应用~2H、~(18)O同位素示踪华北平原石家庄包气带土壤水入渗补给及年补给量确定

采集2个不同深度包气带土壤水2 H、18 O同位素剖面ZK1,ZK2,应用天然稳定同位素2 H、18 O示踪的方法,研究了华北山前冲积平原石家庄地区包气带土壤水入渗补给的历史演化特征。结果显示,研究区内,以0.05m为取样间隔,δ2 H、δ18 O值可以明显指示出大气降水及灌溉水入渗补给时间—剖面深度位置的年际对应关系。ZK2的δ2 H、δ18 O值随着埋深的增大出现周期性的波动,具有分层现象的岩性差异并不明显,说明ZK2剖面以活塞流的入渗方式补给地下水。在0~3.90m深度,δ2 H、δ18 O值显示降水和灌溉水的入渗补给时间为2011年10月至2001年11月。18 O峰值位移法计算补给量的结果显示,降水、灌溉水通过包气带补给地下水的垂向运移速度为38.5~65.0cm/a,年均入渗补给量为131.3~185.3mm。同时,对比2003年及2005-2007年降水量数据,说明少雨年份农业灌溉用水量的大小对当地地下水的入渗补给量起着关键性作用。     

Pb同位素剖面化探法在甘肃玛曲地区大水金矿深部找矿中的应用

攻深找盲是大水金矿矿山勘查的主要任务。根据Pb同位素示踪的有关理论和隐伏矿预测的方法,以甘肃玛曲大水金矿区为例,利用Pb同位素剖面化探法在大水金矿典型剖面70、72勘探线采集Pb同位素样品78个,进行成矿截止深度预测。取本区域的成矿V2截止值在22.4～234.36之间,70、72勘探线在3450m标高左右V2值分别为49.11、64.83,预测70～72勘探线深部及以西成矿截止深度在3000～3100m之间,还有400～500m的勘查空间,找矿潜力大,是今后矿区勘查的重点地段。     

晋陕蒙接壤地区岩溶地下水与黄河水环境同位素特征分析

本文通过晋陕蒙接壤地区岩溶地下水与黄河水环境同位素特征的分析、研究,得出由补给区→迳流区→排泄区,岩溶水氚值由高变低, 14C年龄具有由低逐渐升高的变化规律;利用同位素的高程效应,计算得到岩溶水补给区的补给高程为1500～1600m;利用氚值的衰变估算,岩溶地下水的运移速度为3. 8～2. 1km /a,反映出岩溶水由补给→排泄区由快到慢的运动过程。文中还利用黄河水与岩溶水的氚值,估算了黄河西岸岩溶水中有25%来自黄河水入渗,75%来自东部岩溶水的补给。      

松嫩平原地下水流动模式的环境同位素标记

采用同位素水文学方法并结合传统水文地质方法,识别松嫩平原地下水流动模式。氢氧稳定同位素和地下水年龄分布表明该区地下水流动系统流动模式呈现出局部流、中间流和区域流系统。地下水中氚分布深度指示局部水流系统为现代水循环系统,以垂向运动为主要特征,循环深度一般小于50 m,山前区可达100m以下;区域流系统存在于深部承压含水层,以侧向水平径流为主要运动特征。松辽边界附近的环境同位素特征存在明显的差别,指示天然状态下可视为零通量边界。同位素示踪剂也反映出嫩江和地下水的相互作用关系,在齐齐哈尔以北,江水补给地下水;在齐齐哈尔以南,地下水向嫩江排泄。     

