国家重点基础研究发展规划项目.docx

国家重点基础研究发展规划项目.docx

《国家重点基础研究发展规划项目.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《国家重点基础研究发展规划项目.docx（54页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

国家重点基础研究发展规划项目

国家重点基础研究发展规划项目

黄河流域水资源演化规律与可再生性维持机理（G1*******）

黄河流域地下水可再生能力变化规律（G1*******06）

课题结题验收总结报告摘要

一、计划任务完成情况

地下水是水资源的重要组成部分。

由于地下水资源分布不均，开发利用程度不同，加上各地区社会经济发展情况差异很大，给流域地下水资源的进一步开发利用造成困难。

虽然前人在黄河流域已做过大量的有关地下水资源勘探、调查和研究工作，但随着时代的发展，社会、经济的不断进步，自然和人为作用的不断增强，地下水资源的水量、水质，以及形成条件等都在不断发生变化。

加之，国家社会经济发展对水的需求越来越高，流域的信息资料在不断更新，技术科学在不断进步。

显然，在前人工作的基础上，进一步认识和研究黄河流域地下水资源及其相关的环境问题是十分必要，并且具有重大的意义。

据此，科技部于1999年设立了国家重点基础研究发展规划项目“黄河流域水资源演化规律与可再生性维持机理”项目的第6课题“黄河流域地下水可再生能力变化规律”，是该项目中唯一研究黄河流域地下水的课题，即本研究课题。

1.1、课题设置的预期目标

1）揭示不断演变的环境条件下黄河流域地下水埋藏、分布和形成条件的变化规律；

2）确定地下水和地表水的循环转化关系；

3）计算研究区地下水资源总量及开采潜力；

4）提出变异条件下的地下水资源可再生性维持和恢复途径。

最终达到：

评价研究区地下水对黄河径流量的贡献情况；提出研究区地下水可持续利用的允许开采量；指出变异条件下的地下水可再生性维持和恢复途径的目标。

1.2、课题提出的科学问题

1）研究黄河流域地下水资源形成机理和演化规律；

2）探索黄河基流与地下水可再生能力间的相互关系；

3）建立黄河流域在天然、人为和变异条件下的地下水演化的仿真模式；

4）进行地下水资源的可再生维持变化和恢复的调蓄控制。

1.3、完成情况

1.3.1完成的实物工作量

在五年间（2000-2004年）的研究中，共完成的各种实物工作量如下：

1.在全长5464km的黄河干流上，共布置同位素和水化学水样采集剖面18条。

在剖面上，共采集：

地下水全分析水化学样品：

19件；简分析水化学样品：

606件，其中河水分析样31件；另有地下水硝态氮分析样品284件；

同位素分析样品：

317件（14C采样55件，雨水样32件，河水样31件）；同时完成上述样品的水化学分析和3H、18O、2H、13C、14C的测试。

2.在黄河干流（取13个水文控制站）及其20条支流（31个支流水文断面）上进行了多年的、逐年长系列（大多数河流资料系列为1950～2000年）的河川基流分割。

3.野外水文地质现场试验研究点5个（分布在关中、运城和三角洲）；室内渗透、淋滤实验50个；水分特征曲线14组，53件；土壤颗粒分析65件；扫描电镜31组。

4.建立数据库1个。

5.应用遥感技术估算蒸发量研究试验区1个。

6.水文地球化学重点研究区2个（天桥泉域和运城盆地）。

7.应用数值模拟技术实现地下水动态变化的仿真共6个地区。

8.编制1：

250万图件6幅；编制1：

600万图件2幅。

9.完成“黄河流域地下水可再生能力变化规律”研究总报告1份；专题报告5份。

10.发表论文情况

在课题实施过程中（截止2004年8月底），已发表论文98篇，出版专著1部，其中SCI收录6篇（含3篇未检索的中国科学E），EI收录8篇，ISTP收录2篇（详见附件）。

