典型内陆湖区地下水数值模拟及其主控因子识别

地下水资源是推动干旱区社会经济发展的基础动力,也是影响内陆湖泊及周边生态环境的关键因素。内蒙古黄旗海盆地作为干旱区内陆河流域的典型,近年来地下水水位不断下降,黄旗海湖区面积持续减小,甚至面临干涸的风险。为定量分析黄旗海盆地地下水资源时空演变及黄旗海湖水-地下水的转化关系,利用数值模拟技术构建黄旗海盆地地下水流数值模型,利用该区2010—2016年水位长观数据对模型进行识别和验证。模拟结果表明,模拟期黄旗海盆地地下水储量累计亏空达1.5×108 m3,地下水过度开采是该区水资源呈现负均衡的根本原因。在此基础上,采用Sobol全局敏感性分析方法进一步识别影响该区地下水资源演变的主要控制因素,分别利用湖水位、湖泊渗漏量、地下水储存量和地下水补给湖水量等4个目标函数对影响地下水系统演变的8个主要参数进行敏感性评估。结果显示,不同参数对不同目标的敏感性差异明显,前2个目标主要受渗透系数与湖床渗漏速率的影响,后2个目标主要受人工开采和降雨灌溉补给的影响,而超采地下水则是该区地下水资源枯竭及黄旗海湖泊面积萎缩的主控因素。本研究结果可为黄旗海盆地地下水资源可持续利用及周边生态环境保护提供技术支撑与决策依据。     

济南明水泉域岩溶地下水数值模拟及泉水水位动态预测

应用地下水模拟软件GMS建立山东济南明水泉域的三维地下水流数值模拟模型,对泉域内岩溶地下水进行数值模拟和水平衡分析,评价了泉域岩溶地下水资源总量和在保持泉水常年喷涌条件下的岩溶地下水可采资源量。在此基础上,应用时间序列分析法对泉水水位动态进行了预测。结果表明:明水泉域多年（2003-2014年）地下水补给量为1.23×108 m3·a-1,排泄量为1.36×108 m3·a-1,均衡差为-1.30×108 m3·a-1;模型预测未来20年泉水最低水位为55.65 m,最高水位为68.72 m,平均泉流量为34.6×104 m3·d-1。      

银川平原地下水流模拟与地下水资源评价

针对近年来引黄水量大幅度降低、地下水补给条件发生巨大改变的情况,应用地下水模拟技术评价银川平原地下水资源量。根据土地利用类型、主要沟渠分布及测流资料对源汇项数据进行时空分配处理,运用MODFLOW建立了银川平原地下水流模拟模型;以2004—2005年为模拟期,通过深浅层地下水流场和典型长观孔过程线拟合对模型进行了识别验证。考虑45×108m3/a引黄量条件下,应用模型评价出地下水补给资源量为19.41×108m3/a,其中引黄渗漏补给为16.95×108m3/a。结合水源地开采布局、地下水溶解性总固体分区等因素,评价出银川平原地下水可开采资源总量11.30×108m3/a,其中小于1g/L的淡水可开采资源量为8.8×108m3/a。     

鄱阳湖丰尧平尧枯水期界定标准探讨

鄱阳湖是我国最大淡水湖泊,湖泊水文节律变化显著影响着湖区生产生活、生态环境,但界定标准尚未形成统一认识。综合考虑水位变化规律、湖盆形态特点、水资源利用等特征指标,探讨鄱阳湖丰、平、枯水期界定标准。结果表明：以星子站作为鄱阳湖代表性测站,当星子站水位大于17.00 m时为丰水期,13.01～16.00 m为平水期,小于12.00 m（含12.00 m）为枯水期,16.01～17.00 m为平—丰过渡期,12.01～13.00 m为枯—平过渡期。枯水期多发生在10月下旬至次年4月上旬,发生日数平均为142 d;丰水期多发生在7月上旬至8月中旬,发生日数平均为40 d;平水期多发生在4月中旬至6月下旬、8月下旬至10月中旬,发生日数平均为117 d。     

