黄河下游典型悬河段地表水-地下水对湿地形成条件影响

对比分析黄河下游径流及河道变迁特征、不同时期地下水流场特征,结合遥感解译手段解析地下水和地表水对沿黄湿地条件的影响,为该区湿地生态修复提供理论依据。结果表明:(1)黄河下游典型悬河段人工湿地面积增幅较多,自然湿地仍呈萎缩趋势,滩涂湿地破碎度上升,生态环境稳定性较差。(2)地表水流量和水位整体呈现逐年降低的趋势,且河道的游荡摆动依然明显,直接影响了河流滩涂湿地面积及其稳定性。(3)研究区浅层地下水位十余年最大下降5 m、二十余年最大下降9 m。浅层地下水的持续下降导致北岸堤外湿地面积减少;南岸堤外因引黄水和退水侧渗形成新的背河洼地,湿地面积呈增长趋势,生态环境稳定性相对较好。地表水和地下水连通性较好,较低的地下水位将会削弱河道径流的作用,对沿黄湿地整体发展不利。(4)减少地下水的开采,确保引黄水量充足,对黄河大堤外背河洼地部位湿地的发展有利。

河床地形起伏变化对地表水-地下水-湿地水交互过程的影响研究

地表水动力条件变化及河床沉积物岩性空间差异造成河床地形在空间上起伏变化是水沙界面压力空间分布的主要影响因素,影响地表水-地下水、地下水-傍河湿地水交互过程。为研究河床地形起伏变化对地表水-地下水-湿地水交互过程的影响机理,在黄河下游开封柳园口设置研究断面,统计分析河床地形起伏变化特征数据,建立半理想化地下水流数值模型,分析地表水-地下水-湿地水相互作用过程。结果表明:(1)与平整河床相比,河流横断面河床地形空间起伏变化可增大地表水-地下水转换量及地下水-湿地水转化量;(2)河床地形空间起伏变化使河床下伏含水层发育不同级次的地下水流系统,改变了地下水流路径及其径流时间,与平整河床地形相比,河流横断面河床地形起伏变化使得河流下伏含水层地下水流路径复杂化,近河床界面的浅部含水层不同位置发育有滞留区,且随着河床地形起伏程度越大,湿地侧河床下伏含水层及湿地附近含水层地下水年龄增大。研究结果可为黄河下游悬河段地表水-地下水-湿地协同保护提供理论依据。

黑河干流浅层地下水与地表水相互转化的水化学特征

通过分析黑河干流地表水与地下水的水化学特征,识别沿黑河干流不同地带地下水与地表水的相互转化关系。研究结果表明:(1)在祁连山区,地下水与地表水的转化以地下水向河流排泄为主。(2)南部盆地,在山前戈壁带,出山河水入渗转化为地下水;溢出带地下水以泉的形式转化为地表水;进入细土平原后,汛期河水补给地下水,非汛期地下水补给河水;在农灌区引河水通过田间入渗补给地下水。(3)北部盆地,在金塔灌区,地下水主要接受引水灌溉入渗补给;在金塔灌区到额济纳旗,河流入渗转化为地下水。

地表水与地下水相互作用的温度示踪与模拟研究进展

刻画地表水与地下水的相互作用过程及精确计算二者的交换量始终是个挑战,而新兴的温度示踪方法对于这方面的研究具有独特优势。重点介绍了地表水与地下水相互作用的温度示踪方法原理、应用及相关模拟的研究进展。温度示踪方法的数据获取成本低且温度适宜密集与连续监测,可对地表水与地下水相互作用过程进行精细刻画;在进行地表水与地下水相互作用的水-热耦合模拟时,温度数据可用于进一步校正模型,降低模型的不确定性,以提高交换量的计算精度。监测河水温度和河床沉积物内的水温,运用温度示踪方法研究河水与地下水的相互作用过程,并将水流及热运移数值模型相耦合,利用多源数据进行模型校正,可精细刻画地表水与地下水的交换量、相互作用带内的水流途径、流速及其变化趋势和控制因素,为地表水与地下水相互作用研究提供新的模型与方法。

