京津以南河北平原地下水演变与涵养研究

论文摘要

京津以南河北平原是华北地区水资源问题最严重的区域，也是南水北调工程的主要受水区。50年来，在地表水拦蓄工程、河道整治、人工开采浅层和深层地下水、降水量减少等因素影响下，区内地下水位下降、地下水降落漏斗产生、河道和洼淀干涸、湿地萎缩、咸水入侵、地面沉降、水资源紧缺等水环境问题相继出现。本文通过研究近50年来地下水演变特征和机制，识别主导影响因素及对地下水演变的影响程度，探讨南水北调中线实施后修复与涵养区域地下水的模式和对策。 研究区地下水开采量占总供水量的77.2％，开采地下水为区内人口和粮食增加提供了保障。在浅层地下水和深层地下水开采量中农业开采量占83.35％和66.1％。地下水超采量25.4×10~8m~3／a，累计消耗浅层储存资源380.6×10~8m~3。目前，区内地下水降落漏斗彼此嵌套或复合，地下水流动方向由自然状态的自西向东，转变为由各地下水位漏斗的四周向其中心汇流，并以人工开采排泄为主。 50年来，降水量呈递减趋势，20世纪80、90年代平均降水量分别减少73.1mm和61.3mm，地下水资源减少23.8％。现状地下水开采量为105.45×10~8m~3，可利用资源量为80.08×10~8m~3／a。地下水开采和降水量与地下水降深的关联度为0.711和0.601。分析认为，地下水位下降是人类活动影响的结果，开采是主要影响因素，拦蓄出山地表径流次之。 山前平原调蓄区面积占81.8％，现状水位条件下可调蓄库容为192×10~8m~3。因此，以“修复”和“利用”为目的的“地下水涵养”是可行的。在“地下水利用约束准则；地下调蓄能力准则；多源水优化利用准则”的控制下，地下水涵养模式可分为：减采地下水——间接调蓄；雨洪资源利用——直接调蓄；南水北调客水资源利用——直接调蓄。

论文目录

• 前言
• 摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 问题与挑战
• 1.1.1 面临的主要问题
• 1.1.2 难得的机遇与挑战
• 1.2 关键科学问题、主要内容和研究基础
• 1.2.1 关键科学问题及研究意义
• 1.2.2 研究内容与方法
• 1.2.3 研究过程概述
• 1.2.4 研究基础
• 1.3 水资源理念及地下水属性
• 1.3.1 水资源的理念
• 1.3.2 地下水的自然属性
• 1.4 国内外研究动态与趋势
• 1.4.1 水资源评价研究的概况
• 1.4.2 研究热点与趋势
• 第二章 研究背景
• 2.1 自然地理及社会经济概况
• 2.1.1 地形地貌
• 2.1.2 社会经济概况
• 2.2 区域地质和水文地质条件
• 2.2.1 地层岩性特征
• 2.2.2 水文地质特征
• 2.3 气候条件及变化特征
• 2.3.1 基本气候特征
• 2.3.2 近50年来气候条件变化
• 2.4 水系分布及河川径流变化
• 2.4.1 水系分布特征
• 2.4.2 水利工程
• 2.4.3 区域地表水环境变化
• 2.4.4 地表水资源变化
• 2.4.5 地表水环境效应
• 2.5 地下水开采特征及对区域作用
• 2.6 本章小结
• 第三章 地下水演变特征及环境效应
• 3.1 地下水补给、径流和排泄条件变化特征
• 3.1.1 补给条件变化
• 3.1.2 径流条件变化
• 3.1.3 排泄条件变化
• 3.1.4 补给、排泄条件变化的后果
• 3.2 地下水流场变化特征
• 3.2.1 天然状态下地下水流场特征
• 3.2.2 大规模开采后地下水流场特征
• 3.3 地下水位动态变化特征
• 3.3.1 年内地下水位动态变化
• 3.3.2 年际地下水动态变化
• 3.3.3 地下水位变幅
• 3.4 地下水资源变化特征
• 3.4.1 地下水超采
• 3.4.2 地下水资源量减少
• 3.4.3 浅层地下水资源消耗
• 3.4.4 深层承压地下水储存资源变化
• 3.4.5 地下水可利用资源量变化特征
• 3.5 地下水变化引起的环境效应
• 3.5.1 地下水位降落漏斗的形成和发展
• 3.5.2 咸水界面下移
• 3.5.3 地面沉降
• 3.5.4 盐碱地面积萎缩
• 3.6 本章小结
• 第四章 地下水演变影响因素和机制
• 4.1 入渗条件变化的影响
• 4.1.1 入渗机理分析
• 4.1.2 现状条件下的入渗能力
• 4.2 地表径流的影响机制
• 4.2.1 地下水位对地表产流的影响
• 4.2.2 河川径流与地下水埋深
• 4.3 水利工程对地下水影响
• 4.3.1 水库拦蓄对平原地下水影响
• 4.3.2 坝基截渗对平原地下水影响
• 4.4 开采对地下水动力场影响
• 4.4.1 地下水开采量的变化
• 4.4.2 开采与地下水位变化时效性
• 4.5 地下水变化的主导因素分析
• 4.5.1 主导因素的关联度分析
• 4.5.2 主导因素的水均衡分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 地下水涵养能力分析
• 5.1 地下水利用的环境地质约束
• 5.1.1 地下水开采潜力分析
• 5.1.2 开采条件下地下水位约束
• 5.1.3 土壤盐分约束
• 5.2 地下水调蓄条件与能力
• 5.2.1 调蓄层的岩性特征
• 5.2.2 地下调蓄区界定
• 5.2.3 调蓄库容计算
• 5.2.4 调蓄潜力评价
• 5.3 地下水涵养模式
• 5.3.1 地下水涵养准则
• 5.3.2 地下水涵养模式
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 主要认识
• 6.1.1 水问题使区域经济发展面临挑战
• 6.1.2 地下水劣变态势严峻
• 6.1.3 多重因素导致地下水演变
• 6.1.4 山前平原具备优良的地下调蓄条件
• 6.1.5 地下水涵养具有可能性和可行性
• 6.2 主要结论
• 6.3 创新点
• 6.4 展望
• 参考文献
• 致谢
• 学术活动简况