山东鲁北平原地下水资源与可持续利用

鲁北平原目前区内供水水源以黄河客水和地下水为主。最新均衡计算结果为:浅层地下水开采资源量37 03×108m3 a,深层地下水开采资源量2 62×108m3 a。据山东省水资源可持续利用总体规划报告,现状年需水量约74×108m3 a,2010年需水量为93×108m3 a,2030年需水量为109×108m3 a,现状年供需基本平衡,远景供水不足。浅层地下水易采易补,更新能力强,应以合理调控水位为中心,优先开采浅层地下水,充分发挥浅层地下水资源的供水功能,尤其是东阿—齐河—商河—利津沿黄地区更应加强开发浅层水的力度。浅层水为可持续利用的地下水资源量。深层地下水更新能力弱,应严格限制其开发利用。在德州、滨州漏斗中心区,建议实施部分封井,调减开采量。实行地表水与地下水联合调度,优化水资源开发结构,适当增加地表水引用量,实施含水层的恢复工程,遏制地面沉降等环境问题的继续发展,走全面、协调、可持续发展的路子。     

鲁北平原地下水同位素年龄及可更新能力评价

笔者采用大量的地下水环境同位素数据, 利用天然放射性氚和14C的通用测年技术, 分别估算浅、深层地下水的形成年龄, 评价地下水的可更新能力。研究结果表明, 鲁北平原浅层地下水的主要补给来自当地的大气降水和引黄河灌溉水, 循环速度较快, 循环时间20～50 a, 更新能力较强。深层地下水主要起源于古代大气降水, 是在比现在寒冷的气候条件下由大气降水入渗形成, 循环速度较慢, 循环时间8～20 ka, 更新能力较弱。     

利用环境同位素信息识别鲁北平原地下水的补给特征

在野外采样的基础上,通过测试分析不同层位地下水中同位素2H 、18O、3H的特征和水化学组成,利用同位素2H、18Ｏ和3H及水化学方法识别鲁北平原地下水的补给来源,估算黄河水与地下水的转化数量,揭示黄河下游平原区的水文循环特征。研究结果表明,鲁北平原浅层地下水的主要补给源为当地的大气降水和黄河水（包括引黄灌溉和黄河水渗漏）,大气降水与黄河水所占的比例随距黄河的远近而变化。总补给量中,大气降水和黄河水的补给比例分别为86%和14%;深层地下水主要起源于古代大气降水,是在比现在寒冷的气候条件下大气降水入渗形成的。     

鲁北平原浅层地下水有机污染特征及污染来源分析

本文在对鲁北平原水文地质条件及污染源现状分析的基础上,对浅层地下水进行了高密度的样品采集、高精度的污染物组分测试及污染程度研究,分析研究结果表明:鲁北平原浅层地下水在部分地区受到有机物污染,污染程度总体较低,个别地区出现中度污染和重度污染。检出的有机污染物共13种,个别有机物含量高。浅层地下水污染区的分布及污染程度,与油田采油区位置及石油化工企业的分布具有相关性。     

鲁北平原一多年排污河渠对两侧浅层地下水水质的影响分析

为了阐明平原区排污河渠对地下水水质的影响程度和影响范围,以鲁北平原一条未采取防渗措施的多年排污河渠为例,进行了河渠污水对两侧浅层地下水污染机理的研究。通过Mg^2＋、Cl^-、1,2-二氯乙烷等主要污染指标在排污河渠两侧的扩散规律研究,初步确定排污河渠对两侧浅层地下水综合质量的影响范围约为100 m。此结论为平原区浅层地下水的防污、治污提供了一定的参考依据。     

鲁西北平原深层地下水动力场时空演化

深层地下水是鲁西北平原区特有的含水系统,具有分布范围广、埋藏深和开采恢复能力差等水文地质特征。近30年来的人工开采使天然流场发生了较大改变,形成多个规模不一、形态各异的超采漏斗。利用多年来区域研究成果和实测资料,在研究区域地下水循环系统的基础上,分析开采初期和开采条件下特征年份深层地下水动力场特征,研究鲁西北平原深层地下水演化程度。研究发现,近30年来,区域水头整体下降,地下水动力场发生了显著变化。除黄河三角洲全咸水区、莘县阳谷、嘉祥凸起周围降幅较小外,其余地区均大于20m,其中德州一武城、滨州-博兴、菏泽城区降幅均在60m以上,德州、滨州漏斗中心降幅大于100m。目前已造成德州、滨州、东营、菏泽、济宁等城区不同程度的地面沉降。     

