包气带弱渗透性黏土透镜体对降雨入渗补给影响的数值模拟

大气降雨是华北平原浅层地下水的主要补给来源。长期过量开采地下水造成地下水位持续下降,使原来处于饱水带的透镜体位移到包气带中,形成了厚度大、非均质性更为复杂的包气带。厚层包气带中弱渗透性黏土透镜体对于降雨入渗补给的影响是关系到降水入渗过程及补给量评价的基本问题。用HYDRUS软件建立数值模拟模型,模拟探讨单次降雨条件下,透镜体埋深、宽度比、厚度等要素对入渗路径、入渗补给时间和入渗补给量的影响。结果表明:入渗过程中弱渗透性黏土透镜体两侧会形成较快的绕流;透镜体会减小补给峰值并延长总体补给时间,但不改变补给起始时间;透镜体埋深与极限蒸发深度的相对关系决定了潜在补给量的大小,透镜体埋深或因透镜体形成的上层滞水处于极限蒸发深度以上会减少潜在补给量。     

黑河中游不同灌溉方式下地下水入渗补给特征研究

降水和人工灌溉是黑河中游浅层地下水重要的补给来源。长期以来入渗补给量评价采用经验参数法,但没有成熟的监测方法和实证数据。采用人工溴示踪法研究黑河中游不同灌溉条件和不同深度条件下的地下水入渗补给规律。结果表明:研究区大气降水条件下包气带溴离子含量峰值年均运移距离为21.25 cm,年平均入渗补给量为11.93 mm,入渗补给系数为0.1;大水漫灌条件下包气带溴离子含量峰值年均运移距离为86.51 cm,年平均入渗补给量为148.7 mm,入渗补给系数为0.16;小水漫灌条件下包气带溴离子含量峰值年均运移距离为46.35 cm,年平均入渗补给量为 53.81 mm,入渗补给系数为0.07;滴灌条件下年包气带溴离子含量峰值年均运移距离为41.72 cm,年平均入渗补给量为52.6 mm,入渗补给系数为0.11。人工溴示踪剂应投放在包气带水分单向入渗下行区,一般西北内陆盆地在地表3 m以下为宜。此研究成果可为黑河流域地下水资源评价提供实证参数,对西北内流盆地地下水水资源量与合理开发利用的科学认识具有重要意义。     

零通量面法在沈阳地区地下水资源评价中的应用

降水对地下水的入渗补给和大气蒸发作用下地下水的消耗是地下水资源的重要组成部分。降水入渗和地下水蒸发这两种作用均是通过包气带进行的。从包气带着手，运用零通量法确定这些量已在实际中得到应用。以沈阳地区为例，针对该区集中频繁降水与蒸发排泄交替进行导致零通量紊乱易变的特点，在对有关问题深入探讨的基础上，对浅层潜水入渗补给量（包括蒸发量）和非饱和渗透系数进行了计算，取得了较好的效果。     

降雨人渗补给规律的分析研究

浅层地下水资源计算中,降雨入渗补给系数是最基本的参数,而求解参数关键是确定降雨入渗补给量。从其土壤水下渗机理,包气带蓄水库容,降雨入渗补给系数方面分析研究,最后得出：包气带可容纳库容是降雨入渗补给量的极限值;降雨入渗补给系数因不同岩性、土壤前期含水量、降雨量等因素而变化;降雨入渗补给规律存在一个地下水最佳埋深。     

不同降水及灌溉条件下的地下水入渗补给规律

天然降水和人工灌溉是华北平原浅层地下水的主要补给来源。长期过量开采地下水导致华北平原地下水位持续下降,详细分析降水变化规律及灌溉制度的影响有利于深入认识补给及正确评价入渗补给量,对合理开发利用地下水资源具有重要意义。基于实测资料,用HYDRUS软件建立一维变饱和流数值模拟模型,模拟分析了衡水地区近60年在天然降水条件下的垂向入渗补给规律,以及在年周期内灌溉活动对于入渗补给规律的影响。结果表明:研究区多年平均降水入渗补给量为66.6 mm/a;枯水年份降水入渗补给量为30 mm/a,丰水年入渗补给量为120~150 mm/a;年补给量与年降水量具有显著的正相关性;入渗补给系数与降水强度呈负相关关系;入渗补给量随灌溉量的增加而增加,实验条件下小麦底墒水与玉米灌溉对应入渗补给系数较大,实际灌溉中应基于当年降水情况及土壤墒情确定合理的灌水定额。     

