基于~(222)Rn质量平衡模型的胶州湾海底地下水排泄

海底地下水排泄(SGD)作为全球水循环的一个组成部分,近年来成为陆海相互作用的研究热点。地球化学示踪法是研究海底地下水排泄的主要手段。本文以环境同位素222Rn作为示踪剂,通过构建222Rn质量平衡模型来评价胶州湾的海底地下水排泄,并进一步估算地下水输入的营养盐。222Rn质量平衡模型的源项考虑了河流的输入、沉积物的扩散、母体226Ra的支持,汇项考虑了222Rn的自身衰变、222Rn散逸到大气的损失以及与湾外海水的混合损失,源汇项的差值则作为地下水输入的222Rn通量。结果表明,2011年9—10月胶州湾海底地下水排泄通量为24.2 L?m–2?d–1,2012年4—5月胶州湾海底地下水排泄通量为7.8 L?m–2?d–1。丰水季节地下水输入胶州湾的营养盐低于河流输入的,但是枯水季节地下水输入的营养盐接近河流输入的,特别是输入的活性磷酸盐和硅酸盐很接近。     

采用222Rn示踪胶州湾的海底地下水排泄及营养盐输入

为了量化胶州湾东北海岸带的海底地下水排泄量和评价通过海底地下水排泄输入的营养盐数量,分别于2011年10月和2012年5月在胶州湾北岸东大洋码头附近对海水中的222 Rn进行了48h连续测量.通过构建测量点海水中222 Rn质量平衡模型,计算得到海底地下水排泄速率平均值分别为6.38cm/d和8.29cm/d;实际观测到的海底地下水排泄速率变动较大,其主要控制因素是降水量、潮汐和波浪.根据海底地下水排泄速率,获得地下水输入的DIN(溶解无机氮)为47.0×103 mol/d(2011年10月)和48.6×103 mol/d(2012年5月),可溶性SiO2为15.5×103 mol/d(2011年10月)和17.3×103 mol/d(2012年5月),DIP(溶解性磷酸盐)为0.6×103 mol/d(2012年5月),地下水对胶州湾的营养盐输入具有重要贡献.     

基于~(222)Rn的马莲河下游地下水补给河水空间差异特征研究

河水和地下水转化关系的定量评价是流域水资源量管理和合理利用的基础。在西北内陆马莲河流域下游开展氡同位素示踪,利用河水222Rn通量模型评价了地下水沿河排泄强度。结果表明:地下水222Rn活度高于河水1个数量级,潜流带水222Rn活度受河水、地下水混合作用及沉积物氡释放影响。马莲河下游均为白垩系环河组地下水排泄补给河水,累计排泄量4.5 m3/s,占河流流量的73.2%。排泄强度存在空间变异,上段及下段为地下水强排泄区,中段作用强度较低。模型不确定性主要受地下水端元、潜流带输入及气体逸散系数三个因素控制,222Rn示踪方法在地下水补给河水型地区较为适用。     

1996~2017年枯水期地下水排泄对洞庭湖水量均衡的贡献及其时间变异性

地下水排泄在湖泊水量及营养盐均衡中发挥着重要作用,其中地下水向湖泊排泄的量化是关键,但目前对其时间变异性的研究却十分薄弱.针对这一科学问题,以长江中游重要调蓄湖泊-洞庭湖为例,通过收集1996~2017年洞庭湖流域的水文和气象数据,基于质量平衡模型,查明地下水排泄对洞庭湖水量均衡的贡献以及地下水向洞庭湖排泄强度随时间的变化.结果显示:（1）枯水期时地下水排泄量为（0.17~1.51）亿m3/d,地下水排泄强度为38.74~207.26 mm/d,地下水排泄对湖泊水量均衡的贡献为8.70%~30.37%;（2）地下水排泄量、地下水排泄强度、地下水排泄对湖泊水量均衡的贡献在1996~2017年间均呈现出明显的先降低再升高的变化趋势,三峡水库蓄水后至三峡工程全面竣工初期的地下水排泄相较于三峡水库蓄水前和三峡工程全面运行后显著降低;（3）三峡工程运行对长江水位及地下水位的改变可能是引起湖底地下水排泄时间变异性的重要原因.为洞庭湖区域的水量均衡提供了新的认识,也为今后洞庭湖区域水资源开发利用和区域生态安全管理提供了理论支撑.      

