鄂尔多斯高原地下水流系统的多层结构循环模式——来自深孔中PACKER系统分层水头测定的证据

地下水流系统和循环模式分析是研究地下水形成机理的基础,对正确认识和评价地下水资源具有重要意义.鄂尔多斯高原在含水系统和众多地下水排泄区的控制下,形成了多个不同规模、不同循环深度、相互独立的地下水流系统.PACKER系统分层试验测定的不同深度水头的数据证明,鄂尔多斯高原地下水流系统存在托斯多层水流模式,区域性水流系统一般包含浅循环,中间循环和深循环3个循环系统.浅循环系统的发育深度在200m以内,深循环系统的发育深度大于400m.     

地下水分层勘查技术在地下水流系统研究中的应用

地下水流是一种运动流体,空间上分布连续且能传递压力,在能量(势)差驱使下发生从水头高处向低处的运动.通常在补给(势源)区,地下水垂向上由上向下运动,而在排泄(势汇)区地下水由下向上运动,即地下水整个生命过程中总是由源到汇、向着能量减小的方向做径流运动,无论是在单个或多个透水岩层中都是如此.地下水分层勘查技术使在垂向上分...     

地下水流系统理论与研究方法的发展

地下水流系统理论的提出,推动了现代水文地质学的发展。以Tóth经典地下水流系统理论建立方法为基础,综述了基于Tóth方法的地下水流系统的模拟成果,分析了Tóth方法得出的水流模式与控制因素的关系,以及地下水流系统理论从概念到实际应用的发展。同时,对中国地质大学(武汉)提出的地下水流系统通量上边界模拟方法也进行了系统论述,在物理模拟实验与数值模拟基础上,认为通量上边界分析方法是对Tóth方法的改进与完善,有利于对地下水流系统发育的物理机制理解;该方法能够更全面认识地下水流系统模式及其转化,定量出各影响因素对地下水流模式的控制关系。最后指出地下水流系统理论是当代水文地质学的核心概念框架,应该重视地下水流系统理论物理机制和数学模拟方法的研究,加强新技术方法的引入,拓宽其应用领域的研究等。     

不同地下水流系统模式渗流场和温度场的互相影响

在地热资源丰富的地区,需要研究不同地下水流系统发育模式下渗流场和温度场的互相影响.基于二维潜水盆地多源汇的数值模拟和室内砂箱实验,改变降雨入渗强度,通过砂箱底部加温研究上下边界不同温度差条件下的渗流场和温度场的变化.研究结果表明:①随着降雨入渗强度加大,地下水流速增大,地下水流系统由单一区域系统向复杂的局部+区域、局部...     

鄂尔多斯盆地多级次地下水流系统中硝酸盐分布特征及其成因

水资源短缺的鄂尔多斯盆地内地下水遭受硝酸盐(NO3-)污染等问题日益突出,识别盆地不同地下水流系统的NO3-分布规律及其成因,对地下水资源的合理利用与保护具有重要意义.选取鄂尔多斯盆地北部湖泊集中区白垩系地下水系统为研究对象,基于水化学和聚类 主成分分析划分地下水流系统级次,在此基础上对比分析不同级次地下水流系统中NO3-分布特征,综合水化学和环境同位素分析识别多级次地下水流系统中NO3-来源及其潜在过程.研究表明:研究区ρ(NO3)超出地下水质量标准(GB/T 14848-2017)Ⅲ类水标准的地下水样品集中在局部-中间地下水流系统,其超标率达到28％;区域地下水流系统中ρ(NO3)均值约为1 mg/L.研究区不同级次地下水流系统中ρ(NO3-)分布特征主要与人类活动影响程度有关,而地下水蒸发富集和反硝化衰减作用对ρ(NO3-)的影响可以忽略.其中,局部-中间地下水流系统受到人类活动产生的污染影响显著,其NO3-污染主要来源于无机铵肥和粪便污水等;区域地下水流系统可能尚未受到人类活动污染,其NO3-来源于天然有机氮矿化.     

多级次地下水流系统的最小能耗率原理初探

20世纪60年代初期,Tóth基于定水头上边界条件推导出解析解,得出多级次地下水流系统,是水文地质学里程碑式的突破,成功地解决了一系列理论和实际问题.但T6th解析解存在的缺陷也长期沿袭:单纯重视数学模拟而忽视物理机制;将地形控制地下水位看成是普适性规律;忽视给定水头上边界数学模拟的失真.这些缺陷,尤其是忽视物理机制探...     

