北大河流域地下水化学演化与补给特征

综合运用水文地球化学与同位素技术研究北大河流域地下水演化规律,研究区地下水水化学类型从上游到下游由HCO-3型向SO2-4-HCO-3型变化,再过渡到SO2-4型;随着矿化度增大,各离子出现不同的增减速度,白云石和硬石膏的溶解引起Mg2+、SO2-4增加,阳离子交换作用对Na+影响较大,Ca2+则受矿物溶解沉淀及离子交换等的共同影响,另外,蒸发浓缩也是影响研究区水化学的一个重要因素。地下水稳定同位素分布范围较广,δ18O为-10.28～-7.85‰,δD为-65.07～-53.85‰,总体上,南盆地山前地带比细土平原同位素贫乏,南北两盆地地下水同位素差别不大,两盆地同位素氘盈余,反映了酒泉山前及浅层水是由现代河流渠系迅速补给,深层水是现代水和古水混合的,金塔地下水受人类活动影响较大,开发利用过程中一定要慎重。     

甘肃石油河流域地下水补给来源与演化特征分析

针对石油河流域所包含的赤金盆地与花海盆地,综合利用地下水水化学指标与稳定同位素技术系统地研究了地下水的补给来源与演化规律。其中赤金盆地地下水化学演化受控于溶滤作用,方解石、白云石、石膏等不断地溶解进入低矿化度的地下水中导致Mg²⁺+Ca²⁺与HCO₃^-+SO₄^2-沿1∶1等量线分布;而花海盆地高矿化度地下水中的Na⁺与SO₄^2-、Na⁺与Cl^-均有较好线性关系且多数矿物饱和指数>1,表明芒硝溶解控制了地下水中主要离子成分且地下水演化过程转由蒸发浓缩作用主导。赤金、花海盆地地下水氢氧同位素沿祁连山大气降水线分布或于右下方,二者特征相似,但后者更为富集重同位素,反映研究区地下水主要补给来源为祁连山大气降水或石油河河水;此外,两盆地间水力联系紧密,前者补给后者,因此在水资源开发利用时应将两盆地作为整体进行统筹管理,避免不合理开采造成环境地质问题。     

民勤盆地地下水地球化学演化模拟

根据稳定同位素分析,民勤盆地地下水在第四系总体补给环境较现代凉。在200m以下的深层地下水为晚更新世补给的古封存水,表现为还原环境。60m—120m左右的浅层水为古地下水与现代降水的混合水,但古地下水占的成分较多,部分水样为氧化环境。民勤盆地地下水地球化学特征主要形成于山区,在沿途运移过程强烈的蒸发浓缩作用占据主导地位,形成了浅层高矿化盐碱水,深层地下水活跃的阳离子交换作用形成高钠浓度水。通过利用PHREEEQC法对民勤盆地地下水化学进行质量平衡模拟,表明民勤盆地地下水水化学沿水流路径以HCO3^-、SO4^2-、Cl^-、Ca^2 、Na^ 升高为主要特征,方解石、白云石的饱和指数随水流路径有减少趋势,而石膏、芒硝和岩盐的饱和指数有增加的趋势：沿水流途径白云石、CO2、石膏、岩盐和芒硝溶解量逐渐增加是常量离子浓度升高的物质来源。     

额济纳盆地地下水补给机理研究

黑河下游的额济纳盆地,气候干旱,降雨稀少,盆地内分布着复杂的地下水含水层,濒临崩溃的生态系统靠其有限的地下水资源维持着,如何有效的评价地下水资源量,怎样合理的开发利用地下水资源,以及近期黑河治理规划工程实施后,对地下水资源产生何种影响,成为亟待解决的问题。对此,应用皮帕尔（Piper）图解法分析地下水的水化学特征类型,结合区域构造水文地质、地下水流场和环境同位素,分析盆地内不同地区的地下水补给机理：发现自流井区为一小区域的沉积中心,其来源不同于其他以黑河河水为补给源的地下水,而是来自中蒙边境山区的补给;古日乃草原地下水主要依靠黑河河水通过古河道渗漏的补给,而不是巴丹吉林沙漠的补给;赛汗桃来沉积中心的深层承压水来自其邻近上游地区潜水的侧向渗流补给。利用放射性同位素氚含量,初步估算出不同地区地下水的更新期,其地下水年龄均低于35 a。为评价黑河干流规划对地下水资源所产生的影响、合理开发利用地下水资源、保护脆弱的生态环境提供科学依据。     

