IDL在地下水水质模拟中的应用初探

IDL(Interactive Data Language)作为第四代的编程语言,具有时海量数据进行获取、分析、可视化以及对多种图像进行处理和交互式探作的功能.本文介绍了IDL及其在地下水水质模拟及数据可视化中的应用,并结合地下水溶质运移问题的实例,利用IDL进行了数值模拟和计算结果的可视化.结果表明:IDL面向矩阵的特性和强大的数据可视化能力是地下水数值模拟和可视化的理想工具.     

数值模拟法划分地下饮用水源保护区——以内蒙古呼和浩特市城市水源地为例

科学合理地划分地下饮用水源保护区,有助于以最低的经济代价防范地下水源被污染。以内蒙古呼和浩特市为例,在对其水文地质条件进行详细分析的基础上,利用MODFLOW建立地下水渗流场,利用MODPATH进行粒子反向示踪模拟,然后以井口粒子运移100 d和1 000 d的范围为标准确定一级和二级保护区的范围。根据水源地的特点,从社会经济和工程技术等方面提出了合理的地下水保护建议及保护区管理措施,为地下饮用水源保护区划分的发展趋势和研究方向提供借鉴,并更好地实现地下水资源的可持续发展。     

地下水温度示踪理论与方法研究进展

对地下水温度示踪理论与方法的相关研究做了评述,介绍了当前地质体中温度场与渗流场耦合作用模型、数值模拟技术和渗流参数反演方法,并从温度示踪方法的两个主要应用领域:地表水与地下水交换和工程地下水渗漏探测(以堤坝为例),说明地下水温度示踪的应用研究.在地质体中温度场与渗流场耦合模型方面,裂隙介质、非饱和带、复杂边界条件和非D...     

高寒山区河水与地下水相互作用的温度示踪:以黑河上游葫芦沟流域为例

高寒山区的地表水与地下水相互作用的定量研究对水资源的评价及管理等具有重要意义,而目前在高寒山区开展的地表水与地下水相互作用的定量研究相对较少.以黑河上游葫芦沟流域为研究区域,采用温度示踪方法对高寒山区河水与地下水的相互作用进行了研究,并对温度示踪方法在高寒山区的适用性进行了讨论.监测了研究区两个时段的地温、河水水位、地下水水位以及河床沉积物底部不同深度处的温度,并对温度系列数据进行定量分析,计算了不同位置处河水入渗流速.结果表明:研究区河水水位普遍高于地下水水位;河床底部温度在9月份整体低于7月;流速计算结果表明监测时段内主要为河水入渗补给地下水,入渗速率整体介于2×10-6~5×10-5 m/s.温度示踪法在高寒山区的适用性分析表明:在地下水受多途径补给时,温度示踪法仅指示河水对地下水的补给,而其他水源对地下水的补给还要通过同位素方法和数值模拟等其他手段进行计算.影响高寒山区河水对地下水补给的因素主要有:河水与地下水水位、河床沉积物的水力传导系数与热容.      

地下水NO3-氮与氧同位素研究进展

人为活动通常是地下水硝酸盐污染的主要原因.不同来源的NO3-具有不同的氮、氧同位素组成,利用地下水NO3-中的δ15N和δ18O值可有效识别地下水硝酸盐污染的来源.引起地下水中NO3-含量显著减少的不同物理、化学和生物过程,所产生的氮、氧同位素分馏效应有明显差别.地下水系统中反硝化作用发生时,NO3-中氮和氧同位素分馏系数呈一定比例.因此NO3-中δ15N和δ18O值也是示踪地下水硝酸盐循环,尤其是反硝化作用的有效手段.利用NO3-中氮和氧双同位素,并与其他环境同位素及化学分析技术相结合,示踪NO3-来源及其循环是地下水硝酸盐污染研究的重要方向之一.综述了利用地下水硝酸盐中氮和氧同位素识别NO3-污染源与循环的研究进展,简述了近年迅速发展的阴离子交换树脂取样法,概述了此方面研究存在的主要问题,并展望了今后的研究方向.     

喀斯特地下水水化学对地表生态系统变异的响应——以贵州水城盆地为例

贵州六盘水市的迅速发展使地表生态系统尤其是土地利用状况发生了急剧的变化,对岩溶地下水及水环境也造成了极大的影响.本文尝试利用元素、同位素示踪和化学计量学的理论、方法及手段,研究了六盘水市城区及郊区地表/地下水系统的水化学组成特征,分析了喀斯特地下水中不同物质的来源、污染物及其迁移等问题.     

