基于环境同位素技术的张掖盆地地下水流动系统分析

研究张掖盆地的地下水流动系统,对于合理开发当地地下水资源,提高水文地质研究程度,具有重要意义。环境同位素技术已广泛应用于水文地质研究中,对于研究地下水补给来源、地下水循环等有重要帮助。2014年在张掖盆地开展了水文地质调查和研究,采取了大量不同位置、不同深度的环境同位素样品,结合前人在该地区的研究成果,进行了氘氧同位素分析,研究结果表明:(1)祁连山区水体和龙首山区水体的氘氧同位素值有明显差异,并导致下游地下水的氘氧同位素值表现出明显差异;(2)从张掖盆地地下水上游至下游,存在深部循环带,并根据同位素的分布划分了张掖盆地不同区域的地下水流动系统,得出了张掖盆地的地下水流动系统概念模型。     

柳江盆地地表水与地下水转化关系的氢氧稳定同位素和水化学证据

地表水与地下水相互作用是水循环研究的重要组成部分,是研究区域水资源量的基础。通过实地水文地质调查和采样,在对水体氢氧稳定同位素和水化学组成测定的基础上,分析了盆地内枯水期河水和地下水的水化学和氢氧同位素组成特征及空间变化规律,旨在揭示河水与地下水的相互转化关系。研究表明:盆地内地下水主要为HCO3-Ca和HCO3-Ca·Mg类型低矿化度水,各区域地下水具有统一联系性,经历了相同或相似的水化学形成作用;河水水化学类型与地下水相同,且水化学成分来源一致。地下水和河水氢氧同位素组成相接近,最终来源主要为大气降水补给。其中河水在径流过程中受蒸发浓缩作用影响,重同位素略富集。受地形地貌、地质及水文地质条件影响,盆地内地下水与河水之间的补给—排泄相互作用关系具有明显的分段性,相互转化频繁。大石河上游区域和东宫河流域总体上表现为河水受两侧地下水补给;大石河下游区域,表现为河水补给两侧地下水。     

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。     

松嫩平原地下水流动模式的环境同位素标记

采用同位素水文学方法并结合传统水文地质方法,识别松嫩平原地下水流动模式。氢氧稳定同位素和地下水年龄分布表明该区地下水流动系统流动模式呈现出局部流、中间流和区域流系统。地下水中氚分布深度指示局部水流系统为现代水循环系统,以垂向运动为主要特征,循环深度一般小于50 m,山前区可达100m以下;区域流系统存在于深部承压含水层,以侧向水平径流为主要运动特征。松辽边界附近的环境同位素特征存在明显的差别,指示天然状态下可视为零通量边界。同位素示踪剂也反映出嫩江和地下水的相互作用关系,在齐齐哈尔以北,江水补给地下水;在齐齐哈尔以南,地下水向嫩江排泄。     

荥巩矿区岩溶地下水系统的水文地球化学特征及其指示意义

本文在分析荥巩矿区水文地质条件的基础上,重点对岩溶地下水系统的水化学特征进行分析。结果表明:岩溶水水化学类型自补给区到排泄区,从单一的HCO3型向复杂的HCO3.SO4型和SO4.HCO3型转变,TDS和Sr2+/Ca2+值均增加。地下水氢氧稳定同位素分析结果表明,本区岩溶地下水主要接受大气降水的入渗补给。根据同位素计算的补给高程推断岩溶水补给范围和划分的流动系统与地面调查结果及水化学研究成果一致:矿区处于区域流动系统排泄带,中寒武统张夏组—中奥陶统灰岩在矿区南部出露的范围接受降水补给,以侧向径流的方式进入矿区充水含水层。     

