水文与水资源工程专业的发展现状与思考——以新疆农业大学为例

水文与水资源工程是工科类中水利工程下的一个二级学科,该学科具有潜力且发展迅速。新疆农业大学水利与土木工程学院自2010年开设水文与水资源工程本科专业以来,经过几年的建设取得了较大的发展。本文首先对新疆农业大学水文与水资源工程专业近几年的发展现状进行了归纳总结,并结合本科教学的实际情况和学科未来发展形势,对目前存在的一些问题提出了若干建议,包括充分发挥教师的引导作用、加强实践教学环节、培养学生创新实践能力和加大实验基地建设等。

新疆温泉地下水库成库水文地质条件分析

新疆博尔塔拉河流域水资源短缺且时空分配不均,用水过程与来水过程不相匹配,修建地下水库对水资源优化配置具有重要意义。对新疆温泉县地下水库从水文地质条件、水源与水质、储水条件、补水条件、取水条件、生态环境条件等方面进行了全面分析,基本明确了温泉县地下水库“渗得进、存得住、取得出”的建库基本条件。初步讨论了地下水库的回补、取水方式,平均每天需回补量为41.64×10^(4)m^(3),所需渗渠最小面积为11.90×10^(4)m^(2),全年人工回补量为4837×10^(4)m^(3);取水方式采用地下集水廊道自流式取水工程,运用隧洞稳定涌水模型计算出不同含水层厚度下的廊道长度,提出合理的回补工程布置方法,为地下水库建设提供设计依据。

新疆库尔勒市水资源压力评价

评价水资源压力状况对于区域水资源管理有重要意义。根据新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州水资源公报、区域地下水位监测和孔雀河径流量等数据,从水资源数量、水资源经济和水资源生态环境压力3个角度出发,选取6个指标构建水资源综合压力指数,分析库尔勒市2000~2015年的水资源压力状况。结果表明,库尔勒市近16年来水资源综合压力指数为0.260 2~0.745 2,水资源压力长期伴随着经济社会的发展,水资源安全极为脆弱,具有累积性风险。2011年后水资源综合压力指数波动较大,迅速升至0.622 9~0.745 2的高位。随后在最严格水资源管理制度的落实下,压力有所缓解,2015年综合压力指数回落至0.450 9。研究成果可为区域水资源管理提供依据。

新疆三工河流域地下水研究进展

在分析和总结前人研究成果基础上,详细地介绍新疆三工河流域地下水研究的内容与现状,包括地下水特征及状况、地下水可开采量研究、地表水与地下水的转化研究、地下水资源合理开发利用、地下水与工农业及生态环境关系、地下水模型研究进展。提出通过查明水文地质条件,加强地下水污染运移和利用多种模拟软件开展对比研究等对近期三工河流域地下水进行研究。

干旱区绿洲城市地下水超采区综合治理研究——以新疆库尔勒市为例

新疆库尔勒市地下水超采严重,造成区域地下水位持续下降、孔雀河沿岸植被稀疏、局部地下水水质劣化等一系列环境地质问题,严重制约着当地经济的发展和人类的生产生活。针对这一问题,对库尔勒市地下水动态监测数据进行分析,并采用水位动态法、开采系数法、引发问题法等3种不同的方法对超采区进行评价。研究表明,库尔勒市地下水埋深呈逐年增大趋势,2003-2017年地下水位统测点水位下降速率最大达5.33m/a,乡级行政区地下水开采系数最大高达6.18。库尔勒市地下水超采区总面积为819.86km2,其中严重超采区面积为709.98km2,一般超采区面积为109.88km2。同时提出科学合理的地下水压采方案和措施,为库尔勒市水资源的合理利用、干旱区绿洲城市的地下水研究提供指导意义。