含水层层状非均质对地下水流系统的影响

区域尺度上含水层非均质具有复杂的结构性和随机性,难以准确刻画,造成非均质对区域地下水流系统的影响机制研究不够深入。本文以鄂尔多斯盆地白垩系地下水流系统为研究实例,选择典型剖面,采用剖面二维随机数值模拟方法,通过对比不同非均质刻画方法下地下水流场的变化,探讨含水层层状非均质对地下水流系统的影响机制。结果显示,均质条件下模型各向异性（含水层水平和垂向渗透系数比值Kh/Kv）取值为1000时,地下水流场与实际条件较为接近;非均质条件下,渗透系数方差取值0.91,水平相关长度取值5000 m,Kh/Kv取值150时,接近实际条件。研究表明,在大尺度地下水流模拟研究中,采用水平相关长度、渗透系数方差和各向异性值三个变量生成的随机场能很好地刻画含水层的层状非均质特征及其对水流系统的影响控制作用。由于含水层不同尺度层状非均质的叠加效应,采用均质各向异性介质等效概化含水层层状非均质性会造成等效各向异性值偏大失真的效应。     

基于地下水流系统理论的岩溶隧道涌突水来源及路径分析

双龙洞是国家重点风景名胜区,拟建金华山隧道位于浙江省金华市双龙洞景区北东向约12 km处,金华山隧道的开挖将可能导致双龙洞景区岩溶水的疏干,同时隧道也可能遭受岩溶涌突水的安全隐患.基于地下水流系统理论,结合研究区水文地质条件调查成果,岩溶地下水流系统的划分,隧道出口段关键岩溶分布区地质结构的分析,以及水文地球化学测试分...     

鄂尔多斯盆地东北部天桥岩溶地下水区域模型与嵌套模型

如何评价陕北能源化工基地黄河西岸非完整岩溶水系统的地下水资源是一个难点。通过建立区域模型（1km×km）和嵌套水源地模型（100m×100m）,利用大尺度的区域模型为小尺度的精细水源地模型提供边界水头。通过6种不同的开采方案模拟的结果,分析了黄河西岸水源地开采对周边水源地和区域地下水系统的影响,确定了天桥岩溶系统中各子泉域之间的相互关系和万家寨水库蓄水对地下水循环补给的影响,评价黄河西岸水源地可开采资源量为60×104m3/d。     

基于数值模型的地下水水位预警体系研究——以临汾盆地为例

地下水是中国许多城市主要的供水水源,对地下水的过量开采将导致地下水降落漏斗、地面沉降和地裂缝等环境地质问题.进行地下水水位预警体系的研究对于合理开发和有效利用地下水资源具有重要的现实意义,笔者以临汾盆地为例,根据当地的水文地质条件,利用数学模型建立了地下水水位预警体系,研究结果可为当地水资源的可持续利用提供科学依据.     

数值模拟在岩溶塌陷预警系统建设中的应用 ——以临沂市城区岩溶塌陷为例

岩溶塌陷是近年来频发的主要地质灾害类型之一,其发生、发展主要受岩溶水不合理开采所致,水位是影响岩溶塌陷的重要因素.文章以临沂市城区岩溶塌陷为例,探讨在建立完善的监测网络基础上,通过水文地质模型模拟城区一带的岩溶塌陷区水位的变化趋势,预测分析可行的地下水开采方案,建立起完整的岩溶塌陷动力预警系统,为减少或避免岩溶塌陷的发生提供了科学依据,也为同类地质灾害的监测、预警、预防提供了借鉴模式.     

Effect of estuarine flow on ocean circulation using a coupled coastal-bay estuarine model: an application to the 1999 Orissa cyclone

A coupled coastal-bay estuarine numerical model is described and applied to investigate the combination of wind-estuarine driven circulation off the Orissa coast. The model is based on coupling of a 2-dimensional estuarine model with a 3-dimensional coastal-bay model. The models are linked through the elevation at the interface. Using the coupled model, the numerical experiments are carried out to elicit the dynamical linking between the estuarine outflow and the coastal ocean to simulate the ensuing adjoining coastal circulation. During the southwest monsoon, it is noticed that the estuarine discharge from the northern head-bay river system and the river systems that join the Bay of Bengal along the Orissa coast would sufficiently modify the coastal circulation along the coast. Numerical experiments are also carried for the model simulation of surges generated by the 1999 Orissa cyclone. It is shown that the estuarine system would influence significantly on surge development and associated inundation through the rivers.     