三江平原地下水流场演化趋势及影响因素

近年来,三江平原部分区域地下水位呈持续下降的态势,引起广大学者和相关部门的高度关注,为了查明三江平原地下水流场时空演化规律,揭示其主要影响因素,以三江平原1980年72组及2019、2020年同期1 092组地下水位统测数据和44组国家地下水监测数据为基础,应用ArcGIS插值分析、栅格代数运算、对比分析等方法,查明了三江平原地下水流场时空演化特征,阐明了不同影响因素对地下水流场演化的控制作用。结果表明:与1980年相比,三江平原地下水位整体呈下降趋势。西部平原区地下水位累计降幅1～5 m的区域面积2.6×104 km2;东部建三江垦区累计降幅大于5 m的区域面积为1.17×104 km2,其中,累计降幅大于10 m的区域面积为3 400 km2,地下水位年均降幅约0.29 m。地下水开采引起地下水流场变化,“西砂、东黏”的水文地质条件促使区域地下水降幅的时空演化差异;水田种植规模的不断扩大引起地下水超采,浅地表黏土层阻挡降水入渗补给,地下水无法实现以丰补欠自平衡,造成了建三江垦区地下水位的持续下降。本研究成果为进一步查清三江平原地下水变化规律和现状特征奠定了基础,为科学指导地下水资源合理开发利用和管理提供了技术支持。     

基于氡同位素示踪的洞庭湖区枯水期湖水与地下水交互作用研究

洞庭湖区水系发达,水文地质条件复杂,人类活动强烈,地表水和地下水的水力联系变化频繁,其研究的难度以及由此造成的研究不足影响了对湖区地下水赋存和运动规律的深入认识。本文以洞庭湖整体为研究对象,采用水位动态分析和氡(²²²Rn)同位素示踪法,定性和定量研究枯水期洞庭湖区地表水与地下水的交互作用关系与交互通量。枯水期洞庭湖区水位和氡浓度空间分布特征指示研究区内地下水向湖水排泄,尤以东洞庭湖最为显著。氡箱模型计算结果显示枯水期地下水排泄²²²Rn通量为455.09 Bq/(m²·d),占总输入²²²Rn通量的60.07%,地下水排泄总量为0.29×10⁸ m³/d,平均排泄速率为56.27 mm/d,地下水排泄对湖水的贡献率为7.04%。敏感性分析表明：风速、地下水和湖水²²²Rn浓度以及湖面面积等参数较为敏感,合理布置取样点并提高敏感参数测量准确度能提高模型计算结果的可靠度。氡同位素示踪法物理意义明确、操作过程简便,是研究复杂区域地下水补、...     

厦门岛西水东调对海岛地下水质的影响分析

海岛是一种独特的生态系统, 由于其特殊的水文地质条件, 水资源相对比较贫乏, 一般都依靠地下水维持岛上生产生活用水, 如果地下水质受到影响, 则会带来较大的风险。岛内地表淡水湖泊水体污染严重。为了解决岛内地表淡水湖泊水体污染问题, 决定调用海水对其进行稀释, 而这一方案则有可能造成引水工程沿线海水侵入地下水问题。本文采用有限元方法分析从厦门西侧的筼筜湖经松柏湖调水到钟宅湾对周围地下水质和湖库水体的影响, 以及在丰水年和枯水年湖库水体和海水水体之间的补给关系。分析表明: 工程在一年左右对周围地下水的影响将趋于稳定, 工程沿线150～800m 范围内地下水的盐度产生了明显变化。在枯水年, 由于地下水位下降, 海水有可能会补给湖库, 引起湖泊盐度升高, 对工程沿线特别是饮用水备用水源湖边水库造成潜在的威胁。     

基于长时间序列遥感数据的鄱阳湖水面面积监测分析

国产高分辨率卫星的快速发展可有效弥补遥感湖泊监测中影像分辨率不足的问题,更加及时、准确地实现湖泊动态监测。利用1996～2012年155景Landsat影像和2013～2016年34景GF影像为数据源,结合湖口站水位监测数据,分别选用改进的归一化差异水体指数MNDWI和归一化差异水体指数NDWI方法提取卫星遥感影像的水体信息,同时采用统计分析的方法建立了4个时间段的鄱阳湖水体面积-水位关系模型。结果表明:在空间上,鄱阳湖水体面积整体呈现缓慢缩小的趋势;在时间上,除秋季鄱阳湖面积有明显下降趋势外,其他季节整体趋势变化不大;经验证,鄱阳湖四季水体面积-水位呈现二次函数关系。     