新疆吐-哈盆地地下水水文地球化学特征及形成作用

新疆吐-哈盆地水资源严重缺乏,地下水是当地主要的水资源,探讨该地区地下水水文地球化学特征对区域地下水资源开发利用与保护具有重要意义。通过运用阴阳离子Piper三线图、氢氧稳定同位素、Gibbs图以及离子相关关系分析的方法,探讨了该地区地下水化学特征及其形成作用。结果表明:吐-哈盆地地下水的补给来源主要以大气降水为主,排泄以蒸发为主;溶滤作用、蒸发浓缩作用对地下水化学组分的形成具有主导作用;沿地下水流动方向水化学类型由Cl·SO_4-Na型逐渐演变为Cl-Na型,水化学组分变化规律具有较好的一致性并且浓缩现象比较明显。     

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。     

陇东白垩系盆地地下水水化学特征及分布规律

陇东白垩系盆地地处甘肃省陇东黄土高原地区.盆地内蕴藏有丰富的地下水资源,然在特定的地理环境及地质构造背景条件下,地下水化学特征变化复杂.对陇东白垩系盆地保安群地下水的水化学特征进行分析研究,得出:盆地内划分的白垩系三层含水岩组水化学特征及分布规律各具特征,整个盆地内地下水水化学场存在一个大致以马莲河为中心、由周边向中部的水平分带,TDS从盆地东西两侧向中心由低渐高;而垂直分带规律则根据水动力特征,分为水交替强烈带、水交替缓慢带和水交替极缓慢带,各带的水化学特征也不相同.     

新疆柴窝堡盆地地下水化学及稳定同位素研究

地下水是维持乌鲁木齐河流域社会经济发展和生态系统的最重要的水源,尤其是柴窝堡盆地因大量开采使得地下水水位下降、湖面萎缩,地下水系统动态特征发生了变化,所以研究区内地下水水流系统及其补径排关系对于深入研究盆地地下水流系统特征和合理开发利用地下水水资源能够提供重要的基础资料,尤其是对调整地下水资源的开采布局具有现实意义。本次研究主要以地质、水文地质背景资料为基础,结合地下水补给环境的差异,利用水化学和水的稳定同位素进行示踪研究,确定了柴窝堡盆地地下水的补给来源和排泄途径,区分出盆地排泄带不同点的补给区,包括东山、南山和西山补给区,对同一补给区又细分出不同的水流系统。     

内蒙古程家营盆地地下水水文地球化学特征及其成因

通过水文地质调查、水样采集,结合地下水流动系统、吉布斯图、Piper三线图,对程家营盆地地下水水化学特征进行研究;结果表明,该区地下水呈弱碱性,水质较好,TDS、COD浓度较低,水化学类型为HCO_3-Ca;F~-、Mg~(2+)主要受物质来源和山泉水影响;受水-岩相互作用影响,地下水Na~+、Cl~-、HCO_3~-沿地下水径流方向逐渐升高;SO_4~(2-)、K~+表现出沿地下水径流方向逐渐降低趋势;河流沿岸阶地区域地下水径流速度慢、水位埋深浅,受蒸发浓缩作用影响较强形成高TDS地下水;Ca~(2+)离子随受水温和SO_4~(2-)离子浓度升高而降低。程家营盆地地下水水化学特征研究成果,对该区地下水资源的管理、保护以及可持续开发具有重要意义。     

鄂尔多斯盆地地下水资源与开发利用

鄂尔多斯盆地是我国西北地区的大型构造沉积盆地,以前寒武系变质岩为基底,依次沉积了下古生界碳酸盐岩、上古生界—中生界碎屑岩和各种成因的新生界,总厚度达6000m。根据盆地的地质构造特征和水文地质条件,将鄂尔多斯盆地含水岩系划为周边寒武系—奥陶系碳酸盐岩岩溶含水层系统、白垩系碎屑岩裂隙孔隙含水层系统和盆地东部基岩裂隙水与上覆第四系松散层孔隙含水层系统。在含水层系统划分的基础上,以含水体之间是否具有统一的水力联系和稳定的水动力场和水化学场为依据,将周边岩溶水可进一步划分为10个水流系统和22个子系统,白垩系地下水划分为5个水流系统和11个子系统,石炭系—侏罗系裂隙水与上覆松散层孔隙水划分为9个地下水系统。系统论述了含水层系统特征,区域水文地球化学特征和地下水循环规律,对鄂尔多斯盆地地下水资源进行了全面评价,针对能源基地建设的供水急需,提出了地下水合理开发利用建议。     