Nitrate pollution from agriculture in different hydrogeological zones of the regional groundwater flow system in the North China Plain

A survey of the quality of groundwater across a broad area of the North China Plain, undertaken in 1998 to 2000, indicates that nitrate pollution is a serious problem affecting the drinking water for a vast population. The use of nitrogen (N)-fertilizer in agriculture has greatly increased over the past 20 years to meet the food needs of the rapidly expanding population. During the study, 295 water samples were collected from wells and springs to determine the water chemistry and the extent of nitrate pollution. High concentrations of nitrate, especially in a recharge area along the western side, but also in the vicinity of Beijing and locally in other parts of the plain, pose a serious problem for the drinking water supply. In places, the nitrate concentration exceeds the maximum for safe drinking water of 45 mg/L. The intense use of N-fertilizer and the widespread use of untreated groundwater for crop irrigation contribute greatly to the problem, but no doubt the disposal of industrial and municipal waste into streams and infiltrating the aquifer also contribute to the problem; however, the lack of data prevents evaluation of those sources. In the recharge area, nitrate is found at depths of as much as 50 m. Near Beijing, relatively high concentrations of nitrate occur at depths of as much as 80 m. In the discharge area, in the vicinity of the Yellow River, high concentrations of nitrate occur at depths of <8 m.

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Resumen Contaminacíon de nitratos a causa de prácticas agrícolas en diferentes zonas hidrogeológicas del sistema de flujo regional de aguas subterráneas en la planice del norte de China. Un estudio de la calidad del agua subterránea en una zona amplia de la planice del norte de China se llevó a cabo entre 1998 y el año 2000. Este estudio indica que la contaminación de nitratos es un problema grave que afecta el agua potable de una vasta población. El uso de fertilizantes a base de nitratos en la agricultura ha aumentado considerablemente durante los últimos 20 años para satisfacer las necesidades alimentices de la creciente población. Durante el estudio, se tomaron 295 muestras de pozos de agua y manantiales para determinar la química de las aguas y el grado de contaminación por nitratos. Altas concentraciones de nitratos, especialmente en una zona de recarga a lo largo del lado oeste, asì como en la cercanía a Pekín y en zonas locales en otras partes de la planicie, presentan un problema serio al sumunistro de agua potable. En ciertos lugares, la concentracióon de nitratos excede el nivel máximo de seguridad para el agua potable 45 mg NO₃/L. El intenso uso de fertilizantes de nitratos y el abundante uso de agua subterránea sin tratamiento para la irrigación de cultivos contribuyen sustancialmente al problema. Sin embargo, sin lugar a dudas, la descarga de deshechos industriales y municipales en arroyos y en el acuífero también contribuyen al problema. La falta de datos impide la evalución de dichas fuentes. En la zona de recarga se encuentran nitratos hasta los 50 m de profundidad. Cerca a Pekín, concentraciones relativamente altas de nitrato ocurren hasta los 80 m de profunidad. En las zonas de descarga afectadas por el Río Amarillo las concentraciones altas de nitrato se encuentran solamente a menos de 8m de profundidad.

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Resumé Une campagne dévaluation de la qualité de leau souterraine entreprise entre 1998 et 2000 à travers une vaste étendue de la plaine du nord en Chine indique que la pollution par les nitrates est un problème sérieux qui affecte la qualité de leau souterraine pour une abondante population. Lutilisation de fertilisants azotés pour lagriculture a augmenté considérablement durant les 20 dernières années afin de rencontrer les besoins alimentaires dune population à forte croissance. Lors de cette étude, 295 échantillons deau ont été prélevés dans des puits et sources naturelles afin de déterminer la composition chimique de leau souterraine ainsi que létendue de la pollution par les nitrates. Des concentrations élevées de nitrates, en particulier dans une zone de recharge le long de la limite ouest de la plaine, mais aussi dans la région de Beijing et sporadiquement dans la plaine, posent de sérieux problèmes à la consommation de leau souterraine. A certains endroits, la concentration en nitrates excède la valeur maximale acceptée pour la consommation qui est de 45 mg NO₃/L. Lutilisation intensive de fertilisants azotés ainsi que lutilisation répandue deau souterraine non traitée pour lirrigation contribuent pour beaucoup au problème, mais il ne fait pas de doute que le rejet des déchets municipaux et industriels dans les rivières et aquifères y est aussi pour quelque chose. Par contre, le manque de donnés ne permet pas dévaluer la contribution de chacune de ces sources. Dans la zone de recharge, les nitrates se retrouvent à des profondeurs allant jusquà 50 m. Près de Beijing, des concentrations relativement élevées de nitrate ont été mesurées à des profondeurs allant jusquà 80 m. Enfin, dans la zone démergence affectée par la rivière Jaune, les fortes concentrations se retrouvent à une profondeur maximale de 8 m.

