包气带在干旱半干旱地区地下水补给研究中的应用

在干旱半干旱地区,包气带的溶质和同位素剖面不但可以提供较长时间尺度上的地下水补给信息,而且记录了过去气候变化与环境变化信息。本文基于学科组近10年的研究成果,以鄂尔多斯盆地为例（包括南部的黄土高原和北部的沙漠高原）,将包气带和饱和带结合起来,利用多种环境示踪技术,提升了包气带在干旱半干旱地区地下水研究中的潜力,并将其应用到地下水补给历史重建、地下水补给机制确定、植被变化对地下水补给影响评价和地下水污染物全过程示踪中。研究表明,由于在干旱半干旱地区,包气带较厚且补给量有限,地下水和现今的浅表水文过程未达到水力平衡,如在沙漠高原西部,近2 500 a降水尚储存在包气带13 m以浅,地下水是4 000 a以前补给的,其水化学特征与浅部包气带水差异巨大;而在黄土高原,补给量较大,但包气带巨厚,年降水仍需要几十到上百年时间入渗到地下水（但并不意味着没有补给,其土壤水在包气带中平均入渗速率为0.1~0.3 m·a-1）,包气带浅部溶质含量较深部和地下水中的高;典型黄土塬区的地下水均不含氚,地下水年龄在几百到上万年。黄土内部层状均匀的土壤质地特征和相对较老的地下水年龄揭示的均匀活塞流入渗是黄土塬区浅层地下水补给的主要方式。黄土高原退耕还林还草和沙漠区植被恢复导致地下水补给呈现不同程度的减少,反映在包气带上表现为溶质含量的增加,可用于定量化确定地下水补给量的变化。本文强化了包气带在干旱半干旱地区地下水补给研究中的作用,在未来地下水资源评价、地下水污染全过程刻画中应得到重视。     

基于包气带剖面研究黄土地下水补给

正地下水补给是含水层从外界获得水量的过程,是地下水系统形成演化的基础和水文地质学科研究的核心问题(庞忠和等,2018)。在黄土高原地区,地下水是生产生活的重要水源,查明黄土高原地下水补给来源和补给量对合理开发利用地下水资源意义重大。前人对此开展了较多研究并取得丰富成果,但由于黄土高原包气带厚度较大,地下水补给受多因素影响,其时空变化较为复杂(赵文智等,2017)。本次选择小型黄土残塬,通过两组包气带剖     

包气带增厚条件下地下水补给规律研究

伴随人类活动影响的不断增大,地下水位持续下降,包气带厚度增大,改变了地下水的补给条件.为阐明在巨厚包气带中水分运移规律,在河北栾城实验站进行了包气带水分运移监测试验.通过对监测数据的计算和分析,揭示了大水漫灌条件下,灌溉水在包气带中湿润峰和零通量面（ZFP）的运移和形成规律,计算了灌溉水回归补给地下水的水量,并利用达西公式进行验证.试验结果客观准确地反映了在当前人类剧烈活动影响下,包气带中水分运移规律及灌溉水补给地下水的情况,同时通过对包气带水分运移情况进行监测,取得了包气带水分运移的翔实资料和灌溉参数,对于促进农业节水灌溉有重大的现实意义.     

环境影响评价中的地下水问题

地下水在我国国民经济和人民生活供水资源中占据着重要的地位,据1985年在309座城市调查,靠地表水供水的有136座城市,依赖地下水供水的有121座城市,二者兼用的有52座城市。在总共756座自来水厂中依靠地下水的有346座,占总数的45.76％。在我国广大农村,特别是北方干旱地区,普遍使用地下水作为饮用水源。致使我国饮用地下水的人数占总人口的69.4％。由此可见     

包气带中原油的迁移和降解研究

在石油的开采和集输过程中,常常有大量的原油抛洒和泄漏,这对土壤和植物地造成严重污染,本文通过大量野外和室内的原油渗透试验,含油地层的淋滤试验和石油的生物降解试验,来研究石油污染物在包气带中迁移,转化和降解规律,从而地下水石油污染的潜在性作出科学的评价。     

包气带土壤氮污染地下水研究

地下水是维持人类正常生产生活不可或缺的资源,是生态系统中重要的一部分.近年来,我国地下水污染趋势由点源向面源发展,污染范围广且难治理,水质较差,其中"三氮"的污染也较为严重,由于来源的复杂性,地下水氮污染问题在世界范围内已呈普遍现象.在查阅相关文献的基础之上,文章主要从"三氮"的迁移转化、地下水氮污染来源进行评述.包气...     