1996～2017年枯水期地下水排泄对洞庭湖水量均衡的贡献及其时间变异性

地下水排泄在湖泊水量及营养盐均衡中发挥着重要作用,其中地下水向湖泊排泄的量化是关键,但目前对其时间变异性的研究却十分薄弱.针对这一科学问题,以长江中游重要调蓄湖泊-洞庭湖为例,通过收集1996～2017年洞庭湖流域的水文和气象数据,基于质量平衡模型,查明地下水排泄对洞庭湖水量均衡的贡献以及地下水向洞庭湖排泄强度随时间的变化.结果显示:(1)枯水期时地下水排泄量为(0.17～1.51)亿m3/d,地下水排泄强度为38.74～207.26 mm/d,地下水排泄对湖泊水量均衡的贡献为8.70%～30.37%;(2)地下水排泄量、地下水排泄强度、地下水排泄对湖泊水量均衡的贡献在1996～2017年间均呈现出明显的先降低再升高的变化趋势,三峡水库蓄水后至三峡工程全面竣工初期的地下水排泄相较于三峡水库蓄水前和三峡工程全面运行后显著降低;(3)三峡工程运行对长江水位及地下水位的改变可能是引起湖底地下水排泄时间变异性的重要原因.为洞庭湖区域的水量均衡提供了新的认识,也为今后洞庭湖区域水资源开发利用和区域生态安全管理提供了理论支撑.     

氡(222Rn)在地下水-地表水相互作用中的应用研究进展

地下水-地表水相互作用是水资源管理和地表水生态系统保护中重要的一个环节,氡同位素(²²²Rn)由于其在地下水与地表水中含量差异显著、性质保守、检测难度低,广泛运用于地下水-地表水相互作用的研究当中。本文通过总结分析²²²Rn在不同地表水体(海水、河水、湖水等)中的应用,指出刻画地下水氡浓度的异质性是估算地下水排泄的重点和难点。在估算海底地下水排泄(SGD)时,氡的混合损失项估算不确定、海水氡浓度时空变异性、SGD的多组分特征等可能给估算结果带来较大不确定性;在估算河流地下水排泄时难以确定氡的大气逃逸量;研究人员对氡在示踪地表水补给地下水方面的研究程度相对不足。本文从科学研究和实际生产方面,对²²²Rn的研究应用提出以下潜在方向:(1)降低地下水氡空间变异性对估算地下水排泄量的影响;(2)针对不同水体、不同水文条件,准确刻画氡的大气逃逸量;(3)拓展²²²Rn示踪能够解决的科学问题;(4)将氡质量平衡模型计算与不确定分析相结合,实现软件化。     

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、...     

用镭同位素评价海水滞留时间及海底地下水排泄

海底地下水排泄(submarine groundwater discharge, SGD)难以直接测量, 镭同位素和氡-222等天然示踪剂使得间接评价SGD通量成为可能.为了评价五缘湾的水体滞留时间和SGD通量, 实测了湾内海水、湾外海水和地下水中224Ra和226Ra的活度, 利用224Ra和226Ra半衰期的差异, 采用224Ra与226Ra的活度比值计算湾内水团的年龄和平均滞留时间, 利用224Ra和226Ra的质量平衡模型计算SGD通量.五缘湾13个站位的水团年龄在0.6~2.4 d之间, 湾顶水团年龄相对较大, 平均海水滞留时间1.4 d.地下水输入五缘湾的224Ra和226Ra通量分别为5.17×106 Bq/d和5.28×106 Bq/d, 将该通量用地下水端元的活度转换成为SGD通量分别是0.21 m3/m2/d(224Ra平衡模型)和0.23 m3/m2/d(226Ra平衡模型), 两种模型的结果较接近, 其平均值0.22 m3/m2/d可作为五缘湾的海底地下水排泄通量.      

青海湖布哈河流域枯水期氢氧同位素和氡同位素分布特征及其意义

查明青海湖布哈河流域地下水 地表水相互作用对指导青海湖国家公园生态建设和生态保护具有重要意义。本文通过水化学、稳定同位素(δD和δ18O)和放射性氡同位素(222 Rn)研究了青海湖布哈河流域地下水 地表水相互作用。结果显示,布哈河流域河水和地下水水化学主要受水岩作用影响,而孔隙水和湖水主要受蒸发结晶影响。氢氧同位素具有空间变异性。地下水与河水222 Rn活度中游高而上下游低;孔隙水中222Rn活度值在横向上随着离岸距离的增加而降低,纵向上随着深度增加而表现出降低的趋势。地表水体的222 Rn活度时间分布特征表现出明显的日间高、夜间低的昼夜循环特征。表明枯水期河水主要由地下水进行补给,中上游地区和下游地区地下水补给量占比分别为96%和87%,但是降水发生时地下水 地表水相互作用发生了转换,降水前主要是地下水补给地表水,降水后则是地表水补给地下水,占比达98%。本研究为进一步开展咸水湖及世界其他地区的类似研究提供了有益借鉴和参考。     