鲁北平原深层地下水开发与环境问题

鲁北平原在深层地下水开发利用过程中，由于开采地段过于集中在城镇，加上不合理开采等因素，出现了区域性深层地下水超采漏斗不断扩大、部分地段地下水资源枯竭和水质咸化问题严重、重点城镇地面沉降加剧及饮用高氯高碘地下水引发的地方病呈上升趋势等诸多水环境问题。笔者分析了这些问题的分布规律及演化趋势，从地学角度，提出了对策建议。     

海河流域地下水资源特征和开发利用潜力

海河流域水资源严重短缺,地下水长期超采是制约社会经济可持续发展的主要瓶颈。开展流域地下水资源及开发利用潜力研究,对支撑服务地下水超采治理、地下水资源可持续利用和生态环境保护都具有重要意义。经系统评价,海河流域天然资源量252.99×10~8m~3,生态水位约束条件下的浅层地下水开采资源量172.98×10~8m~3,可更新的深层水可利用量4.68×10~8m~3。海河流域山区地下水质量总体较好,Ⅰ～Ⅲ类水占比40.83%,平原区浅层地下水质量较差,Ⅰ～Ⅲ类水占比14.10%,深层地下水质量优于浅层地下水,Ⅰ～Ⅳ类水占比74.25%。海河流域山区地下水开采潜力总体较小,燕山和太行山北部山区,地下水资源禀赋较差,基本无开采潜力,太行中部山区地下水开采程度较高,无开采潜力或开采潜力较小,太行南部山区地下水资源禀赋良好,开采潜力较大;平原区浅层地下水在不同水文地质单元开采潜力差异较大,山前平原浅层地下水长期超采形成大范围降落漏斗,无开采潜力或潜力较小,中东部平原浅层地下水资源禀赋较差,以微咸水为主,开采潜力较小,山东省鲁北平原区浅层地下水开采程度较低,聊城—德州一带开采潜力较大;雄安新区地下水总体无开采潜力。平原区深层地下水基本无开采潜力。     

鲁北平原第四纪沉积特征及地面沉降模式分析

地面沉降地质灾害在鲁北平原发展日益严重,制约着重大工程建设和社会经济发展。本文通过分析区内第四纪沉积展布特征,结合二等水准测量数据和分层沉降标数据与地面沉降规律,揭示鲁北平原区地面沉降机理和沉降模式,为同类型地区进行参考借鉴。①鲁北平原地面沉降主要贡献层为中更新统地层,滨州140～320m地层沉降量约占总沉降量的62%。②依据沉积相、沉积成因、地层结构、地面沉降驱动机制等因素,鲁北平原地面沉降可分为山前冲积、洪积平原模式、黄河泛滥冲积平原模式、三角洲冲积、海积平原模式三种模式。     

基于灰色关联度分析献县灌溉取用地下水的方式

针对平原区灌溉方式以浅层水和深层地下水为主,以华北平原献县为例,利用灰色关联分析,得到年降雨量和浅层、深层地下水埋深的关联系数,最终确定献县区域开采地下水以深层地下水为主。     

新疆天山北麓中段孔隙水水化学特征及苏打水的成因

天山北麓中段受构造控制,水文地质条件较为复杂.研究孔隙水水化学特征及苏打水（NaHCO₃型）形成机制对了解天山北麓中段地下水水文地球化学过程与地质条件之间的联系具有重要意义.基于新疆天山北麓中段平原区209组地下水水样,结合地质条件,采用半变异函数模型、绝对主成分得分多元线性回归模型（PCA/APCS-MLR）剖析了潜水和承压水中水化学类型空间分布特征、地下水化学组分源贡献率、苏打水形成的地质条件控制因素以及水文地球化学作用.结果表明:山前倾斜平原潜水、冲积平原潜水和承压水分别以Na₂SO₄、NaHCO₃和Na₂SO₄型水为主,其中苏打水分别占总水样的7.18%、14.83%、6.22%.承压水中Na+、HCO₃-、TDS空间自相关性较强,潜水中Na+、HCO₃-、TDS空间自相关性较弱,当水中TDS < 1 000 mg/L时更有利于NaHCO₃型水的形成.溶滤-富集因子（F1）、外界输入因子（F2）、原生地质因子（F3）和地质环境因子（F4）对地下水中水化学指标的平均贡献率分别为29.44%、15.99%、7.70%和6.71%.苏打水形成过程不仅受控于矿物溶滤、阳离子交换、混合作用和脱硫酸作用等多种水文地球化学作用,还受到地质环境、地质构造及水文地质条件的影响.      

