基于生态优先的水资源承载力分源评价及应用--以河北保定平原为例

水资源是保障区域发展的重要因素,是维持生态环境的关键要素。保定平原区作为京津冀地区的重要区域,其水资源承载能力对于区域生态和社会经济发展具有重要意义。本文以生态优先为基本理念,基于不同供水来源与不同用水类型的供给与利用关系,采用定额计算和线性加权目标规划相结合的方法,对保定平原区水资源承载力进行分源评价,并与地方规划相对比,进行了水资源承载力分级。结果表明:在保证生态需水和农业灌溉用水的基础上,保定平原区在持续枯水年条件下城镇生活和工业生产2025年可提供水量为4.63×10^(8)m^(3)、水量缺口0.52×10^(8)m^(3),2030年可提供水量为6.96×10^(8)m^(3)、水量缺口0.56×10^(8)m^(3);持续平水年条件下,城镇生活和工业生产2025年可提供水量为5.81×10^(8)m^(3)、水量盈余0.66×10^(8)m^(3);2030年可提供水量为8.14×10^(8)m^(3)、水量盈余0.62×10^(8)m^(3)。该项研究旨在为保定平原地区发展规划制定提供科学依据。

保定平原区潜水水化学演化特征及成因初探

研究区潜水水质总体较差,主要超标指标和组分为:(NO_3)^-、总硬度、Fe^(2+)、(NO_2)^-、TDS,其次为Cl^-、(SO_4)^(2-)。(NO_3)^-超标点大多出现在城镇居民区、农业生产区及地下水开采区,总硬度的升高主要是由水中Mg^(2+)含量的增加引起的,其含量与水中阴离子组分也有明显的正相关性,矿化度的增加则与水中(SO_4)^(2-)、Na^+的增加密切相关。与本区20世纪70—80年代水质情况对比,现在水质发生了显著的变化,总硬度、TDS、pH值基本上呈上升的趋势,高阳、雄县、安新局部地区矿化度、总硬度的增加显著,而水中各组分的增长幅度依次为:(SO_4)^(2-)>Na^+>(HCO_3)^->Cl^->Mg^(2+)>Ca^(2+),水化学类型由70年代的HCO_3- Ca·Mg(Ca、Mg·Ca)型逐渐复杂多样化,地下水有碱化的趋势。主要从地下水开采方面初步探讨了本区水化学变化的原因。

保定平原区地下水生态水位阈值的探讨

地下水具有重要的生态价值,地下水生态系统中的地下水位、水质和包气带含水率与含盐量的变化驱动着表生生态格局的演变,但目前对各变量的生态阈值研究尚处于起步阶段,理论与方法体系还不完善。以保定平原区为例,采用地下水位及地下水生态环境的历史回归法、GIS法、差分网格计算法等方法,从时空角度分析了地下水位变化的驱动力以及生态效应,在此基础上确定不同水文地质单元的生态水位阈值。研究表明:(1)20世纪50—60年代,研究区依赖于地下水的生态格局基本维持着天然状态;1959—2000年,地下水位持续下降,局部地段出现降落漏斗;2000—2008年,地下水位骤降,降落漏斗迅速扩张,地下水与地表水补排关系发生变异;2008年至今,部分区域地下水位逐渐上升。(2)研究区内山前地带地下水生态水位埋深为10~15 m,拒马河冲洪积扇群与漕河—瀑河冲洪积扇群为5~10 m,唐河—大沙河冲洪积扇群为3~5 m,冲积平原中定州—望都范围为3~5 m,保定市为10~15 m,其余均为5~10 m,冲湖积平原环淀区域小于3 m。(3)以确定的地下水生态水位为标准,初步估算研究区现状地下水位恢复至生态水位的需水量为57.14×10^(8) m^(3)。研究成果对恢复当地地下水生态环境格局有重要意义,对华北平原地下水生态水位的确定也具有借鉴意义。