潮白河再生水补给河道对周边浅层地下水影响的数值模拟研究

再生水在北京被广泛用于补给河道,2007年底至2017年共有2.3×108 m3再生水补给至潮白河顺义段。其污染物本底值较高（Cl?浓度约62~122 mg/L）,通过河床入渗补给到周边的含水层中,对周边地下水产生一定影响,尤其是浅层地下水。为了定量评价再生水补给河道对周边浅层地下水的影响,基于10年（2007—2017）的地下水监测数据,建立了再生水补给河道周边的地下水水流和溶质运移模型,模拟了受水区浅层地下水的水位和Cl?浓度的变化,分析了浅层地下水水量、Cl?负荷和NO₃-N负荷的变化。结果表明,再生水补给河道后的前2年（2007—2009）,河道周边浅层地下水水位迅速抬升了3~4 m,之后在再生水的持续补给下保持稳定。但受深层地下水开采影响,2007—2014年研究区整体浅层地下水的水量仍在下降。2014年底实施地下水压采措施后,浅层地下水水量从2014年底的3.76×108 m3恢复到了2017年底的3.85×108 m3。周边浅层地下水中的Cl?浓度从再生水补给前的5~75 mg/L变化到了补给后的50~130 mg/L,之后保持稳定。浅层地下水水质受再生水影响的范围从2008年底的11.7 km2扩大到2017年的26.7 km2,影响区内的Cl?负荷从2008年底的1.8×103 t增加到2017年底的3.8×103 t,NO₃-N负荷从2008年的29.8 t下降到2017年的11.9 t。尽管研究显示影响范围外的浅层地下水质受再生水影响不明显,但潜在的咸化和污染的隐患不容忽视,需要在后续研究中进一步明确。     

巴丹吉林沙漠湖泊与高大沙山形成的若干问题探讨

依据前人研究成果和最新调查测试资料,深入探讨了巴丹吉林沙漠湖泊水的补给来源、补给模式及高大沙山的形成机理。认为沙漠湖泊水和地下水的补给来源不是当地降水和周边雅布赖山—北大山的降水形成的地表洪水,而是南部青藏高原(包括祁连山)现代大气降水、冰雪融水、高原湖水的远源补给。补给模式为:高原富含CO2气体和Ca CO3的入渗水,通过深大导水断裂通道形成的区域地下水流循环系统,源源不断地自南向北运移到沙漠地带。地下水在通过沙漠湖泊区弧形"叠瓦状"垂向导水构造断裂向上越流过程中被广泛分布的岩浆岩加热,沿断层溢出地表形成湖泊群,同时导致水中CO2的释放和Ca CO3的沉积,形成钙华、钙质根管和钙质胶结层。高大沙山的形成机理是:深层地下热水向上越流补给了沙漠覆盖区,在承压水头以下形成鼓丘状的沙漠地下水,承压水头以上,水蒸气继续向上运移并被凝结在沙粒表面,未被吸附凝结的热水蒸气继续向上运移并被吸附在新沉积的沙粒表面,形成湿砂层并接受更新的沙粒沉积。如此反复循环,则沙丘高度不断增加,逐步形成高大的固定沙山。     

河南永城市日月湖治理区水化学和氘氧同位素特征

河南省永城市日月湖生态景区治理工程在给永城市人民带来一个优美生态环境的同时,治理区地形、微地貌、水文及水文地质等条件也发生了变化,尤其是开挖后浅层地下水直接出露地表形成湖水,其水质相比之前埋藏于地下会发生改变。论文在阐述永城市日月湖景区水文地质条件的基础上,重点分析了治理区湖水、河水和浅层地下水的水化学和氘氧同位素特征。分析结果表明,湖水的水化学类型为HCO_3-SO_4-Na(Mg)型;河水水化学类型以SO_4-HCO_3-Na型为主;浅层地下水的水化学类型为HCO_3-Na-Mg型或HCO_3-Mg-Na型,个别水样中Cl-含量较高,水化学类型为HCO_3-Cl-Na(Mg,Ca)。湖水和地下水的水化学类型更接近,说明浅层地下水是湖水的重要补给来源。河水的TDS最高,浅层地下水TDS其次,湖水的TDS相对最低。研究区不同水体的氘氧同位素的分析结果说明,湖水受蒸发作用影响同位素富集;河水氘氧同位素与降水和地下水比较接近,其补给来源为大气降水和地下水;地下水除接受大气降水补给及雨季受河水补给外,还接受区域较高处的侧向径流补给,既有近源补给,也有远源补给。     

