【介绍】地下水科学与工程试验基地

壹

总体介绍

面对华北平原水资源短缺日趋严重、地下水资源利用不合理、地下水环境状况堪忧等影响社会经济发展的重大瓶颈问题，为达到逐步缓解水资源供需矛盾和水环境恶化趋势，基本实现地下水资源供需平衡，保持地下水环境良好和人与自然和谐共处的战略目标，建立华北平原地下水资源研究的野外试验场地，实现地下水研究的创新与突破，为解决华北地区水资源利用等问题提供试验平台。

野外试验基地的建立，可长期为华北地区经济发展提供水资源方面的决策依据，解决经济和社会发展中的重大问题。符合国民经济发展需要，符合国土资源部管理需要，符合该地区经济发展需要。

地下水科学与工程试验基地是中国地质科学院水文地质环境地质研究所开展深层地下水循环与更新、地下水动态长期监测、地下水开了利用方式与技术优化、节水灌溉与微咸水利用、地热资源评价及综合利用、包气带水分运移规律与技术方法等相关科学问题而建立的一个先进、开放的野外科学试验平台，是集科研、试验、培育新人为目的的、区域性、权威性的大型区域水文地质科学试验研究基地。

贰

衡水地下水科学与工程试验基地

根据国土资源中长期科技发展规划提出建立地下水试验场的要求而设立。立足水文地质学、环境地质学和包气带水文地质学的国际前沿，通过野外调查、长期监测、原位试验、采样测试等手段，研究浅层地下水与深层地下水互动机制，为区域地下水资源合理开发利用、生态环境保护提供、咸水－微咸水科学利用等提供科学依据，丰富和发展水文地质学、环境地质学、生态学的理论与方法。 

衡水试验基地位于河北省衡水市北约20km，行政上隶属于深州市护驾迟镇南张家庄。区内交通比较发达，有石德铁路、京九铁路干线相连，另有公路与邻近县、市、 乡村相通，交通便利。

本区属于华北平原中东部古黄河、海河水系冲积而成的冲积低平原，地势低平，坡降小。气候属温带－暖温带、半湿润－半干旱大陆性季风气候，土壤类型多为潮土，土壤粘重，由于地下水位下降，盐碱地面积逐渐减少。本区为农业区，种植业占主导地位，以种植小麦、玉米为主，兼有棉花、芝麻、高粱、谷子、红薯等，并有果林种植。 

基础设施

衡水试验场基础试验设施已基本完善。已建成包括接待室、会议室、展览室、办公室、实验室、数据接收室、宿舍、厨房、仓库等轻钢结构彩钢板房700m2，供电、供水设施已基本完善。 

试验条件

划分为气象观测功能区、包气带水分运移及污染质运移监测功能区、包气带示踪试验功能区、农艺节水试验功能区、咸水改造、利用试验功能区、大型水文地质野外试验功能区和数据自动采集功能区等7大功能区，可满足野外长期监测与研究工作需要。 

研究方向

● 浅层咸水综合利用与运移机制研究；

● 土壤水综合利用与运移规律研究；

● 基于原位试验的降水入渗与潜水蒸发动力学机制研究；

● 大气与土壤凝结水原位试验研究；

● 大埋深条件下，包气带水、盐运移规律研究；

● 农艺节水灌溉原位试验研究；

● 含水层保护理论研究；

● 水文地质野外试验与观测新技术、新方法研究；

● 地下水中物质与能量循环规律及生态环境效应研究；

● 人类活动影响下的水文地质参数演变机制研究；

● 深层地下水循环和更新性综合研究

叁

正定包气带原位试验基地

正定试验基地位于河北省正定县中国地质科学院水文地质环境地质研究所院内。

该试验基地地处河北平原太行山山前平原区，滹沱河冲洪积扇上，具有一定的区域代表性，是我所水土资源保护综合利用研究试验基地。在水文地质、环境地质、生态环境等地球科学研究领域的基础理论创新、技术创新和应用创新等方面具有重要意义，可为地下水、土壤包气带水分运移、包气带污染与修复技术的开发与研究提供基本条件，为合理开发和保护地下水资源提供技术支撑。 

