利用TDS和δ18O确定溶滤和蒸发作用对内陆干旱区地下水咸化贡献的一种方法

溶滤和蒸发作用是内陆干旱盆地平原区松散沉积层地下水咸化的主要原因。地下水的TDS直接表达了其咸化程度,δ18O值的变化主要受蒸发作用影响。在地下水TDS-δ18O关系图中,以各样点为起点,做蒸发线的平行线,与溶滤线交于c点,则c点两侧的a段和b段分别代表溶滤和蒸发作用对该样品的咸化贡献。 a=(TDS3-TDS1-b)/(TDS3-TDS1)×100%,b=k(δ18O3-δ 18O1)/(TDS3-TDS1)×100%。该方法应用于塔克拉玛干沙漠地下水咸化特征的分析,证明虽气候干旱,蒸发作用强烈,但地下水的咸化仍以溶滤作用为主。     

干旱区地下水咸化机制的区域氘盈余解析

定量研究干旱区地下水的咸化机制对于水资源管理具有重要意义。针对已有研究需要考虑补给源水δ18O和δ2H值的局限,提出了一种利用区域氘盈余计算初始水、蒸发和溶滤对地下水咸化贡献的方法,并以罗山地区第四系地下水为例进行了分析。结果表明:该方法计算误差较小,可以有效区分蒸发和溶滤的贡献。地下水先溶滤后蒸发的自然咸化过程决定了溶滤作用的主导地位,咸化规模主要取决于溶滤作用程度。     

松嫩平原西部水体环境盐化机制的同位素证据

利用环境同位素D与^18O示踪的方法,分析了松嫩平原西部典型代表区—洮儿河流域水体的δD和δ^18O组成分布特征,绝大部分水样点在全球大气降水线(LMWL)上或附近,反映其具有统一的补给来源,均来源大气降水或经过轻微蒸发的地表水。少数水样点明显地偏离当地大气降水线,且分布在其下方,反映该水体受到了强烈的蒸发作用,使其δD和δ^18O同位素产生了显著的分馏而富集。本文重点研究了地下水的D盈余值“d”与TDS以及δ^19O与TDS关系,揭示了地下水的盐化作用过程,不仅与蒸发作用有关,更主要取决于水-土相互作用。证明了地表水对盐渍土的溶滤作用,是该区潜水盐化的重要机制。     

海原盆地地下水咸化特征和控制因素

地下水是海原盆地唯一的供水水源,近年来部分地区地下水溶解性总固体(TDS)增高,引起了有关部门和水文地质工作者的高度关注。通过分析69组地下水样品的水化学和氢氧稳定同位素数据,对地下水补给来源和咸化的水文地球化学过程进行了研究。结果表明:地下水TDS值198.2~6 436.4 mg/L,沿着地下水流向,咸化程度增加,水化学类型从基岩区的HCO3—Ca·Mg型演化至滞留—排泄区的SO4·Cl—Na·Mg型。地下水补给来源主要为大气降雨和基岩裂隙水侧向径流,补给源—对地下水咸化贡献较小。溶滤作用具空间差异,基岩区和补给区以碳酸盐、硅酸盐风化为主,径流区和滞留—排泄区则为蒸发岩风化,硫酸盐是地下水中阳离子的主要来源。补给水、溶滤和蒸发对第四系地下水TDS的贡献比率分别为4.8%~81.2%、11.9% ~85.9%、1.7%~29.5%,溶滤作用是控制海原盆地地下水咸化的首要因素。当地有关部门应加大对基岩泉水的综合利用,同时注意控制海原县和西安镇等地区地下水开采量,防止地下水进一步咸化。另外,在微咸水分布区可引进地下水去除硫酸盐技术,提高微咸水利用程度。     