新疆36团土壤中五种稀土元素含量特征值研究

为研究新疆生产建设兵团第36团场(以下简称"36团")土壤中的五种稀土元素在不同深度、不同沉积类型及土地利用方式下的含量特征,采集36团浅层土壤样本89个(采样深度为0~20cm),深层土壤样本22个(采样深度为100~200cm)。采集的样本利用ICP-MS和XRF技术,对土壤样本中的铷(Rb)、锆(Zr)、钍(Th)、钪(Sc)、钇(Y)5种稀土元素的含量进行检测。用SPSS软件和Excel软件剔除检测数据异常值。结果表明:(1)浅层与深层土壤中五种稀土元素平均含量均小于中国土壤背景值。浅层土壤中五种稀土元素的平均含量均高于深层土壤中的平均含量。(2)在3种不同沉积物中,Y、Th、Sc三种元素在冲积洪积物中含量较高,Rb、Zr两种元素在冲积物含量较高,3种沉积类型下的变异系数均小于20%。(3)在不同土地利用类型下,Y元素在灌林地中的含量最高,未利用地中含量最低;Th、Sc元素平均含量大小关系为果园林地>旱田>灌林地>未利用地;Rb、Zr元素的平均含量在果园林地中最高,在灌林地中含量最低;4种土地利用类型下元素含量的变异系数均小于20%。总体来看,研究区5种稀土元素含量均在正常范围内,人类活动对研究区内五种稀土元素含量的影响较小,土壤环境较为安全。

新疆潜水蒸发试验研究进展

在新疆平原区,潜水蒸发量约占地下水排泄总量的50%,对新疆潜水蒸发的研究具有重要的理论和现实意义。结合相关的研究成果对北疆和南疆两个区域潜水蒸发的研究方法和进展进行了总结,最后指出了当前大多研究总结还不够充分,部分地区还需考虑降雨入渗对潜水蒸发的影响问题,未来研究还需从宏观多角度方向去拓展新的研究方法,进一步提升对新疆区域潜水蒸发模型的研究的发展趋势。

新疆玛纳斯河流域地下水砷氟分布及共富集成因

砷(As)、氟(F)污染水体及其共存问题是环境领域的热点问题,长期暴露其中对公众的身体健康存在巨大威胁。以新疆玛纳斯河流域为研究区,分析高As、高F地下水的水化学及空间分布特征,结合地质条件、赋存环境和人类活动的影响进一步阐明地下水As和F的来源、迁移与富集的水文地球化学过程。结果表明:研究区地下水整体为弱碱性、还原环境的淡水,地下水As、F质量浓度变化范围分别为1.13~41.35μg·L^(-1)、0.06~8.02 mg·L^(-1),高As、高F地下水水样占总水样的62.9%、45.7%,砷氟共富集占总水样的37.1%。砷氟共富集地下水主要分布在平原区北部靠近沙漠边缘,水化学类型主要为HCO_(3)·Cl型和HCO_(3)·SO_(4)·Cl型。研究区南部山区高As、高F岩层是地下水As、F的原生来源,区域地质构造与水文地质条件是影响地下水砷氟富集的重要因素。玛纳斯河流域高As地下水具有高pH值、低γSO_(4)^(2-)/γCl^(-)比、低Eh等特征,说明弱碱性的还原环境有利于地下水中As富集;高F地下水具有高pH值、高HCO_(3)^(-)、高Na^(+)和低Ca^(2+)等特征,说明高Na^(+)和低Ca^(2+)的碱性环境有利于地下水中F富集。

新疆博尔塔拉河中游地表水与地下水转化关系及原因

新疆博尔塔拉河流域水资源短缺且时空分配不均,定量计算出中游不同河段、不同时段地表水与地下水的转化量,对地下水开采与回补、地表水与地下水优化配置具有重要意义。基于2021年12月1日—2022年11月30日博尔塔拉河中游5个监测断面的逐日测流资料,运用河道径流分析法,结合P-III(Pearson-Ⅲ)型分布频率曲线、各监测断面来水量对比图和水文地质剖面图等对地表水与地下水转化进行了定量分析,并对渗漏河段入渗率与来水量关系进行了拟合。结果表明:(1)5个监测断面中,博乐水文站年来水量最多,查乡大桥监测断面年来水量最少。(2)博尔塔拉河中游2021年12月1日—2022年11月30日来水处于平水年份。(3)博尔塔拉河中游上段,地下水转化补给地表水;中段昆得仑渠首-查乡大桥段地表水大量入渗补给地下水,入渗系数为0.67,入渗率与来水量呈显著负相关关系;下段,地下水再次溢出地表。博尔塔拉河中游河段共经历了3次地表水与地下水转化,总体表现为地下水溢出补给地表水。