地表水与地下水相互作用的温度示踪与模拟研究进展

刻画地表水与地下水的相互作用过程及精确计算二者的交换量始终是个挑战,而新兴的温度示踪方法对于这方面的研究具有独特优势。重点介绍了地表水与地下水相互作用的温度示踪方法原理、应用及相关模拟的研究进展。温度示踪方法的数据获取成本低且温度适宜密集与连续监测,可对地表水与地下水相互作用过程进行精细刻画;在进行地表水与地下水相互作用的水-热耦合模拟时,温度数据可用于进一步校正模型,降低模型的不确定性,以提高交换量的计算精度。监测河水温度和河床沉积物内的水温,运用温度示踪方法研究河水与地下水的相互作用过程,并将水流及热运移数值模型相耦合,利用多源数据进行模型校正,可精细刻画地表水与地下水的交换量、相互作用带内的水流途径、流速及其变化趋势和控制因素,为地表水与地下水相互作用研究提供新的模型与方法。     

初探IDL在地质三维建模中的应用

IDL(Interactive Data Language)交互式数据语言是进行二维及多维数据可视化分析及应用开发的理想软件工具.随着计算机软硬件水平的提高和各种"数字化"概念的提出,对地质体的三维建模需求也越来越迫切.文章旨在通过利用IDL对一包含4个钻孔和两套地层的地质空间的三维建模过程,初步探讨IDL在地质三维建模中的应用.     

我国喀斯特地下水示踪概况

中国喀斯特地下水示踪技术使用十分广泛。近年来,有较大的进展。从简单的地下水连通与否的研究,发展到利用示踪曲线来分析地下水过水通道的展布形状,以及计算地下水的流量和示踪剂回收率等。      

IDL在青藏铁路地理信息系统中的应用研究

GIS二次开发中通常使用的GIS组件方法,大多受到开发商限制或组件提供的扩展接口不能满足系统功能需求的限制.在青藏铁路地理信息系统中为满足应用需求,采用了"IDL+C#+ArcS-DE"的开发模式,将IDL集成到青藏铁路地理信息系统的体系结构中,并利用IDL实现了GIS的功能.最后阐述了利用IDL进行时态钻孔数据分析、处理及可视化过程和冻土模型输出结果的可视化过程.     

地下水污染源识别的数学方法研究进展

地下水污染源识别模型可利用有限的观测资料估计污染源位置、污染物泄露强度及其泄露过程,是制定地下水污染修复方案的依据。在阐明地下水污染源识别基本问题基础上,综述了污染源识别研究的两大类数学方法,一类为直接方法,包括反向追踪法和基于正则化的方法;另一类为间接方法,包括基于优化的方法和基于概率统计的方法。同时指出了当前污染源识别数学方法应用中存在的主要问题:地下水污染源识别问题的复杂性、地下水有机污染问题和模型求解效率的低下性。对土壤-地下水的联合管理、基于物联网的地下水污染监测、对非水相流体（Non-aqueous Phase Liquid,NAPL）类污染源识别以及基于图形处理器（GPU）的异构并行计算将是未来研究的重点方向。     

水文要素等值线图的自动绘制方法

降雨量、地下水位等水文要素常常需要用等值线图来直观地反应。介绍了反距离加权插值算法和三角网格的等值线追踪方法，并用面向对象的C 编程语言封装为TContour类。应用结果表明，TContour类的插值和追踪方法快速高效，算法描述简洁且易于维护升级，可广泛应用于水文要素等值线图的计算机自动绘制，同时大大方便了软件系统的系统集成。     

Use of particulate surrogates for assessing microbial mobility in subsurface ecosystems

Mass fluxes from the ground surface can play a vital role in influencing groundwater ecosystems. Rates of delivery may influence intact ecosystem composition, while fluxes of substances associated with anthropogenic activity may critically alter the functioning of associated microbial assemblages. Field-based tracing experiments offer a valuable means of understanding mass transport rates and mechanisms, particularly in complex heterogeneous epikarst systems overlying vulnerable fissured aquifers. A short-term tracer experiment monitoring solute and particle tracer concentrations after they passed through a 10-m-thick sequence of limestone, capped by a thin soil, revealed rapid travel times and variable attenuation rates for the substances employed. Results demonstrated that particle tracers have shorter average travel times and can reach the subsurface in higher concentrations and over shorter times than non-reactive solutes. High recovery rates for the bacterial tracer Ralstonia eutropha H16 contrasted strongly with those of similarly sized fluorescent polystyrene microspheres, highlighting the importance of physico-chemical surface characteristics of particle tracers. Complementary laboratory batch experiments examined the role played by organic and inorganic soil/rock surfaces on particle tracer attenuation. Findings suggest that biofilms may significantly promote transport of particulate material below ground, i.e., the delivery of allochthonous microorganisms to karst groundwater.     