银川地区承压水水化学特征及控制因素

银川平原属中温带干旱区,蒸发强烈,潜水水质差,承压水是银川市地下水开采的主要水源。通过ArcMap空间分析、传统作图分析、氢氧同位素分析等方法,分析银川地区承压含水层水化学特征及各含水层水化学特征的差异,探讨了承压水水化学分布特征的控制因素。研究表明,潜水和承压水水化学分布特征在水平和垂直方向上均存在较大差异;第一和第二承压水水化学分布特征在水平方向上相似,在垂直方向上存在一定差异。水平方向上,两层承压水水化学特征存在一定分带性,而潜水无明显规律性。两层承压水在靠近西侧补给区溶解性总固体（TDS）较小,阴离子以HCO-3为主,阳离子以Mg2+和Ca2+为主,向东溶解性总固体逐渐增加,在银川断裂附近,阴离子变为以Cl-和SO2-4为主,阳离子以Na+为主。垂向上,由于银川断裂贯穿承压和潜水含水层,且潜水水位高于承压水位,第二承压水可能主要受到更深层地下水沿着断裂的混入作用,第一承压水可能同时受到更深层地下水和潜水的混入,使得在银川断裂附近,部分第二承压水TDS大于第一承压水,且具有更高含量的Na+和Cl-,及更低含量的Ca2+和HCO-3,也有部分第一承压水TDS大于第二承压水,该部分第一承压水中的个别水样TDS大于潜水。由此得出,银川断裂的发育及其对潜水及承压含水层的贯通作用是控制该区地下水水质的一个重要因素。如果承压水继续过量开采,承压水位持续下降,将进一步激发潜水和更深层地下水的混入,从而导致承压水质恶化。因此控制银川区承压水的过量开采,对于承压水资源的可持续利用至关重要。     

塔里木盆地南缘浅层高碘地下水的分布及成因:以新疆民丰县平原区为例

塔里木盆地位于欧亚大陆腹地,远离海洋,地下水是塔里木盆地南缘重要的供水水源,查明该区浅层地下水中碘（I-）的分布及成因至关重要.基于新疆塔里木盆地南缘的民丰县平原区44组浅层地下水水样,综合运用水化学图解法、数理统计法和GIS技术,分析潜水和浅层承压水水化学特征、碘的空间分布及高碘地下水的成因.结果表明:民丰县平原区浅层地下水中碘的富集和贫乏共存;潜水和浅层承压水I-含量范围分别为≤730 μg/L和≤183μg/L,潜水水样中缺碘水、适碘水、高碘水和超高碘水占比分别为19.4%、69.4%、5.6%和5.6%,浅层承压水水样中缺碘水、适碘水和高碘水占比分别为12.5%、75.0%和12.5%,潜水中缺碘水和超高碘水均高于承压水.从山前倾斜平原到细土平原,地下水中I-含量呈明显上升趋势.高碘水和超高碘水水化学类型主要为Cl·SO₄-Na型和Cl-Na型.除水文地质条件和偏碱性的地下水环境外,研究区潜水碘主要受强烈的蒸发浓缩作用、第四系全新统沼泽堆积物和矿物溶解沉淀的影响,浅层承压水碘主要受矿物溶解沉淀及还原环境的影响.      

新疆喀什三角洲地下水流系统的水化学和同位素标记

新疆喀什三角洲地下水“水质型”缺水问题较为突出，开展地下水流系统研究具有实际意义.采用水化学和环境同位素年龄测试法，在对喀什三角洲地下水含水系统划分基础上，对地下水化学和循环更新特征进行了分析研究.结果表明:三角洲含水系统由山前倾斜冲洪积平原潜水、河流冲积平原潜水和河流冲积平原承压水构成.沿地下水流向，水化学类型演化为HCO₃·SO₄-Ca→SO₄-Ca→SO₄·Cl-Mg·Na→SO₄·Cl-Na，TDS增高，水质趋向盐化.山前倾斜冲洪积平原为溶滤-径流区，河流冲积平原为径流-累盐区.研究区地下水更新速率为0.03%~16.35%·a-1，具有山前倾斜冲洪积平原潜水>河流冲积平原潜水>河流冲积平原承压水的特征.利用3H估算得出，山前倾斜冲洪积平原潜水年龄为8~49 a，平均值为29 a；河流冲积平原潜水年龄为14~>50 a，其中上部潜水平均年龄为24 a，下部潜水平均年龄大于50 a.利用14C估算得出，河流冲积平原潜水为476~33 623 a，平均值为8 106 a；河流冲积平原承压水为5 186~34 578 a，平均值为30 043 a，与潜水比为“更古老”的水.综合以上特征得出，喀什三角洲地下水含水系统可以划分为2个更新速率较快的局部水流系统（Ⅰ₁和Ⅰ₂）和一个循环滞缓的区域水流系统（Ⅱ）.      