新疆民丰县西部绿洲区地下水水质影响因素分析

为掌握新疆民丰县西部绿洲区地下水水化学特征及水质主要影响因素,基于现场井口直接采集的地下水水样,使用现场检测法及实验室测试法相结合得到的24组地下水水样检测数据,运用杜罗夫图研究水化学特征,通过主成分分析法提取水质特征指标,并结合绝对主成分得分-多元线性回归法(APCS-MLR)量化分析地下水水质影响因素。结果表明,研究区地下水整体呈弱碱性微咸水。水中主要阳离子按均值排序依次均为Na^(+)>Ca^(2+)>Mg^(2+)>K^(+),主要阴离子排序分别为SO_(4)^(2-)>Cl^(-)>HCO_(3)^(-)(潜水)与Cl^(-)>SO_(4)^(2-)>HCO_(3)^(-)(承压水),水化学类型以SO_(4)·Cl^(-)Na·Mg型为主;研究区水质特征指标为Na^(+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)、Ca^(2+)、F^(-)、As、溶解性总固体(TDS)和总硬度(TH);地下水水质不仅受到水-岩相互作用与蒸发浓缩作用(自然环境作用),还受农牧业-生活污水(对潜水与承压水的贡献率分别为19.68%与22.14%)的影响。

新疆焉耆盆地平原区地下水溶解性总固体时空演化

为研究新疆焉耆盆地平原区地下水污染现状,2014年在焉耆盆地平原区设置42个采样点,采集42组地下水样本,测定样本中溶解性总固体（total dissolved solids,TDS）及阴阳离子含量,并利用SPSS软件及MAPGIS地理信息系统分析其时空动态。结果表明,1999年与2014年地下水TDS总体存在显著差异性;对地下水中TDS与宏量阴、阳离子组分及p H值之间的关系进行分析,地下水TDS与SO42-、Cl-、K＋＋Na＋、Mg2＋、Ca2＋具有显著相关,相关系数在0.717～0.964之间,与宏量阴离子SO42-、Cl-相关性明显大于阳离子,相关系数分别为0.963及0.964。在时间尺度上,1983-2014年地下水TDS均值整体呈现先升高再有所降低而后又升高再降低的趋势,均值由1983年305.0 mg/L上升至1999年1773.1 mg/L后又降低至2014年589.44 mg/L;在空间尺度上,1999-2014年地下水TDS〈1 g/L区域面积变化呈增加的趋势,面积由1999年2 011.7 km2增加至2014年2 229.3 km2,与1999-2014年地下水TDS均值呈下降趋势相对应。研究区地下水TDS变化主要原因有2方面：一是地下水水位由2000年4.98 m下降至2014年7.34 m,地下水水位下降促使土壤及其下层沉积物中的钙、镁易溶盐、难溶盐及交换性钙镁由固相向水中转移使更多的钙镁离子进入地下水中,使地下水TDS增高,同时地下水位下降导致水中溶质浓缩也会造成TDS增高;二是生活及工业污水的排放导致大量Cl-、SO42-和部分Mg2＋、Ca2＋进入地下水中,造成TDS升高,这与TDS中Cl-和SO42-占主导地位相吻合。

