地下水CFC定年方法及应用

地下水系统中是否存在现代水补给,是地下水资源评价中非常重要的问题之一,如何确定地下水中有无现代水补给,是水文地质工作中的一个难题.地下水CFC方法是一种新的定年方法,通过测量地下水中溶解的氟氯碳化合物(CFC),可确定近50年以来地下水的年龄、地下水系统接受现代水的补给程度,是研究地表水与地下水之间的联系的有效方法.     

塔城盆地地下水氟分布特征及富集机理

塔城盆地位于新疆维吾尔自治区西北部,干旱少雨,蒸发强烈。但相对于新疆其他盆地,塔城盆地地下水水质相对较好,溶解性总固体和F^-含量相对较低。为解译这种差异及盆地内高氟地下水的成因,本文在对盆地地下水样品水化学组分系统分析的基础上,结合多种水文地质调查数据,利用数理统计、离子比及主成分分析等手段,研究高氟水的成因及其分布规律。结果表明:受气候以及地质等因素控制,研究区地下水氟浓度总体较低,高氟水主要分布于扇前洼地及盆地中部的低洼地带;受承压含水层的顶托补给,地下水氟浓度呈现出上高下低的垂向分带特征。研究区地下水径流途径短,水循环快,水岩相互作用时间较短,且山区地下水以深径流形式循环补给平原区深层承压含水层,再顶托补给潜水,避免了强烈的蒸发浓缩作用。山前洪积扇地下水氟富集主要受控于沉积地层中含氟矿物的风化溶解,而岩石风化、蒸发浓缩、阳离子交换、竞争吸附为平原区地下水氟浓度的主要影响因素。     

张掖盆地龙首山山前高氟地下水的形成

氟是人体的必须元素之一,饮水中氟元素过量会导致地氟病。高氟地下水的形成机制一直是水文地球化学研究的一个热门话题。利用在张掖盆地开展1∶5万水文地质调查所获得的大量水位、水质资料,运用水化学和氘氧同位素方法,在较高精度水平上探讨了龙首山前高氟地下水的形成机制。研究结果表明,龙首山前地下水中的F-主要来源于龙首山含氟岩石,通过季节性洪水的方式补给到盆地的第四系含水层中,并与盆地上游来源的低氟地下水发生混合,使龙首山前地下水分为三个条带。     

卫宁北山山前地下水特征分析及水质评价

以卫宁北山石空段地下水为研究对象,结合中宁平原盆地已有的地质、水文地质资料,介绍了山前地下水水文地质、赋存、补给径流排泄特征、水化学特征和地下水变化动态。地下水受构造地貌控制由山前流向黄河,补给来源主要为大气降水,水岩相互作用从A1—A5点以溶滤、A6—A7混合作用为主,逐渐演变成A8—A10的以浓缩-蒸发为主。水质测试表明:地下水由山前至滨河由苦咸水转化为淡水(微咸水),水化学类型由Cl·SO4-Na(Cl·SO4-Na)型转为HCO3·SO4-Ca·Na型,平原区水质属于较差类别。受人类活动影响,主要污染物为氨氮等。     

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。     

利用环境同位素识别酒泉-张掖盆地地下水补给和水流系统

详细了解干旱区地下水的补给机制对地下水资源管理来说是非常重要的,天然环境同位素在过去的40年里广泛应用于解决有关地下水补给、流动等问题。笔者通过分析酒泉-张掖盆地水的环境同位素变化特征,识别地下水的补给和流动.研究结果表明,酒泉-张掖盆地地下水的补给源主要来自山区出山河流,补给发生在祁连山前戈壁带,在山前冲积扇带地下水主要为1963年以来的快速补给,而部分深部地下水为1952年以前补给。同时,环境同位素指示盆地存在深部区域流系统和浅部局域流系统,酒泉盆地和张掖盆地之间不存在明显的水力联系。该研究不仅对黑河流域地下水的开发管理有着重要意义,对我国西北类似的内陆盆地地下水的开发管理有着借鉴意义。     