待发表（已录用）21篇，其中SCI论文1篇，EI论文1篇，待出版专著6部。

通过课题组五年的艰苦努力，取得了大量宝贵的野外和室内试验数据和丰富的研究成果，为对黄河流域地下水资源的可再生维持变化和恢复的调蓄控制打下了坚实基础。

二、研究水平与创新性

经过课题组五年的努力，本研究获得了大量丰富的野外和室内的数据，在此基础进行了深入研究，取得了如下创新性的认识和研究成果：

1、对黄河流域地下水系统划分与改进

进一步查清了流域地下水的埋藏、分布和形成条件。

根据流域水分布特点、地表水和地下水循环交替情况，以及地质构造、水文地质条件等对全流域进行了地下水系统分区。

（1）首次在黄河上游的青海省共和盆地内查明了地下水分水岭比地表水分水岭不一致，本次确定的黄河流域在该处的地下水系统面积比地表水面积增加了近0.84万km2；

（2）首次查明在鄂尔多斯高原北部的地表水内流区内，存在深部和浅部两个地下水循环系统，深部循环系统的承压水从高原中心分水岭部位得到补给，而后向西、北、东三面的黄河河谷进行排泄，不存在内流区的问题。

浅部循环系统（潜水）存在内流区，但范围要比地表水内流区小，本次确定的该系统潜水内流区面积较黄委会的计算面积增加了约0.95万km2；

（3）首次采用同位素技术和水文地质条件相结合的方法确定了黄河下游地上悬河段黄河水对地下水补给影响宽度，为此，本次研究确定的该系统的计算面积比以往增大了1.6万km2以上。

2、在中下游地区开展了大规模的地下水数值模拟

对黄河流域中下游地下水资源比较丰富、开发程度较高、地下水观测资料系列较长的地区，为提高地下水资源计算的精度和预测地下水动态变化趋势，采用地下水数值模拟的方法进行了地下水资源评价。

数值模拟区包括河套平原、关中盆地、天桥泉域、太原盆地、临汾盆地和黄河下游悬河段，数值模拟的范围几乎包括了黄河流域主要河谷平原区和盆地地区，数值模拟的总面积为7.7万km2。

3、首次按地下水系统和地市级行政区分别计算了地下水资源量和开采潜力

根据规划需要，按照地下水系统和按地市级行政区两个方案分别对地下水的补给资源量、可采资源量和剩余资源量进行了详细的统计和计算（并按流域地下水系统和地市级编制了1：

250万地下水资源分布图）。

采用水量均衡法、数值法、解析法、水文分割法等多种方法计算和评价的结果为：

（1）黄河流域水资源总量：

771.26亿m3/a；

地下水补给资源量：

468.52亿m3/a；

地表水与地下水重复量：

277.26亿m3/a；

地下水可采资源量：

259.03亿m3/a；

地下水已采资源量（1998年）：

139.61亿m3/a；

地下水剩余资源量：

119.42亿m3/a。

地下水与黄河水有着天然密切的水力联系，它是黄河水量的重要组成部分。

黄河流域地下水资源量（468.52亿m3/a）与地表水资源量（580亿m3/a）的比值约为1：

1.24（80.8%）。

由于本次研究采用了多种计算方法对比和校核，各种计算的基准年为1999年（部分为1998年），计算系列长（大部分计算到2002年，部分到2003或2004上半年），所获（收集或实验所得）参数较新、精度有很大的提高，因此上述各种资源量计算的结果更为可信。

