人工回灌对地下水年龄分布规律的影响

地下水可更新能力是评价地下水开发可持续性的关键指标,可更新能力可以用地下水年龄来定量表达。在人类活动影响下,地下水的实际更新状况已与自然条件下截然不同。基于台兰河流域地下水库建设和人工回灌工作现状,通过物理试验和数值模拟相结合的方法分别研究了入渗池位置,回灌强度和包气带厚度对地下水年龄分布规律的影响。结果表明:人工回灌使地下水年龄整体变年轻;入渗池位置和回灌强度的改变对地下水年龄分布的影响显著;包气带厚度的增大使回灌水滞留时间延长,导致地下水年龄增大,该研究可为合理评价区域地下水可更新能力提供技术指导。     

盆地地下水年龄空间分布规律

地下水年龄蕴含了地下水循环与演化过程的信息,是研究盆地地下水循环规律的重要信息来源。利用实测示踪剂年龄校正地下水模型,是当前国际水文地质学研究的前沿与热点。在数值模拟计算中,地下水年龄有三种确定方法,分别是利用"活塞流"模型计算对流年龄、根据同位素浓度结合半衰期计算浓度模拟年龄和利用地下水年龄控制方程计算直接模拟年龄。利用地下水年龄控制方程计算的直接模拟年龄适合于从理论上分析盆地中的地下水年龄空间分布规律。研究发现,在各级次流动系统内,从补给区到排泄区,地下水年龄有整体上变老的趋势;盆地下游,地下水年龄在垂向上会发生突变,可作为识别不同级次流动系统的实用指标。研究还发现,驻点位置或者附近,地下水年龄存在一个偏大的峰值。这些规律可为利用地下水年龄校正盆地地下水模型提供理论指导。     

河北省唐山市陡河流域地下水年龄评价

利用环境同位素研究地下水年龄对区域地下水资源评价提供可靠依据。本文以陡河流域为例,通过采集大量地下水中的环境同位素样品,测试水中氚、CFCs和14C含量,分别计算地下水年龄,评价地下水的可更新能力。研究结果表明:Q4含水层受井孔利用情况平均滞留时间存在显著差异;Q3含水层地下水年龄最广,从70年以前的老水到新水不等;Q2含水层主要为生活供水和工业开采层,远离河岸带地下水年龄10~70年;远离河岸带Q1含水层地下水为冷湿气候下补给;灌区地下水浇灌过程中与大气接触发生空气-水平衡,使得CFCs不适合于灌区地下水年龄计算。     

河流-含水层系统数值模拟方法探讨

地表水与地下水转化量的模拟预测一直是区域水资源评价和管理中的难题。提出了一种基于河流越流系数的处理方法,即将转化量计算模型同三维地下水数值模型完全耦合,能够预测在有人工干预条件下,地表水与地下水转化量的变化趋势。提出的方法适合多含水层系统的情形。实例研究表明,提出的河流-含水层系统模拟方法原理简单,易于实现,可以推广应用。     

盆地多级次地下水流系统盐分运移实验模拟

地下水年龄和滞留时间包含了地下水循环和演化的重要信息,被广泛用于盆地地下水循环模式的研究.使用多级次地下水流系统演示仪,实验模拟了三级水流系统模式中地下水年龄及滞留时间分布.研究发现,盆地底部、区域流线的下游、盆地滞留区最晚响应;浅部的局部水流系统稳定后的浓度值相对较低;中间水流系统相对深部的区域水流系统也较低,滞留区...     