利用包气带环境示踪剂评估张掖盆地降水入渗速率

降水入渗补给速率是干旱半干旱地区地下水资源评价和保护中的重要参数。长期以来在河西走廊中游盆地地下水资源评价中,一直认为地下水位埋深>5m的地带难以产生降水入渗补给。本文在黑河流域中游的张掖盆地分别选择沙丘区和裸地区,综合运用包气带同位素和水化学信息,开展了降水入渗补给研究。包气带氯质量平衡法结果表明:现代气候条件下,张掖盆地地下水位埋深>5m的地带仍存在降水入渗补给,在沙丘覆盖区,地下水位埋深6.3m时,降水入渗补给速率为13.3～14.4mm/a,入渗系数0.10～0.11;在裸地区,地下水位埋深8.6m时,降水入渗补给速率为16.8～18.4mm/a,入渗系数0.13～0.14。     

降水入渗补给系数分析研究

本文运用均衡实验站各观测系统的实验数据和资料,根据水均衡原理和"三水"转换关系,通过包气带蓄水库容有效作用分析,阐明了包气带蓄水库容和复蓄的概念,说明了包气带对土壤中水分调节作用的机理.通过对前期影响雨量系列的分析,建立了降水与入渗补给系数之间的关系,得出了降水入渗补给系数计算思路和取值公式,同时就降水入渗补给系数和地下水埋深的关系进行了探索.     

大气降水入渗补给地下水系数的讨论

本文以通榆地下水均衡场人工降雨模拟试验为例,应用积分中值定理把人工降雨模拟试验求得次降水入渗补给地下水系数(α次)变换为平均有效降水入渗补给地下水系数(α效),并结合历年自然降水量资料进一步推导出年或多年平均降水入渗补给地下水系数(α年)。这样,就把次降水入渗补给地下水系数(α次)与年或多年降水入渗补给地下水系数(α年)建立起数量关系式,为计算年或多年大气降水入渗补给地下水量提供了方便而有效的方法。     

唐山曹妃甸浅层地下水水化学特征及咸化成因

为了查明曹妃甸浅层地下水水化学及咸化成因,采集研究区河水、地下淡水、微咸水、咸水、卤水、雨水和海水等不同类型水样,对其水化学组成、离子比、Piper三线图、吉布斯图、氢氧同位素组成及14C测年结果进行了分析。结果表明：(1)曹妃甸浅层地下水包括全新世沉积层潜水和晚更新世沉积层微承压水,且非原始封存在地层中而是形成于全新世中晚期。(2)地下潜水向海方向分布有淡水、微咸水、咸水水质类型,微承压水以咸水和卤水为主要水质类型;近冲洪积扇前缘水化学特征主要受岩石风化作用控制,围填海区及河口处水化学特征受海水混合作用控制,滨海平原区水化学特征主要受蒸发/结晶作用控制。(3)曹妃甸浅层地下水咸化过程主要是晚更新世以来海侵海退时期形成海洋蒸发盐经大气降水和河水多期溶滤所致,其盐分来源于海水蒸发盐,河口及围填海区地下潜水盐分主要来源于现代海水入侵。     

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。     

早涝碱咸综合治理与生态环境良性循环

华北平原东部淡水资源短缺，旱涝碱成灾害限制了农业生产的可持续发展。海河的治理，解决了排洪排涝排咸出路。春季开发利用地下水包括微咸水和半咸水抗旱灌溉。夏季利用伏雨洗盐排咸，增大降雨入渗，减少径流流失，防治渍涝灾害，把降雨转化为地下水资源。秋冬引蓄河水，回灌地下水补源。以土壤与潜水的地层空间作为调节大气降水、土壤水、地下水、地表水的地下水库，以调控地下水埋深在临界动态为指标，最大限度地把时空分布不均的天然降雨转化为可持续利用的水资源。地表水地下水联合运用，促使水资源采补平衡，降雨灌溉淋洗脱盐强于干旱蒸发积盐过程，地下水淡化强于矿化过程。实现旱涝碱咸综合治理，水土资源可持续利用，经济社会可持续发展，生态环境良性循环。     

