京津冀平原区地下水水位变化主导因素的定量识别研究

自20世纪60年代以来,京津冀平原区地下水水位持续下降,制约着京津冀一体化的发展。为了识别地下水水位下降的主导因素,定量表征了影响水位动态的气候条件和人类活动的多项指标(包括降水、气温、水面蒸发、工业总产值、粮食产量、人口数量、地表径流量),并采用非参数统计检验方法(M-K法)阐明了近50年来各项指标的演化规律;在掌握研究区自然社会指标及地下水水位的动态规律的基础上,联合运用灰色系统理论和主成分回归分析方法,定量识别了地下水水位变化的主导因素。结果表明,近50年,研究区降水呈现下降趋势,气温呈现显著的上升趋势,水面蒸发呈现增加趋势,工业总产值、粮食产量、人口数量呈现增加趋势,由于山前水库修建引起的地表径流量呈现减小趋势;上述指标变化影响了研究区的地下水水位动态,其中逐渐加剧的人类活动(包括粮食产量、人口数量)构成了研究区地下水水位持续下降的最主要驱动力,对地下水水位下降的贡献度达到60.6%,气候条件对地下水水位下降的影响作用次之,其贡献度为39.4%。     

黑河流域地下水循环演化规律研究

大量野外调查研究表明，气候变化和人类活动对黑河流域地下水循环和更新演变具有重要影响；平原区浅层地下水主要是现代水补给，35％来自祁连山区基岩裂隙水通过地表径流转化补给，其他是降水和冰雪融水在山前戈壁带入渗补给，具有较强的更新能力；深层承压水主要形成于地质历史时期区域性补给，与现代水循环有联系；中游区人类活动是造成下游区地下水补给能力减弱、地下水水位持续下降和生态环境退化的重要因素。因此强化中游区人类活动的科学调控，是实现黑河流域地下水可持续利用和下游区生态环境有效保护的关键。     

白洋淀湿地地下水系统水化学变化特征及演化模式

在气候变化和人类活动影响下探究区域地下水系统水化学特征及演化规律,对于揭示地下水循环变化、水资源安全与管理、区域生态环境保护等具有重要作用.本研究以白洋淀湿地地区为研究对象,通过对比分析地表水、地下水水化学特征及空间分布规律,研究白洋淀地区地下水系统水化学演化作用及分区模式.研究结果表明白洋淀地区地表水、地下水水化学具...     

滦河三角洲浅层地下水水化学特征分析

查明滦河三角洲浅层地下水化学特征,对浅层地下水进行取样测试,对测试结果采用SPSS、Aquchm、MAPGIS等软件进行水化学特征分析。结果表明滦河三角洲地区浅层地下水化学类型以HCO3-Ca型水为主,北部山前扇顶部,地下水化学演化过程以溶虑作用为主。受人类活动等外界因素影响,地下水水质随时间变化较大。地下水中的阳离子中的Ca^2＋、Mg^2＋与阴离子HCO3^-含量相对稳定,Na^＋与Cl^-相关性显著。     

张掖盆地分层地下水动态特征及其影响因素研究

地下水动态变化规律受到河流入渗补给、人工开采、蒸发等诸多因素影响,分析其变化规律对于正确进行地下水资源管理具有重要意义,而分层地下水动态变化规律也能反应区域的补给和开采情况。本文以黑河干流中游地区分层地下水监测孔的监测数据为依据,分析了不同层位地下水动态变化规律,并指出了其水文地质意义。对监测数据的分析结果表明:在补给区,上层水位高于下层水,河水首先补给上层水,对上层水的影响要大于下层;在排泄区,下层水位高于上层水,地下水开采以上层水为主;人类活动对局部地下水流动系统影响比较明显。     

伊犁河支流大西沟河水与地下水转化关系研究

开展河流和地下水转换关系研究对于区域水资源合理开发利用具有重要意义。文章以大西沟河水与地下水转换关系为目标,在分析地下水动力场的基础上,通过水化学类型、溶解性总固体(TDS)、氯离子（Cl-）等水化学以及环境同位素18O、D、T等指标作为示踪剂,分析大西沟河和地下水的转换关系和转化强度。结果表明:研究区河流和地下水化学类型主要为HCO3—Ca,水化学类型空间分布特征相似;TDS和Cl-浓度表现为先增加后下降,但地下水的变化幅度大于河水。通过对大西沟河水和地下水中的水化学和环境同位素指标对比分析,发现研究区河流与地下水之间补给排泄关系具有明显的分段性;从河流出山口到下游地区,河水和地下水之间发生了三次转化关系:在山前倾斜砾质平原区以河水入渗补给地下水为主,补给量占该段潜水径流量的56%;到了细土平原区出现地下水补给河水地段,补给源为承压水越流补给潜水后的混合水体,潜水和承压水补给比例占该段河水径流量的20.4%与58.4%;风成沙漠区河水沿途渗漏补给地下水直至河流断流。本次研究结果为建立研究区水循环演化模式和水资源合理开发利用提供了理论和技术支持。     