基于数值模拟的区域性地下水补给过程实例研究

研究主要目的是以数值模拟的方法,再现选定的研究区域20世纪70~90年代地下水位处于较低水平的过程并推求地下水的补给过程。研究区为某流域入海口前10×12km2的矩形区域,基于研究区土层纵断面的物理条件,在平面二维的基础上,考虑含水层垂向水收支成分,利用地下水计算的基本方程式开发地下水准三维数值计算模型,以数值模拟的方法验证模型效率。对地下水位数值模拟的结果表明,模型效率可以达到80%以上。基于1966~2005年的数值计算结果,推求了研究区各含水层的补给过程。研究结果可为区域性地下水数值模拟技术及地下水资源量的评估等研究提供方法上的借鉴。     

含水层底板标高的空间最优估计

对于许多区域水资源问题 ,用数值方法进行地下水水流模拟时 ,需要给出每个节点上含水层底板标高值。本文着重阐述了地质统计学的基本原理和克立格方法及其在含水层底板标高估值中的作用 ,指出克立格方法是进行含水层底板标高估值的空间最优估计方法     

区域分解算法在井田放水试验模拟中的应用

奥陶系灰岩构造、岩溶发育,对许多井田安全开采构成严重威胁。利用放水试验及数值模拟方法可以有效地查明该含水层主要水文地质特征。运用区域分解法的基本思想对某井田放水试验进行数值模拟。根据井田内的主要构造分布及性质,选择界面上通量一致的条件将原问题分解为各子域问题,各子域内采用有限单元法求解。模拟结果显示区域分解算法可以有效的应用于矿区含水层地下水运动的数值模拟。     

苏北沿海三市三维地下水流数值模拟

20世纪80年代以来,苏北沿海三市（连云港、盐城和南通）地下水过量开采导致部分地区水位持续大幅下降,引发地面沉降、水质咸化等问题。本文基于研究区大量地质、水文地质资料,以及2005—2013年地下水开采和水位观测数据,经过模型识别、验证,建立了能刻画苏北沿海三市地下水流场演化的三维非均质各向异性地下水流数值模型,模拟了研究区2005—2013年开采量由约2.03亿m³逐渐减少到1.56亿m³条件下深部地下水系统流场（包括第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ承压含水层）的动态演化过程。结果表明,各观测孔的水位实测值与模拟值吻合良好,水位及水均衡模拟结果显示各含水层水位下降得到有效控制,但是该区域地下水仍处于超采状态。为进一步控制水位下降,防治咸水扩散、地面沉降等地质环境灾害,模型预测并比较了现状开采和限制开采2种不同开采方案下2014—2020年苏北沿海三市深层地下水流场的变化趋势。预报结果显示,2种开采方案下,各含水层水位下降速率均减小,尤其是限制开采方案下,第Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ承压含水层的区域水位平均下降速率依次为0.15、0.16和0.15 m/a,分别比模拟期减小了46.43%、65.21%和48.28%,在开采强度降至最低的条件下储存量变化速率仍为负值,说明需要进一步加强地下水限制开采的力度。     

群矿开采条件下山西潞安矿区的地下水流场变化

煤炭开采导致区域含水层结构破坏,已经严重影响了区域地下水循环演化态势,是煤矿区地下水资源短缺的根本原因。本文以山西长治盆地潞安矿区为例,通过野外调查、相似材料模拟实验和数值模拟手段,分析了群矿开采驱动下含水层结构破坏对地下水流场的影响。通过砂槽模拟试验结果和数值模拟结果进行对比验证,结果表明:1)煤层开采形成采动裂隙发育基本限制在完整基岩内,使得隔水底板黏土岩发生弯曲变形,承压含水层水位下降形成层间疏干区,对第四系潜水含水层流场影响甚微,潜水水位没有明显下降;2)隔水层有效厚度变薄的局部地区,由于采动裂隙切穿隔水层,导致该区潜水含水层消失;3)采煤造成的类似"溯源侵蚀",引发原本隔离的地下水系统间的地下水袭夺现象,矿井水补给量有所增加。     

