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地理科学进展  
  地理科学进展--2002, 21 (6)   Published: 2002-11-24
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论文

华北地区水循环与水资源安全:问题与挑战

夏军
地理科学进展. 2002, 21 (6): 517-526. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2002.06.001
全文: PDF (647KB) ( 1997 )
摘要 ( 1034 )
华北缺水及其日趋严重的生态环境变化是中国首要解决的问题之一。目前,由于山区与平原径流明显减少和过量开发水资源,造成了地下水漏斗加深、平原区河道干涸、湖泊湿地萎缩、地表和地下水污染等生态环境恶化问题,严重影响到华北地区水资源安全,已引起党和国家的高度重视。本文以海河流域为重点对象,通过国内外学科前沿进展综述,指出华北地区缺水及其导致的生态环境恶化问题背后的自然和人文因素作用与发展演化的背景,强调高强度人类活动作用下的水循环基础研究的重要性,提出华北地区水资源安全的水循环基础与应用问题研究的若干建议与思考。研究自然和人类活动双重作用下的华北地区水循环过程,水体运动与污染物质输移及其与生态环境演变耦合机制,阐明华北地区"河道断流,水体污染,湿地消失,地下水枯竭"的成因规律,特别是人类活动的驱动分量,提出生态环境修复的理论基础,不仅对变化环境下流域水环境演变的地学基础科学前沿研究有重大的学术价值,而且对中国可持续发展和社会进步具有重要的战略意义。

应用环境同位素技术研究华北典型流域水循环机理的展望

宋献方, 夏军, 于静洁, 刘昌明
地理科学进展. 2002, 21 (6): 527-537. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2002.06.002
全文: PDF (1036KB) ( 1506 )
摘要 ( 523 )
华北水问题日益严重,而水循环机理研究尚显得薄弱。环境同位素水文学是研究流域水循环过程变化的新的技术途径。它利用水中水分子所含的同位素含量的变化,可以判断大气降水的水蒸气的来源;定量分析坡地的产汇流产生机制,进而研究"大气降水—地表水—土壤水—地下水"的相互作用关系;彻底查明流域"四水"转化关系,创新和发展水循环模式。本文主要介绍同位素技术的原理及其在日本、斯里兰卡、河北平原等地应用实例,最后,对应用此技术研究华北典型流域水循环,从"大气—土壤—植被"界面水循环机理、坡地径流的产汇流机制、流域水循环机理等方面进行了展望。

区域水资源压力指数与水资源安全评价指标体系

贾绍凤, 张军岩, 张士锋
地理科学进展. 2002, 21 (6): 538-545. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2002.06.003
全文: PDF (866KB) ( 2445 )
摘要 ( 1015 )
本文讨论和分析水资源安全的含义、水资源压力指数和水资源安全评价指标,建立水资源安全评价指标体系。水资源安全指"以可承受的价格获取足够安全的水"。国际上常用人均水资源量和水资源开发利用程度两个指标反映人类对水及水相关生态的压力。但由于水资源安全是很综合的概念,包含很丰富的内涵,单用一两个水资源压力指标难以反映其内容,因此有必要建立水资源安全评价指标体系。

密云水库入库径流变化趋势及动因分析

高迎春, 姚治君, 刘宝勤, 吕爱锋
地理科学进展. 2002, 21 (6): 546-553. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2002.06.004
全文: PDF (414KB) ( 598 )
摘要 ( 433 )
运用回归分析和多种曲线拟合方法,对密云水库近几十年来的入库径流时间系列进行了分析,结果表明,入库径流总体上呈指数减少趋势,洪峰流量从绝对流量和所占比例两个方面都有大幅度的减少,而且洪水减少程度高于一般径流减少程度。同时,变化过程中表现出明显的阶段性。分析认为,气候变化对入库径流减少的影响较小,而流域内人口的增加和土地利用变化是入库径流减少的主要驱动因子。

中国地下水资源系统三级分区及其在海河流域的应用

娄华君, 毛任钊, 夏军, 冯艳芳
地理科学进展. 2002, 21 (6): 554-563. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2002.06.005
全文: PDF (1039KB) ( 676 )
摘要 ( 537 )
地表水与地下水是水资源系统中的两个重要组成部分,由于水体在地表与地下介质中的运移和储存方式不同,在水资源评价中所采用的模型和计算方法各异。中国第一轮水资源评价中,仅全国地下水资源总量一项,不同部门评价计算的结果年资源总量差达1000×108m3/a[1](占全国地下水资源总量的1/8左右),这个数据相当于中国正在组织实施的南水北调工程的总调水量的一倍以上。作者认为在中国第一轮水资源评价中,地表水采用流域分区进行评价,地下水则采用水文地质单元的分区方法进行评价,是引起中国水资源总量误差问题的根本原因。由于自然界的四水转化关系十分复杂,分别采用地表水流域评价法或水文地质单元评价法,都无法避免水资源总量评价的误差问题。论文通过研究提出中国水资源三级评价分区方案,在地下水资源量评价中采用一二级按流域分区与地表水系统取得一致,三级按地下水单元分区的方法,解决中国新一轮水资源评价的误差问题。