保定平原地下水均衡要素变化解析

随着南水北调工程的实施及地下水压采工作的落实,华北平原局部地下水位逐步回升,然而地下水均衡要素变化趋势及其对生态环境的影响缺乏系统研究。以华北平原典型区域南水北调受水区保定平原为例,采用水均衡法计算地下水补给项和排泄项,应用因子分析法分析1975—2019年地下水均衡要素变化的原因,根据最优开采系数法计算地下水可采资源量和压采资源量,为研究区地下水资源的开发利用与调控奠定基础。结果表明:近40 a来,保定平原地下水补给量小于排泄量,总体呈负均衡状态,主要发生变化的地下水均衡要素有渠灌入渗、渠系渗漏、井灌回归、河道渗漏、降水入渗和人工开采;人类活动是影响地下水均衡要素变化的主要原因,其贡献率为77.20%;2011—2019年地下水储水量逐渐增多,此时地下水水位埋深增加速率减小、地下水水位降落漏斗面积逐渐减小、白洋淀湿地面积逐步恢复;保定平原地下水资源的最优开采系数为0.64,地下水可开采资源量和压采量的范围分别为8.89×10^(8)~11.35×10^(8) m^(3)/a和2.68×10^(8)~5.14×10^(8) m^(3)/a。研究成果可为相似地区地下水资源和生态环境可持续发展提供科学依据。

保定平原区地下水化学特征及演化

为揭示保定平原地下水水化学特征及演化规律,本文以保定平原为研究对象,对216组地下水样水化学特征进行了分析。综合运用Piper三线图、Gibbs图、相关离子分析等方法,研究了保定平原区深浅层地下水化学组成及水化学类型空间分布特征,识别了水化学形成机制与控制作用,在此基础上分析了水化学演化的成因。结果表明:沿地下水径流方向,浅层地下水与深层地下水主要离子含量呈现明显的递变规律,TDS、Na^(+)、Mg^(2+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、HCO_(3)^(-)含量逐渐升高,K^(+)、Ca^(2+)逐渐降低,地下水优势阳离子Ca^(2+)主导地位逐渐被Na^(+)代替,优势阴离子HCO_(3)^(-)主导地位逐渐向Cl^(-)过渡。地下水化学特征主要受水岩作用、阳离子交替吸附作用以及人类活动共同影响,水岩作用以碳酸盐岩和铝硅酸盐岩共同溶滤作用为主;浅层地下水受人类活动影响较大,影响离子主要为NO-3,集中分布于补给区,除了与农业活动相关外,主要与山前平原岩性颗粒粗,具有较强的渗透性有关。

保定平原区地下水水位变幅带自由孔隙率空间变异研究

科学确定地下水水位变幅带的地学参数是水资源评价与管理中的重要环节。保定平原近40年来强烈开采地下水,水位持续下降形成规模巨大的厚包气带层,南水北调工程通水后,随着河湖生态补水与地下水压采工作的推进,保定平原局部地区地下水水位止跌回升。回补水量与水位变化的定量关系成为超采治理的一个重要科学问题,但水位回升条件下的计算中仍用表示释水过程的给水度参数将造成结果偏差,因此表述水位恢复过程的自由孔隙率参数研究是解决这一问题的重点所在。文章基于保定平原区67个工程地质钻孔采样数据,确定水位变幅带的综合自由孔隙率,通过趋势分析和结果交叉验证方法遴选半变异函数模型,结合普通克里金插值方法对未知点进行无偏最优估计。结果显示:(1)保定平原区水位变幅带综合自由孔隙率的最优半变异函数模型为一阶趋势效应指数模型。数据具有强空间自相关性,主要受变幅带空间位置、地层类型等结构性因素影响。(2)综合自由孔隙率分布表现为西南、西北为高值区,极值可达0.25,数值向中部及东部逐步降低,最小降至0.02。(3)与惯用给水度值进行对比,自由孔隙率值在南北部地区整体升高约0.03,约为惯用给水度的1.2倍。在中部地区降低了约0.06,变为惯用给水度值的一半左右。研究成果对南水北调受水区生态补水与水资源调控具有重要研究价值和借鉴意义。

保定平原南部超采区地下水化学特征研究

了解一个地区的地下水化学特征有助于为该地区地下水资源的可持续性开采提供重要依据。保定平原区大量开采地下水以及地下水环境恶化,对该地区地下水资源的可持续性有着一定的影响。为了解地下水超采对地下水水化学特征的影响,为此2016年在两条典型剖面上采集水化学样品40组,综合运用数理统计分析了地下水水化学特征及成因。结果表明,研究区非漏斗区采样点地下水化学类型主要类型为HCO_(3)-Ca·Mg型和HCO_(3)-Ca·Na型;进入漏斗区后主要地下水水化学类型变为HCO_(3)-Na型和HCO_(3)·SO_(4)-Na型。人类开采活动对地下水的影响强烈,随降落漏斗产生,改变了地下水水化学特征。