     

湖相重力流水道沉积特征与沉积模式:以鄂尔多斯盆地瑶曲铁路桥剖面三叠系延长组为例*

陆相深水重力流水道的类型细分及其沉积模式是制约其油气勘探开发的重要因素,但研究程度低。通过对鄂尔多斯盆地南缘瑶曲铁路桥剖面三叠系延长组实测、水道形态参数统计及岩相、粒度等分析,开展了湖相重力流水道的沉积特征、沉积过程及沉积模式研究。结果表明:(1)研究区内可识别出4期复合水道,主要为洪水重力流成因。根据其内部单一水道及单砂体形态特征、岩相组成,将其细分为沉积型和过渡型两类。(2)剖面下部2期复合水道为沉积型,以悬浮载荷成因岩相为主,常见块状净细砂岩、薄层泥岩岩相组合和鲍马序列岩相组合;上部2期复合水道为过渡型,岩相以底床载荷与悬浮载荷共存为特征,自下而上以交错层理细砂岩或叠瓦状泥砾细砂岩与含泥砾/泥岩撕裂屑块状细砂岩、平行层理粗粉砂岩及薄层泥岩的岩相组合为特征。(3)结合单一水道规模及其相互关系,建立了区内过渡、沉积型重力流水道的半定量沉积模式。过渡型水道内部侵蚀与沉积作用共存,单一水道宽度小、宽厚比低,呈透镜状,水道间切割性强,砂体横向稳定性较低,表现出不定向叠加、侧向拼接样式;沉积型水道内部由沉积作用主导,单一水道宽度较大、宽厚比较高,呈似板状—透镜状,砂体横向稳定性较高,表现出稳定的垂向加积样式。     

山西柳林泉域地下水化学信息的因子—克立格分析

本文尝试将因子分析与克立格法相结合,用以分析柳林泉域地下水化学资料,获取到地下水成因,循环深度等方面的信息。研究表明,因子－克立格法是一种有效,实用的研究区域水文地质问题的分析方法。     

The southeastern border of the Upper Rhine Graben: a 3D geological model and its importance for tectonics and groundwater flow

A 3D geological model of the area east of Basel on the southeastern border of the Upper Rhine Graben, consisting of 47 faults and six stratigraphic horizons relevant for groundwater flow, was developed using borehole data, geological maps, geological cross sections, and outcrop data. This model provides new insight into the discussions about the kinematics of the area between the southeastern border of the Upper Rhine Graben and the Tabular Jura east of Basel. A 3D analysis showed that both thin-skinned and thick-skinned tectonic elements occur in the modeled area and that the Anticline and a series of narrow graben structures developed simultaneously during an extensional stress-field varying from E–W to SSE–NNW, which lasted from the Middle Eocene to Late Oligocene. In a new approach the faults and horizons of the 3D geological model were transferred into discrete elements with distributed hydrogeological properties in order to simulate the 3D groundwater flow regime within the modeled aquifers. A three-layer approach with a horizontal regularly spaced grid combined with an irregular property distribution of transmissivity in depth permitted the piezometric head of the steady-state model to be automatically calibrated to corresponding measurements using more than 200 piezometers. Groundwater modeling results demonstrated that large-scale industrial pumping affected the groundwater flow field in the Upper Muschelkalk aquifer at distances of up to 2 km to the south. The results of this research will act as the basis for further model developments, including salt dissolution and solute transport in the area, and may ultimately help to provide predictions for widespread land subsidence risks.     

浅水三角洲沉积体系与储层岩石学特征

浅水三角洲已经成为当前沉积学研究和油气勘探的重点领域,浅水三角洲常规和非常规砂岩储层中发现了丰富的油气资源。鄂尔多斯盆地中—古生界发育大型浅水三角洲沉积,结合岩芯、测井、分析化验等资料,对盆地西部地区山1—盒8段浅水三角洲的母岩特征、沉积充填、砂体展布与储层岩石学特征进行研究,为研究区常规砂岩储层和致密砂岩油气勘探提供地质依据。分析表明,研究区南部和北部砂岩重矿物组合相似,以锆石和白钛矿为主。综合La/Yb-REE与Dickinson三角图解、稀土元素配分模式和碎屑锆石定年分析认为,北部物源主要来自盆地西北部阿拉善古陆太古界和元古界花岗岩、片麻岩、石英砂岩,向南影响到陇东地区北部;南部物源主要来自盆地南部北秦岭地区太古界、元古界花岗岩、片麻岩和片岩,向北影响陇东地区中南部。山1段发育曲流河三角洲,盒8段发育辫状河三角洲,孤立型与垂向叠置型水下分支河道砂体是主要的砂体类型。盒8段沉积时期,古湖泊可能萎缩;南北物源形成的三角洲在研究区中部环县东南一带交汇混合。砂岩类型主要为岩屑质石英砂岩、石英砂岩和岩屑砂岩,结构成熟度中等—较差。砂岩成岩改造强烈,水—岩反应复杂,压实作用是储层致密化的主因,多期胶结作用使砂岩的孔喉结构变得十分复杂。孔隙类型以微米—纳米级的岩屑溶蚀孔、剩余粒间孔和高岭石晶间孔为主,整体上属于非常规致密砂岩储层。砂体分布与“甜点”预测是研究区致密油气勘探的关键。