华北平原缺水盐渍区浅层地下水位动态分析

毛任钊, 刘小京, 娄华君
地理科学进展. 2002, 21 (6): 561-572. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2002.06.006
全文: PDF (338KB) ( 564 )
摘要 ( 457 )
本文以国家农业科技攻关南皮试区为例,分析了华北缺水盐渍区地下水水位动态及其与降水量的关系,应用灰色系统理论的GM(1,1)预测方法,建立了地下水位动态的模拟、预测模型。结果表明,在目前供水、用水和水文地质条件下,未来地下水水位呈缓慢下降趋势,年均下降速度为0.12~0.14m/年。单靠平水年甚或丰水年降水难以维持地下水采补平衡,必须进行多年径流调节或跨流域调水,以丰补歉,互济余缺,并实施农田综合节水技术,防止区域水环境的恶化。

潮河流域时变增益分布式水循环模型研究

王纲胜, 夏军, 谈戈, 吕爱锋
地理科学进展. 2002, 21 (6): 573-582. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2002.06.007
全文: PDF (588KB) ( 595 )
摘要 ( 479 )
在广泛了解有关分布式水文模型研究进展的基础上,结合中国实际资料条件和问题,提出了一种"水文循环机理-系统理论"相耦合的分布式水循环模型——时变增益分布式水循环模型(DTVGM),并建立了潮河流域分布式水文循环模型。实例研究表明,DTVGM的应用是比较成功的,基本上能够满足水资源管理的要求。

秸秆覆盖下的夏玉米蒸散、水分利用效率和作物系数的变化

张喜英, 陈素英, 裴冬, 刘孟雨
地理科学进展. 2002, 21 (6): 583-592. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2002.06.008
全文: PDF (1066KB) ( 1132 )
摘要 ( 464 )
农业用水占华北水资源的70%以上,提高农业用水的效率对华北水资源安全具有重要意义。在节水农业研究中,利用农艺节水提高农田水分利用效率是节水农业的重要组成部分,其中减少农田无效棵间蒸发耗水和优化供水制度是主要的农艺节水措施。夏玉米是华北太行山山前平原的主要作物之一,一般在冬小麦收获前的5~7天套种在其中,以延长夏玉米的生育期。随着联合收割机的广泛应用,冬小麦收获后的秸秆直接覆盖夏玉米,对夏玉米的农田蒸散特别是苗期的蒸散产生影响;夏玉米生长在6~9月的雨季,一般年份降水能够满足夏玉米的需水要求,但夏季降水的分布变异较大,再加上近6年来的夏季干旱,使灌水对夏玉米的高产至关重要。为了提高夏玉米的农田水分利用效率,本研究的目的是建立秸秆覆盖下的夏玉米优化供水制度和研究秸秆覆盖对减少棵间无效耗水的影响及秸秆覆盖下的夏玉米作物系数的变化,为制定秸秆覆盖下的夏玉米优化供水制度提供依据。2年的实验结果显示,秸秆覆盖下的夏玉米产量在8000kg/ha,总蒸散量在390mm,水分利用效率在2.2kg/m3。干旱年份,夏玉米在灌四水的条件下产量最高,再增加灌水量,产量减少。水分利用效率随着灌水量的增加有所递减。

一个预测冬小麦根系层储水量的概念性模型

欧阳竹, 罗毅, 盖广明, 刘传收, 柴怀堂
地理科学进展. 2002, 21 (6): 593-599. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2002.06.009
全文: PDF (724KB) ( 540 )
摘要 ( 370 )
基于对SPAC系统的认识,以1995~1996年北京市水利科学研究所永乐店试验站和1993~1994年中国科学院禹城综合试验站冬小麦生长季土壤-作物-大气田间观测数据,对冬小麦根系层水量平衡的概念性模型进行参数确定和实验验证。研究结果表明:本文采用的根系层储水量的预测模型的模拟值与实测值吻合较好,且模型参数较少,形式简单,便于生产实践应用,但是具体的参数须通过田间试验获得。