该试验基地在地下水位动态监测、水质监测技术及包气带溶质运移、土壤微生物动态、包气带、地下水污染的原位生态修复技术、气象监测等方面的深入研究提供试验平台。 

试验条件

划分为气象观测功能区、原位蒸发试验功能区、蒸渗系统功能区、包气带水分运移及污染质运移监测功能区、包气带示踪试验功能区、凝结水试验功能区、大型水文地质野外试验功能区和数据自动采集功能区等8大功能区，可满足野外长期监测与研究工作需要。 

实验内容

●  大气与土壤凝结水原位试验研究；

●  大埋深条件下，包气带水、盐运移规律研究；；

●  基于原位试验的降水入渗与潜水蒸发动力学机制研究；

●  典型植被生态需水研究；

●  基于原位试验的水面蒸发与土面蒸发试验研究；

●  包气带同位素示踪规律研究；

●  水文地质野外试验与观测新技术、新方法研究；

●  地下水中物质与能量循环规律及生态环境效应研究；

●  人类活动影响下的水文地质参数演变机制研究.

肆

试验平台气象自动观测平台

自动气象站根据国家气象监测要求设定，由数据采集和传输系统、大气降水自动采集系统和同位素取样监测系统等部分组成。实现了数据的实时监测，其储存与传输频率为1次/h。 

监测内容包括降水、蒸发、气温、地温、湿度、日照、辐射、风速、风向、降水同位素等十大要素。 

自动气象站可为相关地下水科学试验、包气带水分运移以及构成大气降水—土壤水—地下水的水循环系统提供各种气象数据。

▲气象站全景

地下水位、水质监测平台

包括地下水位监测系统和水质监测系统。

水位监测系统由地下水位自动记录仪和无线传输设备组成，监测水温、水位和电导率三个参数。

水质监测系统由多参数水质监测仪和无线传输设备组成，监测水温、pH、电导率、盐度、硝酸盐、氯化物、氨氮等参数。数据监测频率为1次/h，实现了实时无线传输。

▲监测数据传输系统

土壤含水率监测平台

土壤水分是土壤的重要组成部分，对作物的生长、节水灌溉等有着非常重要的作用。 

TSC型土壤水分速测仪是由土壤水分传感器和测量仪表两部分组成。能快速测定土壤水分，具有数据存储功能，并可与计算机连接将数据导出。 

试验场区布设疏密均匀的点10处，运用土壤水分速测仪测量表层及表层以下1米内不同深度的土壤容积含水量。实现土壤水分变化连续监测，达到及时监控农田干旱程度、实施科学灌溉和有效利用水资源的目的。

▲土壤水分检测仪

农田节水灌溉试验平台

农田节水灌溉试验是根据当地农业发展规划，农作物结构布局，田间管理和作物栽培对水资源量的需要，对农作物采用不同的灌水方式和定额，研究大气降水、灌水、土壤水、地下水之间的运移途径和相互转化规律，为开创节水型农业，提高粮食产量，提供科学依据。

该试验平台由供水管网、灌溉系统、试验田及试验样方组成，为农田节水灌溉研究提供开放式的试验环境。

为科学合理的确定不同农作物的耗水量和田间灌溉定额，采取不同类型的灌溉方法，有沟畦灌、喷灌、微喷灌、滴灌、漫灌等几种方式。
试验田还可同时进行多水转化试验、示踪试验等。