水文地质工程地质2000年(第27卷)总目次

水文地质第1期地下水浅埋区土壤水分运动参数田间测定方法探讨杨建锋　李宝庆　马　瑞等(1)……………………………利用TDS和δ18O确定溶滤和蒸发作用对内陆干旱区地下水咸化贡献的一种方法郝爱兵　李文鹏　梁志强(4)……………………………………………………………含铁地下水成因、危害及防治贾国东　钟佐(7)……………………………………………………………………水资源开发利用规划方法讨论彭玉怀　杨兆军　王少龙(11)………………………………………………………矿井水文地质信息管理系统研制张文泉　刘伟韬　张红日等(14)……………     

格尔木河流域平原区地下水同位素及水化学特征

通过对格尔木河流域天然水中H、O同位素的系统分析,根据地球水化学组分循环演化规律所对应流域不同类型水体的同位素组成的研究,结果表明流域地下水化学组分随流程增加溶滤作用增强,地下水中HCO3-逐渐减少,Cl-则增加。运用δD、δ18O和3H值建立了流域大气降水线方程,确定了山区河水非当年降水补给,河水以地下水补给为主、其次是冰雪融水和大气降水补给。山区降水δD、δ18O均值低于平原区,表明平原区降水受蒸发作用影响水中富重同位素。平原区地下水中的δD、δ18O值与河水基本一致,说明平原区地下水主要受河水出山后入渗补给。承压自流水δD和δ18O值与潜水基本一致,根据地下水的3H值确定早于潜水年龄,且随埋深增加δD、δ18O值减少的趋势,其年龄亦由新变老。     

持续蒸发与补给蒸发过程中水体咸化及同位素分馏的实验研究

蒸发浓缩作用是引起水体咸化的重要原因。利用华北浅层地下水样,设计持续蒸发和补给蒸发两种实验方案,探讨不同蒸发过程中水化学和同位素的演化差异。结果表明,持续蒸发过程中水体盐分浓缩速率明显大于补给蒸发;Ca~(2+)和HCO_3~-在两种蒸发实验下出现分离,主要受方解石沉淀影响,Mg~(2+)、Na~+、K~+、Cl~–和SO_4~(2-)含量随着盐度的升高而增加,在两种蒸发实验中无差异。蒸发过程中,氢氧同位素逐渐富集,与剩余水比例呈指数关系,与阴阳离子呈两段式线性关系。持续蒸发过程中氢氧同位素随着盐分(电导率)的升高逐渐富集,δ~(18)O最大值达20.81‰,蒸发线方程为δD=4.11δ~(18)O–25.23;而补给蒸发过程中,随着盐分(电导率)的增加氢氧同位素富集缓慢,后期相对稳定,δ~(18)O最大值为2.9‰,蒸发线方程为δD=3.41δ~(18)O–28.2。两种实验方案结果说明氢氧同位素在水相的富集不成比例,氢同位素在蒸发过程中富集速率大于氧同位素。     

天津北大港水库水体的同位素和水化学特征

天津北大港水库蓄水后水质变差,严重影响着水库的安全运行、水资源的合理调配。为研究天津北大港水库水体咸化成因,在2015年丰水期(8月)和枯水期(12月)分别采集河水、水库水和地下水样品,测定水体中的稳定氢氧同位素(δD,δ~(18)O)和水化学组成。结果表明,在丰水期,水体受到强烈的蒸发作用,水体中的稳定氢氧同位素组分比枯水期富集;河水和水库水的水化学类型为Na-Cl(SO_4)型,地下水的水化学类型为Na-HCO_3Cl型。河水和水库水水化学组成受蒸发结晶作用控制,且距海岸越近,水体的电导率越高,同位素越富集。滨海地区的北大港水库,水库水在运移中盐分含量增加,而强烈的蒸发作用加剧了水体中盐分积累,导致水体咸化。需进一步辨析水库咸化的影响因素及贡献,为滨海地区水库管理和运行提供理论基础。     