鲁西北平原冬小麦耗水过程与节水灌溉管理模式讨论

赵千钧, 罗毅, 欧阳竹, 柴怀堂, 刘传收, 盖广明
地理科学进展. 2002, 21 (6): 600-608. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2002.06.010
全文: PDF (516KB) ( 468 )
摘要 ( 439 )
本文利用禹城综合试验站土壤-植物-大气综合观测场冬小麦田间的小气候梯度仪和大型蒸渗仪的观测资料,结合作者建立的模拟SPAC系统中水、热、CO2通量和光合作用的综合模型,研究了冬小麦全生育期的耗水过程;根据模拟计算的土壤水分动态,对山东省鲁西北平原现行的灌水管理模式进行了讨论。(1)冬小麦全生育期耗水438mm;返青以前耗水占20%,拔节-灌浆期是耗水的旺盛时期,占67%;(2)灌水后地表以下1m处的渗漏量与土层前期储水量和灌水量有关,前期含水量越大,灌水量越大,损失越大,灌水利用率越低;(3)鲁西北平原现行的越冬水-返青水-灌浆水-黄熟水的灌水模式在各次的灌水量控制上应谨慎处理,否则会造成大量的水资源浪费,从而影响灌水利用率。

喷灌条件下农田土壤水分的空间变异性研究

高鹭, 陈素英, 胡春胜, 霍习良
地理科学进展. 2002, 21 (6): 609-615. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2002.06.011
全文: PDF (789KB) ( 807 )
摘要 ( 379 )
本试验对喷灌区不同水分处理的麦田进行取样分析,分别测定0~10、10~20、20~40、40~60cm四个层次的土壤水分。应用传统统计学的方法对所取的数据进行了分析,结果表明10~20cm土层受降雨、蒸散和根系等因素的影响最大。通过地统计学的半方差函数分析,发现不同处理的同一层次、同一处理的不同层次的空间相关性均存在差异以及喷灌对土壤水分空间相关性的影响。比较各处理相应层次的变程,其随灌水量的增大而增大,表明喷灌区灌水多的处理水分分布更均匀。所得结论可用于提高水分利用效率和精确农业(灌水)的研究和实践。

气候变化对华北地区水资源供需影响的模拟预测

高彦春, 于静洁, 刘昌明
地理科学进展. 2002, 21 (6): 616-624. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2002.06.012
全文: PDF (368KB) ( 503 )
摘要 ( 586 )
本文选择海河南系为华北地区的代表性区域,建立了该区水资源系统动力学模型(SD),对供需平衡在不同气候情景下的发展变化趋势进行了模拟预测。预测结果表明:气候变化对研究区水资源系统的正常运行将产生一定影响,尤其是对经济发展速度带来一定影响,但在本文假设的气候变化幅度范围,即(T≤1.8℃,ΔP≥-0.24%,气候变化不会改变水资源系统运行和发展的基本规律。经济发展、科技进步、人口增长和管理水平提高是水资源系统运行和发展变化的内在动力,决定着水资源系统及其供需平衡发展变化的基本趋势。预测结果可作为研究区需水管理和节水水平提高的定量参照指标,同时也为其经济规划、水资源调配提供必要的决策依据。

北京市水资源安全与工业用水管理方法探讨

张士锋, 贾绍风
地理科学进展. 2002, 21 (6): 625-631. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2002.06.013
全文: PDF (376KB) ( 552 )
摘要 ( 440 )
北京市水资源问题十分严重,水资源的开发利用率达到了惊人的135%。工业用水是一个十分重要的组成部分,工业有效用水和用水管理是北京市水安全的关键问题之一。工业用水的定额管理是工业用水管理的核心。本文首先对工业用水定额进行研究的基础上,阐述了用水定额制定和管理的一些基本方法,取得了以下结论:(1)工业用水定额可以分为主定额和辅助定额。主定额指单位产品生产所需要的取用水量,包括生产和辅助生产用水两个部分。辅助定额包括附属生活用水定额和企业的万元产值取水量。(2)产品生产的工艺过程是决定工业用水定额的主要影响因素。在某一种产品的生产工艺过程确定的条件下,其单位产品的取水定额是一个固定值。对于同一种产品的生产,如果生产过程所取用的原料不同、工艺方式不同,可以有不同的用水定额。(3)对定额管理方法进行了探讨。认为实现用水定额管理的核心,就是要把所制定的用水定额转换成一个可以操作执行的行业和企业的用水指标。该用水指标的确定是以产品的用水定额为核心,综合考虑以下因素:附属生活用水、企业规模、企业的开工率、企业的节水管理水平和季节的波动性。
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