▲喷灌

凝结水原位试验平台

通过测定大气凝结水和土壤凝结水的凝结规律以及温度、湿度、饱和水气压之间的相关性，研究大气凝结水和土壤凝结水的凝结机理以及对植被生态的贡献。

测试仪器：托盘、定量滤纸、电子天平（0.01g）、笼屉式蒸渗仪、温度传感器、水汽压测量仪、湿度测量仪等。

测定项目有大气凝结水、土壤凝结水、温度、湿度、饱和水气压等。

▲笼屉式蒸渗仪

地下水动力试验平台

地下水动力学试验平台是在实施科学水文地质钻探和精湛成井工艺基础上建设的地下水试验、观测井群系统。

根据试验区的地层结构特征、地下水赋存位置和水文地质条件，试验井群系统在揭露的600m深度范围内，划分为5个含水岩组。每个含水岩组设有抽水试验井及观测井各一眼。

井孔平面布局采取“观测孔在里，线形穿叉；抽水试验井在外，环形、环绕的双环‘莲座’”布置形式。其中外环直径50m，内环直径20m，具有占地面积少，施工、观测方便等优点。

该试验平台可用于不同含水层组水文地质参数研究、地下水位动态监测与研究、地下水水质变化监测与研究、不同含水岩组水力联系研究、地下水循环与演化及其机理研究、地下水探测理论与技术等。

▲地下水动力学试验平台全景

包气带水分运移试验平台

立足于包气带水文地质学的国际前沿，通过大型称重式蒸渗仪和多功能竖井观测系统，揭示不同水位埋藏条件下，包气带中水分运移规律；开展包气带水均衡试验研究；零通量面理论与应用研究；包气带水的垂向和横向渗流机制问题研究；包气带水—地下水相互转化研究等问题；包气带水参数的数值模拟研究。 

(1)大型称重式蒸渗仪 
具有国际水准的蒸渗仪是测定土壤水分蒸腾蒸发的标准仪器，是研究大气水、土壤水、地下水等相互关系的重要设备。其应用主要体现在三方面：

（1）测定蒸腾蒸发量，研究农作物的耗水规律；

（2）和其他仪器一起测定土壤水中各种化学成分的含量，研究化肥、农药等对土壤水和地下水的作用与影响；

（3）测定土壤水向下的渗漏量，研究土壤水量平衡和地下水补给。

该蒸渗仪由土柱系统、称重系统、观测系统、供排水系统和数据采集及传输系统组成。土柱容器长2.0m，宽1.5m，高5.8m，内部为试验场内原状土体。通过供排水系统可控制蒸渗仪内的水位。观测系统由负压计、土壤溶液取样器、盐分传感器、TDR或中子仪等仪器组成。用于观测蒸渗仪土柱中水分含量的变化及运移规律。
蒸渗仪的测量精度为0.05mm降水量；灵敏度为0.02mm降水量。

(2)多功能竖井观测系统 
为了深入研究河北中部平原深厚包气带水盐赋存条件和运移规律，建造了多功能竖井观测系统。

竖井直径2m，深12m，井壁由厚10mm钢板构成。由支撑系统、工作平台、照明系统、观测系统、数据采集与传输系统组成。

观测系统由负压计、土壤溶液取样器、盐分传感器、TDR或中子仪等仪器组成。用于观测蒸渗仪土柱中、水势及水分含量的变化及运移规律。

▲蒸渗仪外貌 

多功能试验样方

试验样方共有20个。样方大小为5×5m2，深1.8m。水平方向为封闭环境，垂直方向为开放环境。在样方侧向安装有负压计、TDR、多点土壤水分检测仪等仪器。

试验样方可进行与地下水资源有关的土壤水盐运移试验研究；农田节水灌溉及不同灌溉方式下对地下水补给入渗影响试验研究；同位素示踪试验研究；咸水微咸水综合利用与迁移规律试验研究等。

▲样方全景

咸水微咸水综合利用与迁移规律试验平台

试验区浅层咸水的综合开发利用，可大量节省地下淡水资源，在一定程度上缓解水资源危机，增强水资源对经济社会可持续发展的保障能力。

利用试验样方和试验田，开展咸水的综合利用与迁移规律研究。可开展作物水盐动态模型、灌溉制度研究；咸淡水混合利用实践研究；咸水综合利用技术的发展和新理论、新方法、新技术研究；咸水迁移规律理论创新、技术方法创新研究。以期望在探索浅层咸水迁移规律等的关键技术方面有所突破。

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来源：地下水工程与科学试验基地

（侵删）

编辑：言五

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