甘肃董志塬地区第四系地下水补给环境与水化学特征演化

董志塬地区是我国重要的工业基地,近几十年来,地下水超采严重,引起了较为严重的供水安全问题,对塬区第四系地下水属性的认识十分必要。因此,通过综合利用水化学与同位素技术研究董志塬地区第四系地下水系统,对其补给来源、补给环境与演化规律进行探讨。稳定同位素资料显示地下水的δ2H、δ18O值较负,与现代降水及地表水特征值具有明显差别,指示了后两者对前者微弱的补给作用。该区降水在对第四系地下水补给时存在明显的滞后效应。地下水化学类型主要为HCO3-Ca型和HCO3-Ca-Mg型,矿化度较小,与当地主要河流的溶质成分差别较大,是很好的淡水资源。地下水经历的水岩反应有碳酸盐、硅酸盐和石膏矿物的溶解沉淀、阳离子交换和同离子效应等。     

应用同位素研究黑河下游额济纳盆地地下水

黑河下游额济纳盆地位于两北内陆干旱区,大部分地区为戈壁沙漠,降水稀少,蒸发强烈,生态环境脆弱。盆地内天然植被的生长发育主要依靠于区域地下水,研究盆地地下水形成和循环机制,对流域治理、生态环境建设具有重要意义。本文采用环境同位素示踪技术,结合水化学分析方法和区域水文地质条件,研究分析了盆地地下水循环特征、地下水与地表水的相互关系和流域不同地区地下水补给来源等,为黑河下游水利工程规划和水量调度提供科学依据。     

敦煌盆地降水稳定同位素特征及水汽来源

基于敦煌盆地2012年11月至2013年11月降水氢、氧稳定同位素数据 (δD、δ¹⁸O和d-excess),结合GNIP降水同位素监测资料和HYSPLIT 4模型对降水后向气团传输路径模拟结果,对敦煌盆地降水稳定同位素特征及水汽来源进行研究。结果表明:敦煌盆地降水δD和δ¹⁸O存在明显的季节效应,即降水δD和δ¹⁸O具有夏高冬低的变化特征;同时降水δD和δ¹⁸O表现出显著的温度效应,温度每升高1 ℃,δD增加6.89‰,δ¹⁸O增加0.92‰。敦煌盆地局地大气水线(LMWL)为δD=7.45δ¹⁸O+2.72(R²=0.98),受降水二次蒸发的影响,其斜率和截距均低于全球大气水线(GMWL)。降水d-excess受当地气温和相对湿度的影响,冬半年(11月至次年4月)偏正,夏半年(5-10月)偏负。从全年来看,敦煌盆地降水水汽主要来源于西风输送,冬季和春季受极地气团的影响,夏季部分降水事件受西南季风和局地再循环水汽的影响。     

黑河流域中游盆地地下水补给机理分析

分析地下水水循环机理是有效评价地下水资源量和合理开发利用地下水资源的前提。对此,利用皮帕尔（Piper）图解法分析地下水的水化学特征类型,结合区域构造水文地质和环境同位素,分析黑河中游盆地内不同地区的地下水补给机理。结果表明,位于黑河较上游地区两个相邻山前冲洪积扇之间的地下水水力联系微弱,分别来自于不同的补给来源;不同区域的黑河沿岸地区,受地理地形控制,地下水补给来源存在显著差异;以榆木山隆起相隔离的张掖盆地和酒泉盆地,地下水水化学特征和同位素存在显著差异,处于不同的地下水补给单元;利用放射性同位素氚含量,初步估算出不同地区地下水的更新期,其地下水年龄均低于32 a。为合理开发利用黑河中游地下水资源、保护脆弱的生态环境提供科学依据。     

额济纳盆地浅层地下水演化特征与滞留时间研究

以地球化学和氚(3H)同位素测年技术相结合,通过额济纳盆地地下水、地表水地球化学及同位素的研究,探讨中国西北干旱区内陆河流域下游盆地地下水地球化学演化规律和平均滞留年龄.额济纳盆地浅层地下水状况主要受地表水补给状况的影响,离河道近的水样矿化度低;而离河道较远的戈壁区,地下水矿化度高.水体化学成分主要受岩盐、石膏、白云石等矿物的溶解及蒸发作用的影响.通过利用指数-活塞模型流模型(EPM),计算出额济纳浅层地下水年龄在13～58年之间.     