（2）进行了2010年和2020年与50％、75％和95％降水保证率情况下的水资源供需分析。

在50%降水保证率条件下，2010年地下水可供水量为259.03亿m3。

4、提出了黄河流域地下水缺水区和具有开发潜力区

（1）有进一步的开发潜力的地区主要分布在：

银川平原、河套平原（又称内蒙后套平原）、鄂尔多斯潜水内流区、晋陕峡谷北段天桥泉域以及兰州以上黄河河谷地区。

（2）黄河流域地下水缺水地区主要分布在：

汾河、渭河、呼包平原和黄河中下游的大、中城市。

（3）对地下水开采潜力小或已超采的地区，建议以利用地表水为主，开采地下水为辅的开发利用方案（在超采区，禁采地下水或有条件情况下，进行地下水人工回灌）。

对地下水开采潜力大的地区，建议以合理开采地下水为主，或进行地下水和地表水联合开发利用。

5、首次将同位素技术与水文地质方法相结合，查清了地下水的可更新能力

在全长5464km的黄河干流上，共布置同位素和水化学水样采集剖面18条。

分析测试了地下水、河水和雨水的同位素（3H、18O、2H、13C和14C）样品317组。

应用该测试结果与水文地质方法相结合查清了黄河基流与地下水可再生能力间的相互关系，认为：

（1）与黄河有积极循环交替的地下水循环速度为：

浅层地下水：

64m/a（关中盆地黄土台源区）～2400m/a（银川平原）；深层地下水：

1.21m/a（包头平原）～31.6m/a（黄河下游）；

（2）地下水的可更新时间为：

浅层地下水：

16（黄河影响带）～200年（关中盆地渭北山前洪积扇区）；深层地下水：

409年（包头承压水）～11128年（关中盆地渭北岩溶水）。

6、首次在全流域开展了大范围的基流计算

在黄河干流13个水文控制站及其20条支流（31个支流水文断面）上进行了多年的、逐年长系列的河川基流分割。

干流采用枯季径流法，支流采用了日平均流量过程线切割法，计算时间长度为1950-2000年，大部分断面，使用了51年的日平均流量过程资料，这在黄河流域尚属首次。

基流量与流域地下水可再生资源量关系密切。

黄河流域大部分地区为山丘区，也是基流的产流区，天然条件下，地下水可再生资源量与基流量一致。

本次研究花园口站多年平均径流量为567亿m3，多年平均基流量为248亿m3，占多年平均径流量的44%，可见，基流量对黄河的贡献很大。

本次获得的各水文断面的基流量、基流指数，地下水与地表水的重复资源量，已为整个流域水循环的分析、变异条件的识别，以及流域的水资源规划提供依据。

7、首次建立了黄河流域在天然、人为和各种变异条件下的地下水演化的仿真模式

（1）在极其干旱年份地下水的总补给资源量为：

331.73亿m3，比多年平均值少29.2%。

但各地减少量不同，差异较大。

其中，上游甘肃省和陕西省减少大于36％，宁夏减少为10％，其余各省基本上减少22～31.9%

（2）论述和计算了各种变异条件下对黄河上游基流量和大型灌区（银川平原，内蒙古河套平原和关中盆地）地下水的影响；以及傍河取水、黄河水库修建和黄河断流等对地下水的影响。

（3）提出了在变异条件下，地下水可更新维持的主要途径和技术措施。

8、首次编制了1:

250万黄河流域水循环图

在获得的大量数据和资料基础上，编制了黄河流域水循环图，明确了黄河流域地下水资源的构成体系，绘制了从青铜峡以下到入海口的整个黄河河谷及额尔多斯高原的地下水流场，以及典型水文地质剖面20幅（含研究报告中的8幅），反映了黄河流域地下水与地表水之间的水循环规律和流域内不同地段地下水对黄河水的贡献程度。

三、实施效果

探明了黄河流域地下水资源形成机理和演化规律，以及黄河基流与地下水可再生能力间的相互关系，建立了黄河流域在天然、人为和变异条件下的地下水演化的仿真模式，为地下水资源的可再生维持变化和恢复的调蓄控制提供了依据。

这些研究成果为以后更加充分的认识和研究黄河流域地下水资源及其相关的环境问题是十分必要的，并且具有重大的意义，为黄河流域水资源的进一步合理开发利用提供依据。

通过本课题的实施，研究黄河流域地下水资源形成机理和演化规律，探索黄河基流与地下水可再生能力间的相互关系，建立黄河流域在天然、人为和变异条件下的地下水演化的仿真模式，进行地下水资源的可再生维持变化和恢复的调蓄控制，部分成果已被黄委会、河南、陕西、山西等省有关部门利用。

课题编制的8幅图件：

黄河流域地下水研究实际材料图（1/250万）

黄河流域地下水系统分布图（1/250万）

黄河流域水循环图（1/250万）

黄河流域行政区地下水资源分布图（1/250万）

黄河流域地下水系统地下水资源分布图（1/250万）

黄河流域地市级行政区地下水资源可采现状及开采潜力图（1/250万）

黄河流域潜水水化学略图（1/600万）

黄河流域地下水环境负效应略图（1/600万）

总之，本次研究已完成和超额完成了原课题设计的预期目标。

四、人才培养、合作交流、数据共享

4.1人才培养

本研究课题参加人员中，教授13人，副教授5人，博士后5人，博士生