银川平原深层地下水14C年龄校正

地下水¹⁴C年龄的校正精度取决于对地下水溶解无机碳演化过程中影响地下水¹⁴C活度主要因素的准确识别及其影响程度的定量评价。以银川平原为例,在进行银川平原承压水反向地球化学反应路径模拟的基础上,识别出影响区内深层地下水碳酸演化的主要作用并进行深层地下水¹⁴C年龄的校正。研究认为,控制银川平原深层地下水化学演化的主要反应路径为碳酸盐矿物的沉淀和长石、角闪石、石膏等矿物的溶解以及Ca-Na离子交换。地下水流路径上所发生的水文地球化学反应对路径上¹⁴C的浓度变化影响较小。地下水¹⁴C年龄校正结果表明,除补给区和承压水水位漏斗区外,银川平原承压水年龄均在2 000 a以上,属“古水”,天然条件下径流缓慢、地下水更新速度小。在承压水水位漏斗区外,沿地下水流方向,地下水年龄逐渐增大;而在承压水集中开采区,承压水的年龄明显小于路径上游地下水,潜水与承压水之间的垂向水力联系比较密切。     

北京市平原区地下水循环特征的同位素研究

同位素技术是研究区域地下水循环规律的主要手段之一。本文对平原区地下水进行了取样分析,运用同位素技术并结合水文地质条件,研究了北京市平原区地下水循环演化规律。运用^3H和^14C的测年技术确定了地下水年龄;利用D和18^O关系曲线探讨了地下水的起源;按照是否积极参加了现代水循环的原则将第四系地下水划分为浅层水和深层水;对浅层水和深层水的更新状况进行了研究。研究表明,浅层水广泛分布于北京平原区,径流条件好,更新快;深层水主要分布于永定河、潮白河冲洪积扇下部及冲洪积平原的深部地区,补给条件相对差,与现代大气降水联系弱,径流条件差,更新慢。     

多源4He及其积累年龄揭示的深层地下水更新能力——以保定-沧州剖面为例

地下水年龄是重要的水文地质参数,它直接揭示了地下水的循环时间和更新能力.由于不同同位素半衰期不同,导致的测年精度和范围各异,致使华北平原深层地下水年龄存在诸多争议.虽然地下水4He测年方法已经得到应用,但是对地下水中4He多种来源的认识依然不足.通过系统采集和分析华北平原保定-沧州深层地下水中惰性气体含量及其同位素组成...     

华北平原地下水年龄校正

地下水14C年龄一般指地下水和土壤CO2隔绝至今的年代.地下水测年在地下水水文学中占有特殊的位置,地下水测年可以用来确定补给区,估算地下水流速度、流量、补给速率、水力传导系数和有效孔L隙度,而且年龄数据还可以用来完善地下水流模型.本研究选择华北平原为重点研究区,利用地下水中的同位素和化学组分的测试结果,应用水文地球化学及同位素水文学等相关知识,通过六种传统模型和反向质量平衡模型(NETPATH)对华北平原地下水年龄进行校正.根据年龄校正结果,分析了深层地下水的年龄变化特点,确定了水流路径上发生的水文地球化     

基于砂槽模型研究不同水流密度下盆地地下水流系统

在干旱半干旱地区,沉积盆地是人类生产、生活用水的主要载体,为查明在水流自身密度改变条件下盆地地下水流系统的变化特征,需在变密度条件下对盆地地下水流系统进行模拟研究。本文采用砂槽物理模型,在改变区域性水流密度条件下模拟研究地下水流系统的变化规律。试验结果显示:随着区域性水流密度的增加,区域水流系统的渗流速度和循环量均减少,且流线径流距离和径流深度也随之减小;而局部水流系统的渗流速度和循环量均增加。结果表明区域性水流密度的增加会抑制区域水流系统的发育,对局部水流系统有一定增强作用。本研究着重强调了区域性水流自身密度变化对盆地地下水流系统所产生的影响,并通过物理试验模拟得出在改变区域性水流密度条件下盆地地下水流系统的变化规律。     

鲁西北平原深层地下水动力场时空演化

深层地下水是鲁西北平原区特有的含水系统,具有分布范围广、埋藏深和开采恢复能力差等水文地质特征。近30年来的人工开采使天然流场发生了较大改变,形成多个规模不一、形态各异的超采漏斗。利用多年来区域研究成果和实测资料,在研究区域地下水循环系统的基础上,分析开采初期和开采条件下特征年份深层地下水动力场特征,研究鲁西北平原深层地下水演化程度。研究发现,近30年来,区域水头整体下降,地下水动力场发生了显著变化。除黄河三角洲全咸水区、莘县阳谷、嘉祥凸起周围降幅较小外,其余地区均大于20m,其中德州一武城、滨州-博兴、菏泽城区降幅均在60m以上,德州、滨州漏斗中心降幅大于100m。目前已造成德州、滨州、东营、菏泽、济宁等城区不同程度的地面沉降。     