地下水与地表水水量交换识别及交换量计算——以新汴河宿州段为例

为提高地下水与地表水交换量计算结果的准确性,本文利用水力联系、水头差、水温、氡-222、氢氧稳定同位素构建综合识别方法(HHTRO),对新汴河宿州段地下水与地表水水量交换进行识别,并计算交换量。计算结果表明：研究河段单位河长地表水补给地下水的水量变化范围为8.69～366.82 m³/(d·m),地下水补给地表水的水量变化范围为0.72～120.90 m³/(d·m);研究河段左岸为地下水补给地表水,单位河长净补给量为45.26 m³/(d·m);河段右岸为地表水补给地下水,单位河长净补给量为214.33 m³/(d·m);研究河段地下水与地表水水量交换以地表水补给地下水为主,地表水补给地下水的比例为55.14%。本研究可推动地下水与地表水交换量计算方法的发展,为流域或区域水资源评价提供必要的理论方法。     

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。     

利用222Rn、EC及断面测流分析黑河中游地表水与地下水转换关系

本文以黑河中游为研究对象,采用222Rn、EC及断面测流法对莺落峡至正义峡河段地表水、地下水转化关系进行了分析。结果表明,莺落峡至张掖黑河大桥段为地表水补给地下水,其单长渗漏率为0.248～0.433m3/s.km;张掖黑河大桥至正义峡段为地下水补给地表水,其单长渗出率为0.042～1.057m3/s.km。在相互补给率计算基础上对不同河段不同时段可分别计算相互的补给量,为水资源评价及规划提供科学依据。     

美国Sand Hills地区地下水数值模拟及水量平衡分析

利用地下水数值模型MODFLOW和非饱和带水平衡模型对处于半干旱半湿润沙丘地区(Sand Hills)地下水位进行了模拟,并分析了含水层补排水量,河流与地下水补排关系,以及区域水平衡过程。揭示了独特沙丘地形和土壤特性对地下水补排量的影响。模拟结果表明,入渗率大、非饱和带厚的沙丘有利于降水入渗补给,减少了地下水蒸散发损失。加上下覆含水层具有良好的地下水储水空间,是该地区储存丰富的地下水量,以维持河流稳定流量,供给众多湖泊和湿地的原因。该研究对我国地下水资源评价和生态环境脆弱地区水资源保护具有指导意义。     

用氡-222评价五缘湾的地下水输入

海底地下水排泄(SGD)近年来成为陆-海相互作用的研究热点,地球化学示踪方法是其主要研究手段,尝试用天然示踪剂氡-222评价厦门五缘湾的SGD。为了评价五缘湾SGD的入海通量及其变化,对五缘湾海水中²²²Rn和²²⁶Ra活度、大气中²²²Rn活度、风速、水温和水深进行了连续2 d的测量,对沉积物进行了培养实验用以获得其²²²Rn扩散通量和孔隙水中²²²Rn活度。基于海水中²²²Rn通量的质量平衡,对实测的海水中²²²Rn活度实施了母体支持、涨落潮影响、大气逃逸损失、沉积物扩散输入、混合损失的校正,保守估计SGD输入的²²²Rn通量在0~126.7 Bq/(m²·h)范围内变化,对海水中²²²Rn的平均贡献达54%。以井水和孔隙水中²²²Rn的加权平均值作为SGD端元的代表,获得SGD的输入速率为0~29.3 cm/d,平均输入速率9.3 cm/d。SGD输入速率的动态变化基本围绕12 h的周期波动,是对本海域正规半日潮的具体响应。假设SGD以平均速率在五缘湾海底输入,则五缘湾海底的SGD输入量为1.86×10⁵ m³/d。以陆源地下淡水占SGD输入量的10%考虑,五缘湾的陆源地下淡水输入量约为1.86×10⁴ m³/d。     

