中国北方新生代盆地地下水循环系统演化的模拟研究

近年来,国际水文地质学家对水文科学的发展给予了极大的关注。特别重视因全球变化引起的环境变化对地下水资源的影响和地下水资源的开发利用对全球变化的作用、反馈及其贡献。从地下水由自然资源向社会资源转变的过程中,对地下水研究的重心也发生了转移,即由水力学问题转向水资源管理问题;由资源问题转为环境问题;同时也开始了更大规模、更大时空尺度的,对全球变化影响的研究等等。中国北方大陆西起青藏高原,经黄土高原到东部辽阔的华北平原,构成闻名世     

湖相沉积物与全球变化的研究

为预测未来全球的气候变化，必须了解在过去水圈、气圈与生物圈的各自作用以及它们是如何相互影响的。为此，ＩＧＢＰ（国际地圈－生物圈计划）组织了过去全球变化项目（ＰＡＧＥＳ）。湖相沉积物保存着与ＰＡＧＥＳ有关的不同时空尺度的丰富的地球系统历史信息，特别是湖相沉积物包含着可以说明全球气候变化的水圈与生物圈的陆源组分的反应。这种信息对了解影响气候变化的流域是如何发展的至关重要。笔者应用西伯利亚贝加尔湖与中国西北部青海湖作为两个实例，叙述了多学科研究湖相沉积物物理与化学参数，并利用这些参数测定了晚更新世湖区及其流域对过去气圈的变化以及日幅射分布的影响     

我国气候变化对地下水资源影响研究的主要进展

为了推动我国关于气候变化对地下水影响的深入研究,列举了关于气候变化对地下水影响的研究方法,包括包气带和含水层环境示踪技术,研究地下水及其沉积物的物理化学指标,地表水-地下水耦合数值模拟技术等;综述了我国华北地区(北京市、滹沱河流域、海河流域、滦河下游地区、黄淮海平原、临汾盆地、鄂尔多斯盆地、黄河下游地区、大同盆地、北方岩溶泉域)、西北地区(塔里木下游地区、三工河流域、阿克苏河绿洲、黑河流域、石羊河流域、河西走廊、巴丹吉林沙漠)和东北地区(吉林中部平原地区、三江平原)等典型区域气候变化(气温、降水、蒸发)对地下水水位、补给量与排泄量(泉流量、开采量)、水化学成分、水温、同位素组成的影响;提出了气候变化条件下合理利用和管理地下水资源的若干对策,包括减缓温室效应引起的全球气候变暖对未来地下水资源产生不利影响,定量化研究气候变化和地下水之间的相互关系,应用高新技术开展地下水资源脆弱性的研究,充分利用灌区地下含水层的调蓄作用,通过地表水与地下水的联合利用控制水盐平衡、涵养地下水源,节约农业、工业和生活用水等。     

油类污染过程中地下水地球化学环境的变化──以山东省淄博市某地下水水源地为例

利用山东省淄博市某地下水饮用水源地油类污染后的水质资料，通过地下水环境对照值的统计，首次研究了地下水油类污染与其他组分的关系，以及油类污染地下水造成的地下水地球化学环境的变化。提出地下水环境对照值可以作为地下水是否受到油类污染的重要参考指标。地下水油类组分及其他组分的变化主要取决于污染源的特征，也就是说，人类活动对地下水地球化学环境的影响是相当大的。     

广州南部地区水文地质特征及含水层结构分析

广州南部地区是广州城市建设战略中＂南拓＂的重要区域。开展水文地质研究对本区城市地下水的监测和保护以及地下空间开发利用具有重要意义。分析了研究区地下水类型及其分布规律、补给径流排泄条件以及水化学特征等,充分综合已有钻孔岩性信息将第四系松散孔隙沉积物概化出三个主要含水层,揭示了各含水层的展布规律,为广州南部地区地下水资源开...     

