灌区地下水系统属于半自然生态系统,由于人类活动影响导致灌区的水循环更加复杂。随着工农业快速发展,水资源供需矛盾日趋严重,同时对灌区地下水系统的补给、径流、排泄等认识不足和灌区地下水不合理的开发利用,致使灌区地下水开采条件不断恶化、地面塌陷、微咸水和咸水入侵等次生灾害。因此研究灌区地下水影响因素及地下水系统演变规律,摸清位山灌区地下水时空补给特征,为灌区地下水资源和地表水资源科学合理开发利用和调配以及灌区稳定健康发展和地下水环境保护提供理论依据。本文以黄河下游最大的引黄灌区、全国第五大灌区——位山灌区为研究对象。根据引黄灌区水文、地下水相关资料,采用极值法、灰色关联法分析灌区浅层地下水动态变化特征和影响因素。利用人工同位素示踪技术分析灌区浅层地下水补给影响因素和补给特征,并结合ArcGIS和Visual MODFLOW软件耦合模拟位山灌区地下水动态变化特征,揭示位山灌区浅层地下水补给时空分布特征。主要研究成果如下:(1)灌区浅层地下水位年际变化具有周期性波动,总体呈现稳定、下降、抬升和稳定的变化趋势,而年内变化幅度较大。在空间上,灌区地下水位与地面高程变化具有一致性,即从南向东北逐渐降低,灌区南部和中部水位较高且稳定,东北部区域水位较低且稳定,西部和北部区域地下水埋深和变化幅度较大。由灰色关联法分析知自然因素对灌区地下水影响比人为因素大,人为因素对地下水影响程度因地区而异,灌区上中游主要受地表水灌溉影响,而下游受地下水开采影响程度较大,其中降水和地表水灌溉是灌区地下水补给主要因素。(2)基于地下水影响因素和人工示踪试验分析可知,灌区大气降水和地表水灌溉对地下水补给强度均值为167.7mm/a,其中在有灌溉地区补给强度为193.1mm/a;无灌溉地区补给强度均值为104.4mm/a。在同一种植类型下,冬小麦~夏玉米在有无灌溉条件下大气降水和地表水灌溉对地下水的补给强度为198.6mm/a和110.7mm/a,而棉花在有无灌溉条件下大气降水和地表水灌溉对地下水的补给强度为138.3mm/a和85.5mm/a;灌区综合入渗补给系数范围为:13.70%~22.44%,均值为19.36%。(3)根据灌区水文地质、地下水位等资料采用Visual MODFLOW软件构建位山灌区浅层地下水数值模型,采用模型对灌区进行水量均衡模拟。结果表明目前位山灌区地下水补给量为103508.2×104m3,排泄总量为106743.8×104m3,二者之差为-3235.6×104m3,由此可知在模拟期内位山灌区地下水系统处于负均衡状态。模拟结果符合当前灌区浅层地下水资源开发利用现状。(4)通过分析2000~2014年和不同水文年的地下水量模拟结果可知:灌区地下水补给在时间上,降水和地表水灌溉对灌区浅层地下水的补给量具有减小趋势,其多年平均值为79104.5×104m3,下降速率为-402.68×104m3/a;灌区内河流渗漏补给和含水层侧向补给浅层地下水量的多年平均值分别为1638.8×104m3和107.5×104m3。在年内各补给项对地下水的补给量分配不均,在汛期(6~9月)和灌溉期(3~5月和9~10月),占全年补给量的87.5%,在非汛期和非灌溉期如(1、2、11、和12月),占全年补给量的16.7%。在空间上,大气降水和灌溉对灌区地下水年均补给强度为166.5mm/a。其中灌区上游、中游和下游地区的大气降水和地表水灌溉下渗补给地下水强度依次减少,各区域年平均值分别是185.6mm/a、166.2mm/a和147.1mm/a。根据位山灌区地下水补给特征,针对灌区水资源利用现状和问题提出相关建议以保证灌区社会经济与地下水协调发展。