鄂尔多斯盆地渭北东部奥陶系岩溶地下水的补给环境

应用环境同位素方法对渭北东部奥陶系岩溶地下水补给环境进行了研究。认为研究区奥陶系岩溶地下水为统一地下岩溶水系统。其西部碳酸岩裸露区为地下水直接补给区,地表水在裸露区的渗漏补给是本区主要补给方式。碳酸岩浅埋区为岩溶水的间接补给区,碳酸岩中—深埋区为径流和排泄区。本区氘的等值线图指示洛河以东至黄河地段有一“缺口”,岩溶水向区外有排泄,氘剩余与氚值关系的研究证实这一地段可能存在地下分水岭。对氚和~(14)C的研究表明,区内奥陶系岩溶地下水为混合水,其老水和新水所占比例在补给区和排泄区不同,西部平均老水所占比例为24.73‰,表明西部岩溶露头区吸收降水和地表水能力较强,东南部排泄区老水所占比例为85.6‰,表明此处为岩溶水的径流排泄区。     

鄂尔多斯盆地渭北东部奥陶系岩溶地下水的补给环境

应用环境同位素方法对渭北东部奥陶系岩溶地下水补给环境进行了研究。认为研究区奥陶系岩溶地下水为统一地下岩溶水系统。其西部碳酸岩裸露区为地下水直接补给区,地表水在裸露区的渗漏补给是本区主要补给方式。碳酸岩浅埋区为岩溶水的间接补给区,碳酸岩中-深埋区为径流和排泄区。本区氘的等值线图指示洛河以东至黄河地段有一"缺口",岩溶水向区外有排泄,氘剩余与氚值关系的研究证实这一地段可能存在地下分水岭。对氚和 14 C的研究表明,区内奥陶系岩溶地下水为混合水,其老水和新水所占比例在补给区和排泄区不同,西部平均老水所占比例为24．73‰,表明西部岩溶露头区吸收降水和地表水能力较强,东南部排泄区老水所占比例为 85．6‰,表明此处为岩溶水的径流排泄区。     

中国西北干旱区多级洼地地下水环境同位素分布特征及指示意义

研究区位于西北干旱区,有两级储水洼地,地下水由山区侧向补给一级洼地,一级洼地通过泉水排泄地下水继而补给二级洼地,同时大气降水直接入渗、洪流间接入渗补给各储水洼地。通过氢氧同位素比例公式计算得到一级洼地大气降水占总补给量60%,其中直接补给量约占21%,山区洪流补给量约占79%,另外,山前侧向补给占40%;二级洼地降水补给量占38%,上游泉水补给量占62%。通过氚值指示,二级洼地不受现代降水影响;活塞流与全混合模型计算得到一级洼地浅层孔隙水平均年龄为32～60 a。     

河南平原浅层地下水年龄

利用³H法和CFCs法对河南平原第四系浅层地下水年龄进行计算,为河南平原浅层地下水可更新能力评价和水循环的研究提供依据。结果表明：2种方法计算出的年龄拟合误差较小（2 a）,均可代表河南平原浅层地下水年龄。总体上,河南平原浅层地下水主要为近50 a以来补给的现代水。太行山、伏牛山、大别山山前地区以及开封西部的黄河两岸等地区浅层地下水年龄均小于30 a,并且顺着地下水流向年龄逐渐增大。从山前地区和黄河两岸至平原区,浅层地下水开采潜力逐渐减小。总体上:平原北部地下水系统地下水年龄较小,地下水循环交替较快;平原南部地下水系统次之;平原中部地下水系统地下水年龄最大,地下水循环交替最慢。     

伊犁河支流大西沟河水与地下水转化关系研究

开展河流和地下水转换关系研究对于区域水资源合理开发利用具有重要意义。文章以大西沟河水与地下水转换关系为目标,在分析地下水动力场的基础上,通过水化学类型、溶解性总固体(TDS)、氯离子（Cl-）等水化学以及环境同位素18O、D、T等指标作为示踪剂,分析大西沟河和地下水的转换关系和转化强度。结果表明:研究区河流和地下水化学类型主要为HCO3—Ca,水化学类型空间分布特征相似;TDS和Cl-浓度表现为先增加后下降,但地下水的变化幅度大于河水。通过对大西沟河水和地下水中的水化学和环境同位素指标对比分析,发现研究区河流与地下水之间补给排泄关系具有明显的分段性;从河流出山口到下游地区,河水和地下水之间发生了三次转化关系:在山前倾斜砾质平原区以河水入渗补给地下水为主,补给量占该段潜水径流量的56%;到了细土平原区出现地下水补给河水地段,补给源为承压水越流补给潜水后的混合水体,潜水和承压水补给比例占该段河水径流量的20.4%与58.4%;风成沙漠区河水沿途渗漏补给地下水直至河流断流。本次研究结果为建立研究区水循环演化模式和水资源合理开发利用提供了理论和技术支持。     