湖泊沉积物粒度分析方法在古气候环境研究中的应用

沉积物的粒度是衡量沉积介质能量和沉积盆地能量的一种重要代用指标,与沉积环境的关系非常密切,在古气候古环境研究中,湖泊沉积物的粒度指标发挥着重要的作用。刘兴起等人利用全样粒度分析方法对青海湖QH-2000钻孔的沉积物粒度特征进行了详细研究,结果表明冷干和暖湿气候条件下沉积物的粗颗粒组分增多,介于二者之间的气候条件下,沉积物的粒径变化相对比较平缓。Xiao Jule等利用正态函数分布拟合法,将Dali湖沉积岩心的粒度组分划分为6种,通过对各组分峰值粒径等粒度参数的分析研究,得出各组分含量及其峰值粒径等的变化与湖泊水位关系密切。根据建立起的湖泊沉积物粒度参数与气候环境之间的耦合关系,最后将达里湖1.2kaBP以来的水位波动划分为不同的5个阶段。     

漫反射光谱赤铁矿和针铁矿定量研究进展

沉积物-古土壤是记录古环境演化及古气候变迁的有效载体,利用沉积物-古土壤对气候环境信息的记录来研究全球变化问题,已成为当前地球科学研究的热点课题。赤铁矿和针铁矿是沉积物-古土壤中常见的次生矿物,二者含量的变化能有效反映成土过程中冷、暖、干、湿的变化。然而,赤铁矿和针铁矿在沉积物-古土壤中结晶度差且含量低,因此,对二者进行有效定量一直是研究的难题。近年来,漫反射光谱(DRS)分析在沉积物-古土壤中赤铁矿和针铁矿的定量研究中取得了一系列显著的成果。本文系统总结了漫反射光谱在赤铁矿和针铁矿定量中的原理,并对3种常见定量方法及其应用进行归纳,同时对定量过程中存在的问题和发展趋势进行深入讨论。     

当地下水邂逅DNA:石油类有机污染及其生物降解

地下水科学与工程研究发展到今日,已经成为一门涉及多个领域的综合性学科。地下水污染的控制和修复研究更需要跨学科的技术和知识支持,而生物修复作为一种高效低耗修复的技术成为环境领域的研究热点。微生物因其自身特性及其对污染的降解主导特征对确定有机物污染场地的永续修复具有重要意义。简要地综述了地下水有机污染及其原位修复、有机污染物和地下环境微生物的交互作用,进一步聚焦生物降解机制、生物修复和细菌研究。在此基础上以某石油污染场地地下水为例,进行了地下水中分离微生物菌株及其降解特征的实验研究。结果表明:放线菌降解效果最好,细菌和真菌次之;两两组合降解效果好于单菌,表明存在协同作用;不同菌株混合降解率较低,表明具有拮抗作用。通过动力学实验得出对TPH的降解符合一级反应动力学方程及其降解速度和降解半衰期。就微生物对有机组分降解而言,烷烃和总石油烃降解规律相似;难降解组分降解率低,后期因烷烃转化使其浓度升高;苯浓度变化不大。微生物活性实验表明:活菌总数和脱氢酶活性与降解率呈正相关变化。运用生理生化及分子生物学方法鉴定得出了具体的菌种。     

新疆乌伦古湖沉积物粒度特征揭示的环境信息

在放射性同位素210Pb、137Cs定年的基础上,通过对沉积物粒度参数的分析,探讨了近200年来乌伦古湖沉积物粒度敏感组分特征及其环境意义。研究表明,乌伦古湖WL孔沉积物以黏土和细粉砂为主,但在1970 AD前后,粒度参数发生了突变,其中>16 μm组分所占含量迅速升高,在约1830~1842 AD及1910 AD前后这两个时期,沉积物的粒度参数也有较显著的变化。对沉积物粒度频率分布曲线的分析表明,在对应时期内,沉积物的搬运介质或搬运动力发生了变化。基于此,首先通过粒径-标准偏差方法提取了粒度中的敏感组分C2（7~25 μm）,进而通过粒度敏感组分与器测气象数据的相关性分析,明确了组分C2含量的环境指示意义。结果表明,组分C2含量的大小与研究区冬、春季温度和冬季降水量大小有关,反映了积雪融水入湖的强度。在约1830~1842 AD、1910 AD前后,组分C2含量偏高,反映入湖水量较大、湖泊水位较高。而20世纪60年代到70年代,沉积物粒度参数的显著变化与流域人类活动的影响有关。     