华北平原深层地下水超采程度计算与分析

华北平原深层地下水的超采已引起了一系列的环境地质问题。为了从区域上认识深层地下水的超采情况以及由此引发的环境地质问题,分别以地下水开采潜力系数(深层地下水可利用量/现状开采量)、地面沉降量、多年平均水位下降速率为指标对地下水超采情况进行了计算和分析。结果表明,不同方法的计算结果具有一定的一致性。从区域上来看,深层地下水总体上处于超采状态,已无开采潜力。地下水开采程度指标采用以2003年为现状年的开采量,因此更多反映的是开采程度现状。利用地面沉降和多年平均水位下降速率计算的超采结果更多地反映了深层地下水开采历史所产生的环境地质问题。     

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674987111000752

A series of environmentalegeological problems have been caused by over-exploitation of deep groundwater (i.e., confined aquifer water) in the North China Plain. In order to better understand the status of deep groundwater over-exploitation and the resultant environmentalegeological problems on a regional scale, the over-exploitation of groundwater has been assessed by way of the groundwater exploitation potential coefficient (i.e., the ratio of exploitable amount of deep groundwater to current exploitation), cumulative land subsidence, and long-term average lowering rate of the groundwater table. There is a good correlation among the results calculated by the different methods. On a regional scale, deep groundwater has been over-exploited and there is no further exploitation potential under the current conditions. The groundwater exploitation degree index takes the exploitation in 2003 as the reference for the calculations, so the results mainly reflect the degree of current groundwater exploitation. The results of over-exploitation of deep groundwater obtained by land subsidence data and long-term average rate of depression of the water table mainly reflect environmentalegeological problems caused by exploitation of deep groundwater.     

Identifying the recharge sources and age of groundwater in the Songnen Plain (Northeast China) using environmental isotopes

The recharge sources and groundwater age in the Songnen Plain, Northeast China, were confirmed using environmental isotopes. The isotopic signatures of the unconfined aquifers in the southeast elevated plain and the north and west piedmont, cluster along local meteoric water lines (LMWLs) with a slope of about 5. The signature of source water was obtained by the intersection of these LMWLs with the regional meteoric water line (RMWL). This finding provides evidence that the recharge water for these areas originate from the Changbai Mountains and the Low and High Hingan Mountains, respectively. Groundwater in the unconfined aquifer in the low plain yields a LMWL with a slope of 4.4; its nitrate concentration indicates the admixture of irrigation return flow. The δ-values of the unconfined aquifer in the east elevated plain plot along the RMWL, reflecting recharge by local precipitation. The mean residence time of groundwater in these aquifers is less than 50?years. However, the ¹⁴C age of the groundwater in the confined Quaternary aquifer ranges from modern to 19,500?years, and in the Tertiary confined aquifer from 3,100 to 24,900?years. Modern groundwater is mainly recharged to the Quaternary confined aquifer on the piedmont by local precipitation and lateral subsurface flow.     

Assessing groundwater availability and the response of the groundwater system to intensive exploitation in the North China Plain by analysis of long-term isotopic tracer data

The use of isotope tracers as a tool for assessing aquifer responses to intensive exploitation is demonstrated and used to attain a better understanding of the sustainability of intensively exploited aquifers in the North China Plain. Eleven well sites were selected that have long-term (years 1985–2014) analysis data of isotopic tracers. The stable isotopes δ¹⁸O and δ²H and hydrochemistry were used to understand the hydrodynamic responses of the aquifer system, including unconfined and confined aquifers, to groundwater abstraction. The time series data of ¹⁴C activity were also used to assess groundwater age, thereby contributing to an understanding of groundwater sustainability and aquifer depletion. Enrichment of the heavy oxygen isotope (¹⁸O) and elevated concentrations of chloride, sulfate, and nitrate were found in groundwater abstracted from the unconfined aquifer, which suggests that intensive exploitation might induce the potential for aquifer contamination. The time series data of ¹⁴C activity showed an increase of groundwater age with exploitation of the confined parts of the aquifer system, which indicates that a larger fraction of old water has been exploited over time, and that the groundwater from the deep aquifer has been mined. The current water demand exceeds the sustainable production capabilities of the aquifer system in the North China Plain. Some measures must be taken to ensure major cuts in groundwater withdrawals from the aquifers after a long period of depletion.