数值模拟方法在隐伏岩溶水源地保护区划分及污染治理中的应用

文章以北京市东南郊大兴迭隆起隐伏岩溶水子系统内的两个水源地（大兴念坛水源地与通州龙旺庄水源地）为例,研究数值模拟方法在隐伏岩溶地下水水源地保护区划分中的应用。研究基础为基于GMS建立的包括第四系与岩溶含水层在内的三维非稳定流地下水数值模拟模型,采用的主要技术手段为质点追踪技术,结合溶质质点迁移100 d与1 000 d的距离划分水源地的一级与二级保护区,并提出相应的污染防控措施。研究得出,对于隐伏岩溶水大部分来自上覆第四系松散孔隙水越流补给的情况,岩溶水源地保护区即是上覆松散含水层的保护区范围,应加强第四系孔隙含水层地下水污染的防治,以保护岩溶水不受污染。      

水同位素技术示踪地下水活动

水同位素技术已成为研究地下水的重要手段，有助于从宏观和微观上阐明地下水活动机理。本文分别从环境同位素和人工放射性同位素示踪地下水活动，阐述水同位素技术在解决地下水资源问题所起的独特的作用。     

环境同位素及其示踪技术在地震预测研究中的应用前景

随着新的观测技术和理论的快速发展,环境同位素示踪技术在分析与地震孕育、发生有关的地下水动态信息中有可能发挥重要作用。简单介绍了稳定同位素2H、18O以及放射性同位素3H、14C的特征与示踪技术,详细阐述前人应用环境同位素在地下水活动规律中所开展的研究,包括地下水的补给来源、地下热水的循环深度、水岩相互作用、地下水的年龄等,并重点分析了这种示踪技术在研究地下水对构造活动发生和对应力应变响应等方面的应用。积极推进环境同位素示踪技术的应用,对地下流体地震前兆信息的评估、地震活动性强度的判定、流体在孕震过程中作用的探讨,以及井孔映震效能的评价等方面的研究具有重要的意义。     

TDS测试笔在地下水弥散系数野外试验中的运用

弥散系数是地下水污染数学模型的基本参数,在溶质迁移过程中浓度变化的监测是十分细致和漫长的过程。本文提出一种获得纵向和横向弥散度的野外试验新方法,能够很好地简化野外试验的繁琐过程和提高经济效益,且方便可行。     

A groundwater tracing investigation as an aid of locating groundwater monitoring stations on the Mitchell Plain of southern Indiana

. A groundwater tracing study was conducted on the Mitchell Plain of southern Indiana to aid in the design of a karst groundwater monitoring program for a proposed landfill facility. Fluorescein and rhodamine WT dyes were introduced into sinkholes at the project site. On-site fluorometric analyses and concentration-dependent sampling were utilized at springs and a local stream for data resolution while minimizing delays between tracing events. As a result of this investigation, springs including a submerged spring that drain groundwater from the site have been identified and two groundwater monitoring stations have been established. The submerged spring was discovered in the streambed at intersections between prominent joints and solution-enlarged bedding-plane partings. It could not have been identified readily during a typical karst hydrogeologic inventory, nor would it have been detected by analyzing charcoal dye receptors with a spectrofluorophotometer.     

Noble gases dissolved in groundwater in a volcanic aquifer: Helium isotopes in the Kumamoto Plain

This study Investigates a tracing method using dissolved noble gases to survey the groundwater flow in a large groundwater basin. The tracing method is based on measuring the concentrations of noble gases and the ratio of helium isotopes in groundwater samples. Since it is very difficult to detect trace amounts of noble gases and helium with high accuracy in a 15-ml groundwater sample, dissolved gases were extracted and purified, then a high-resolution mass spectrometer was used for measurement and comparison with standard samples. We used this method with samples from a confined aquifer formed by the deposition of pyroclastic flow in the Kumamoto Plain on the west side of Mt. Aso in central Kyushu, Japan. The groundwater basin under the plain is divided into four small basins, based on the helium concentrations and isotope ratios, with two major groundwater flows. One flow is buried by the Aso pyroclastic flow along the old Kase River; the other is along the Tsuboi River Valley. These two groundwater flows were identified from the different helium isotope-ratios. The helium component from the deep mantle is mixed into the groundwater under the Kumamoto Plain. Finally, data on the concentrations and ratios of³He to⁴He in groundwater samples were used to determine the location of faults in the volcanic aquifer.