GMS在地下水环境影响评价中的应用

地下水环境影响预测是地下水环境影响评价中的重要环节,采取适合的预测方法和模型能够保证预测结果的准确性和环境保护措施的合理性。以某建设场地为研究区,利用GMS软件建立地下水预测模型,考虑风险事故工况条件下,预测了对二甲苯的污染运移范围。结果表明:装置一旦发生事故,污染物泄露将会对建设场地周边区域地下水造成污染,污染影响范围随时间逐渐增大,需采取严格的防范措施,并建立应急机制,保证当地居民的饮用水安全。     

包气带岩性结构对地下水生态功能影响特征

西北内陆流域下游区天然植被对地下水生态功能具有强烈依赖性,而包气带岩性结构对地下水生态功能具有明显影响,但是在目前的研究中,缺乏定量分析评判。以甘肃石羊河流域下游天然绿洲区为研究区,基于包气带岩性结构野外调查、室内土柱试验和Hydrus1-D数值模拟,研究包气带岩性结构与地下水耦合作用的生态效应,分析不同岩性结构包气带...     

镉在包气带中的迁移与积累特征

本文论述了镉在包气带中迁移积累问题，提出了镉在包气带中的迁移和积累模式并用实验结果与之加以验证，指出了镉在各类土壤中的存在形式及在不同地球化学环境镉的危害性是有所不同的。     

干旱区地下水补给与气候变化的包气带地球化学记录--以巴丹吉林沙漠为例

氯平衡原理在降雨极其稀少的干旱区研究地下水补给具有较强的适用性,与H、O稳定同位素及含水量在包气带垂向的变化相结合,能够准确地计算地下水的多年平均补给率.在巴丹吉林沙漠南缘的2个钻孔剖面分别记录了过去574 a(B1)和812 a(B2)以来的补给量变化过程及其所反映的气候波动特征,在该地区,多年降雨量为89 mm,而补给量平均仅为1.3 mm/a,从B2剖面完整的记录可以将800 a B P气候划分为4个干期和3 个湿期.1500～1530年是干旱区气候突变的时期,18世纪末至19世纪初是气候环境演化的又一个十分重要的时间界限,自此以后的漫长时间,干旱化进程进一步加剧.     

包气带的水分分布特征及给水度的探讨

文中用不等径的葫芦状毛管网络模型讨论了均质土的重力释水机制,认为重力释水与变动后的潜水位以上原饱水带及与其相联系的支持毛细水带有关;据此定义了给水度。 均质土给水度的大小与重力释水前后包气带的水分分布特征有关。由模型的分析说明,蒸发条件下的初始水分分布特征曲线偏低,造成均质土的重力释水减量,使给水度变小。     

包气带粘性土层防污性能研究

包气带粘性土的特性及其分布规律是影响污染物自然衰减的重要因素。在分析粘性土类型和粘性土防污机理的基础上,探讨了微生物等因素对粘性土防污效果的影响,指出目前包气带粘性土防污研究中存在的若干问题。3S技术、ADM非确定理论有助于解决研究尺度偏小、量化指标不足的问题,多学科交叉复合将是包气带粘性土层防污研究的必然发展趋势。     

