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作者：武冬冬西北大学

学位级别：硕士

张掖盆地地处我国西北内陆干旱地区,属黑河流域中游盆地,是我国最重要的农业基地之一。盆地常年以干旱缺水为基本特征,地下水作为水资源的重要组成部分,支撑着区内经济的发展与社会的稳定。研究盆地内的地下水循环机制,对指导地下水资... 详细信息

张掖盆地地处我国西北内陆干旱地区,属黑河流域中游盆地,是我国最重要的农业基地之一。盆地常年以干旱缺水为基本特征,地下水作为水资源的重要组成部分,支撑着区内经济的发展与社会的稳定。研究盆地内的地下水循环机制,对指导地下水资源评价及其合理开发利用有重要作用和现实意义。本文依托国家自然科学基金“黑河流域地表水与地下水相互转化的观测与机制研究”和中国地质调查局“黑河流域重点地区水文地质调查”项目,以张掖盆地地下水的循环机制及其开发利用模式研究为主题,基于盆地时空演化与边界特征分析,在对盆地内含水层空间结构以及地下水动力场、地下水化学场和温度场分析研究的基础上,从地下水补给、开采—水位、溢出的激励响应关系入手,定量分析揭示盆地内的地下水循环机制,提出地下水资源开发利用模式。通过上述研究,取得了以下成果:1、在分析盆地的演化与边界特征以及盆地基底高程、第四系厚度、包气带和饱水带厚度变化规律的基础上,构建起盆地内含水层的空间结构,为地下水循环机制研究奠定了基础。盆地地下水循环严格受含水层边界和基底的控制。2、研究了盆地地下水水位的年内和年际的时空变化规律以及地下水水动力场特征,分析了盆地内地下水的水化学与同位素特征以及水化学场和温度场变化规律,基于盆地地下水补给、开采—水位、溢出的激励响应关系的研究,揭示盆地地下水为:主要受控于盆地含水层结构和边界条件,呈现以河水、渠道水、灌溉水入渗—地下水溢出、开采、蒸发为主的“三源三汇”的地下水循环机制。3、基于盆地地下水循环机制及开发利用存在的问题,通过盆地地下水人工回灌增补地下水以及最大限度保障黑河草滩庄之下河道水的入渗补给,严控地下水系统总开采规模,在春灌季节集中开采地下水以替代和缩减平原水库灌溉用水等方面的分析研究。提出盆地地下水应以“增强补给、控制总量、调节开采”来解决’卡脖旱’的地下水开发利用模式。

关键词：张掖盆地水动力场水化学场水循环机制开发利用模式

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黑河流域中游盆地地表水与地下水转化机制研究

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水文地质工程地质 2022年第3期49卷 29-43页

作者：祁晓凡李文鹏崔虎群康卫东刘振英邵新民中国地质环境监测院北京100081 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心河北保定071051 西北大学地质学系陕西西安710069 河北地质大学水资源与环境学院河北石家庄050031 浙江省地质环境监测中心浙江杭州310007

地表水与地下水相互转化是中国西北干旱内流盆地水循环的显著特征,转化机制研究是盆地水循环规律认知和水资源可持续管理的重要基础。以我国西北干旱内流河黑河流域中游的张掖盆地和盐池盆地为研究区,建立了黑河主干河道时变水平衡模型... 详细信息

地表水与地下水相互转化是中国西北干旱内流盆地水循环的显著特征,转化机制研究是盆地水循环规律认知和水资源可持续管理的重要基础。以我国西北干旱内流河黑河流域中游的张掖盆地和盐池盆地为研究区,建立了黑河主干河道时变水平衡模型和地表水地下水耦合数值模型,研究了长周期水文变化和人类活动双重影响下地表水与地下水转化机制,得到如下认识:(1)补给条件由以天然条件下河流渗漏为主的线状补给演变为以河流与引水渠道渗漏的线状补给和灌区田间入渗面状补给,排泄条件由以泉水溢出和天然湿地排泄演变为以泉水溢出与地下水开采为主的排泄。(2)张掖盆地黑河干流河道入渗段和溢出段大致以G312大桥为界,亦称为地表水与地下水转化的转折点。莺落峡—G312大桥段为悬河渗漏段,河道入渗补给主要受控于进入河道的实际过水量。其中,莺落峡—草滩庄段河道入渗补给率为28.20%;草滩庄—G312大桥段河道入渗补给量与河道过水量的关系可用分段函数表达,河道过水量大于或等于0.37×10^(8) m^(3)/mon时呈幂函数关系,小于则呈线性函数关系。G312大桥—正义峡段为地下水溢出段,其中G312大桥—平川大桥段地下水溢出量约占全部溢出量的70%,溢出峰值出现在高崖水文站下游约6 km处,其单长溢出量可达0.46 m^(3)/(s·km)。(3)研究区是一个相对完整的河流—含水层系统,近31年来经历了连枯和连丰的水文变化,地下水补给排泄条件及与地表水转化机制均发生了相应的变化。地表水与地下水转化最强烈的地区为张掖盆地中部的黑河—梨园河倾斜平原。1990—2001年连枯期,灌区引水量总体逐年减少,以河道入渗和渠系渗漏为主的补给量平均以0.06×10^(8) m^(3)/a速率减少,农田灌溉面积增加导致灌溉用水增加,地下水开采量显著增加,地下水水位逐年下降,储存量累计减少5.77×10^(8) m^(3),地下水溢出量平均减少0.16×10^(8) m^(3)/a;而2002—2020年连丰期,灌区引水量总体逐年减少,河道入渗量呈增加趋势,地下水总补给量平均增加0.15×10^(8) m^(3)/a,灌溉面积继续扩大,农灌开采量随之增加,以河道入渗量增加为主导,地下水水位持续上升,储存量累计增加5.45×10^(8) m^(3),地下水溢出量平均增加0.08×10^(8) m^(3)/a。总之,补给和排泄条件变化较大,地下水储存量先减后增,地下水溢出总量变化较为平缓,反映了该区巨厚含水层系统的巨大调蓄功能。(4)位于张掖盆地东部的诸河倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于地表水开发过度,补给量锐减。黑河侵蚀堆积平原地下水水位基本稳定。30多年来盐池盆地倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于移民开垦导致地下水过量开采。(5)内流盆地天然悬河入渗段是珍贵的地下水补给通道,无论连枯期还是连丰期,河道实际过水量是河道渗漏补给量的关键,保护上游天然河道和一定的河道实际过水量是内流盆地水资源可持续管理的关键。

关键词：水循环机制地表水与地下水转化水平衡地表水与地下水耦合数值模拟黑河流域

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