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。     

保定平原区地下水化学特征及演化

为揭示保定平原地下水水化学特征及演化规律,本文以保定平原为研究对象,对216组地下水样水化学特征进行了分析。综合运用Piper三线图、Gibbs图、相关离子分析等方法,研究了保定平原区深浅层地下水化学组成及水化学类型空间分布特征,识别了水化学形成机制与控制作用,在此基础上分析了水化学演化的成因。结果表明：沿地下水径流方向,浅层地下水与深层地下水主要离子含量呈现明显的递变规律,TDS、Na+、Mg2+、Cl-、SO2-4、HCO-3含量逐渐升高,K+、Ca2+逐渐降低,地下水优势阳离子Ca2+主导地位逐渐被Na+代替,优势阴离子HCO-3主导地位逐渐向Cl-过渡。地下水化学特征主要受水岩作用、阳离子交替吸附作用以及人类活动共同影响,水岩作用以碳酸盐岩和铝硅酸盐岩共同溶滤作用为主;浅层地下水受人类活动影响较大,影响离子主要为NO-3,集中分布于补给区,除了与农业活动相关外,主要与山前平原岩性颗粒粗,具有较强的渗透性有关。     

保定平原区地下水化学特征及演化

为揭示保定平原地下水水化学特征及演化规律,本文以保定平原为研究对象,对216组地下水样水化学特征进行了分析。综合运用Piper三线图、Gibbs图、相关离子分析等方法,研究了保定平原区深浅层地下水化学组成及水化学类型空间分布特征,识别了水化学形成机制与控制作用,在此基础上分析了水化学演化的成因。结果表明：沿地下水径流方向,浅层地下水与深层地下水主要离子含量呈现明显的递变规律,TDS、Na+、Mg2+、Cl-、SO2-4、HCO-3含量逐渐升高,K+、Ca2+逐渐降低,地下水优势阳离子Ca2+主导地位逐渐被Na+代替,优势阴离子HCO-3主导地位逐渐向Cl-过渡。地下水化学特征主要受水岩作用、阳离子交替吸附作用以及人类活动共同影响,水岩作用以碳酸盐岩和铝硅酸盐岩共同溶滤作用为主;浅层地下水受人类活动影响较大,影响离子主要为NO-3,集中分布于补给区,除了与农业活动相关外,主要与山前平原岩性颗粒粗,具有较强的渗透性有关。     

中国东北松嫩平原地下水水化学特征与演变规律

在全球气候变化和高强度人类活动的影响下,松嫩平原地下水环境日益恶化,已成为制约生态环境建设和经济社会发展的重要因素。选取具有典型代表意义的洮儿河流域作为研究区,对地下水进行系统取样分析,综合运用描述性统计、相关性分析、离子比例系数和Piper三角图示法,全面系统地研究地下水水化学的时空变异特征与演变规律,揭示了风化溶滤、蒸发浓缩、阳离子交换和人为混合是控制地下水质演变的主要水文化学过程,从而为流域乃至松嫩平原盐渍土区水资源可持续开发利用和管理提供科学依据。     

利用稳定同位素识别黑河流域地上水的补给来源

本文利用稳定同位素(2H和18O)及水化学方法识别黑河流域地下水的补给来源,估算黑河水与地下水的转化数量.研究结果表明,黑河流域地下水的主要补给来自山区出山河流,山前戈壁带是地下水快速补给区,中下游盆地地下水补给来源为引河灌溉和河流侧渗.黑河干流出山河水在张掖以上河段约4.4×108 m3/a渗漏补给地下水,约占出山迳流量的27%.张掖一正义峡河段道地下水向河道平均排泄量为11.4×108 m3/a,占该段河流迳流量的69%.研究成果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.     

