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石羊河位于甘肃省河西走廊东部，是甘肃省三大内陆河之一，也是河西地区人口最集中地区。近几十年来，由于自然条件变化和人为活动的剧烈扰动，水文地质条件和流域水循环的时空分布发生明显改变。
本文以地下水系统理论为指导，选择石羊河流域中上游武威盆地典型地段，应用地面调查、地球物理勘探、地球化学调查等多种技术与手段，研究含水层系统空间结构特征；揭示地下水系统渗流场、化学场及水文地质参数等的演变规律；探索地下水系统演变的主要控制要素，提出减缓地下水系统劣变调控方案，为流域地下水资源保护提供科学依据。
研究表明，研究区地下水类型主要为松散岩类孔隙水。含水层主要为中、上更新统砾卵石、砂砾石、中粗砂和中细砂层。水文地质结构主体由单一潜水向微承压-承压含水层组过渡，以微承压-承压含水层组为主。平原区地下水补给主要来源于河流和渠系(田间)水的入渗，而排泄是机井开采和蒸发占主导因素。
石羊河流域地下水的补径排条件发生了很大变化。区域地下水位持续下降，其水位年内动态呈现典型的开采型特征；年际动态特征是地下水位持续性下降。二十多年来地下水位平均下降6～7米，下降速度0.31米/年。通过开展EH-4、浅层地震、瞬变电磁、高密度电法、视电阻率测深等物探工作，探测了第四系地层结构、基岩埋藏深度、基底起伏及Q1、Q2底界埋深等问题，勾画了地下水系统的空间结构展布：西南部山前地带第四系厚度400～500m；重点研究区南部和寨--羊下坝为武北凸起，第四系厚度较小，350m左右；东部洪水河附近为凹陷带，第四系厚度大，600～700m；西北为凹陷带，第四系厚度500～600m；中部第四系400～450米，从南西向北东，第四系厚度逐渐变小。
研究区内地下水矿化度总的趋势是由西南向东北地下水的矿化度逐渐递增，地下水Cl-空间分布与地下水矿化度分布特征基本一致。地下水化学类型归纳为3种：即HCO3-·SO42-型水、SO42-·HCO3-型水、SO42-型水。地下水系统演变的主要控制因素是水文地质结构、气候变化和人类活动。气候变化影响了石羊河的径流量，从而直接影响对地下水系统的补给；同时也对地下水系统水文地质条件产生影响，进而通过影响人类水资源利用活动改变相关环境。人类活动对地下水系统演变的影响主要体现在水系结构的改变、水资源需求增大使地下水开采量逐年增大、水资源利用不合理和管理不到位等。
减缓地下水系统劣变主要应遵循自然规律，以涵养地下水为主，加强水资源的科学管理，加强节水工程的实施，建立节水型社会，同时注重地下水资源开发与生态环境建设的协调发展。