末次盛冰期以来河北平原第四系地下水流系统的演变

以区域自然地理及地质历史分析为基础,以环境同位素及大陆盐化咸水后期变化为实证依据,重塑了末次盛冰期以来河北平原第四系地下水流模式演变。研究发现,末次盛冰期以来河北平原第四系地下水流系统经历3个演变阶段:(1)距今18～15ka的低海平面时期,接受持续补给,地下水得到充分交替,发育穿透达到或接近第四系底界的区域水流系统;(2)距今15～12ka的海平面急剧抬升期,地形势差减弱,发育穿透第三含水层组的早期中间水流系统,与此同时区域水流系统趋于停滞;(3)距今2.5ka以来,现代河流地貌成形,高位河床与低位河床及河间低地的势差成为主要驱动力,发育穿透第一及第二含水层组的晚期中间水流系统。随着海平面抬升,后期发育的水流系统切割前期水流系统的一部分并叠置其上。因此,现今河北平原第四系的地下水流系统乃是不同演变时期地下水流系统的时空四维集合体。其他濒海平原,乃至侵蚀强度随时间减弱的内陆盆地,都有可能出现类似图景。距今12ka前后形成的大陆盐化咸水,由上升水流带到浅部,导致浅层咸水以及土地盐渍化,乃是河北平原水资源利用及生态与环境保护的关键性不利因素。     

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S167498711100020X

Significant advances in regional groundwater flow modeling have been driven by the demand to predict regional impacts of human inferences on groundwater systems and associated environment.The wide availability of powerful computers,user friendly modeling systems and GIS stimulates an exponential growth of regional groundwater modeling.Large scale transient groundwater models have been built to analyze regional flow systems,to simulate water budget components changes,and to optimize groundwater developmen...     

改变入渗强度的地下水流模式实验

自Tóth提出地下水流系统理论以来,大多学者基于定水头上边界的解析解或数值模拟研究地下水流系统发育特征,尤其是多级水流系统模式。认为复杂的盆地"地形势"就会发育多级地下水流系统,简单地形发育单一地下水流系统。利用自主研发的地下水流系统砂槽模型进行系列实验发现,实验条件下(模型尺寸、介质和多个河谷不变)水流系统的发育受控于降水入渗强度。得出随着降水入渗强度的增大,水流系统模式由单一的区域水流系统,到复杂的多级次水流系统,再到局部的水流系统的结论;盆地多个势汇中,只有实际成为地下水排泄点的汇势才能影响地下水流系统模式,而其他的势汇只是可能的潜在势汇。实验表明,用定流量上边界(降水入渗强度)能够更好地揭示盆地地下水流系统模式发育与变化机理。     

区域地下水流理论最新进展——区域地下水流理论、应用与发展国际研讨会综述

当前世界面临着越来越严重的水资源缺乏等环境压力,大尺度区域地下水资源与环境问题日益得到重视。在区域地下水流理论创立、应用与发展50年之际,由中国地质调查局和国际水文地质学家协会区域地下水流专业委员会主办,西安地质调查中心和中国地质大学(北京、武汉)等单位承办了区域地下水流理论、应用与发展国际学术研讨会。区域地下水流理论创始人Tóth教授以及来自13个国家的160多位水文地质专家从地下水流理论方法、实践应用等方面进行研讨和交流,将对区域地下水流理论的研究起到积极的促进作用,有力推动该理论的进一步发展和实际应用。笔者系统分析梳理了与会者的报告,归纳总结了国际区域地下水流理论研究进展和发展动态,以期为区域地下水流理论更加广泛地应用于水文地质环境地质相关研究领域提供参考。     

