,房倒屋塌.