湖泊沉积物的矿物组成、成因、环境指示及研究进展

湖泊沉积物是不同地质、气候、水文条件下各类碎屑、黏土、自生/生物成因矿物以及有机物质等的综合体。沉积矿物蕴含着丰富区域和全球环境演变信息,如湖水的化学组成、流域构造、气候、水文以及人类活动的相互作用等。相关信息可以赋存在矿物外部微形貌、内部微结构、化学组成、物理和化学性质、同位素组成、谱学特征、成因以及共生组合等方面。因此,湖泊科学的许多关键课题都离不开矿物学,特别是在利用湖泊沉积物进行区域及过去全球变化研究中,深入的机理研究归根到底都要涉及矿物学,如流域化学风化作用、粒度组成、生物壳体化学组成、测年材料的选择等。然而,由于湖泊沉积物中矿物的多源性、复杂性,如何有效提取和解译其中的环境信息,是一项长期困扰研究者的课题,湖泊沉积矿物学的研究往往被许多研究者所忽视,中国的相关研究也较为薄弱。笔者综述了湖泊沉积物中碎屑、黏土、自生/生物矿物的矿物组合、特征、成因在（古）环境反演中的作用及最新研究进展,提出除了继续加强对湖泊沉积物中矿物来源、成因和古环境示踪的深入研究以外,矿物相间的转变及其对湖水和孔隙水组成的响应、一些非晶质或隐晶质及低丰度矿物相在湖泊化学和动力学中的作用也是很有潜力的研究领域,最后提出了研究中存在的一些问题、面对的挑战以及对研究前景的展望。     

Climate change and groundwater resources in Cambodia

Climate change has become a major global concern and threatens the security of natural environmental resources, including groundwater, especially for Cambodia. In this study, literature reviews related to climate change and groundwater resources in Cambodia were evaluated to address the impact of climate change on the groundwater environment. In Cambodia, global climate change will likely affect available water resources by driving changes in the groundwater recharge and usage pattern. Despite a general increase in the mean annual rainfall, a reduction in rainfall is anticipated during the dry season, which could lead to shortages of fresh water during the dry season. The impact of climate change on water resource environments can significantly affect national economic development. Thus, strategic management plansfor groundwater in response to climate change should be established to ensure the security of water resources in Cambodia.     

Impact of changing climate and land use on the hydrogeology of southeast Australia ∗

Anthropogenic climate change is the Earth's most serious large-scale environmental concern. While the projected changes of global temperatures, rainfall and surface water have been modelled in a sophisticated manner, the impact on groundwater resources is much less well constrained. In southeast Australia, the decrease in rainfall amount and an increase in temperature that are predicted by climate models are generally assumed to reduce the amount of recharge to the groundwater systems. However, the increase in recharge that has resulted from clearing of the native vegetation will almost certainly produce a greater impact on the groundwater system, increasing quantity and potentially improving quality. Additionally, the impact on recharge of changes to rainfall frequency rather than just total amount is not well documented. Overall our understanding of the impacts of climate change on groundwater systems is insufficiently advanced to make firm predictions. Indirect impacts of climate change, particularly the projected increased demand for groundwater or surface water to supplement surface water supplies also will have a major impact that may be greater than the direct effect of climate change.     