再论巴丹吉林沙漠湖泊水的补给来源、补给模式与高大沙山的形成机理

依据已有研究成果和最新调查资料, 在综述沙漠湖泊与高大沙山研究进展及存在问题的基础上, 深入探讨了巴丹吉林沙漠湖泊水的补给来源、补给模式及高大沙山的形成机理. 结果认为, 沙漠湖泊水和地下水的补给来源不是当地降水和周边雅布赖山-北大山的降水形成的地表洪水, 而是南部青藏高原(包括祁连山)现代大气降水、冰雪融水、高原湖水的远源补给. 补给模式为高原富含CO₂气体和CaCO₃的入渗水, 通过深大导水断裂通道形成的区域地下水流循环系统, 源源不断地自南向北运移到沙漠地带, 地下水在通过沙漠湖泊区弧形"叠瓦状"垂向导水构造断裂向上越流过程中被广泛分布的岩浆岩加热, 沿断层溢出地表形成湖泊群, 同时导致水中CO₂的释放和CaCO₃的沉积, 形成钙华体. 高大沙山的形成机理是深层地下热水向上越流补给了沙漠覆盖区, 在承压水头以下形成鼓丘状的沙漠地下水, 承压水头以上, 水蒸汽继续向上运移并被凝结在沙粒表面, 未被吸附凝结的热水蒸汽继续向上运移并被吸附在新沉积的沙粒表面, 形成湿砂层并接受更新的沙粒沉积, 如此反复循环, 则沙丘高度不断增加, 逐步形成高大的固定沙山.     

下辽河平原新近系地下水开采的动态变化特征

新近系地下淡水是下辽河三角洲地区的盘锦市和辽河油田主要供水水源。地下水处于封闭到半封闭环境，包括明化镇组(Nm)和馆陶组(Ng)两个含水岩组。天然状态下，地下水位接近或高于地表；开采条件下，地下水位逐年下降，形成区域性降落漏斗，地下水流场均发生显著变化，形成汇向开采区的向心流场。开采明化镇组地下水为主的盘东水源地，开采初期水位下降速率为1.61～5．19m／a，至1996年降至0．63～1．03m／a；馆陶组地下水为主的各水源地，开采初期水位下降速率为2．10～4．21m／a，至1996年减至1．49～2．05m／a。这是由于地下水流场变化，导致明化镇成水体内侵和下移所致，该地地下水中Cl^-的不断增高也证明了这一点。至1998年。平面上，成水体每年增加3．18km^2，盘东水源南部，成水体内侵速率已达每年220m。垂向上成水体年下移速率一般每年0．5～1．67m。进行新近系地下水动态特征和演化趋势研究，将为合理开发利用宝贵的淡水资源提供科学依据。     

靖安水源地地下水流模拟与预测

地下水数值模拟是地下水资源评价的重要方法之一。应用GMS软件建立靖安水源地的地下水流数值模型,利用该模型对设计的不同开采方案进行模拟,预测降水保证率95%条件下各方案开采20年后的地下水流场变化及水位变化情况。结果表明,当水源地总开采量为10万m3/d时,地下水流场能够达到稳定状态,中心水位降深较小,不会对生态环境造成明显影响。     

基于随机模拟的浑河冲洪积扇地区地下水压采风险预报

在分析随机因素对水位模拟结果影响程度的基础上建立地下水流随机模拟模型,可为地下水资源风险管理和决策提供重要依据。以浑河冲洪积扇地区为研究区,基于蒙特卡罗原理建立了区域地下水流随机预报模型,对压采条件下的地下水位上升进行风险预测和评价。参数灵敏度分析结果表明,地下水水位对含水层渗透系数的变化最敏感,其次是给水度,而对河床沉积物渗透系数和降雨入渗补给系数的灵敏性较差,且渗透系数和给水度在其率定值附近增加或减少时,灵敏度系数随之增加或减小。研究表明,压缩开采地下水资源能够有效缓解地下水水位下降带来的环境问题,地下水开采量以每年5%的速度压采时,区内地下水水位平均上涨3.3 m,但水位恢复的同时也可能诱发局部地下工程渗水,且地下建筑物的设计安全水位越低,渗水风险越大。     

青岛市洋河下游水源地地下水调蓄开采资源评价

洋河下游水源地以松散岩类孔隙水为主,含水层主要由第四纪冲积-冲洪积的砂及砂砾石组成。厚度一般4～8m,单井出水量可达800m^3/d以上,水位埋深2～4m。主要接受大气降水渗入和上游径流补给,季节性变化明显。人工开采是其主要排泄方式,地下水动态基本处于自然状态。现状条件下区内总储存量Q储=1535.71万m^3,总补给量Q补=237.31万m^3/a,总排泄量Q排=245.69万m^3/a,处于均衡状态。通过建立地下水水流数值模型,进行洋河下游水源地地下水调蓄开采量评价和水位预测,认为在该区以枯水期开采量6000m^3/d、连续开采5个月、年开采量90万m^3的开采方案,水位降深在允许范围内。因此,枯水期6000m^3/d的开采量可作为洋河下游水源地的调蓄开采资源量。     