黄土塬区包气带水分运移特征研究

在我国西北黄土高原的黄土塬、黄土台塬区赋存有较丰富的黄土潜水,大气降水垂直入渗是其主要补给来源,但对水分赋存和运移的空间通道认识尚有不足。文章基于董志塬、渭北黄土台塬的地貌、地层结构等水文地质条件、地下水利用动态和相关试验资料,结合黄土扫描电镜图像处理与统计分析,对黄土塬区黄土潜水和包气带水分运移的孔隙特征、过程进行了探讨并分带。研究认为孔隙是黄土地下水的主要赋存、运移的空间通道,其最小渗透等效孔径约为12μm。由孔隙发育的马兰黄土构成的黄土包气带垂向结构组合有利于大气降水的入渗,包气带孔隙中的水分运移非常微弱缓慢,但较为连续均匀。黄土包气带可划分为气候影响带、储存调节带、缓慢运移带和毛细接收带4个带,除上部气候影响带外,其余三带处于基本稳定的水分运移动平衡状态。研究成果可为全面系统地认识黄土塬区包气带水分运移特征提供参考和借鉴。     

包气带人工微生物反硝化除氮实验研究

利用土核模拟农田污灌下的包气带环境，对人工微生物在包气带中反硝化作用除氮进行了研究。并讨论了脱氮机理、脱氮效果及环境影响因素。     

滞后补给权函数与包气带的关系

降雨入渗补给潜水存在滞后效应.利用HYDRUS程序建立垂直一维非饱和渗流数值模型,模拟了补给过程对脉冲式地面入渗的响应.根据不同潜水面埋深补给强度的变化过程计算补给权重,获得了滞后补给权函数曲线.模拟结果表明权函数曲线具有单峰形式,随潜水面埋深增加,峰值减小,其出现的时间推迟.相对粗颗粒土壤,缅颗粒土壤产生的权函数峰值较小,出现时间更晚.前人提出的滞后补给权函数经验公式能够近似地刻画单峰曲线形态,在包气带介质颗粒较粗、潜水面埋深较小时比较适用,但是对细颗粒土壤和潜水面埋深较大的情况则存在一定的偏差.土壤类型和含水量的垂向分布,都可以通过对包气带渗透性的控制而影响滞后补给过程.可为研究地下水模型处理动态降雨入渗补给及包气带溶质淋滤过程提供参考.     

包气带水研究方向浅议

包气带水是地球水体的重要组成部分.研究包气带水的形成及运动规律不仅对阐明地下水的形成具有重要意义,而且是实现农业节水的关键.本文在阐述包气带水特征的基础上,指出了包气带水研究方向:一是包气带中土壤水的调控研究,二是水-气二相流数值模拟研究.     

试论地下水系统区域环境影响评价

本文将探讨采用环境系统分析方法，从保护地下水环境出发，把极其复杂的环境系统的结构、功能、影响和效益结合起来作为一个整体，通过由于城市发展、农业开发、以及自然环境的变迁等，对地下水环境系统的影响效应及其发展趋势，进行系统分析和评价，从而提出最有效、最经济、最优化的环境对策。对区域性地下水系统环境影响评价理论和实践方法进行了探讨。     

柴油污染包气带砂层中的自然衰减作用

通过实验定量研究了柴油污染包气带砂层自然衰减过程中吸附、生物和挥发作用。经吸附实验,确定了细砂对柴油饱和污水的吸附平衡时间为24 h,对总石油烃(TPH)的理论最大吸附量为234 mg/kg。同时,确定了ρ(HgCl2)=1 000 mg/L为抑制生物作用最有效的投加浓度。通过3个砂柱的对比实验,建立了柴油污染包气带砂层中生物作用和挥发作用的一级衰减动力学方程和半衰期。根据实验可知,包气带砂层从未受柴油污染到污染一段时间后的自然衰减过程中,吸附、生物和挥发作用均占有重要比例,是非常主要的衰减作用。     

包气带地温变化特征及环境效应

利用山东羊庄盆地５年的实测资料研究了包气带地温的变化特征,指出了地温变化的实际波形不是人们通常认为的正弦波。与正弦波相比它有两大差别：一是上升波段的实际波形比正弦波形偏低,下降波段偏高;二是上半周期稍长,下半周期略短。在此基础上,提出了描述地温变化的统计方程。依据试验资料经计算得知,试验区地温梯度的绝对值在埋深０．１ｍ处最大可达８．３３℃／ｍ,在埋深４ｍ处最大仍有１．２２℃／ｍ,且地温梯度的分布具