应用^(222)Rn研究黑河流域地表水与地下水转换关系

黑河流域位于西北干旱区,流域水资源的一个显著特点是地表水与地下水的相互转换频繁。了解流域地表水与地下水的相互转换关系是进行流域水资源管理和水利规划的重要依据。222Rn是一种放射性惰性气体,地下水中222Rn的浓度远大于地表水222Rn的浓度,同时,222Rn具有较短的半衰期,因此222Rn是一种研究地表水与地下水转换关系非常良好的示踪剂。利用222Rn作为同位素示踪剂,研究分析了黑河中游地表水与地下水的转换关系。研究结果表明,出山口莺落峡至张掖黑河大桥河段,地表水入渗补给地下水;张掖大桥以下至正义峡河段,地下水排泄补给河流。

黑河流域地表水与地下水转换关系的几点质疑

张掖、高台和临泽沿着黑河一带泉水总量在（10～13）×10^8m^3／a之间，泉水对张掖地区的农业生长、生态环境、工业和人民生活极为重要，近年来虽然泉水量在减少，但基本保持稳定状态。对于泉水的补给来源基本被认为是由黑河等地表径流转换而来的，认为河流在山区排泄地下径流，进入山前平原以后，变成河水补给地下水，而在适当条件下地下水以泉的形式溢出地面，因此构成地表水与地下水相互转化的复杂过程。很多人认为这种过程是水循环的一个组成部分，其表现形式为河水渗漏-溢出-再渗漏-再溢出等，是一种反复转化过程，并称此过程为水资源相互转化多巡回性。笔者结合同位素分析对这种地表水-地下水-泉水-地下水-泉水的多次转换模式产生一定质疑。

地表水转换地下水工程管理信息系统设计与实现

地下水超采的情况日益严重,导致引发了一系列生态环境问题,如何科学、合理的评价与保护、使用与开发地下水资源变得至关重要。因此,结合海绵城市建设和水生态文明建设组织实施地表水转换地下水补源系列工程,通过研究地下水水流和溶质运移、地下水位动态、补源水质对地下水水质影响等,科学评价地表水转换地下水工程实施效果。通过地表水转地下水工程管理信息系统的开发,说明地下水评价所需资料的范围、来源,阐述了系统的架构和功能,并对该系统发挥的对地下水资源管理的支撑作用进行了展望。

濉河符离集段地表水污染与傍河浅层地下水相互关系的研究

本文通过对濉河符离集段地表水与傍河浅层地下水的水位、水质进行同步观测,采用相关分析的方法,对濉河符离集段地表水与傍河浅层地下水的水位、水质相互关系进行了分析。结果表明,地表水与地下水水位高度相关,傍河地下水水位与离河距离、河水水位关系表达式为:z=-5.9254-0.0003x+1.2110y,地表水与地下水水质的C l-离子、NH3-N相关性良好。可见濉河地表水污染对傍河浅层地下水污染有着积极的影响。

疏勒河干流地表水与地下水水化学特征及相互转化关系

文章在分析疏勒河干流地表水与地下水水化学特征的基础上,识别了疏勒河干流不同地带地表水与地下水的补排关系。分析结果认为:(1)祁连山区,地下水与地表水的转化以地下水向河流排泄为主;(2)南盆地,在山前洪积扇出山河水入渗转化为地下水;溢出带地下水以泉的形式转化为地表水;在农灌区引河水通过田间入渗补给地下水;(3)北盆地双塔灌区,地下水主要接受引水灌溉入渗补给,沿途蒸发排泄并向地势低洼地带排泄。

西苕溪流域地表水与地下水相互作用特征!

为探寻西苕溪地表、地下水体的来源和补排关系,对西苕溪流域丰水期和平水期的地表、地下水进行了氢氧同位素(δD和δ18O)组成分析,并结合水体的水化学参数,推断其来源和补排关系。结果表明:西苕溪流域地表、地下水体主要接受降雨补给,在上游山区中的泉水运移过程较为缓慢,上游地表水与地下水补排关系不明显;中游丘陵地区地表、地下水体相互联系紧密,具体补排关系为3号、4号、6号样点处地表水接受地下水补给,其余样点处为地表水补给地下水;下游农田密集区地下水接受河水补给较少。

地表水与地下水相互作用带中氮素污染物的反应迁移机理及模型研究进展

在地表水-地下水作用带内,水流途径、流速、滞留时间的差异及地表水-地下水的交换量从不同方面控制着氮素污染物的反应迁移过程,并影响污染物在地表水与地下水间的通量。因此,精细刻画地表水-地下水作用带内的水流模式是研究氮素污染物反应迁移及归宿的关键问题。受含水介质异质性、水流模式的复杂性及其与地球化学和生物地球化学过程的耦合作用影响,地表水-地下水作用带内氮素污染物的反应迁移和归宿极为复杂,研究十分困难。水流和污染物反应迁移耦合模型可将地下水流、污染物的物理迁移过程及其地球化学和生物化学过程有机整合在一起,能更好地揭示氮素污染物反应迁移的过程和机理,预测其发展趋势,可为研究地表水-地下水作用带内氮素污染物的反应迁移和归宿提供有力工具。