黑河流域中游盆地水文地球化学演化规律研究

黑河是我国第二大内流河,研究其水化学演化规律,对于区域水资源科学利用与管理、保障饮水安全和下游生态安全都具有重要作用。本文利用2014—2018年在黑河流域开展1∶50 000水文地质调查所获取的资料,研究了黑河干流和丰乐河两个典型剖面的水化学和同位素变化规律。结果表明,黑河中游盆地地下水主要来源于祁连山区大气降水补给,黑河干流区地下水氘氧同位素比丰乐河流域更为富集,反映了氘氧同位素的高程效应。在丰乐河流域排泄区发现了非现代气候条件下形成的古水,说明现在的盐湖盆地早期就是地下水滞留区。山前戈壁带含水层经长期淋滤作用,地下水溶解性总固体(total dissolved solids,TDS)较低,水化学类型以重碳酸型为主。溢出带以北下游地区TDS逐步增高,地下水类型以硫酸型、硫酸-氯型为主,具有两种地下水化学背景和演化模式:一种是石膏溶解-碳酸盐沉淀析出-氯化物溶解-缓慢的硅酸盐非完全溶解和阳离子交换反应模式;另一种在此基础上增加硫酸钠溶解演化模式。流域补给区和径流区地下水TDS升高的主要原因是溶滤作用。丰乐河排泄区地下水TDS升高的主要原因仍是溶滤作用,溶滤盐分的来源是表层的盐分,以石盐为主。黑河干流排泄区由于含水层较薄,水位埋深较浅,蒸发对地下水咸化的影响更大。     

豫北平原浅层地下水化学特征与成因机制

地下水的化学特征与成因机制对地下水演化、地下水资源的合理开采及质量评价具有重要意义。为查明豫北平原浅层地下水的水质特征及控制因素,采集了不同类型的浅层地下水和地表水样品,分别测试了水样阴、阳离子和氢氧同位素组成。结果表明:(1)地下水中总溶解性固体物质(total dissolved solids,简称TDS)质量浓度范围为316～6 948 mg/L,微咸和咸地下水呈条带状分布在沁河冲洪积平原中部,在三阳镇-修武县一带,水化学类型复杂,以HCO_3·SO_4-Na·Mg·Ca型和SO_4-Na·Mg型水为主。北部山前冲洪积扇和沁河北岸地下水为淡水,为HCO_3-Ca·Mg型水。(2)δ~2H-δ~(18)O关系说明地下水起源于大气降水,水化学组分受水岩相互作用控制,在补给区以碳酸盐岩溶滤作用为主,径流区发生硅酸盐岩的风化溶解以及阳离子交换作用,排泄区以蒸发浓缩、石膏溶解和阳离子交换作用为主。(3)地质和气候环境是造成地下水咸化的主要成因,且受到工农业污水渗漏的影响。研究成果可以为该区地下水资源的合理开采和有效管理提供依据。     

锡林河流域地表水和浅层地下水的稳定同位素研究

2006年4—9月,在从锡林河源头沿河流进行地表水和地下水同位素样品采集和分析的基础上,利用全球降水同位素监测网(GNIP)包头站的大气降水稳定同位素资料,结合锡林河流域的气象和水文资料,对锡林河流域大气降水、地表水和地下水稳定同位素进行了研究.结果表明:地下水中δ18O和δD值分别集中在-11.7‰～-14.9‰和-80‰～-89.5‰范围内,δ18O沿地下水流向有增加的趋势,大部分地下水中δ18O的季节波动性不大;河流干流δ18O和δD的年算术平均值从源区的-12.8‰和-94.5‰到入锡林河水库处的-10.0‰和-79.3‰,差值分别约为3‰和15‰.河水中的δ18O值沿流程增加而增大的现象可归结为受含有较高δ18O值的地下水补给作用和河水的蒸发作用的共同影响,其中对δ18O蒸发富集的研究显示,蒸发引起δ18O富集值为1‰.通过地下水线(GWL)和地表水线(SWL)及区域大气降水线(LMWL)的对比分析发现,在径流季节,降水对地表水的贡献小,地下水是地表水主要的补给源,地表径流基本是地下水的排泄.     