基于GMS的保定平原地下水流模拟

在分析保定平原第四系松散沉积层水文地质条件基础上，建立了研究区水文地质概念模型，运用地下水模型软件GMS（Groundwater Modeling System）建立了地下水水流模型。以2010年1～12月作为模拟期，通过地下水流场和典型观测孔的拟合对模型进行了识别，并以2011年1～12月及2012年7月至2013年12月地下水流场和典型观测孔动态对模型进行了验证，效果良好。利用所建立的模型，对未来两种设计开采方案下的地下水动态变化进行了预测。

保定平原地下水水化学特征及水质评价

自2014年水利部组织实施华北地下水超采综合治理工作以来,保定平原地下水位逐步回升,然而地下水化学要素及质量变化缺乏系统研究。以2014~2022年采集的217组保定平原浅层地下水样品为研究对象,运用数理统计分析、Piper三线图、Gibbs图及离子比例系数等方法,分析了地下水水化学特征、空间分布规律及主要控制因素,采用内梅罗指数法和模糊综合评价法对地下水质量进行了评估。结果表明:①研究区地下水中阴离子以HCO_(3)^(-)为主,阳离子在山前冲洪积平原区(Ⅰ区)主要为Ca^(2+)、Mg^(2+),冲积平原区(Ⅱ区)主要为Ca^(2+)、Na^(+),自西部山前到东部平原地下水化学类型由HCO_(3)-Ca·Mg型渐变为HCO_(3)-Na·Ca·Mg型或HCO_(3)-Na·Mg型。②研究区地下水中Na^(+)、Mg^(2+)、HCO_(3)^(-)浓度多年间较为稳定,Ca^(2+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、TDS浓度在2014~2021年波动下降,2021~2022年明显上升,水化学成分主要受岩石风化、溶滤作用和阳离子交替吸附作用影响。③内梅罗指数法和模糊综合评价法评价结果显示,Ⅲ类及以上样品占比分别为73.73%和97.24%,说明多年来该区域地下水质量较为稳定。研究成果可为该地区地下水资源的可持续利用提供科学依据。

保定市平原区地下水水质特征

为了掌握保定市平原区地下水水质现状和变化趋势,对保定市整个平原区浅层和深层地下水进行了采样和分析,评价指标共20项,包括总硬度、溶解性总固体和pH等8项常规指标,"三氮"指标,六价铬等9项重金属指标。依据《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)研究了保定市平原区地下水组分的超标情况,并根据地下水质量标准(GB/T 14848-93)采用内梅罗指数法进行了综合评价。研究结果表明,保定市平原区地下水水质总体相对较好,但浅层地下水除了汞、镉、六价铬、铜和锌5项指标未超标,其他指标均有超标现象,深层地下水中六价铬、pH值、锰、碘化物、氟化物超标。深层地下水水质仍然优于浅层地下水,但是六价铬超标问题值得注意。保定平原区地下水水质受天然因素和人为因素共同影响,地下水水质改善应注意天然因素的特殊作用。

保定市平原区浅层地下水超采区现状及治理对策探析

保定市位于河北省中西部,水资源短缺,地下水是该市主要供水水源,由于长期大量超采地下水,造成地下水位持续下降,引起一系列环境地质问题。通过对保定市平原区地下水开发利用现状、超采区面积和地下水超采引起问题的调查分析,保定市平原区现有超采区面积11 144 km^2,其中严重超采区面积938 km^2,年超采地下水9亿m^3。针对超采问题,对地下水超采区的治理提出相应的治理对策,加强地下水资源管理保护,为全市落实最严格水资源管理制度,控制地下水超采,有效管理和保护地下水资源提供科学合理支撑。

保定市平原区地下水位变化规律及影响因素分析

基于保定市平原区地下水位、降水量、开采量等资料,采用Mann-Kendall趋势法和数值分析法分析地下水位年际及年内的变化规律,并运用灰色关联分析法研究降水量、开采量与地下水位变化的关联程度。结果显示1975~2010年研究区地下水位总体为下降态势,且降落速率持续加快;年内地下水位呈波动变化。通过灰色关联分析法计算得出,年际地下水位变化与开采量的关联度大于与降水量的关联度,同样年内地下水位变化与开采量的关联度也大于与降水量的关联度,说明研究区年际、年内地下水位变化的主导影响因素是开采量。