应用D、18O同位素示踪孝感市厚层黏性土中土壤水入渗补给及其生态环境效应

黏性土的渗透系数极低，水分及溶质在黏性土中运移速率慢、耗时长，本次研究通过分析大别山区-江汉平原三水转换野外科学试验场（下文简称"试验场"）ZK1、ZK2钻孔剖面土壤水、大气降雨D、¹⁸O同位素测试数据与孝感站（站号57482）多年年降雨量数据，确定了厚层黏性土土壤水入渗补给年份与深度的对应关系。结果表明：试验场区黏性土垂向岩性差异较小，无明显分层现象，土壤水分以"活塞流"的方式向下运移，夏、秋季的大气降雨为土壤水的主要补给来源；ZK1（取样间隔0.5~2.7 m，深度15 m）的土壤水δD、δ¹⁸O值随着埋深的增大出现周期性的波动，ZK2（取样间隔0.1 m，深度6.2 m）的土壤水δD、δ¹⁸O值随着埋深的增大出现分层波动现象；确定了黏性土层0~6.2 m深度对应的降雨入渗补给年份，并通过¹⁸O的峰值位移法计算得出降雨入渗补给在黏性土层的垂向运移速度为10.8~15.0 cm/a，年均入渗补给量为43.1~58.1 mm，占多年年均降雨量的4.01%，推算出降雨入渗补给需要近130年的时间才能穿透试验场厚层黏性土补给至地下水含水层，表明该厚层黏性土的防污性能良好。本研究所揭示大气-土壤界面下黏性土土壤水分入渗迁移历史演化特征及补给年际对应关系，对江汉平原区地下水环境保护、生态环境改善、旱涝灾害防治等具有重要意义。     

不同地下水补给条件下非饱和砂壤土冻结试验及模拟

为研究土壤冻融过程中不同地下水位对土壤的补给规律,在室内进行了两组不同地下水边界条件下的土柱冻结试验: A组无地下水补给,土柱高度60cm;B组地下水维持在距土柱表层60cm深度处。土壤在冻结过程中水分及盐分均呈向上运移趋势,稳定浅地下水补给会加剧水分及盐分向上运移,造成上层土壤盐分的聚积,影响土壤剖面的热量平衡,引起剖面温度的重新分布,从而减缓冻结锋的推进速度。运用HYDRUS-1D冻融模块对不同地下水埋深（0.5m,1.0m,1.5m,2.0m,2.5m）情况下冻结过程中水分运移规律进行了模拟。模拟结果表明:累积补给量在埋深小于1.5 m时随埋深增加而有所增加,而当地下水埋深大于1.5 m时,累积补给量随着埋深增加而有所减小,甚至保持不变。     

不同地下水补给条件下非饱和砂壤土冻结试验及模拟

为研究土壤冻融过程中不同地下水位对土壤的补给规律,在室内进行了两组不同地下水边界条件下的土柱冻结试验:A组无地下水补给,土柱高度60 cm;B组地下水维持在距土柱表层60 cm深度处。土壤在冻结过程中水分及盐分均呈向上运移趋势,稳定浅地下水补给会加剧水分及盐分向上运移,造成上层土壤盐分的聚积,影响土壤剖面的热量平衡,引起剖面温度的重新分布,从而减缓冻结锋的推进速度。运用HYDRUS-1D冻融模块对不同地下水埋深(0.5 m,1.0 m,1.5 m,2.0 m,2.5 m)情况下冻结过程中水分运移规律进行了模拟。模拟结果表明:累积补给量在埋深小于1.5 m时随埋深增加而有所增加,而当地下水埋深大于1.5 m时,累积补给量随着埋深增加而有所减小,甚至保持不变。     

黔东北地区地热水化学特征及起源

目前在黔东北地区未系统地开展过地热水水文地球化学特征以及地热水来源方面的研究,存在地热水来源、补给区域、径流和排泄等特征不清等问题.在充分了解黔东北地热地质条件的基础上,采集区内15组地热水进行水化学全分析、收集12组地热水氢氧同位素和3组地热水碳同位素数据,得到了该区地热水的水化学特征和同位素特征,分析出地热水的补给来源,估算了地热水的补给高程、补给温度、热储温度、循环深度以及冷水混入比例.结果表明,受地形地貌及地质构造的影响,该区地热水总体由南向北径流,水化学类型主要为HCO₃·SO₄-Ca·Mg、HCO₃-Ca·Mg、HCO₃-Na、SO₄-Ca·Mg及SO₄-Ca型,有益元素主要有F-和H₂SiO₃,沿径流方向地热水呈现pH降低、TDS增加的趋势,水化学类型则由重碳酸盐型水变为硫酸盐型水.同位素分析结果表明,该区地热水补给源为大气降水,补给区为海拔1 500~2 000 m的梵净山地区,地热水年龄为（6 400~11 570）±560 a,补给时的年平均气温为7.0~9.1℃;选用二氧化硅温标及lg（Q/K）-T法估算热储温度为45.0~107.0℃,地热水循环深度为1 000~3 000 m;硅-焓混合模型估算地热水混合前的热储温度极大值为110~200℃,地热水在上升过程中受浅部冷水混合,冷水混入比例为50%~90%.      