黄河三角洲浅层地下水盐分来源及咸化过程研究

黄河三角洲地下水咸化已成为区域最突出的生态环境问题之一。识别地下水补给及盐分来源是有效控制和改善地下水咸化问题的关键。本研究采集了研究区浅层地下水、地表水和海水等不同类型水样,利用离子比、Piper三线图、吉布斯图等方法对八大离子浓度、δD和δ¹⁸O 组成、Br和Sr 浓度等进行地下水补给研究与盐分来源辨析。结果表明:(1)黄河三角洲浅层地下水以总溶解性固体(TDS)为338 g/L的咸水为主,地下水水化学类型较为单一,主要为Cl-Na型。(2)三角洲区域地下水以大气降水补给为主,并且在补给过程中经历了不同程度的蒸发作用的影响,黄河现行流路区域地下水主要来源于河水侧渗补给,但浅层地下水含水层水平渗透性较差限制了黄河侧渗补给范围。(3)海洋是黄河三角洲浅层地下水盐分的主要来源,黄河现行流路区域及近岸地下水盐分来源于海水混合,三角洲北部刁口河等古河道区域地下水盐分主要来源于海相蒸发盐淋滤溶解。     

湖北宜昌香溪河流域环境同位素特征及其水循环意义

为研究鄂西南岩溶山区的水循环过程,以湖北宜昌香溪河流域为研究对象,通过现场调查并结合环境同位素,对香溪河流域地表水和地下水进行了取样,通过测定其氢氧同位素组成,分析了同位素变化特征以及流域地下水和地表水的转换关系及其水循环特征。流域水中δD、δ18 O值组成分析表明:流域内各种水体主要分布在当地大气降水线的附近,构成斜率明显小于雨水线的蒸发线,3个子流域δD、δ18 O值的富集程度为:南阳河流域<古夫河流域<高岚河流域。南阳河流域上游受神农架山区地方性大气降水控制。响水洞和响龙洞(暗河出口)水中氘过量参数(d)值分别反映出不同的地下径流途径与滞留时间、水岩反应强度。子流域同位素沿程变化的特征反映出:在上游段,水来源不同以及地表水和地下水转换频繁是δD、δ18 O值变化的主要影响因素;在中下游段,流域内地下水流入河流,河水流量逐渐增大,不同的水源混合均匀,经过一定的蒸发作用,δD、δ18 O值的变幅趋于稳定。     

三江平原富锦地区浅层地下水水化学特征及其形成作用

三江平原富锦地区是我国重要的产粮基地,农业灌溉对当地地下水水质造成了一定程度的影响,而地下水水质的变化制约着当地农业的发展及居民的饮水安全,因此对三江平原富锦地区地下水水化学特征及其形成作用进行研究具有十分重要的意义。本次研究对浅层地下水及地表水进行采样,运用Gibbs图、离子比例系数、δD和δ~(18)O同位素、克里金插值及反向地球化学模拟等方法,对三江平原富锦地区浅层地下水的水化学形成机制进行了分析。研究结果表明:地下水中TDS、NO_3-N质量浓度沿地下水流向呈递增趋势,地下水水化学类型以HCO_3-Ca和SO_4-Ca为主;硅铝酸盐以及岩盐的风化溶解是研究区地下水中离子的主要来源;溶滤作用、阳离子交替吸附作用和农业施肥、地下水开采等人类活动影响是控制地下水化学特征形成的主要作用。     

华北平原典型区水体蒸发氢氧同位素分馏特征

为研究华北平原衡水地区水体蒸发氢氧同位素分馏特征,采集不同盐度的深层地下淡水(TDS 为0.61g/L)和浅层地下咸水(TDS为7.97g/L),现场开展室外器皿蒸发实验,获得了当地气象条件下氢氧同位素分馏参数.实验结果显示,淡水及咸水剩余表层水δ18O与剩余水比率f呈指数关系,与瑞利分馏模拟结果一致,δD和δ18O蒸发线斜率分别为4.78和4.69.整个蒸发过程中,淡水及咸水氢氧同位素值增量ΔδD分别为Δδ18O的4.82倍和4.76倍;剩余表层水相对于初始水δD和δ18O的变化量与累积蒸发量之比,淡水分别为2.68‰/cm和0.56‰/cm,咸水分别为2.78‰/cm和0.61‰/cm;而在不同的蒸发时段,剩余表层水δD和δ18O的变化量与蒸发量无明显相关性.受水分子扩散的影响,蒸发皿中氢氧同位素分馏在垂线上分层微弱.由于水体盐度较低,在当地气候条件下进行自由蒸发时,氢氧同位素分馏的盐效应可以忽略.     