喀什地区不同TDS浅层地下水分布及资源量估算

对2014年喀什地区浅层地下水112个水样统计分析得出,TDS平均值为2.49 g/L,达到中盐度地下水标准;TDS为正偏态分布,值域范围分布较广。克里金插值对浅层地下水TDS分区得出,喀什地区淡水(≤2 g/L)、中盐度地下水(2～7 g/L)和高盐度地下水(>7 g/L)分布面积分别12 209.5、29 315.9和873.5 km^2,分别占总面积42 398.9km^2的28.8%、69.1%和2.1%。采用GIS技术,依据2002-2004年完成的"新疆平原区地下水资源调查与评价"地下水补给资源模数分区成果,与TDS分区交并,计算了淡水、中盐度地下水和高盐度地下水的总补给量分别为28.52、32.85和0.42亿m^3/a,分别占总补给量61.79亿m^3/a的46.1%、53.2%和0.7%。由此提出合理利用喀什地区地下水资源的建议。

新疆于田县绿洲区土壤重金属空间分布特征与影响因素

以新疆于田县绿洲区为研究区,对1 165组表层土壤样品的重金属元素含量进行测定。通过综合运用多元统计分析、地统计学、空间自相关理论、空间分析和GIS技术相结合的方法,对研究区土壤重金属含量和空间分布特征及影响因素进行分析。结果表明:1 165组土壤采样点中,有3个取样点超过风险筛选值,非农用地土壤重金属元素含量均值均低于新疆土壤背景值,农用地中Cd、Hg、Cr含量均值大于新疆土壤背景值; Cd、Pb的变异函数理论模型为指数模型,Hg、As、Cr、Cu、Ni、Zn的变异函数理论模型为球状模型,Cd块金系数小于25%,说明Cd有较强的空间相关性,其他元素块金系数介于25%～50%之间,有明显的空间相关性;土壤重金属空间自相关莫兰指数均大于0。县域尺度内,土壤重金属具有一定的空间正相关分布,其空间分布格局总体呈从研究区中心向四周含量逐渐减小的趋势。土壤重金属元素含量在不同成土母质、土壤类型和土地利用类型下呈现的分布特征不同。Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn具有相同的来源,其含量还受土壤质地的影响。

新疆焉耆盆地平原区地下水有机污染评价及污染成因

在新疆焉耆盆地平原区采集了42组地下水样品和10组地表水样品,首次将有机污染物纳入检测项目,检测有机污染物共计39项.对所有水样测试结果的统计显示:焉耆盆地平原区地下水中检出的有机污染物共有3种,分别是三氯甲烷、1,2-二氯乙烷和1,2-二氯苯,检出率分别为30.95%、2.38%和2.38%,检出的三项有机污染物含量均低于饮用水标准.通过多介质污染评价系统进行有机污染评价,各有机污染物检出点不会对环境造成明显危害.在焉耆盆地平原区不同的土地利用类型有机污染物检出率不同,检出率为牧草地>耕地>建设用地;检出的14组地下水有机污染物大部分分布在包气带岩性为亚黏土与亚砂土区域,其余分布在包气带岩性为砂砾石区域;地表水采样点中只有B03(开都河)检测出微量的三氯甲烷,地下水中检出的有机污染物不是来自于地表水的补给.

新疆喀什地区西部地下水质量现状评价

依据《地下水水质标准(DZ/T0290-2015)》,采用单因子评价法对新疆喀什地区西部62组水样进行地下水质量现状评价。结果表明,喀什地区西部地下水质量极差,以Ⅴ类水为主,潜水、浅层承压水和深层承压水点位超标率分别为100.0%、96.3%和100.0%;影响地下水质量的评价指标主要有SO^(2-)_4、总硬度、TDS、Na^+、Fe、Mn和Cl^-等。研究区地下水水质极差主要与干旱的气候条件、原生地质环境、地下水开采、生活和工业污染以及农业活动等的影响有关。

新疆若羌县土壤质量地球化学评价

参照《(DZ/T 0295-2016)土地质量地球化学评价规范》测定了土壤样品中17项元素指标,查明了土壤环境质量和土壤养分丰缺状况,综合评价得到土壤质量综合等级.结果表明,研究区农用地环境综合质量状况较好,地球化学等级以中等为主,面积占85.9%;土壤养分综合等级以稍缺为主,有机质、N、Fe和Zn较缺乏,Mo较丰富.土壤环境质量总体较好,轻度-重度污染面积不足8%,土壤污染主要受As、Cr和Cd的影响.同时,本次评价发现了占研究区面积5.3%的富硒土地资源,为当地发展富硒特色农产品提供了基础依据.