Sr-S-K同位素示踪思茅盆地深部富钾盐体的物源

思茅盆地2350 m以深新发现了累计厚度149 m的富钾盐体。为了厘定其成钾物质来源,本文重点对15件钾石盐岩样品的Sr、K同位素和7件硬石膏岩样品的Sr、S同位素进行了分析。结果显示样品的Sr、S、K同位素均具有海水的特征,说明该盐体的成钾物质来源为海水。87Sr/86Sr值分别与δ34S. V- CDT值和δ41K值负相关揭示析盐期存在陆源淡水补给蒸发盆地。淡水补给导致样品的87Sr/86Sr值大于母源海水、δ34S. V- CDT和δ41K值小于母源海水。混源模拟计算显示钾石盐岩中淡水补给锶元素的比例为3. 3%~29. 2%,硬石膏岩中淡水补给锶元素的比例不超过35. 2%。淡水补给Sr、S、K元素的量较少,不足以影响我们根据相应的同位素指标对盐体母质来源的识别。本项研究综合应用传统的Sr- S同位素与新兴的K同位素示踪思茅盆地深部富钾盐体的物源,为进一步研究其成因机理提供了可靠的数据支撑。     

玛曲高原区潜水水化学和氢氧同位素特征

玛曲高原区地下水是黄河的重要补给水源,然而其水化学特征及形成机理认识还十分有限。通过采集玛曲潜水、河水和黄河河道沉积物,系统研究了玛曲高原区地下水水化学、同位素特征以及水文地球化学过程。结果表明:河水和潜水的溶解性总固体含量低,分别为72~195 mg/L和207~459 mg/L,水化学成分以Ca2+和HCO3-为主,水样中砷浓度为0.46~17.7μg/L。氢氧同位素结果表明,地下水和河水补给来源为当地大气降水,河水相对潜水富集δ18O和δD。河水水化学组成主要受蒸发浓缩作用的影响,而潜水主要受碳酸盐岩溶解作用的影响。潜水水样SI白云石小于0的占68%,表明潜水中白云石处于不饱和状态。某些潜水砷含量超标的原因可能是沉积物铁锰氧化物矿物的还原性溶解,而砷的来源可能是玛曲河道和浅层松散沉积物中吸附态砷。研究成果有助于揭示黄河上游玛曲段地下水的来源及地下水化学成分的形成机理。     

黑河中游盆地南部山区地下水对平原区侧向径流补给量的估算

山区地下水对平原区的侧向径流补给量是一个长期争议且悬而未决的难题,这个量在西北内陆干旱盆地,被估算得或很小或很大。在总结前人研究的基础上,采用地质水文地质调查、物探、钻探、抽水试验、地下水动态观测、水化学测试、盆地地下水水位统测和综合研究等技术方法,查明了黑河中游盆地南部山盆交接带的地质构造接触关系、地层岩性接触关系及梨园河口白垩系风化壳含水层结构和水文地质参数。通过山区不同流域等级的地表水与地下水转化关系分析,将山区地下水对平原区侧向径流补给带划分为大中型河流河谷补给段和小微型河流或冲沟群流域构成的浅山带补给段。河谷补给段勘探资料较为丰富,多用达西断面流方法计算;针对浅山带补给段极为缺乏勘探资料的实际,以梨园河口断面径流量为参照,构建了浅山带岩性、汇水区面积、降水量等3 个变量的山区地下水对平原区侧向径流补给量的估算方法。估算出黑河中游盆地南部山区浅山带地下水对平原的侧向径流补给量为0.40×108 m3/a,河谷段基岩侧向补给量为0.07×108 m3/a;推算出河谷段第四系地下水补给量为0.30×108 m3/a;3 项补给量之和为0.77×108 m3/a,占盆地地下水资源量的3.0%。该研究为西北内陆干旱盆地山区地下水对平原区侧向径流补给量的估算提供了一个可供借鉴的实例。     

