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。     

利用稳定同位素识别黑河流域地上水的补给来源

本文利用稳定同位素(2H和18O)及水化学方法识别黑河流域地下水的补给来源,估算黑河水与地下水的转化数量。研究结果表明,黑河流域地下水的主要补给来自山区出山河流,山前戈壁带是地下水快速补给区,中下游盆地地下水补给来源为引河灌溉和河流侧渗。黑河干流出山河水在张掖以上河段约4.4×108m3/a渗漏补给地下水,约占出山迳流量的27%。张掖—正义峡河段道地下水向河道平均排泄量为11.4×108m3/a,占该段河流迳流量的69%。研究成果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。     

近三十年黑河中下游盆地地下水资源变化特征与演变趋势分析

根据1980～2005年地下水观测资料,对黑河流域中游张临高盆地与下游额济纳绿洲地下水资源变化特征及未来演变趋势进行了分析和预测。结果显示,近几十年来黑河流域中下游盆地地下水资源的变化过程主要分两个阶段。2000年黑河实施调水之前,中游盆地地下水资源主要受地表径流和阶段性土地开发利用的影响,出山径流与地下水资源的关系相对稳定,下游盆地地下水资源受中游用水的影响十分明显;从2000年实施调水后,中游盆地地下水资源与出山径流的关系发生了变化,中游盆地地下水平均水位持续下降,地下水资源量呈减少趋势,而下游额济纳旗盆地由于流入地表水数量增加,相应对地下水的补给量也增大,地下水水位则有不同程度的上升。为此,建议在水资源的利用中,应当充分利用地表水、地下水多次转化过程,最大限度地提高水资源的总体利用率。     

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。     

甘肃省张掖市甘州城区和外围地下水位上升的原因 及其诱发地质灾害的防治对策

根据对地下水的均衡状况、水文地球化学、环境同位素、气象水文条件、地下水流场、区域地质构造变化的研究结果,确定张掖市甘州城区及其外围地下水位上升的主要原因是,地震错断了上部第四系松散层内的隔水层,使中心地带的基底与祁连山区相连的北西向深大断裂带变为导水通道,增大了越流补给量,盆地地下水补给量增加,地下水位大面积上升。关于地下水位上升诱发的地质灾害治理方案的总体思路是,为达到“长治久安”的效果,在城区范围内实施水平排水工程措施,在急需解决城区地下建筑物降水的地段和城区东北部的重灾区实施垂直管井排水工程措施。     

黑河流域水资源转化特征及其变化规律

黑河流域水资源主要以冰雪水资源、 地表水资源与地下水资源的形式存在.上游祁连山区分布有现代冰川428条, 发育大小河流共计29条, 多年平均出山径流量37.83×10⁸m³·a^-1; 中下游走廊平原由松散沉积的第四系盆地组成, 接受出山河水及引灌河水的入渗补给, 是地表水资源的重复表现形式, 地下水补给量为25.637×10⁸m³·a^-1.受构造-地貌条件的制约, 自南部山区至北部盆地, 地下水与河水之间经过5个不同地带有规律的、 大数量的、 重复的转化过程, 形成完整统一的"山区地下水-出山地表水-中游盆地地下水-中游盆地地表水(泉水)-下游盆地地下水"水资源循环转化系统.     

张掖盆地水文地质特征与稳定同位素研究

论述了张掖盆地地下水赋存分布特征与地下水补给、径流、排泄条件,利用水化学、同位素调查的方法,重点对张掖甘州平原区地下水水化学类型及其演化过程进行了研究。结果表明：张掖盆地由源于南部祁连山和北部龙首山的水系沉积物组成,其冲洪积平原规模、含水层富水性、导水性与地下水水化学特征等方面存在差异;同时地下水稳定同住素特征分析印证了水文地质条件的差异。祁连山前沉积物与龙首山前沉积物中地下水有着不同的补给来源和径流路径。浅层地下水和龙首山前深层承压水主要补给源为大气降水和山区河流入渗补给,祁连山前深层承压地下水系统可能有冰雪融水补给。     