黏性土弱透水层压实作用:原理、技术及其水文地质意义

弱透水层与含水层相互作用是国际水文地质学界关注的热点问题,特别是黏性土弱透水层与孔隙含水层的相互作用。近年来,在自然沉积、过量开采地下水、现代化农业机械与建筑业重型机械应用等自然与人为活动影响下,黏土弱透水层会发生有效应力增加、孔隙结构变形和孔隙度减少、渗透性降低、溶解氧和贮水能力减少以及侧向和垂向排水等的压实作用,导致地下水污染、地面沉降等环境问题的发生。本文重点介绍了黏性土弱透水层压实作用的原理,分析了地下水系统中4种不同状态下沉积物压实与孔隙流体压力的关系,基于压实物理模拟和数值模拟两个方面对压实作用的研究方法与技术进行了系统总结,随后探讨了压实作用下黏性土弱透水层对地下水水量与水质的影响,并对此研究的发展趋势及其在地球科学、环境科学等研究领域的潜在应用提出了展望。     

国际全球变化研究发展态势文献计量评价

全球变化研究是国际上地球系统综合研究的重大跨学科研究领域.随着全球环境问题的日益突出,国际上先后组织发起了全球环境变化研究的四大科学计划WCRP、IGBP、IHDP、DIVERSITAS及其组成的地球系统科学联盟ESSP,开展对全球变化和地球系统科学的研究.当前,全球变化问题不仅是科学界关注和研究的问题,也是政治界、经济界都关注的重大问题.科技文献能够反映科学前沿的发展动态.对SCIE和SSCI数据库收录的全球变化研究文献进行统计,从文献计量学的角度,分析国际全球变化研究领域的发展态势,了解中国全球变化研究的国际影响力.可以看出:国际上全球变化研究的论文数量一直呈增长趋势,以地球科学多学科、生态学、环境科学、自然地理学、植物学等学科领域为主.中国自2000年以来在该领域的发文数量增长较快,特别是中国科学院的发文量已进入国际前列,但中国在该研究领域尚缺少高影响力的论文.     

中国过去2000年湖泊沉积记录的高分辨率研究:现状与问题

过去２ｋａ地球环境的变化规律和原因是全球变化研究的关键内容之一，与其它自然记录相比，湖泊沉积具有储存信息量大，时间分辨率高和地理覆盖面广的优势。中国８０年代后期以来已陆续开展了全新世湖泊沉积与气候，环境演化研究，并有迅速发展之势，对于过去２ｋａ湖泊沉积的高分辨率研究，需要重视以下几方面问题，即提高核素测年的精度，建立环境指标的转换函数，注意早期化学成岩作用，选择分层湖和年层沉积，探讨气候要素有效指     

Hydrogeochemical evolution of confined groundwater in northeastern Osaka Basin,Japan: estimation of confined groundwater flux based on a cation exchange mass balance method

A confined aquifer system has developed in argillaceous marine and freshwater sediments of Pliocene–Holocene age in the northeastern Osaka Basin (NEOB) in central Japan. The shallow groundwater (<100 m) in the system is recharged in a northern hilly to mountainous area with dominantly Ca-HCO₃ type water, which changes as it flows toward the SW to Mg-HCO₃ type and then to Na-HCO₃ type water. Comparison of the chemical and Sr isotopic compositions of the groundwater with those of the bulk and exchangeable components of the underground sediments indicates that elements leached from the sediments contribute negligibly to the NEOB aquifer system. Moreover, model calculations show that contributions of paleo-seawater in the deep horizon and of river water at the surface are not major factors of chemical change of the groundwater. Instead, the zonal pattern of the HCO₃-dominant groundwater is caused by the loss of Ca²⁺ from the water as it is exchanged for Mg²⁺ in clays, followed by loss of Mg + Ca as they are exchanged for Na + K in clays between the Ca-HCO₃ type recharge water and the exchangeable cations in the clay layers, which were initially enriched in Na⁺. Part of this process was reproduced in a chromatographic experiment in which Na type water with high ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr was obtained from Mg type water with low ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr by passing it through marine clay packed in a column. The flux of recharge water into the confined aquifer system according to this chromatographic model is estimated to be 0.99 mm/day, which is compatible with the average recharge flux to unconfined groundwater in Japan (1 mm/day).     