人类活动影响下的大同市浅层地下水环境演化

在系统分析、整理研究区20多年来地下水水位和水质资料的基础上，研究了人类强烈活动影响下的水水位、水质的时空演化规律；分析了大同市在人类活动影响下的地下水环境演化规律；认为日益增强的人类活动是影响城市地下水资源短缺和水质恶化的重要因素；探讨了大同市水文地球化学的分带性，即把研究区分为地下水补给区（未受影响带）、地下水径流区（工业活动影响带）以及地下水排泄区（农业活动影响带）。这些研究可为大同市地下水政策的制定和实施提供科学的理论依据。     

黑河流域中游盆地地下水动态特征及其调蓄能力分析

40 多年来,我国西北地区大规模的地下水开发利用造成了部分地区地下水水位持续下降甚至泉水干涸,部分地区地下水仍能维持动态稳定,判断这类地区水资源开发利用是否具有可持续性是必须解决的重大科学问题。以黑河流域中游盆地作为研究对象,采用MK检验和连续小波分析等方法,分析长时间序列地下水水位数据的变化特点,研究区域地下水动态特征;结合区域水文地质条件,综合划分黑河流域中游盆地地下水补排平衡区与非平衡区;利用克里金插值法估算1990—2020 年盆地含水层对水资源的调节水量,并评价不同动态平衡区的调蓄能力。结果显示,黑河流域中游盆地地下水水位动态类型有:水文型、水文-开采型、开采型和蒸发-开采型4种长周期动态稳定型,过量开采型或上游过度引用地表水型2 种长周期持续下降型。黑河-梨园河倾斜平原、酒泉盆地和黑河中游下段侵蚀堆积平原的大厚度含水层是黑河流域中游盆地的地下水补排平衡区,其在1990—2001 年共输出地下水12.06×108 m3,2001—2020年共储存地下水9.06×108 m3。大厚度含水层为地下水的长周期调蓄提供了充足的空间,在合理控制开采量的前提下,该类含水层的天然调蓄能力可满足生产生活和下游生态用水需要。盆地地下水补排非平衡区,如黑河以东诸河倾斜平原、盐池盆地和榆木山山前诸小河流域等地区,目前的地下水开发利用方式和强度是不可持续的,应适当减少地下水开采量,调节盆地上游的引水量和开采量,抑制地下水资源枯竭。本研究成果可为西北干旱内陆地区水资源管理和持续开发利用提供参考。     

我国气候变化对地下水资源影响研究的主要进展

为了推动我国关于气候变化对地下水影响的深入研究,列举了关于气候变化对地下水影响的研究方法,包括包气带和含水层环境示踪技术,研究地下水及其沉积物的物理化学指标,地表水-地下水耦合数值模拟技术等;综述了我国华北地区(北京市、滹沱河流域、海河流域、滦河下游地区、黄淮海平原、临汾盆地、鄂尔多斯盆地、黄河下游地区、大同盆地、北方岩溶泉域)、西北地区(塔里木下游地区、三工河流域、阿克苏河绿洲、黑河流域、石羊河流域、河西走廊、巴丹吉林沙漠)和东北地区(吉林中部平原地区、三江平原)等典型区域气候变化(气温、降水、蒸发)对地下水水位、补给量与排泄量(泉流量、开采量)、水化学成分、水温、同位素组成的影响;提出了气候变化条件下合理利用和管理地下水资源的若干对策,包括减缓温室效应引起的全球气候变暖对未来地下水资源产生不利影响,定量化研究气候变化和地下水之间的相互关系,应用高新技术开展地下水资源脆弱性的研究,充分利用灌区地下含水层的调蓄作用,通过地表水与地下水的联合利用控制水盐平衡、涵养地下水源,节约农业、工业和生活用水等。     

趵突泉泉域岩溶水典型污染组分变化特征及污染途径

济南趵突泉水闻名天下,自20世纪50年代以来岩溶地下水水质发生较大变化。利用收集与实测的近60年的水化学数据,选取矿化度、NO3-、SO42-、Cl-典型水化学指标,结合水文地质条件及人类活动影响,对山前三个典型富水地段岩溶地下水化学变化特征进行研究,并揭示泉域西部、中部、东部三个富水地段岩溶水水质污染途径。结果表明,1986年以前,三富水地段水质变化特征相似,均呈小幅增长趋势,而1986年以后差异显著。其中,西部富水地段除90年代以外,岩溶水中典型污染组分含量总体涨幅较小,地下水主要污染途径为点源—表流阶段入渗型;中部富水地段岩溶水中典型污染组分呈稳步增长趋势,地下水主要污染途径为面源—降雨间歇入渗型;东部富水地段岩溶水中常规离子组分涨幅最大,地下水主要污染途径为点源—开采越流入渗型。研究结果对泉域三个富水地段岩溶地下水保护具有重要指导意义。      