新疆若羌县土壤微量营养元素的空间分布特征及影响因素

基于若羌县2015年143组0~20 cm土层土壤6种微量营养元素(Fe、Mn、Zn、Cu、Mo和B)的实测含量,运用多元统计分析、地统计学和Arc GIS技术相结合的方法,对研究区土壤微量营养元素的含量和空间分布特征进行分析。结果表明:Fe、Mn、Zn、Cu、Mo和B变异系数介于18.2%~47.4%,均属于中等变异。Fe、Mn、Zn、Mo和B的块金效应均小于25%,空间相关性较强,空间变异主要受到土壤母质等结构性变异主导;Cu的块金效应介于25%~75%之间,属于中等空间相关,空间变异受到人为活动等随机因素和结构性因素的共同影响。Fe、Mn、Zn和Cu的空间分布格局相似,总体呈现出从研究区四周向中心含量逐渐增大的趋势;Mo和B的空间分布格局相似,总体呈现出从南向北含量逐渐增大的趋势。土壤有机质、pH值和不同的成土母质、土壤类型、土地利用类型对土壤微量营养元素均有不同程度的影响。

新疆昌吉市平原区地下水化学特征及质量评价

为探究新疆昌吉市平原区地下水化学特征及质量时空分布规律,采用数理统计、Piper三线图、Gibbs图、离子比值法、F值评分法和质量比对等方法对昌吉市平原区2016年42组及2011年9组地下水取样点检测数据进行分析。结果表明:昌吉市平原区潜水水化学类型主要有HCO_(3)·SO_(4)-Na·Ca型和HCO_(3)·SO_(4)-Na·Ca·Mg型,承压水水化学类型主要有HCO_(3)-Na·Ca型和HCO_(3)·SO_(4)-Na·Ca型;研究区潜水水化学成分主要受蒸发浓缩和岩石风化共同作用的影响,承压水水化学成分主要受岩石风化作用的影响。通过2011年与2016年地下水原位点比对发现,潜水取样点中有3组质量不变、3组质量有所改善、2组质量劣化,承压水取样点1组无变化。影响地下水化学特征和质量时空分布的因素主要是自然因素和人为因素。

新疆南部典型地区地下水重金属空间分布特征

为研究新疆南部地区地下水重金属空间分布特征,在新疆南部选取典型区(叶尔羌河流域、焉耆盆地和若羌-且末地区),并对地下水重金属Fe、Cu、Mn、Zn、Hg、Cr(Ⅵ)、Pb、Cd、Al和As等10项指标进行了测试分析.结果表明,除Hg和Al外,其余指标均有检出;依据《生活饮用水卫生标准(GB5749—2006)》中的标准值,叶尔羌河流域Fe、Mn和As的超标率分别为48.0%、53.3%和20.0%,焉耆盆地Fe和Mn的超标率分别为11.9%和4.8%,若羌-且末地区Fe和Mn的超标率分别为33.3%和11.1%.研究区地下水重金属空间分布特征显著,水平分布上表现为叶尔羌河流域地下水重金属污染最为严重;垂向分布特征为地下水中超标的Fe、Mn和As主要分布于承压水区,且表现为浅层承压水中的超标率高于深层承压水的趋势.

干旱地区高盐度水面蒸发试验研究

通过新疆昌吉地下水均衡试验场中的不同矿化度EФ20蒸发器水面蒸发试验研究,得出高盐度水面蒸发的一般规律。通过数据对比分析,表明在外部环境条件相同时,高盐度水面蒸发量与矿化度之间呈显著负相关关系,即矿化度越高,水面蒸发越微弱,反之则蒸发越强烈,这主要是由于水体中的盐分子对水分子的吸引力作用造成的。根据实测数据拟合出水面蒸发量与矿化度之间的函数关系,并计算出高盐度水面蒸发折算系数。