黄河三角洲浅层地下水盐分来源及咸化过程研究

黄河三角洲地下水咸化已成为区域最突出的生态环境问题之一。识别地下水补给及盐分来源是有效控制和改善地下水咸化问题的关键。本研究采集了研究区浅层地下水、地表水和海水等不同类型水样,利用离子比、Piper三线图、吉布斯图等方法对八大离子浓度、δD和δ¹⁸O 组成、Br和Sr 浓度等进行地下水补给研究与盐分来源辨析。结果表明:(1)黄河三角洲浅层地下水以总溶解性固体(TDS)为338 g/L的咸水为主,地下水水化学类型较为单一,主要为Cl-Na型。(2)三角洲区域地下水以大气降水补给为主,并且在补给过程中经历了不同程度的蒸发作用的影响,黄河现行流路区域地下水主要来源于河水侧渗补给,但浅层地下水含水层水平渗透性较差限制了黄河侧渗补给范围。(3)海洋是黄河三角洲浅层地下水盐分的主要来源,黄河现行流路区域及近岸地下水盐分来源于海水混合,三角洲北部刁口河等古河道区域地下水盐分主要来源于海相蒸发盐淋滤溶解。     

滩小关水源地地下水计算与评价

滩小关水源地位于伊洛河口以东的黄河漫滩区,西、北、东分别与伊洛河和黄河相邻,属傍河型水源地。对埋深60 m以浅的地下水进行了计算与评价。计算方法主要采用水量均衡法、数值法评价地下水允许开采量,对浅层地下水资源保证程度进行了评价。两种方法的计算结果差别较小,结果可靠。开采量中大部分来自黄河、伊洛河的侧渗补给和洪水入渗补给,开采条件下河流入渗补给量仅占黄河最小流量的1 453分之一。因此,该水源地的允许开采量是完全可靠的。     

从南水北调中线文物与地貌关系看全新世以来沿线人聚居条件变化

早期先民聚居和活动遗址及古墓分布受地貌类型及其与河流关系影响,在跨流域不同地区表现关系如何?本文以沿伏牛山和太行山山前地带线性展布的南水北调中线干渠两侧各3 km宽度带为个案,研究干渠沿线唐白河、淮河、黄河北、滏阳河和海河等5个区段的362处文物分布随水系及地貌单元的变化。结果发现,干渠沿线先人多聚居在缓坡地和岗地,其次是冲洪积扇和微倾斜平原。石器时代遗址基本在大河二级支流、河流二级阶地上,高出河床10~20 m左右。文物总数与调查干渠线路长度大致成正比,沿线路分布密度约0.5处/km。淮河-黄河北区段文物较集中且新石器遗址数量与线路长度大致成正比,沿线路分布密度约0.2处/km;海河区段文物密度相对较低。不同时代(7个时期)文物占比表现出一些共性特征,如战国至南北朝文物占比最高的在黄河北和滏阳河区段,分别为30%和41%,而明清文物占比较高的为海河和唐白河区段,分别为32%和44%。战国后太行山山麓带渐变干旱,黄河以北海河以南的华北平原西部湖区与山麓之间聚居遗址增多。上述结果为南水北调中线干渠规划设计中合理避让、科学保护和适量发掘文物供了一定依据.     