应用氚和14C方法确定柴达木盆地诺木洪地区地下水年龄

以柴达木盆地的诺木洪为研究区,利用氚与¹⁴C方法计算了当地各水体的年龄,分析地下水年龄分布特征及其可更新能力。结果表明：山区至冲洪积扇中部地下水年龄为15~18 a,为1952年之后补给的现代水,更新能力较强;冲洪积扇前缘地下水年龄不超过2 ka,具有现代水与古水混合的特征,更新能力较差;溢出带到盆地中心地下水年龄急剧变老,变化范围为5~28 ka,据此推测研究区溢出带位置的隐伏断层具阻水性质,该位置的地下水基本无更新能力。     

太原市深层孔隙水的水化学分带性及其地球化学模拟

太原市深层孔隙水具有明显的水化学分带性,具体表现为由山前到盆地依次分布硫酸一重碳酸型水、重碳酸一硫酸型水、重碳酸型水,且各类地下水均大体在南北向上呈条带状展布,这与补给水的水化学状况密切相关．利用地球化学模拟软件PHREEQC建立一系列地下水混合模型对深层孔隙水的水化学形成过程进行模拟,结果显示：盆地北部的深层孔隙水受到北部边山岩溶水、盆地北部浅层孔隙水、汾河水的补给,其中北部边山岩溶水是最主要的补给源;盆地西部的深层孔隙水由西部边山岩溶水与盆地西部浅层孔隙水混合而成;盆地南部的深层孔隙水则由盆地北部与西部的深层水混合而成．混合作用是控制区域水化学状况的最重要的因素．     

黑河干流浅层地下水与地表水相互转化的水化学特征

通过分析黑河干流地表水与地下水的水化学特征,识别沿黑河干流不同地带地下水与地表水的相互转化关系.研究结果表明:(1)在祁连山区,地下水与地表水的转化以地下水向河流排泄为主.(2)南部盆地,在山前戈壁带,出山河水入渗转化为地下水;溢出带地下水以泉的形式转化为地表水;进入细土平原后,汛期河水补给地下水,非汛期地下水补给河水;在农灌区引河水通过田间入渗补给地下水.(3)北部盆地,在金塔灌区,地下水主要接受引水灌溉入渗补给;在金塔灌区到额济纳旗,河流入渗转化为地下水.     

关中盆地秦岭山前地下热水的循环机理

地热资源作为清洁能源在经济建设和环境保护中倍受青睐,而地下热水循环机理的研究是合理开发地热资源的前提。以关中盆地横跨山前冲积扇-黄土台塬-冲积平原三类地貌单元的典型剖面为研究对象,在地下热水野外调查的基础上通过地下热水动力场、化学场和同位素场的研究构建了关中盆地秦岭山前地下热水的循环模式:地下热水主要来自第四纪末次冰期海拔2 006~2 032 m大气降水的补给,大气降水经秦岭山前断层破碎带向下渗透进入盆地深部,在异常高的地热梯度下受热后沿着渭河北侧导水断裂带上升。从补给径流区至排泄区,地下热水径流速度由快变缓,年龄逐渐变老(从21 097 a到31 809 a),水化学类型由HCO3—Na型向Cl—Na型过渡,水岩作用从弱到强,依次发生了溶滤作用、脱硫酸作用和去白云岩化作用,可交换岩石对地下热水18O的贡献比例依次为0%、10%、10%~25%。     

鄂尔多斯自流盆地地下水来源争议问题讨论

本文讨论了鄂尔多斯自流盆地地下水来源存在争议的两种学术观点,指出了前人关于鄂尔多斯地下水补给、径流、排泄模型所存在的问题:①在四水转化过程中缺少了最重要的研究内容——土壤水的运动,通过概念模型得到的地下水循环模型不能解释地下水分水岭与基底断裂带重合的事实.②部分学者在进行地球化学反向模拟的的研究中,没有对白云石、方解石中的同位素进行对比分析,碳同位素不支持模拟分析结果.③采用14C测定地下水年龄中受到深部CO2的干扰,在中国北方地区不适合采用14C测定地下水的年龄.笔者等通过黄土剖面土壤水中的氘—氧同位素与Cl-分布特征,指出鄂尔多斯盆地的降水非但不能补给到地下水中,而且土壤水的主要来源是地下水.鄂尔多斯自流盆地的主要补给源是外源水,深大断裂带是导水的主要通道.     