台北凹陷地下水动力特征及其对油气运移和聚集的影响

吐哈盆地台北凹陷现今为重力水流盆地。台北凹陷可划分为胜北洼陷和丘东 -小草湖洼陷两个地下水流系统。区域地下水流向自北向南,北部山前构造带为地下水补给区,南部中央断裂带北缘为地下水排泄区。垂向上,地下水的连通性较好。台北凹陷自侏罗纪以来,经历了三个不同的地下水动力演化阶段。早期 (早侏罗世 -晚侏罗世 )为压实水流阶段,该阶段导致区内较大规模的油气藏均分布在生烃洼陷周围,有效烃源岩展布范围之内;中期 (早白垩世 -第三纪中新世 )为压实水流 -重力水流阶段,该阶段对早期形成的油气藏进行改造和调整,并在压实水流与重力水流的混合带形成油气藏;晚期 (第三纪上新世至今 )为重力水流阶段,它导致沿区域地下水流运移方向,油水界面、油气藏充满度和含油气层段均发生明显的变化。     

塔里木盆地区域地下水环境同位素特征及其意义

以大量水环境同位素样品测试结果为依据,对塔里木盆地的区域水环境同位素特征进行了分析,得出了一些有意义的认识:(1)塔里木盆地不同14C年龄的地下水的δD、δ18O值差异不明显,反映了水资源形成区在最后冰期和冰后期气温相差不大,推测是由于新构造运动使山体隆升,同一位置因高程变化产生的气温变化弥合了气候的变化,这一特征使我们难以运用δD-δ18O关系区别古水(冰期)与现代水(冰后期)。(2)在δD-δ18O关系图上,沿大气降水线可把盆地内主要河流及其补给形成的地下水大致圈定在3个域内,这3个域的区别不是大气环流作用的结果,而是河流源区山脉高程效应的反映。(3)与西北内陆盆地其他大型河流比较,阿克苏河流域下游承压自流水的14C年龄小得多,这是由阿克苏河径流量大、下游为河槽洼地、不完全具备山前倾斜平原水文地质特征等决定的。阿克苏河下游承压水水循环交替迅速,开发潜力较大,在西北内流盆地中是一个特例。(4)塔克拉玛干沙漠第四系松散层地下水主要是从盆地南缘侧向补给的,在沙漠腹地由深部向浅部顶托排泄。盆地内深层油田水处于高度封闭的滞留状态,与上部松散沉积层地下水之间基本没有联系。     

鄂尔多斯白垩系盆地地下水系统研究

地下水系统研究是正确评价和合理开发利用区域地下水资源的基础,也是区域地下水资源规划的重要依据。在对鄂尔多斯盆地白垩系岩相古地理和含水介质空间展布研究的基础上,应用区域地下水动力场、水文地球化学场和深井Packer系统所获得的不同深度的水位数据以及同位素资料,将白垩系地下水流系统概括为局部水流系统、中间水流系统和区域地下水流系统3种类型。以盆地中部的白于山地表分水岭为界,划分为南北2个地下水亚系统和5个分支系统,其中南部黄土高原地下水亚系统为典型的自流水盆地,而北部沙漠高原地下水亚系统则具有潜水盆地的特征。     

区域地下水流模拟

人类活动对地下水流系统及其周围环境已经产生区域性影响,对区域性影响的预测需求促进了区域地下水流模型的重大发展。功能强大的计算机的普及、用户界面友好的模拟系统及GIS软件的广泛应用使得区域地下水流模拟呈指数增长。大尺度的地下水非稳定流模型已经用于分析区域水流系统、模拟水均衡各要素随时间的变化及优化地下水管理方案。本文简述了区域地下水流模拟的发展历史,介绍了美国死谷和澳大利亚大自流盆地两个大区域地下水流模型实例。此外,文中亦介绍了区域地下水流模拟的方法,讨论了区域地下水流模拟中遇到的特殊议题。 更多还原