金塔盆地地下水演化及地球化学模拟

以水化学和地球化学模拟技术相结合,研究了金塔盆地地下水化学演化规律.结果表明,金塔盆地地下水矿化度(TDS)由最南端的398 mg/l过渡到东北部5 280 mg/l.盆地深层地下水由南部的SO24- - HCO3- - Mg2+型过渡到北部的SO24- - Mg2+型,浅层地下水北部为SO24+ - Na+型.地下水...     

呼图壁河流域水体氢氧稳定同位素特征及转化关系

在气候变化和人类活动影响下,水资源短缺是干旱区面临的一个严峻问题.解决问题的关键是要深入了解干旱区独特的水循环机理,而分析不同水体中氢氧同位素特征及转化关系,是应用同位素示踪技术研究水循环机理的基础。以呼图壁河流域为研究区,分析了大气降水、河水、地下水和积雪融水氢氧同位素变化特征及不同水体的δD~δ¹⁸O关系,探讨了地表水对地下水的补给关系。结果表明：呼图壁河流域大气降水、河水、地下水和积雪融水中δD、δ¹⁸O的组成和季节变化差异较大,δD值分别为-86.25‰、-66.66‰、-69.82‰和-150.79‰,而δ¹⁸O值依次为-12.42‰、-9.94‰、-10.23‰和-19.42‰;河水受大气降水和冰雪融水的混合补给导致同位素的贫化,积雪融水主要受蒸发的影响导致同位素的富集,而河水和积雪融水对地下水有密切的水力联系,导致地下水同位素的贫化;呼图壁河上游地区河水对地下水的补给仅占到18.45%,而中下游区域的地下水补给占到90%以上。     

基于稳定同位素的海河源区地下水与地表水相互关系分析

对海河流域源区的丰、枯水期降水、地下水、河水进行取样测试,分析了海河源区不同水体氢氧稳定同位素组成及水化学的时空分布特征,同时运用同位素二元混合模型对典型采样点地表水地下水间的相互作用进行了定量分析。结果表明：① 丰水期地下水及地表水δD和δ¹⁸O及总溶解性固体(TDS）表现出显著的空间差异性,而枯水期只有地下水的同位素组成及水化学特性表现出空间差异。②研究区的地下水水化学类型以Ca-HCO₃·SO₄、Ca-HCO₃型为主,丰水期河水与地下水化学类型较为相似,枯水期地下水化学类型与同时期的河水及大气降水的水化学类型存在显著的差异,说明枯水期地表水与地下水之间的转化关系不明显。Gibbs分析结果表明,控制海河源区水体化学性质的主要影响为岩石风化作用。③枯水期地下水受其他水体影响较弱,而丰水期河水及大气降水对地下水具有显著的补给作用,3个源流区中西源的地表河水对地下水影响最显著。     

青海湖沙柳河流域浅层地下水不同时期补给特征

地下水稳定同位素组成的时空变化特征可以反映不同时期、不同区域地下水补给来源的差异。通过青海湖沙柳河流域浅层地下水氢氧稳定同位素组成的时空变化特征以及地下水、河水与降雨之间的补给关系的分析;结果显示：季风时期;地下水主要受降雨入渗和河流侧向补给为主;在补给过程中蒸发作用是影响地下水稳定同位素值的主要因素;非季风期;冰雪融水对低值区的地下水影响显著;同时降水的快速入渗则是该时期高值区地下水的主要补给方式之一。地下水同位素高值区;地下水与河水间补给作用较弱;补给时间超过5>个月;地下水同位素低值区;地下水与河水补给关系较为密切;补给时间在1~4>个月间。本文所得结论可初步反映干旱半干旱内陆流域地下水稳定同位素特征以及补给方式的基本规律;在一定程度上可为流域地下水及其他水体间的转换研究提供科学依据;并为地下水资源管理和水环境治理提供一定理论指导。     