保定市一亩泉漏斗区地下水水化学特征演变及驱动机制解析

笔者等在对比分析一亩泉漏斗区地下水开采前—开采中—压采全过程地下水水化学特征基础上,综合利用数理统计分析、离子比例分析、水文地球化学模拟技术,揭示了漏斗区地下水水化学特征演化规律,解析了水化学特征演变驱动机制。结果表明,研究区地下水水化学特征演化表现出阶段性,在开采初期至压采初期,水化学类型、TDS、总硬度保持稳定,水化学类型以HCO^-₃—Ca²⁺·Mg²⁺型为主;在漏斗恢复期地下水水化学类型种类增多,TDS和总硬度显著增大,表现出向盐化和硬化方向演化趋势;1960～2010年研究区地下水水化学成分主要受脱白云石化作用、阳离子交换作用控制,呈自然演化规律;2010年以后,在漏斗恢复背景下,包气带中水岩相互作用过程加剧,地下水水化学演变受溶滤作用和离子交换作用控制,人类活动对地下水水化学特征的影响逐渐显现。研究结果可为漏斗区地下水保护与修复提供科学依据。     

保定市一亩泉漏斗区地下水水化学特征演变及驱动机制解析

本文在对比分析一亩泉漏斗区地下水开采前—开采中—压采全过程地下水水化学特征基础上,综合利用数理统计分析、离子比例分析、水文地球化学模拟技术,揭示了漏斗区地下水水化学特征演化规律,解析了水化学特征演变驱动机制。结果表明,研究区地下水水化学特征演化表现出阶段性,在开采初期至压采初期,水化学类型、TDS、总硬度保持稳定,水化学类型以HCO-3—Ca2+·Mg2+型为主;在漏斗恢复期地下水水化学类型种类增多,TDS和总硬度显著增大,表现出向盐化和硬化方向演化趋势;1960~2010年研究区地下水水化学成分主要受脱白云石化作用、阳离子交换作用控制,呈自然演化规律;2010年以后,在漏斗恢复背景下,包气带中水岩相互作用过程加剧,地下水水化学演变受溶滤作用和离子交换作用控制,人类活动对地下水水化学特征的影响逐渐显现。研究结果可为漏斗区地下水保护与修复提供科学依据。     

应用水化学方法识别人类活动对地下水水质影响程度:以柳江盆地为例

近年来,我国地下水水质受人为与自然双重因素的影响正不断恶化。其中,人类活动作用影响尤为突出。应用水化学方法识别人类活动对地下水水质影响的程度主要依据人类活动导致地下水化学特征的变化,通过其变化程度的大小从而得出人类活动影响强度的大小。该方法基于地下水化学指标背景值的获取技术,充分考虑各水化学指标之间的联系,利用反映水化学演化特征的5种水化学图与马氏距离相结合,识别并量化异常,最终得出影响程度分级。评价结果不仅可识别出无明显地表污染源引发的水质变化,量化人类活动对地下水水质影响程度,还能预测地下水受污染潜在风险。在柳江盆地的应用结果表明,该地区地下水水质受到人类活动影响比较大的区域主要分布在南部石门寨镇及北部驻操营镇,且南部较北部地区影响程度更为严重,这与研究区人口分布密集度及煤矿分布区域较为吻合。对比研究区水质图可知,驻操营北部及东部落地区地下水可能遭受污染的风险较大。该方法与根据某些指标的变异程度进行识别的方法相比,评价结果可靠程度更高,且以背景值获取方法为基础,得出的异常程度分级更具科学性。     

对天山山前地下水库开发利用的认识

针对天山山前三工河流域不同水文地质单元区的地下水动态分析人手,对流域大力开发山前地下水库,造成其水位持续下降对潜水溢出带环境的改变和水位最终保持稳定的现象进行探讨分析,结合流域生态环境趋于良性发展的现实,从保护流域生态环境和社会发展的角度出发,提出开发三工河流域山前地下水库必须保持潜水溢出带有相对较高的稳定水位,山前地下水库中心控制开采水位在数值上应不低于潜水溢出带处的地面高程。三工河流域40多年开发利用地下水的模式对流域社会经济发展和环境的贡献,可为相似于三工河流域的地区开发利用地下水资源提供借鉴和经验。     

气候变化与人类活动对渭河源区近30年径流量影响研究

利用渭河源区渭源水文站和气象站1981—2010年气温、降水、蒸发以及径流实测资料,运用坎德尔秩次相关、斯波曼秩次相关、线性趋势回归检验法对水文气象要素变化趋势进行检验,利用双累积曲线以及累积距平曲线找出年径流量突变年份,运用定量分析法计算气候变化与人类活动对径流量变异的贡献程度。结果显示:渭河源区年均降水量与年径流量均呈减少趋势,年均气温与年蒸发量呈显著上升趋势;渭河源区年均气温、年均降水量、年蒸发量、年径流量均发生显著性突变;年均降水量与年径流量相关性最高,降水量是影响渭河源区年径流量衰减主要气象因素;气候变化与人类活动对径流量变化的贡献率分别为23.2%和76.8%。人类活动是渭河源区流域径流量变异的关键驱动因素,对径流量变化的影响远大于气候变化影响程度。