黄土丘陵区降水-土壤水-地下水转化实验研究

通过对黄土丘陵区燕沟流域2005~2007年雨季的多次降水、0~400 cm土层土壤水、沟道地表水、地下水(泉水、井水)水样中D和18O采样分析,研究了该区降水、土壤水、地表水、地下水的转化关系.结果认为:燕沟流域的降水线与中国、世界的降水线有明显区别,斜率和截距偏小;降水、地表水、土壤水、地下水逐渐富集δD和δ18O,且δ18O富集速度高于δD,由D和18O的蒸发分馏差异所致,可利用各类水体的δD和δ18O变化情况甄别水体之间的水量转化;土壤水δD和δ18O剖面在200 cm深度处出现低值区,应是降水补给到达该深度且土壤蒸发影响逐渐衰减共同作用的结果,其在200 cm以下逐渐升高则因为降水补给影响逐渐降低、土壤水本底同位素影响增强所致.由于380~400 cm深层土壤水的δD和δ18O对降水事件的响应存在,因此认为降水-地下水的转化存在,降水补给泉水的滞后期小于35 d.而对井水的补给滞后时间以及土壤水对地下水的补给量还需进一步研究.     

新疆玛纳斯河流域平原区地下水水文地球化学特征研究

地下水是玛纳斯河流域主要的供水水源,为宏观掌握该区地下水化学特征,了解区域地下水主要形成过程,运用舒卡列夫分类法、数学统计法、吉布斯图、离子比及同位素的方法,在分析玛纳斯河流域平原区典型剖面的地下水水化学常量组分、吉布斯图、离子比和同位素特征的基础上,进行了研究区水文地球化学特征研究。结果表明:研究区潜水和承压水水力联系紧密;从上游、中游到下游,潜水、承压水的δ18O、δD值逐渐增大。地下水形成主要受蒸发浓缩、大气降水及碳酸盐岩和硫酸盐岩的溶滤作用。     

宁夏清水河上游浅层地下水咸化作用研究

认识干旱区地下咸水的形成机制对水资源管理和规划具有重要意义。在宁夏清水河平原上游采集52组浅层地下水化学样品和8组易溶盐样品,分析了地下水咸化的水文地球化学作用,利用元素质量平衡法计算了各作用对地下水盐分的贡献比率。结果表明：沿径流方向,地下水咸化程度呈增加趋势。咸化作用主要为岩石风化,并具空间分异,在补给区以碳酸盐风化为主,在强径流区硫酸盐风化占优,在弱径流区硫酸盐和岩盐风化共同提供了68%～93%的盐量。随着地下水TDS增加,蒸发岩贡献比率上升,碳酸盐和硅酸盐贡献比率下降。蒸发岩风化是导致浅层地下水咸化的首要因素。     

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。     

滇东黔西地下水氢氧同位素特征

通过大气降雨氢氧同位素进行分析,得出了滇东黔西的大气降水线为δ(D)=7.848δ(~(18)O)+11.00,地下水氢氧同位素组成落在滇东黔西大气降雨线附近,说明研究区地下水是由大气降雨补给。从贵州中部向西云南昆明,地下水中越来越贫重同位素,显示夏季滇东黔西地区大气自东向西运移的特点。研究区自东向西地下水中氧漂移越来越明显,说明自黔西到滇东水岩作用越来越强烈。研究区氘过量系数d为9.9,显示了滇东黔西地区不平衡蒸发强烈。滇东黔西地区地下水出露高程和δ~(18)O值的关系为δ~(18)O(‰)=-0.00259H-5.657,地下水出露高程与δD值得关系为δD(‰)=-0.0236H-31.08。即在滇东黔西地区海拔每上升100m,地下水中δ~(18)O值下降0.259‰,δD值下降2.36‰。