准噶尔盆地南缘荒漠区梭梭维持水源初步研究

为了了解沙漠植物梭梭维持水源的利用情况,探明其对水源的利用策略,利用稳定性同位素技术定位取样,对准噶尔盆地南缘荒漠区梭梭进行了研究.结果表明,冬季,梭梭基本没有直接利用降雪;随着融雪后浅层土壤含水率的上升,梭梭明显利用浅层土壤水;梭梭利用水源中,地下水占有很大比例,这种比例在冬季和夏季最高,最高幅度可达到80％,平均占到30％左右;降雨也是梭梭利用的水源之一,在降雨后的3～5 d内,梭梭木质部δ18O值有明显趋近降雨δ18O值的趋势.因此,本研究区的梭梭维持水源有多个途径,地下水、融雪形成的浅层土壤水是其主要水源,中、大量降雨也是其利用的水源之一.     

扎龙湿地地表水与浅层地下水的水文化学联系研究

水化学特征是湿地多界面间相互作用在水体中的综合体现,从一个侧面反映了湿地系统水文化学过程的特殊性和复杂性。扎龙湿地是国际重要湿地,不仅在维持生物多样性方面发挥着重要作用,而且对区域水化学特征的形成也具有特殊的影响。为了揭示湿地内水化学特征的形成机制,研究了扎龙湿地仙鹤湖区域地表水和地下水水化学特征,并应用水化学方法和稳定同位素[氘(D)和氧18(18O)]方法深入分析了地表水、地下水水化学特征的形成机制,并重点对两者间的水文化学联系进行了探讨。结果发现,除引嫩干渠水为低矿化度的HCO3·Cl-Ca型水外,湿地湖泊水和河流水均为中等矿化度的HCO3-Na型水,湿地地表水明显受蒸发浓缩作用和苏打土溶滤作用影响;地下水的δD值和δ18O值,都高于大气降水和河水,而低于湖泊水;混合比例计算表明,地下水受大气降水直接补给较弱,湖滨处湖水补给比例超过50%。综合分析认为,湿地浅层地下水具有显著的二元循环模式,同时受区域地下水流和局部地下水流的控制。区域地下水补给占主导的区域,地下水表现出低矿化度、高氘盈余值(d)的特征,地下水化学类型逐渐由HCO3-Ca·Na·Mg型转变为HCO3-Na·Ca型。湿地湖水补给占主导的区域,地下水特征表现出高矿化度、低d值的特征,水化学类型具有较大的变异性。地表水与地下水的氮、磷以有机态形式为主,平均占总氮和总磷比例的89%和90%,主要来自于地表水体的输入,受垂向淋溶作用影响较小。研究结果不仅为湿地水环境保护提供了科学依据,而且为深化湿地区域水文地球化学效应研究指明了方向。     

长江口潮滩有机质来源的C、N稳定同位素示踪

依据长江河口潮滩自然环境特征和受人文活动影响的差异性,沿长江河口南岸潮滩选取了12个典型的监测站位,并分别于洪水季节 (7月份) 和枯水季节 (2月份) 在各监测站位进行了表层 (0~2 cm) 沉积物样品的采集。对表层沉积物有机质中稳定碳、氮同位素进行分析与测试发现,7月份稳定碳同位素值普遍低于2月份的稳定碳同位素值,其变化范围分别为 -29.8‰ ~ -23.7‰和-27.3‰ ~ -25.6‰;7月份和2月份稳定氮同位素分别为1.0‰ ~ 5.5‰和1.7‰~ 7.8‰。研究区域内,稳定碳、氮同位素的地区分布和季节变化特征揭示,有机质中的稳定碳、氮同位素组成不仅受陆源和海源有机质输入量之间消长变化的影响,同时一系列的生物地球化学过程、人为有机质的输入和沉积物粒度与叶绿素对碳、氮同位素组成均存在不同程度的改造作用。此外,利用稳定碳同位素质量平衡混合模型,还对陆源有机质输入量的贡献率进行了初步定量估算。