黑河流域民乐山前隐伏构造带地下水补给与更新

第四系地下水是民乐山前地区居民清洁饮水的重要水源,而复杂的隐伏构造对区内地下水的运移和更新具有重要的控制作用。本文应用环境同位素技术,深入讨论了该区地下水的补给、更新能力以及隐伏构造对地下水更新的影响。结果表明:(1)民乐山前第四系地下水的补给来源包括出山河水渗漏和当地降水入渗,二者对地下水补给的贡献分别为89%和11%;(2)地下水更新能力由山前向下游变差,山前一带地下水更新周期在20～30年之间,下游的六坝北部一带地下水更新周期大于50年;(3)隐伏构造具有明显的阻水作用,导致地下水径流速度减缓。     

利用稳定同位素方法识别内蒙古佘太盆地地下水补给来源

为研究近几十年来佘太盆地地下水补给变化情况,通过现场调查分析,对佘太盆地浅层地下水开展同位素样品采集工作,并测定了其氢、氧稳定同位素的值。在分析同位素分布特征及变化规律的基础上,结合当地地质及水文地质条件识别了地下水补给来源和补给区并构建了浅层地下水的补给模式图,探讨了区域上浅层地下水的补给流动状况。通过分析研究区大气降水和地下水中的氢氧稳定同位素的变化特征发现:当地大气降水并不是地下水的主要补给来源,其补给源区为周边山区,补给来源主要是周边山区的大气降水,且地下水所经历的蒸发作用较明显;盆地的东、西部地下水的补给源区不尽相同,西部的补给区高程要高于东部的补给区高程,但两部分地下水所经历的蒸发强度基本相同。     

北京昌平地区地下水地球化学

利用在北京昌平地区采集的地下水样品的同位素和水化学特征,对昌平地区的地下水补给特征进行了分析。通过对样品的分组和讨论认为:第三组样品为当地大气降水垂向入渗水体的特征;第一组样品为下覆基岩向上覆第四系含水层的顶托补给,这股基岩水可能出自碳酸盐岩含水层;第二组样品存在几种可能的补给特征;第四组样品中3件为大气降水垂直入渗补给,另1件为混合样品。研究表明,昌平地区第四系含水层地下水分布及其补给方式情况各异,实际上说明了半干旱地区山前倾斜平原地区地下水分布的复杂性。     

近50年来我国北方典型区域地下水演化特征

文章在总结中国北方地下水最新调查成果的基础上,选择西北内陆盆地、华北平原和松嫩平原为典型区,对近50年来区域地下水系统的演变特征及其影响因素进行探讨。研究发现: 我国北方盆地和平原地下水系统演化具有渐变性和突变性特征,但在不同地区存在着差异,区域地下水系统已经变得脆弱,地下水资源可持续利用向不利的方向发展。地下水补给演变表现为山前平原地带的补给能力减弱,河道补给减弱或消失,中下游农业区地下水补给强度增大,总补给量呈现减小的趋势;  其中,西北内陆盆地下水补给的减少与上游水资源利用过度、渠系防渗程度提高有关;  而华北平原和松嫩平原地下水总补给量的减少与降雨量的减少和山区河流拦蓄水量的增加有关。伴随着补给模式的改变,地下水流场演变表现为普遍出现持续性的区域地下水位下降,西北干旱区表现为山前平原地下水位快速下降、泉流量减少、溢出带下移;  华北平原和松嫩平原表现为溢出带消失、水位降落漏斗形成并发展,区域地下水流被截断,形成以降落漏斗为中心的局部水流系统。地下水化学场变化主要表现为水化学类型变化、矿化度增大,污染组分增加。自西北内陆盆地至华北平原、松嫩平原,水化学变化强度明显增加,以华北平原和松嫩平原最为明显。本文在这些认识的基础上提出了应对气候变化与人类活动双重影响下地下水演变的适应性对策,为地下水资源可持续利用提供了理论依据。