冬小麦田咸水灌溉与土壤盐分调控试验

利用浅层咸水灌溉，可使浅层咸水分布区无效降水转化为有效水资源，缓解北方水资源紧缺的矛盾；通过王瞳试验场进行的咸水灌溉与土壤盐分调控试验表明，利用3g/L左右的微咸水连续灌溉5a，根层土壤溶液浓度未超过小麦的耐盐能力，且作物增产；多年盐分变化趋势为：1994－1997年1m深度内土壤总含盐量在一定范围内波动，总体变化不大，连续干旱的1997－1998年略呈上升趋势；麦秸覆盖和施有机肥能减少根层土壤盐分，对土壤盐分具有有利的调控作用，具有增产效果。     

Dynamics of the soil water and solute in the sodic saline soil in the Songnen Plain,China

According to the field experiment in the sodic saline soil region in the Songnen Plain, the dynamics of the soil water and solute affected by the shallow groundwater were explored during the growing season in 2004. The results presented that, influenced by the strongly evaporative demand, the soil water tended to transport to the upper soil layer with salt. The layered soil water balance model (LSWB model) revealed that the ratio of the water exchange between the groundwater and upper layer of the soil was 11.7:1. The groundwater discharge was 53.86 mm, but the groundwater recharge from the upper layer of soil was only 5.04 mm from 11 July to 06 September, which indicated that the groundwater could discharge to upper layer of soil and influence the soil salinization through capillary rise. The observed values of the salt content from July to mid-October presented that the soil solute was more changeable influenced by the climatic condition at 30 cm depth. As the field saturated hydraulic conductivity was low, the salts mainly accumulated in about 50–70 cm depth soil layer and hardly leached into deeper soil layer. Furthermore, the salt content was mainly controlled by the groundwater in the subsoil below 100 cm depth, the salt content decreased with the groundwater level receding. As influenced by the shallow groundwater and freeze-thaw action, further studies should be performed on the mechanism of soil salinization in the sodic saline soil region in the Songnen Plain of China.     

基于氢氧同位素的华北平原降水入渗过程

华北平原地下水浅埋区水循环主要以垂直方向上的入渗、蒸发和蒸腾的方式存在,同位素可以作为一种有效"示踪剂"揭示降水入渗补给地下水的过程。选择华北平原中、东部地下水浅埋区的衡水和沧州为典型实验点,研究不同降水特征、土壤质地和植被条件下入渗过程的差异性。结果表明,土壤非均质条件下(沧州),降水入渗补给过程中伴随着蒸发、植被蒸腾作用以及与土壤前期水分的强烈混合作用,活塞流入渗的同时土壤100 cm深度可能还存在大孔隙优先流;土壤均质条件下(衡水),降水向下均匀入渗,入渗速度较快,土壤水运动以新水基本代替老水的活塞流为主要形式,并经过强烈的蒸发浓缩作用补给地下水。     

条子泥围垦区水盐特征与植被分布的关系

为了探究江苏东台条子泥围垦区的水盐分布规律,揭示圆环状植被分布与土壤水盐条件的关系,于2019年9月对围垦区内用作湿地恢复的区域进行测量和采样。在植被环附近测量了二维、三维大地电阻率,采集降水、地表水、土壤、地下水等样品,测试样品的水盐指标和D、18O同位素组成。结果表明:植被圆环下方3 m深度内均存在对应的高电阻率/低盐度区域,且随着植被类型由中心向外环变化,对应的土壤水盐度也逐渐增大;土壤水盐度是不同植被呈现圆环状分布的重要影响因素,其变化受降水入渗和土壤蒸发引起的盐分集结共同作用;土壤盐度直接影响了不同植被种群的分布格局,而植被对入渗和蒸发过程的影响也反作用于土壤盐度分布。     