基于平移相关法的黄河口溯源冲淤范围分析

河口延伸及流路改道的溯源影响是科学制定黄河下游河道治理与河口治理规划的关键问题之一,关系到治黄战略及策略的确定。基于沿程冲淤和溯源冲淤在时空上的传播特征,提出了平移相关分析方法,采用1950—1990年的水位数据,分析了黄河口流路演变对黄河下游河道的溯源影响过程和范围。结果表明:①黄河下游不同断面上的水位总体呈震荡上升趋势,水位变化过程在空间上并不完全同步,相同时间节点上各断面水位存在较大差别,具有扰动波的传播特征;②黄河下游沿程冲淤发展速率较快,冲淤扰动波从花园口传递到高村大约需要1 a,高村与艾山之间的冲淤变化则基本同步;③溯源冲淤发展速度较慢且存在滞后效应,泺口冲淤变化主要受利津前8 a冲淤变化的累积影响;④黄河口流路演变溯源影响主要在艾山以下,距离黄河入海口约350 km以内的河段主要受溯源冲淤影响。     

黑河流域中游盆地地表水与地下水转化机制研究

地表水与地下水相互转化是中国西北干旱内流盆地水循环的显著特征,转化机制研究是盆地水循环规律认知和水资源可持续管理的重要基础。以我国西北干旱内流河黑河流域中游的张掖盆地和盐池盆地为研究区,建立了黑河主干河道时变水平衡模型和地表水地下水耦合数值模型,研究了长周期水文变化和人类活动双重影响下地表水与地下水转化机制,得到如下认识:（1）补给条件由以天然条件下河流渗漏为主的线状补给演变为以河流与引水渠道渗漏的线状补给和灌区田间入渗面状补给,排泄条件由以泉水溢出和天然湿地排泄演变为以泉水溢出与地下水开采为主的排泄。（2）张掖盆地黑河干流河道入渗段和溢出段大致以G312 大桥为界,亦称为地表水与地下水转化的转折点。莺落峡—G312 大桥段为悬河渗漏段,河道入渗补给主要受控于进入河道的实际过水量。其中,莺落峡—草滩庄段河道入渗补给率为28.20 %;草滩庄—G312 大桥段河道入渗补给量与河道过水量的关系可用分段函数表达,河道过水量大于或等于0.37×108 m3/mon时呈幂函数关系,小于则呈线性函数关系。G312 大桥—正义峡段为地下水溢出段,其中G312大桥—平川大桥段地下水溢出量约占全部溢出量的70%,溢出峰值出现在高崖水文站下游约6 km处,其单长溢出量可达0.46 m3/(s·km)。（3）研究区是一个相对完整的河流—含水层系统,近31年来经历了连枯和连丰的水文变化,地下水补给排泄条件及与地表水转化机制均发生了相应的变化。地表水与地下水转化最强烈的地区为张掖盆地中部的黑河—梨园河倾斜平原。1990—2001 年连枯期,灌区引水量总体逐年减少,以河道入渗和渠系渗漏为主的补给量平均以0.06×108 m3/a速率减少,农田灌溉面积增加导致灌溉用水增加,地下水开采量显著增加,地下水水位逐年下降,储存量累计减少5.77×108 m3,地下水溢出量平均减少0.16×108 m3/a;而2002—2020 年连丰期,灌区引水量总体逐年减少,河道入渗量呈增加趋势,地下水总补给量平均增加0.15×108 m3/a,灌溉面积继续扩大,农灌开采量随之增加,以河道入渗量增加为主导,地下水水位持续上升,储存量累计增加5.45×108 m3,地下水溢出量平均增加0.08×108 m3/a。总之,补给和排泄条件变化较大,地下水储存量先减后增,地下水溢出总量变化较为平缓,反映了该区巨厚含水层系统的巨大调蓄功能。（4）位于张掖盆地东部的诸河倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于地表水开发过度,补给量锐减。黑河侵蚀堆积平原地下水水位基本稳定。30 多年来盐池盆地倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于移民开垦导致地下水过量开采。（5）内流盆地天然悬河入渗段是珍贵的地下水补给通道,无论连枯期还是连丰期,河道实际过水量是河道渗漏补给量的关键,保护上游天然河道和一定的河道实际过水量是内流盆地水资源可持续管理的关键。     