用镭-226示踪胶州湾的海底地下水排泄

海底地下水排泄（SGD）是全球水循环的一个组成部分,其输送的溶解物质不仅参与海洋的生物地球化学循环,而且影响近岸海域的生态环境。为了评估胶州湾海底地下水排泄状况,通过建立胶州湾内海水中²²⁶Ra的质量平衡模型来计算海底地下水排泄通量。胶州湾海水中²²⁶Ra的源主要有河流的输入、沉积物扩散输入和地下水的输入,海水系统在稳定状态下,这几种源应该与湾内海水和湾外海水的混合损失达到平衡。除了将地下水输入作为未知项外,对其他源和汇逐个进行量化,计算得知：2011年9-10月胶州湾的海底地下水排泄通量为7.85×10⁶ m³·d^-1;2012年4-5月胶州湾的海底地下水排泄通量为4.72×10⁶ m³·d^-1。在此基础上,对地下水输入胶州湾的营养盐进行了评价。     

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.     

长江中游洪灾形成的地学分析

地质地貌条件是长江中游洪灾形成的背景条件,近代洪水位不断上升是人-地不和谐作用下流域环境系统演化的结果.人类作用导致的多流归槽改变了长江中游河流的地貌过程和水文特性,致使洪水过程显著;大堤修筑导致堤外河漫滩出现泥沙加积,自1650年荆江大堤合拢以来,边滩总体淤积厚度为2.8～11.0m,平均淤积速率12.54～25.64mm/a;围湖造田导致江汉-洞庭平原蓄洪空间减少和"小水大灾"局面的形成;漫滩筑堤围垸严重影响了长江行洪,仅荆江段就有围筑的民垸84个,总面积为4895.95km2,民垸面积是泄洪面积的近9倍.因此,在认识自然规律的基础上,正确协调人-地-水关系,重建良性循环的流域环境系统,是解决长江中游的水患的根本出路.     

西北地区地下水水量-水位双控指标确定研究——以民勤盆地为例

地下水是西北内陆河流域干旱半干旱地区重要的供水水源、生态因子和环境因子。当前缺乏针对西北干旱半干旱地区特点的地下水水量和水位双控管理指标确定方法研究,无法为西北地区开展流域水资源管理生态保护提供技术支撑。本研究基于地下水可持续利用和生态保护的原则,提出了一套确定西北地区地下水水量-水位双控指标的技术方案。采用“以位定量”的思路,依据指标监测井代表的不同地下水功能区的地下水管理水位,确定水位指标区间值;将通过天然植被排泄的地下水量作为不可袭夺的排泄项,以数值模拟方法预报求解满足水位指标约束的地下水开采量,计算水量指标区间值。以民勤盆地为研究区开展示例研究,依据技术方案计算得到水位指标的下限阈值为埋深5.00～49.37 m,上限阈值为埋深0.00～5.00 m,水量指标上限为6 000×104 m3/a,下限为10 000×104 m3/a。采用2012—2016年区内实际开采量和监测水位变化趋势进行验证,当开采量在水量指标区间内运行时,水位也基本在水位指标区间内变化。该技术方法可以为西北地区开展双控管理提供一定的技术支撑。     

黄河支流街子沟水文地质条件及地下水资源评价

黄河流域循化段是青海省开发利用地下水程度较高的地区,因地下水资源在时空分布上的不均匀性,利用程度最高的地区主要集中在河谷平原区。以黄河南岸一级支流街子沟为研究区,通过水文地质测绘、水文地质钻探、抽水试验及室内分析等,查明街子沟地下水埋藏条件及富水程度,圈出具有供水前景的富水地段,对街子沟松散岩类孔隙水天然资源量及可开采资源量进行计算预测,结果可知:(1)街子沟区域水量丰富地段位于上游拉雄段,含水层厚12. 37～13. 86 m,富水性等级为丰富,其余地段水量中等,实际涌水量为1 000. 24～1 425. 6 m3矿化度0. 48～0. 52 g/d,占断面径流量的37. 2%,水量有保证,可作为河谷区村d镇,水及下质游良重好。点城上镇游的地后下备水水可源开。采研资究源结量论为为区域城镇应急及后备水源建设提供水文地质依据。     

湖底地下水排泄与湖泊水质演化

湖泊富营养化是当前全球范围内最为典型且严重的水环境问题之一,但过去偏重营养盐向湖泊的点源和面源输入评价,常常忽视地表水-地下水相互作用在湖泊水质形成与演化中的作用.总结了地下水-湖水相互作用模式,重点评述了地下水排泄过程对湖泊水文与水质影响的研究进展,对比了渗流仪测量、水量平衡、氡质量平衡、温度示踪、数值模拟等量化方法...