保定东部平原区夏玉米田土壤氮磷时空分布规律

为研究保定东部平原区夏玉米种植农田农业面源污染情况,于2016年夏玉米种植期分别在定位试验场及保定东部平原区进行了取土试验,探索了2 m土层内土壤氮磷含量及时空分布规律。结果表明:农民传统田间管理下,土壤硝态氮垂直方向上随土层深度呈"S"型分布,空间上表土层硝态氮东部低西部高,南部低北部高,心土层与底土层硝态氮在研究区中部出现局部高点,底土层硝态氮东部低西部高;土壤铵态氮垂直方向上分布均匀,大致都稳定在0.6 mg/kg左右,空间上表土层铵态氮变化较为明显,心土层及底土层变化幅度较小,极差小于3 mg/kg。同时,心土层与底土层铵态氮均呈现东部高西部低,南部高北部低的趋势;土壤有效磷垂直方向上随深度的增加先减小再增加最后减小,空间上表土层有效磷含量降幅最大且变化较为明显,极差为32.66 mg/kg,表土层有效磷南部低北部高,心土层与底土层均呈现东部高西部低的趋势,而南北部具有差异性。因此,根据该区域农业面源的时空动态变化,统筹考虑夏玉米生育期各土层氮磷含量合理施肥,将对该区域减少面源污染以及生态建设具有重要现实意义。

保定市地下水压采效果综合评价

保定市平原区由于大规模超采地下水,引发了诸如地下水降落漏斗、地面沉降等环境地质问题。2014年起,水利部组织实施华北地下水超采综合治理工作。在此基础上,有必要针对地下水压采效果进行客观有效的评价,以支撑地下水保护工作的推进与完善。以保定市平原区为研究对象,从地下水供水结构、水位变化、水资源角度出发,对压采效果进行评价。评价结果表明,保定市区、顺平县和易县压采效果差,因为上述区域水位减幅和超采变化率较低,工业地下水供水占比依然较高。满城县和高阳县的压采效果等级为良好,该区水位恢复的各项指标和水资源开发利用程度指标有较高得分;其次该区的居民、农业、工业的地下水供水占比较低。总体来讲,本次建立的指标体系反映地下水压采效果,为保定市平原区进一步保护地下水资源提供了科学依据,为地下水压采考核工作提供技术支撑和借鉴。

不同树种人工林对土壤性状的影响

[目的]探究保定东部平原不同树种人工林对其土壤性状的影响。[方法]以侧柏、油松、桧柏、白皮松、华山松、银杏、国槐、黄栌和楸树9种典型林分类型为研究对象,通过野外取样,室内指标测定,采用单因素方差分析和Pearson分析,研究不同林分类型土壤性状特征。[结果]不同林分类型土壤pH在7.69~8.58,整体偏弱碱性,均随土壤深度的增加而增大;土壤养分指标处于中下级水平,不同林分类型的土壤全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、含水量(WC)、有机质(SOM)含量均随土壤深度的增加而减少。9种林分类型各土层间差异明显,土壤pH和TK含量表现为弱变异性,表层SOM含量变异性较强,深层土壤SOM含量变异性较弱,土壤WC、TN、TP含量在各层土壤中均为中等变异。土壤性状中除TK含量与林分类型不存在明显差异外,其他指标含量均与植被类型存在显著差异(P<0.05)。土壤性状间相关性较为普遍,土壤WC、TN含量和SOM含量积累高度同步,土壤TP和TK含量存在正显著相关关系。[结论]明确了保定东部平原不同树种人工林的土壤理化指标现状和土壤养分间的相关性关系,可为研究区植被长效可持续发展及生态建设提供数据参考。

Stability Comparison of Forest Species Planted in Mosian Plain Aquifer in Ilam Province, Iran

Unsystematic selection and planting of tree seedlings in road borders, forest regeneration, development of parks and green spaces which are incompatible with the given climate zone, is a kind of interference and violation of ecosystem privacy. Therefore, the stability and persistence of species in the forest protection is important for planners of natural resources. Field station of spreading Dehloran aquifer is one of the major forestations in Ilam province. It aimed of protecting the soil and underground water table feeding in hot dry plains of Mosian, which have been planted with native and non-native species. In the present article 100 trees of each species were planted during the years 1998 and 1999 in the station, such as Ziziphus spina-christi, Prosopis juliflora, Eucalyptus camaldulensis and Acacia sp. They were randomly selected and information about this species measured and recorded annually has been used. Finally the data has been analysis; by comparison test to compare the growth and persistence. Results indicate that despite high average in height growth （85.4 cm/year） and relatively large diameter growth （2.43 cm/year）, non-native species of Eucalyptus are not in good condition in terms of viability （36.2 percent） and freshness. On the contrary, the native species of Ziziphus with relatively low in average height and diameter growth （22.64 and 2.28 cm/year respectively） represent a better index of viability （65.4 percent） and freshness.