Isotope evidence for quantifying river evaporation and recharge processes in the lower reaches of the Yellow River

Evaporation and recharge are important hydrological processes in the water cycle. However, accurately quantifying these two processes of river remains to be difficult due to their spatial heterogeneity and the limitations of traditional methods. In this study, a more reliable method of stable isotopes of δ ¹⁸O and δ ²H based on the Rayleigh distillation equation and mass conservation was used to estimate the evaporation and recharge of the rivers in the lower reaches of the Yellow River, North China Plain. Comprehensive sampling campaigns including 30 surface water samples from 10 rivers, 33 groundwater samples from domestic and observation wells, and two Yellow River water samples were conducted. The results showed that the evaporation proportion of the rivers based on δ ¹⁸O and δ ²H both averaged 14.4%. The evaporation proportions in each river did not completely follow a linear increasing trend along the flow path. This phenomenon could be mainly explained by the different proportions of recharge from groundwater and Yellow River water. With closer to the Yellow river, evaporation of the rivers decreased while the recharge by the Yellow River increased. Regression equations based on δ ¹⁸O, δ ²H, and their average revealed that the evaporation proportion respectively increased by 1.02, 0.79, and 0.90% with the increase in the distance to the Yellow River per 10 km. On the contrary, the recharge proportion decreased by 7.68, 5.51, and 6.59%, respectively. In addition, using δ ¹⁸O rather than δ ²H was more reliable in studying the spatial influence of the Yellow River on evaporation and recharge. Sensitivity analysis showed that the evaporation model was most sensitive to isotopic composition, rather than to air temperature or relative humidity. The results of this study provide insights into the determination of river hydrological processes and the management of water resources.     

中国地下水资源演变趋势及影响因素分析

中国地下水资源发生了显著变化,全面摸清地下水资源演变趋势及其影响因素是治理和管理地下水资源的基础。基于全国水资源调查评价、中国水资源公报等资料,对中国60余年来地下水资源的演变规律与影响因素进行了系统分析。结果表明：全国地下水资源量总体稳定,但区域演变趋势差异明显,海河区、辽河区、黄河区呈明显衰减态势;地下水补给结构发生重大变化,由自然补给演变为自然与人工补给并存的模式;地下水排泄结构发生巨大变异,由天然排泄逐渐演变为以人工排泄为主。海河区、松花江区、黄河区、西北诸河区等区域地下水补给排泄关系严重失衡,超采问题突出;降水变化、下垫面条件改变、人类活动干扰是地下水资源变化的主要原因。     

中国地下水资源演变趋势及影响因素分析

中国地下水资源发生了显著变化,全面摸清地下水资源演变趋势及其影响因素是治理和管理地下水资源的基础。基于全国水资源调查评价、中国水资源公报等资料,对中国60余年来地下水资源的演变规律与影响因素进行了系统分析。结果表明:全国地下水资源量总体稳定,但区域演变趋势差异明显,海河区、辽河区、黄河区呈明显衰减态势;地下水补给结构发生重大变化,由自然补给演变为自然与人工补给并存的模式;地下水排泄结构发生巨大变异,由天然排泄逐渐演变为以人工排泄为主。海河区、松花江区、黄河区、西北诸河区等区域地下水补给排泄关系严重失衡,超采问题突出;降水变化、下垫面条件改变、人类活动干扰是地下水资源变化的主要原因。     

黄河下游傍河开采地下水研究--以郑州-开封间黄河段为例

近年来，由于黄河水量不断减少，断流频频发生和河水污染加剧等原因，使沿岸城市的供水形势日趋严峻。为了满足该区经济发展的需要，人们已越来越重视傍河地下水的开发与利用。从黄河下游河段的地质结构、岩性组成、河水补给地下水条件等各个方面论证了黄河下游河南省地段地下水资源的开发潜力及兴建大型傍河地下水水源地的可行性。对傍河开采地下水时可能诱发的水环境和地盾环境问题进行了分析、预测，提出了解决的途径。