在“黑河流域生态-水文过程集成研究”重大研究计划支持下，针对黑河流域“冻土变化过程及其流域水文效应的辨识”的科学问题，项目开展了冻土野外调查、定点观测及室内试验等，系统研究了冻土分布、活动层水热过程、多年冻土区水文过程产流机制、多年冻土层下水、冻土未冻水、地表水与地下水相互作用，以及冻土变化对生态-碳循环的影响。主要取得以下成果：黑河流域多年冻土下界处海拔~3650m，多年冻土厚度10-137m，年平均地温>-2°C，大部分属于不稳定型和过渡型多年冻土。多年冻土区约占黑河流域10.3%。活动层厚度介于0.8m-4.8m。活动层厚度空间变化主要受海拔高度、坡向、泥炭含量及泥炭层厚度、岩性、土壤水分含量等因素影响。活动层发育过程对径流产流有显著影响。径流系数在消融初期较高，消融中期最低；降水量、融化深度、土壤湿度和地表蒸发是决定多年冻土区径流产流机制的重要影响因素。冻土中未冻水含量主要受温度控制，以指数曲线随温度降低而减少。多年冻土底板下可能存在地下水层，深度在80-120m之间。多年冻土区地表水略微补给地下水； 季节冻土区地下水补给地表水。初步探测表明，在热融滑塌区，地表沉降速率最大，沉降速率可达4 cm/yr。热融滑塌的发育导致草地群落在结构和类型都发生着强烈的变化，植被类型由高寒沼泽草甸向高寒草原的方向发展。黑河上游温度升高可能会增强山地多年冻土区沼泽草甸生态系统的碳汇作用，而高寒草甸可能起到碳源作用。多年冻土区“生锈的碳库”占总有机碳库约20%；热融滑塌导致碳氮量减少30%；多年冻土退化加速了碳的流失，且微生物可利用性降低。这些研究结果明晰了冻土的水资源效益，可以为提高流域出口河流径流预报提供可靠的科学依据。 2100433B

多年冻土及土壤季节冻融循环对地～气间热量交换、生态～水文过程、水资源都起着至关重要的作用。黑河流域上游位于祁连山高寒带山地多年冻土区，是黑河流域的主要产流区。针对黑河流域“冻土变化过程及其流域水文效应的辨识”的科学问题，本课题将应用野外钻孔勘探，定期、定点观测，遥感及数值模拟方法，对黑河上游土壤季节冻融过程、多年冻土分布及其流域水文效应进行全面系统研究；揭示黑河上游多年冻土空间分布特征、土壤季节冻融过程及其影响因素；编制大比例尺（1:100000）黑河上游活动层及多年冻土图，为冻土水文模型及流域水文集成研究提供基础资料；综合研究黑河上游活动层、多年冻土及其变化对水文过程的影响，特别是其与地表径流和地下水的相互作用。系统分析在气候变化条件下土壤冻融过程、多年冻土演化过程及其对流域水文过程，水资源形成过程及生态环境的效应；明晰冻土的水资源效益，最终为提高流域出口河流径流预报提供可靠的科学依据。

内容简介

本书河北省石津灌区为例，针对北方井渠结合灌区的独有特点，开展了北方井渠结合灌区地表水地下水联合调度研究，并进行了示范推广。全书共分为6章，主要内容包括：第一章绪论、第二章井渠结合灌区结构与功能分析、第三章灌区地表水地下水联合调度模型、第四章地表水地下水联合调度软件研制、第五章地表水地下水联合调度软件在石津灌区的应用、第六章结论与展望。 2100433B

地表水是地球表面的各种形式天然水的总称。地表水补给是指地表水（水库、河流、湖泊、坑塘等）与地下水之间存在水头差，且地表水位高于沿岸地下水位时，地表水入渗补给地下水的过程。

河流是地表水体中最主要和最具代表性的水体，河流与地下水之间的补排关系，取决于河水位与地下水位（潜水位）之间的关系，这种关系一般是沿着河流纵断面变化的。山区河流深切，河水位常低于地下水位，起排泄地下水的作用，洪水期则河水补给地下水；山前由于河流堆积作用加强，河床抬高，地下水埋藏深度大，则河水常年补给地下水；冲积平原上游地区，河水位与地下水位接近，汛期河水补给地下水，非汛期河水排泄地下水，季节性变化较大；而在冲积平原的中下游部分，由于堆积作用强烈，形成所谓“地上河”，如黄河下游，此时河水常年补给地下水。

地下水补注影响地表水补给地下水的因素

河流补给地下水时，补给量的大小取决于下列因素：

1. 透水河床长度与浸水周界（相当于过水断面）；

2. 河床透水性；

3. 河水位与地下水位的水头差（影响水力梯度）；

4. 河床过水时间。

同时，河流对地下水的补给量可因人为因素的影响而发生变化。如傍河取水，人为地增大了河水位与地下水位的差值，从而增加了河水对地下水的补给。事实上人为因素的影响无非也是上述四个影响因素变化的反应。

河道愈宽广，河水位愈高，河床湿周愈长，河床过水时间愈长，越有利干补给地下水。

河床透水性对补给地下水影响很大。喀斯特发育地区往往整条河流转入地下。由卵砾石组成的山前洪积扇上缘，地表水呈辐射状散流，渗漏量相当大。当河床与下伏含水层之间存在隔水层时，河水对地下水的补给却很少。当地下水的侧向径流强烈，而河床透水性相对较差时，即使是常年有水的河流，也可以发生非饱和渗漏补给，水丘始终处于河床下一定深度，潜水位与河水位并不相连。

需要指出，河水的渗漏量中有一部分消耗于补足包气带的水分亏缺，若河流为过水时间很短的间歇性河流，这部分水所占的比例则不能忽略，此时不能简单地把河水渗漏量当作河水对地下水的补给量。

本书是关于地表水和地下水相互作用的论著。本书在总结多项地表水和地下水相互转化方面的科研项目成果的基础上，从干旱内陆河区水资源特点、国内外已有的地表水和地下水集成模型及特点、地表水和地下水转化机理方面深入研究地表水和地下水集成模型的模拟方法，提出了以地表水为主体和以地下水为主体的地表水和地下水模型时空尺度耦合的方法，构建了耦合基于水量平衡的地表水模型和分布式的饱和地下水流模型的集成模型，并将之应用于石羊河流域水资源配置；同时构建了基于Richard方程的地下水饱和-非饱和流模型和一维明渠汇流模型的耦合模型，考虑了区域尺度下非饱和渗流过程的简化处理方法，将模型应用于黑河干流中游地区地表水和地下水的数量转化分析和水资源管理。