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。     

黑河中游盆地甘州区地下水位上升驱动因素及对策研究

对黑河中游盆地甘州区水位动态分析表明:2002年以前水位总体呈下降趋势,年内变幅逐渐增大;2002年以后水位明显上升,年内变幅逐渐减小;水位上升在时空上表现出由干流附近向两旁、由城区靠近干流上游地区向周边地区逐渐推进的变化特征.对驱动因素分析表明,上游山区降水量增加是地下水位上升的主要驱动因素,黑河调水工程、城区建设等人类活动对水位上升也有一定贡献.最后结合甘州区实际情况,就如何防治地下水位上升造成灾害,提出对策措施.     

酒泉西盆地地下水资源及开发利用潜力

在系统论述酒泉西盆地区域水文地质条件的基础上,重点分析评价了盆地内第四系孔隙水的补给来源及补给量、储存量、允许开采量,并对酒钢公司水资源的供需平衡进行了深入分析。其结论是,酒西盆地地下水多年平均补给量为76.342 5万m3/d,北大河出山冰沟口—北大河水源地以南约34.5km长度内渗漏补给和盆地基底深层基岩承压水顶托越流补给是其主要补给来源,占总补给量的89.6%;储存量为191.73亿m3;已探明允许开采量为34.558万m3/d。现状地下水可供水量满足酒钢公司未来30年对水资源的需求,供需基本平衡。同时,从保护黑河流域下流生态环境的角度出发,提出了建立节水型钢铁企业的设想。     

昆明盆地浅层孔隙水水位动态变化特征及其影响因素

根据盆地内地下水水位动态曲线特征及其影响条件,将孔隙水年内变化动态划分为灌溉型、开采型和降雨型等三种类型。在时程演变上,近20年来,除少数开采井点水位下降外,区内大多数富水块段地下水位一般变化不大或略有回升。盆地西部、北部地下水水位表现出一种缓慢抬升的过程。而盆地东部边缘和南部呈贡附近地下水受开采影响,水位呈下降趋势。受城市化发展的影响,昆明盆地地下水普遍遭受污染,浅层地下水开采强度在降低,同时,农业用水量也在减少,在一定程度上对区内孔隙水水位抬升有很大影响。然而90年代以来,昆明地区进入一个相对丰水期,降雨量的增加是盆地内孔隙水水位整体抬升的根本原因。     

张掖盆地地热资源赋存特征及成因分析

张掖盆地地处甘肃省河西走廊黑河流域中游地区,地势南东高北西低。已有勘探资料显示,张掖盆地赋存丰富的水热型地热资源。通过研究该区域地球物理勘探、钻探、地温测量及水文地球化学等成果资料,分析了张掖盆地地热资源赋存特征,探讨了其成因模式。张掖盆地地热田属沉积盆地型中低温地热田,热储为呈层状分布的新近系白杨河组砂岩、砂砾岩,选择钾镁地球化学温标计算热储温度为47～82°C,盖层为新近系上新统疏勒河组泥岩及第四系松散地层;地热水类型主要为碎屑岩类孔隙水,根据氢氧同位素特征推断其主要补给来源为南部祁连山区大气降水;祁连山北缘深大断裂和盆地内NNW向基底断裂是地热流体深循环良好的导水通道,地下水接受补给后沿导水断裂带或岩层孔隙裂隙运移,在深部热传导的增温作用下,赋存于碎屑岩类孔隙之中形成了本区的地热资源。水质分析结果表明：本区地热水属于溶滤型的陆相沉积水,水化学类型为Cl·SO₄—Na型,F-、SiO₂、溶解性总固体、总硬度含量随水温的升高而增大;区内地热水3H值普遍小于2.0 TU,说明形成年代较早;¹⁴C分析结果进一步证实,区域地...     

