作為水資源的重要組成部分，地下水和地表水既相互關聯又相對獨立。隨著全球氣候變化和人類活動的加劇，地下水與地表水的相互作用以及水循環過程發生了變化，導致水資源時空分布不均，水生態系統退化，影響了人類的生產生活和社會經濟發展。因此，科學評價地下水與地表水的相互作用，準確認識水循環演化過程，探索區域水資源的質、量特征和時空分布格局，對于有效評價和科學管理、合理利用水資源、健康發展生態環境，具有重要的現實意義。

圖1 水循環示意圖

    自Boussinesq于1877年開展河流與地下水作用研究以來，地表水與地下水轉化關系的研究便引起了廣泛的重視和關注。河流與地下水之間的相互作用深刻影響著流域內的水循環，并最終影響生態系統的可持續性，二者的相互作用及轉化關系是水文地質等領域研究的熱點和難點。探究水循環驅動下水體交互作用對人類活動及氣候系統等的生物學、物理學和化學過程的響應是該領域近年來研究熱點問題。

圖2 地表水-地下水補排關系與轉化模式示意圖

一、河流-地下水轉化關系研究方法

    目前，國內外關于地表水-地下水轉化作用的研究方法主要有水文學方法、水化學法、同位素法、溫度示蹤法和數值模型法等。鑒于地表水與地下水交互作用的復雜性，綜合運用多種方法進行互相驗證分析，既能降低復雜條件下的尺度效應風險，也是系統闡明地表水與地下水轉化作用機制的關鍵。隨著計算機運算能力的提高，利用數值模型成為研究流域尺度地表地下水循環的重要方法。目前，許多用于河流-含水層系統研究的數值模型主要是基于美國地質調查局開發的MODFLOW，以及將其與其它成熟的地表水模擬模型進行耦合，通過GIS平臺建立流域地表水與地下水計算單元的轉換關系，應用較為廣泛。此外，Par Flow、Hydro Geo Sphere、GSFLOW和MIKE SHE等成熟的數值模型在模擬復雜條件下各有其適用性。目前，結合多學科交叉理論與方法，開展地表水與地下水轉化作用的定性指示與定量評估已成為國內外的流行手段和創新的基本思路。

   二、水利工程對水循環及生態環境的影響

    我國是世界上大型水壩建設最多的國家。以大型水壩為基礎的大型水電工程建設對生態環境的影響一直是學術界廣泛關注的焦點。Science曾發表多篇探討三峽工程生態環境影響的文章，大量研究表明三峽工程在防洪、發電、航運等方面取得了顯著的效益，但其建設和運行可能對長江流域的生態環境產生影響。

    大型水利工程為人們提供了防洪、發電、供水、航運、養殖、旅游、環境效益等多項服務，也在一定程度上破壞了自然生態系統的穩定性和連續性，降低了系統對生態破壞的修復能力，對植被產生不利影響。河流濕地常常受到上游水利工程特別是水庫工程的影響，但有關的系統性研究相對較少。因此，水利工程對下游河流濕地的生態影響成為關注的重點。

圖3 河岸濕地退化

    研究發現，水庫蓄水會抬高周圍地下水位，擴大水庫浸沒范圍，從而導致土地的鹽堿化和沼澤化及生態環境脆弱化。水庫建設也會因水土流失、水體污染、生態系統破壞等生態環境問題形成庫區消落帶，導致區域濕地生境面積減少、功能退化，景觀格局向均質化趨勢演變，生態系統結構失穩、功能失調。水庫的長期蓄水和非季節性泄流使河流對大壩下游的周期性洪水沖刷作用喪失，河水流量減少，河道寬度變窄，河岸帶濕地生態系統退化，濕地植物面積大幅減少。

三、黃河下游水循環及生態環境演變的影響研究現狀

    黃河下游為地上懸河，河水與地下水水力聯系密切，交換頻繁。對黃河下游水循環的研究始于上世紀60年代，到2002年前后成果最多，之后研究較少。早期研究主要基于工程實踐，采用多種方法計算了天然條件下和開采條件下的黃河側滲補給量和側滲范圍。1999~2004年，基于“973”項目子課題《黃河流域地下水可再生能力變化規律研究》，評價了區域地下水可更新能力，并綜合多種研究手段首次確定了黃河水補給范圍及循環深度。

圖4 黃河下游懸河示意圖

    水利工程改變了水資源分布格局，也從根本上改變了河流特性及其生態系統，改變了河流和河岸生境的完整性，導致河流和河岸生態系統的結構和功能發生變化。2002年7月小浪底水庫開始調水調沙，在小浪底的強制調節下，黃河下游河道沖刷下切，河段流量削峰均化，至今20多年，其對下游水循環及生態環境影響的研究未引起廣泛的重視和深入的研究，尤其水利部門在相關方面涉及較少。

圖5 小浪底水庫

    黃河勘測規劃設計研究院有限公司相關研究團隊綜合考慮了小浪底工程運行前后，黃河水位、流量數據及黃河下游典型剖面地下水位監測數據在長序列時間尺度上的變化，并考慮了氣候因素和地下水開采因素，在此基礎上，深入探討了小浪底建設前后黃河對兩岸地下水側滲補給量的變化及其產生的影響。初步研究成果顯示：小浪底工程運行后，有效保證了下游河道徑流量，從而對兩岸地下水的側滲補給量增加，一定程度上緩解了因區域地下水超采導致的地下水位持續下降問題，為灘區人民群眾的生活生產用水提供了更為可靠的保障。研究結果對大型水利工程建設對下游地區地下水位變化可能帶來的資源開發利用及生態環境影響提供參考和指導意義。為變化環境下黃河流域水安全、生態安全調控研究及保障體系建設提供科技支撐，對新時期的黃河流域生態保護和高質量發展具有重要意義。

    水利工程建設等強人類活動改變了河流的天然水平衡關系及生態環境。為了保證區域社會經濟的可持續發展，更好的開發利用水資源，如何協調水利工程建設和生態環境保護之間的關系，處理水利工程建設對河流生態系統的影響？未來需要引起我們的更多關注。