江苏沿海盐渍土盐渍化程度及其影响因素分析

盐渍土是江苏沿海地区开发建设需关注的地质环境问题之一。本文系统采集5 m以浅的土样,开展易溶盐试验,研究了江苏沿海盐渍土分布规律、盐渍化程度及影响因素。研究结果表明:全区盐渍土平行于海岸线分布;以中、弱盐渍土为主,强盐渍土零星分布。受沉积环境、气候、水文地质条件、人类活动等共同影响,盐渍化程度空间差异明显。平面上,盐渍化程度呈北强南弱、向海岸线方向延伸有逐渐增强的趋势,强盐渍土分布于连云港黏性土区,岩性、地下水矿化度为主导影响因素。垂向上,表层普遍积盐,连云港地区分带不明显,大丰和南通地区自地表而下可划分为三带,表层土蒸发积盐、中层盐动态变化、下层土饱水盐稳定,地下水位、土体结构为主导影响因素。随着沿海大开发的快速推进,为防止次生盐渍化问题,需关注地面沉降导致的地面高程损失诱发海水入侵加重表层土盐渍化,工程建设中可设置隔离层截断高矿化度地下水的毛细作用。     

Laboratory and pilot studies on reclamation of a salt-affected alluvial soil

Soil column experiments showed that a surficial sodic soil is efficiently reclaimed using freshwater, after the addition of saturated gypsum solution. Gypsum application in the field was beneficial in terms of maintaining high soil permeability, increased water infiltration and neutral pH after a rainfall event. In the present paper, two different reclamation techniques for the plough layer of a sandy loam sodic soil were tested in laboratory columns, 25 cm long and 10 cm in diameter; the first using freshwater alone and the second using a saturated gypsum solution. The dynamics of salt removal were studied by continuous analysis of the water drained from the bottom of the columns. When freshwater was used, sodium presented the lower removal rate and adversely affected soil permeability. When gypsum solution was used, calcium was present in the flushing solution and the effect of sodium dominance on clay dispersion and soil clogging was limited. The results presented in this study are of practical importance with respect to the reclamation of sodic soils found in the coastal area of the east Nestos Delta, Greece, where freshwater is limited, due to seawater intrusion, and saline groundwater is used for irrigation.     

开采浅层水增雨水入渗引河水补源实现水资源可持续利用

南皮县淡水资源严重短缺,制约工农业与经济社会的发展.春季开采浅层地下水包括微咸水和半咸水抗旱灌溉,腾出地下含水层空间;汛期增加降雨入渗,减少径流流失,防渍防涝,把时空分布不均的天然降雨转化为地下水资源;秋冬利用河道沟渠引蓄河水补源,淡化地下水质,增加地下水可采量.地上水地下水联合运用,保持水资源采补平衡.实现旱涝碱咸综合治理、水资源可持续利用与经济社会可持续发展.     

Groundwater mixing in a sand-island freshwater lens: density-dependent flow and stratigraphic controls

This paper focuses on a small back-barrier sand-island on the southeast coast of Queensland. The freshwater lens in the study area exhibits anomalously high short-range salinity gradients at shallow depths, which cannot be explained using a standard seawater intrusion model. The island groundwater system consists of two aquifers: a semiconfined aquifer hosting saline to hypersaline groundwater and an overlying unconfined freshwater aquifer. The deeper aquifer is semiconfined within an incised paleovalley, and groundwater flow is restricted to an east – west direction. Tidal response observations show that the tidal signal propagates far more rapidly and is of much higher magnitude in the semiconfined aquifer than the unconfined aquifer. The tidal wave-pulse amplitude is also subject to greater attenuation in the unconfined aquifer. A conceptual hydrogeological model illustrates how upwelling of hypersaline groundwater, induced by density-dependent flow and tidal pumping, has contaminated the shallow groundwater resource. Salinisation at shallow depths is restricted to an area proximal to the paleovalley aquifer. The spatial distribution of lithological heterogeneity is an initial limiting control on the movement of the upwelling saline plume. The extent of shallow groundwater contamination is also limited by the presence of a baroclinic field, resulting from lateral variations in fluid density. Hydrochemical signatures have been used to support the model hypothesis and link the salinisation of fresh groundwater with the semiconfined aquifer as opposed to the surrounding estuarine surface water. The geometry and thickness of the freshwater lens are further controlled by the presence of the largely impermeable bedrock paleosurface between 9 and 12 m depth. The combination of hypersaline groundwater and hydraulically restrictive lithology at shallow depths has produced excessive thinning of the freshwater lens, demonstrating that the application of a model such as the Dupuit – Ghyben – Herzberg relationship would grossly overestimate the available groundwater resource.