摘要: 地下水资源对人工绿洲的发展至关重要，同时，也是维系干旱区荒漠生态过程的重要水源。伴随气候变化和人类活动强度不断加大，塔里木盆地河道断流严重，水资源-生态-经济矛盾十分突出，地下水位持续下降已给区域水资源和生态安全带来了严峻挑战。人类... 展开 地下水资源对人工绿洲的发展至关重要，同时，也是维系干旱区荒漠生态过程的重要水源。伴随气候变化和人类活动强度不断加大，塔里木盆地河道断流严重，水资源-生态-经济矛盾十分突出，地下水位持续下降已给区域水资源和生态安全带来了严峻挑战。人类活动已显著改变绿洲自然地下水循环过程。干旱区地下水系统演变机制及其对气候变化和人类活动响应等成为关注的热点。系统开展干旱区绿洲地下水时空演变规律及其影响因素研究，对于理解人类活动下地下水水-盐运移机制及可持续管理地下水资源至关重要。 本文以渭干-库车绿洲（简称“渭-库绿洲”）为研究靶区，基于2000-2018年绿洲22眼监测井实测地下水数据，以及2018-2019年绿洲水样氢氧稳定同位素和水化学数据，首次系统分析了地下水水位和水质在近20年的时空演变规律，采用标准化的偏回归系数和逐像元的多元线性回归方法，从单影响因子和多影响因子2种角度，评估了地下水变化的影响因素，并利用水量均衡模型定量评估了近20年地下水系统均衡变化，结合水文分割模型和多变量交叉验证法，定量揭示了绿洲地下水循环过程及不同含水层之间的水盐交互机理。研究结果可为深入理解人类活动下的地下水循环及水资源可持续利用提供参考。 本论文的主要研究内容与结论如下: (1)地下水埋深具有显著的时空变异性，其对环境因子的响应呈现明显的季节分异。2000-2018年，渭-库绿洲年均地下水埋深介于2.4-5.7m之间，均值为4.0m，表现出明显的增加趋势(2.05m/10a)，主要归因于人类活动。地下水埋深呈现出明显的季节差异，春季最浅，秋季最深。地下水埋深较浅的区域，地下水位变化也较小，东部地下水埋深的变化明显大于西部地区。地下水埋深与降水量、实际蒸散发和耕地面积呈显著正相关。耕地面积和实际蒸散发是影响地下水埋深变化的主控因素，两者均具有正向效应。河床渗漏减少、蒸散发增加、地下水过度开采等可以引起地下水埋深持续增加。 (2)地下水水化学组分时空变异较大，季节差异显著，没有明显空间变化趋势，主要归因于蒸发浓缩、矿物溶滤、混合作用和农业灌溉排水。2000-2018年，浅层地下水矿化度均值为3.3g/L，呈现减少趋势(-0.21(g/L)/10a)，主要归因于气候变化。2018-2019年，降水为HCO3-Ca型水;上游河水为SO4-HCO3-Ca型水，其TDS含量从西向东呈现递增趋势;浅层地下水为Cl-SO4-Na-Mg型水，受蒸发浓缩作用影响;中层地下水为Cl-SO4-Na-Mg-Ca型水，受蒸发浓缩与岩石风化作用影响;深层地下水为HCO3-SO4-Cl-Na-Ca型水，受岩石风化作用影响。 (3)地表水和地下水氢氧稳定同位素值波动范围较大，不同水组分具有差异的氢氧同位素值，具有明显的时空分异，主要归因于蒸发富集效应。2018-2019年，上游河水中δ2H为-53.6‰、δ18O为-8.9‰，浅层地下水中δ2H为-65.5‰、δ18O为-9.7‰，介于河水与深层地下水之间，中层地下水δ2H为-65.0‰、δ18O为-9.5‰。地表水蒸发线为δ2H=6.44δ18O+2.91;地下水蒸发线为δ2H=7.22δ18O+4.53。上游河水δ18O值从西向东呈现递增的规律，绿洲地下水δ18O值的空间变化趋势不明显。δ2H和δ18O值年内变幅大小排序为:地表水＞浅层地下水＞深层地下水。生长季，地表水与地下水之间的氢氧同位素值差异较小。 (4)2002年之前，绿洲地下水系统补给项和排泄项之间基本处于动态平衡;2002-2015年期间，地下水系统呈现持续负均衡;2015年以后，地下水系统补给项和排泄项在波动中形成新的平衡，浅层地下水系统得到缓慢恢复。2000-2018年，绿洲降水入渗、渠系渗漏、渠灌田间入渗、潜水蒸散发量及农业排水量均呈减少趋势，河道渗漏量呈增加趋势。2015-2018年，绿洲多年平均地下水总补给量为75356×104m3，总排泄量为67529×104m3，浅层地下水蓄变量为4489×104m3，相对均衡差为4.4％，表明计算结果可信度较高。 (5)简单概念图系统阐述了绿洲扩张前后的地下水循环过程及潜水-承压含水层间的水盐交互规律。绿洲浅层地下水主要受到河水与侧向地下水径流补给，贡献比率分别为88％和12％，河水是主要补给源。过度开采地下水改变了潜水与承压水间的越流补给方向，潜水越流补给承压水，引起“咸淡水交互”，导致承压水水质恶化。当潜水水位的下降幅度超过7.66m时，承压含水层的水质不再恶化，此时潜水与承压含水层之间失去水力联系。 收起