Temporal trends in concentrations of DBCP and nitrate in groundwater in the eastern San Joaquin Valley,California, USA

Temporal monitoring of the pesticide 1,2-dibromo-3-chloropropane (DBCP) and nitrate and indicators of mean groundwater age were used to evaluate the transport and fate of agricultural chemicals in groundwater and to predict the long-term effects in the regional aquifer system in the eastern San Joaquin Valley, California. Twenty monitoring wells were installed on a transect along an approximate groundwater flow path. Concentrations of DBCP and nitrate in the wells were compared to concentrations in regional areal monitoring networks. DBCP persists at concentrations above the US Environmental Protection Agency’s maximum contaminant level (MCL) at depths of nearly 40 m below the water table, more than 25 years after it was banned. Nitrate concentrations above the MCL reached depths of more than 20 m below the water table. Because of the intensive pumping and irrigation recharge, vertical flow paths are dominant. High concentrations (above MCLs) in the shallow part of the regional aquifer system will likely move deeper in the system, affecting both domestic and public-supply wells. The large fraction of old water (unaffected by agricultural chemicals) in deep monitoring wells suggests that it could take decades for concentrations to reach MCLs in deep, long-screened public-supply wells, however.     

北京市永定河流域地下水^14C年龄的初步分析

应用同位素方法初步分析北京郊区永定河流域地下水的演化特点。沿永定河冲洪积扇地下水流动方向布置取样剖面，共有取样点14个，对采集的水样进行^14C和氚含量分析，并确定地下水同位素年龄。浅层孔隙水的^14C年龄的变化范围为730～4900a，深层孔隙水为13420-22480a；^14C年龄在垂直方向上由浅部至深部逐渐增大，最大变化幅度为从3010a增至22480a；浅层孔隙水的氚含量都在14．99～30．56TU之间，深层孔隙水大部分在0．51～4．71TU之间。运用地下水^14C和氚年龄在垂向和水平方向变化的结果，验证了地下水的流向并计算了地下水的流速变化范围为5．02～62．63m／a，从山前至平原浅层地下水径流速度逐渐变小，反映了地下水水平径流强度逐渐减弱，地下水交替逐渐变差，浅层孔隙水以垂向交替为主，深层孔隙水以水平径流为主。     

塔里木盆地区域地下水环境同位素特征及其意义

以大量水环境同位素样品测试结果为依据,对塔里木盆地的区域水环境同位素特征进行了分析,得出了一些有意义的认识:(1)塔里木盆地不同14C年龄的地下水的δD、δ18O值差异不明显,反映了水资源形成区在最后冰期和冰后期气温相差不大,推测是由于新构造运动使山体隆升,同一位置因高程变化产生的气温变化弥合了气候的变化,这一特征使我们难以运用δD-δ18O关系区别古水(冰期)与现代水(冰后期)。(2)在δD-δ18O关系图上,沿大气降水线可把盆地内主要河流及其补给形成的地下水大致圈定在3个域内,这3个域的区别不是大气环流作用的结果,而是河流源区山脉高程效应的反映。(3)与西北内陆盆地其他大型河流比较,阿克苏河流域下游承压自流水的14C年龄小得多,这是由阿克苏河径流量大、下游为河槽洼地、不完全具备山前倾斜平原水文地质特征等决定的。阿克苏河下游承压水水循环交替迅速,开发潜力较大,在西北内流盆地中是一个特例。(4)塔克拉玛干沙漠第四系松散层地下水主要是从盆地南缘侧向补给的,在沙漠腹地由深部向浅部顶托排泄。盆地内深层油田水处于高度封闭的滞留状态,与上部松散沉积层地下水之间基本没有联系。