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。     

A GIS-based DRASTIC model for assessing shallow groundwater vulnerability in the Zhangye Basin,northwestern China

Groundwater vulnerability is a cornerstone in evaluating the risk of groundwater contamination and developing management options to preserve the quality of groundwater. Based on the professional model (DRASTIC model) and geographical information system (GIS) techniques, this paper carries out the shallow groundwater vulnerability assessment in the Zhangye Basin. The DRASTIC model uses seven environmental parameters (depth to water, net recharge, aquifer media, soil media, topography, impact of vadose zone, and hydraulic conductivity) to characterize the hydrogeological setting and evaluate aquifer vulnerability. According to the results of the shallow groundwater vulnerability assessment, the Zhangye Basin can be divided into three zones: low groundwater vulnerability risk zone (risk index <120); middle groundwater vulnerability risk zone (risk indexes 120–140) and high risk zone (risk index >140). Under the natural conditions, the middle and high groundwater vulnerability risk zones of the Zhangye Basin are mainly located in the groundwater recharge zones and the important cities. The high, middle and low groundwater vulnerability risk zones of the Zhangye Basin cover around 17, 21 and 62% of study area, respectively.     

The origin of groundwater in Zhangye Basin,northwestern China,using isotopic signature

Zhangye Basin, in arid northwestern China, has recently been repeatedly flooded by rising groundwater. Isotope signatures of sampled waters gained insight into the recharge source of the groundwater. The summer Heihe River water and most of the spring water in Zhangye and Yongchang basins plotted above the global meteoric water line (GMWL) on the δ¹⁸O-δD plot. The spring water had R/Ra ratio >1, low TDS and high tritium, which indicates origin from Qilian Mountain glacier meltwater. The groundwater of Qilian Mountains was transported to the Hexi Corridor (in which Zhangye Basin is located) through underground fault zones. Additionally, some of the groundwater in the alluvial plain, and all spring water surrounding Zhangye Basin, plotted below the GMWL on the δ¹⁸O-δD plot along an evaporation line, and had R/Ra ratio?<?1 and high TDS. It is proposed that the Tibetan rivers or lakes source the Hexi Corridor groundwater through either the NE-trending or NW-trending buried fault zones. The isotopic signatures presented as part of this study rule out the conventional viewpoint that groundwater of the Zhangye Basin was recharged by local precipitation and infiltration of Heihe River water on the alluvial plain.     

Use of oxygen-18 isotope to quantify flows in the upriver and middle reaches of the Heihe River,Northwestern China

In recharge areas, the Heihe River flow was separated into components of ice-snowmelt and precipitation according to 14 gauging stations and to monthly hydrograph using oxygen-18. As shown by the result of the two-component mixing model, on average, 19.8% of the runoff comes from ice-snowmelt. At three stations which are closer to glaciers and with headstream of ice-snow melted water, the ice-snowmelt runoff is larger than 28% of stream water. In addition, because most of the ice-snowmelt infiltrates the groundwater, which later discharges into the river at mountain outlets, the ice-snowmelt percentage in runoff is lower than average at these stations with the elevation higher than 3,600 m. According to monthly hydrograph, the lowest percentage of ice-snowmelt in runoff is in July (6.46%), whereas during November it is the largest (26.1%). In the middle basin, the fraction of groundwater in runoff had a marked increase from 23.57% near Zhangye City to 60.28% near Gaotai City, and then a dramatic drop to 13.61% near Zhengyixia Station because of agricultural flood irrigation in Zhangye Basin.     

西北内陆张掖盆地地下水温度变化特征及其指示意义

通过西北内陆张掖盆地地下水温度变化特征研究表明:最近20年(1990-2009)研究区内潜水和承压水温度分别下降了0.78℃和1.17℃,与气温升高导致山区冰雪融水和降水量增加有关;同时,人类开采取用地下水强度增大使得研究区内潜水和承压水温度变化趋势近同.盆地平原区地下水温度变化与山区气温和降水量变化成反比关系,即山区...     

Groundwater flow modeling in the Zhangye Basin,Northwestern China

The Zhangye basin is in the middle reaches of the Heihe River, northwestern China. Heavy abstraction of groundwater since the 1970s in the area is for agricultural, industrial and drinking water supplies and has led to a substantial decline in the potentiometric surface. A three-dimensional regional numerical groundwater flow model, calibrated under transient conditions, has been developed and used to predict the drawdown for the period from 2000 to 2030 under two different groundwater management scenarios.