氡(^(222)Rn)在地下水-地表水相互作用中的应用研究进展

地下水地表水相互作用是水资源管理和地表水生态系统保护中重要的一个环节,氡同位素(^(222)Rn)由于其在地下水与地表水中含量差异显著、性质保守、检测难度低,广泛运用于地下水地表水相互作用的研究当中。本文通过总结分析^(222)Rn在不同地表水体(海水、河水、湖水等)中的应用,指出刻画地下水氡浓度的异质性是估算地下水排泄的重点和难点。在估算海底地下水排泄(SGD)时,氡的混合损失项估算不确定、海水氡浓度时空变异性、SGD的多组分特征等可能给估算结果带来较大不确定性;在估算河流地下水排泄时难以确定氡的大气逃逸量;研究人员对氡在示踪地表水补给地下水方面的研究程度相对不足。本文从科学研究和实际生产方面,对^(222)Rn的研究应用提出以下潜在方向:(1)降低地下水氡空间变异性对估算地下水排泄量的影响;(2)针对不同水体、不同水文条件,准确刻画氡的大气逃逸量;(3)拓展^(222)Rn示踪能够解决的科学问题;(4)将氡质量平衡模型计算与不确定分析相结合,实现软件化。

分布式光纤测温技术在黑河中游地表水与地下水转换研究中的应用

本研究首次应用分布式光纤测温技术,监测张掖市临泽县平川段的黑河河床表面温度与河水温度,确定了该时段黑河中游湿地临泽平川段的地表水地下水转换情况。分布式光纤测温系统温度分辨率为0.01℃,采样间距为0.25m,时间间隔为4min。通过对全长550m的河床表面温度与河水温度连续监测,分析该区段温度场动态,发现试验区河段河流受地下水补给,有地下水溢出带。通过河床表面温度与河水温度、环境温度的对比,清楚反映了该河段温度异常带的分布与变化规律,明确了地下水溢出带的位置与地下水溢出强度。

水平衡模型在地下水-地表水相互作用研究中的应用

为更好地了解水平衡模型的应用,笔者分析了水平衡模型的原理,利用河流段流量、地下水流量、溶质浓度和同位素比率的测量值,研究地下水-地表水相互作用。通过选取某河流段作为研究区域,对河流段的流入量、流出量、溶质浓度和同位素比率进行了测量,并采用水平衡模型对模型流入量、模型流出量和模型净平衡进行了分析。结果表明,研究的河流段存在失水情况,通过质量和溶质平衡法可量化模型中的失水率。水平衡模型可作为水资源评价的工具,通过确定河流失水机制来增强水资源的有效利用。

地表水与地下水相互作用研究进展

指出了地表水与地下水存在着紧密的联系,两者的相互作用模式和转换规律是水文学以及水文地质学长期研究的重点问题之一。收集并整理了现有的最新成果资料,总结出地表水与地下水相互作用的研究方法,提出了地表水—地下水耦合模型的校正关键点在于获取非模型本身的信息;对地表水与地下水交互界面的确定和提高地表水—地下水耦合模型的精确度两大方面研究工作分别作出了展望,并给出了可行的解决方案:提高研究对象实时资料观测与反馈效率,建立实体与模型同步调度机制,即时优化仿真模型,实现可视化交互界面;针对不同研究尺度的区域实际情况,采用多种模型相互结合,不断完善耦合度,提高耦合模型精确性。

地下水与地表水相互作用的识别和量化方法研究

结合国内外研究现状,将地下水与地表水相互作用的识别和量化方法归纳总结为直接测量法、调查分析法、模拟计算法和环境示踪法4类,并对各类方法的优缺点和适用范围进行了比较,最后对其未来发展趋势作出了展望。