西藏阿里地区泽错大型盐湖锂（硼）矿床的发现及开发利用前景

2016—2018年中国地质调查局天津地质调查中心联合西藏自治区地质矿产勘查开发局第五地质大队组建盐湖调查队伍,针对西藏羌塘盆地西段泽错盐湖开展调查评价工作,探获大型锂(硼)矿产地1处。泽错湖表水体长16.3 km,宽3.3～11.3 km,湖表面积113.8 km2。湖水深度变化较大,四周水较浅,逐渐向中间变深,最深处达44 m,湖水平均深度为24 m,湖面海拔4940 m。泽错盐湖位于藏北羌塘—三江复合板块内,矿区第四纪地层可划分为更新统湖积,全新统现代湖水,全新统冲洪积,全新统冲积和全新统湖积。湖盆可划分基岩裂隙水层、亚砂土孔隙含水层、亚黏土孔隙含水层和湖表卤水4个水文地质单元。经计算直接补充到湖盆表面的大气降水量为1.081×107m3/a,地表水补给湖水量为8.262×107m3/a,地下水补给量为2.052×107m3/a,泽错年补给水量为11.395×107m3/a左右。自然蒸发为泽错湖盆的主要排泄方式,泽错湖水年蒸发量为12.745×107m3/a,年均水量变化值为1.35×107m3/a,地表水补给湖水带入的总盐量为7.8×104t/a。泽错湖盆卤水中主要成盐元素有Cl-、Na+、SO42-、K+、CO32-、HCO3-、B2O3、Mg2+、Li+等,平均矿化度41.57 g/L,pH值为9.31,泽错湖水为高矿化度盐水,水化学类型为硫酸钠亚型。泽错盐湖LiCl平均品位为376.02 mg/L,LiCl资源量为102.68×104t,远景规模达到大型;B2O3平均品位为840 mg/L,B2O3资源量为229.38×104t,远景规模达到大型。在综合分析锂、硼资源需求、提锂技术、盐田建设、气候条件、经济价值等方面的基础上,对泽错盐湖的开发利用前景进行了展望。     

江汉平原地下水化学特征及水流系统分析

江汉平原水质性缺水问题日益突出,识别江汉平原地下水流系统分布模式,对地下水资源的合理利用与保护具有重要意义。选取江汉平原典型区域,综合水文地质条件、水动力场及水化学同位素指标深入分析地下水补给过程、水岩作用及滞留时间。得出由于碳酸盐岩的溶解,研究区的地下水化学类型属于HCO_3-Ca·(Mg)型。地下水中典型离子随深度增加逐渐降低,同位素随深度增加逐渐偏负,表现出地下水流系统呈局部与区域水流系统的特点,系统深度界限在10～20 m。独立而复杂的局部水流系统在平枯水期地下水向河渠地表水排泄。根据~3H的含量,局部水流为现代水,水循环交替迅速。受地形控制,中深层地下水总体由西和西北向东和东南径流,汇入汉江和长江,为区域水流系统。由于补给源的高程效应,区域水流的~(18)O值存在明显分区,指示不同的补给来源与水流路径。山前丘陵区基本为现代水,向平原腹地纵深至汉江和长江排泄区,地下水年龄在几百年至6 000 a不等,水循环交替缓慢。研究发现江汉平原低洼排泄区存在区域水流的顶托补给,可为原生劣质水的分布与聚集研究提供依据。     

地下水化学组成的时空聚类分析与多级嵌套水流系统识别

水文地球化学是识别地下水流系统的重要方法,然而区域尺度上多级嵌套地下水流系统的复杂性使地下水化学组成的分析和解释难度增加.以鄂尔多斯北部盆地湖泊集中区典型的胡同察汗淖地下水流系统为例,基于丰水期和枯水期3个期次不同深度地下水样品的物理化学数据,应用时空聚类与主成分分析方法,揭示地下水化学组成的空间分布特征、变化规律及其...     

地表水-地下水相互作用对砷在浅层地下水系统中运移的影响

地表水-地下水（SW-GW）相互作用对砷在浅层地下水系统中的运移至关重要,但其模式和强度对地下水中砷运移的影响尚不清楚.本文针对江汉平原仙桃市沙湖原种场野外地下水三维监测试验场,开展野外监测和三维地下水数值模拟.结果发现雨季地表水补给地下水,SW-GW相互作用强度较大,地下水砷浓度升高;旱季地下水补给地表水,SW-GW相互作用强度减弱,地下水砷浓度降低.SW-GW相互作用模式与强度的季节转变导致地下水流速和流向产生季节响应.模型估算出雨季和旱季地面以下10～25 m最大垂向砷交换量分别为457.2 mg/d、191.3 mg/d,地面以下28 m处水平砷交换量分别为4 380.0 mg/d、1 385.6 mg/d.