Impact of climate change on irrigation requirements in terms of groundwater resources

Climate change affects not only water resources but also water demand for irrigation. A large proportion of the world’s agriculture depends on groundwater, especially in arid and semi-arid regions. In several regions, aquifer resources face depletion. Groundwater recharge has been viewed as a by-product of irrigation return flow, and with climate change, aquifer storage of such flow will be vital. A general review, for a broad-based audience, is given of work on global warming and groundwater resources, summarizing the methods used to analyze the climate change scenarios and the influence of these predicted changes on groundwater resources around the world (especially the impact on regional groundwater resources and irrigation requirements). Future challenges of adapting to climate change are also discussed. Such challenges include water-resources depletion, increasing irrigation demand, reduced crop yield, and groundwater salinization. The adaptation to and mitigation of these effects is also reported, including useful information for water-resources managers and the development of sustainable groundwater irrigation methods. Rescheduling irrigation according to the season, coordinating the groundwater resources and irrigation demand, developing more accurate and complete modeling prediction methods, and managing the irrigation facilities in different ways would all be considered, based on the particular cases.     

Origin and extent of fresh groundwater, salty paleowaters and recent saltwater intrusions in Red River flood plain aquifers, Vietnam

A model has been established on the origin and extent of fresh groundwater, salty paleowaters and saltwater from recent seawater intrusions in the Red River flood plain in Vietnam. This was done with geological observations, geophysical borehole logging and transient electromagnetic methods. Salt paleowater is present up to 50–75?km from the coastline, with occurrence controlled by the Holocene transgression. A density-driven leaching of salty porewater has occurred from high-permeability Holocene sediments into underlying Pleistocene deposits, whereas diffusion has dominated in low-permeability layers. In the Pleistocene aquifer, the highest content of dissolved solids is found below two intrinsic valleys with Holocene marine sediments and along the coastline. Recent intrusion of saltwater from the South China Sea is observed in shallow groundwater 35?km inland, probably a result of transport of salty water inland in rivers or leaching of paleowaters from very young near-coast marine sediments. The observed inverted salinity profile, with high saline water overlying fresher groundwater, has been formed due to the global eustatic sea-level changes during the last 8,000–9,000?years. The proposed model may therefore be applicable to other coastal aquifers, with a proper incorporation of the local geological environments.     

贵州荔波董哥洞3号石笋的同位素年龄及古气候信息

石笋是岩溶记录中最全面、最系统的古气候环境信息库,研究表明,洞穴内、外环境变化,都不同程度地显示在石笋的组成、结构构造、沉积 (生长 )纹层及其层面构造、沉积速率和古气候环境变化等方面。利用洞穴石笋保存的信息重建古环境,是近 2 0年来的热门课题之一。当前全球气候变化预测研究中,洞穴石笋的高分辨率定年和碳、氧同位素组成的变化规律,为这个领域的突破和填补空白作出了重大贡献。本文通过对荔波董哥洞 3号石笋进行热电离质谱 (TIMS)U-系测年及碳氧同位素分析,获得了距今 16.33万年至 9.13万年的古气候信息。石笋在大于 16.33万年前开始生长,9.13万年后停止生长,平均沉积速率为 2.87mm/ 100a(未扣出间断时间 ),属中更新世的产物。其年龄与δ18O的变化可与深海岩芯V2 8～ 2 38同位素记录所揭示的第五和第六阶段以及与北方离石黄土层 (L2 )和下马兰黄土第一古土壤层 (S1)进行对比。它反映此阶段区内经历了寒冷和温暖 (间夹冷期 )等气候变化,与全球古气候变化波动基本一致,同时也存在地区性的气候变化。