基于CiteSpace的地表水-地下水相互作用研究文献分析

为分析地表水-地下水相互作用研究的现状和趋势,挖掘知识基础与研究热点,基于1985—2020年Web of Science(WoS)数据源,利用CiteSpace软件对检索的文献进行分析,梳理地表水-地下水相互作用领域的研究成果。结果表明:该领域发文数量分为缓慢增长、波动增长、稳定增长3个阶段,引文量逐年上升,反映该领域越来越受到研究学者的关注;地表水-地下水相互作用研究涉及多门学科,为研究提供了广泛的思路和手段。Journal of Hydrology、Environmental Earth Science、Hydrological Processes在该领域载文数量排名前3;研究力量主要分布在美国、中国和澳大利亚等;发文作者多且分散,在研究时段内发文数量最多的作者是Chunmiao Zheng(郑春苗)教授;中国科学院、美国地质调查局和澳大利亚弗林德斯大学等机构影响力较大。该领域研究的发展趋势为:较单一的地下水研究→地表水-地下水相互作用研究→陆地-水域生态系统的水体交互作用对各因素的响应研究。研究热点为:热追踪定量探究地表水-地下水交互的作用与强度;研发或改进数值模型对作用界面及不同研究对象水体交互作用进行模拟;探究水循环驱动下地表水-地下水交互作用对人类活动及气候系统等的生物学、物理学和化学过程的响应。未来将注重地表水-地下水交互作用的多尺度多学科交叉研究,增强团队间合作交流。

基于水文集成模型ParFlow的黑河流域下游地下水-地表水相互作用模拟研究

地下水-地表水相互作用是水文循环过程中的重要环节,研究地下水-地表水相互作用的机理过程及其对环境变化的响应对流域生态环境和可持续发展具有重要意义。利用基于三维物理过程的开源、大规模并行模拟计算软件ParFlow求解紧密耦合的地下水和地表水偏微分方程组,建立流域水文集成模型,从而精确解译土壤水分运移的动力学机制,最终实现定量化表征高时空分辨率的地下水-地表水文循环过程。以黑河流域下游巴牙吉呼(Bajajihu,BJH)地区为研究区,建立二维剖面尺度的地下水-地表水耦合模型,先将数值模拟结果与观测数据进行对比,验证了水文集成模型的准确性,进而分析了降水、蒸散发驱动下的水文响应。结果表明:ParFlow模型模拟的土壤水分与观测值相比,Pearson相关系数(R)大于0.93,均方根误差(RMSD)小于0.007。该研究结果可为利用水文集成模型模拟流域水文循环过程提供借鉴。

基于SWAT-MODFLOW耦合模型的巴音河中游泽令沟盆地地表水-地下水转换关系研究

为准确刻画资料缺乏、地表水–地下水转换频繁的泽令沟盆地地表水-地下水不同时空尺度上的转换关系,利用河道径流数据、遥感蒸散发数据、地下水位观测数据等对SWAT-MODFLOW耦合模型进行率定和验证,在此基础上对泽令沟盆地水循环过程进行模拟分析。结果显示:(1)SWAT-MODFLOW耦合模型模拟效果较好,率定期和验证期月径流量的R~2≥0.73,NSE≥0.67,PBIAS在-20%~20%。其各子流域实际蒸散发的R~2均大于0.91,NSE均大于0.85,PBIAS在-10%~10%。此外,模拟地下水位与实测值误差在0.6 m以内,R~2为0.94。(2)地表水补给地下水的河道占整个河道长度90.31%,年平均补给量占年总交换水量的50.20%;季节尺度上,补给的最大值出现在7月,为331043.31 m~3/d,最小值出现在12月份,为41208.33 m~3/d。地下水对地表水的补给量较为稳定,季节性变幅在-2.5%~2.5%,年际变幅处于-6.5%~0.6%之间。

地表水-地下水的交错带及其生态功能

地表水与地下水的相互作用在全球水循环中发挥着重要的作用,交错带是地表水-地下水相互作用的重要桥梁和纽带,并成为生态水文学这一新的研究领域的前沿课题。地表水-地下水的交错带是地表水与地下水的混合区域,该区域内生物地球化学活动强烈。地表水-地下水的交错带主要受自然因素和人为因素的影响。交错带内常发生物理作用、化学作用和生物作用过程,并影响交错带中水分的运动过程、溶质迁移过程和生物活动过程。交错带在水生生态系统中具有重要的功能,主要体现在缓冲作用、提供生物栖息地、提供食物、提供残留物种的保护区。交错带过程的模拟、观测方法和交错带内的生物地球化学过程和示踪以及交错带的生态功能值得进一步关注和深入研究。