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。     

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.     

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。     

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...     

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。     

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。     

Characterization of groundwater in the Ejina Basin, northwest China: hydrochemical and environmental isotopes approaches

To characterize the groundwater in the Ejina Basin,surface and groundwater samples were collected in May and October of 2002.On-site analyses included temperature,electrical conductance(EC),total alkalinity(as HCO 3) by titration,and pH.Chemical analyses were undertaken at the Geochemistry Laboratory of the Cold and Arid Region Environmental and Engineering Institute,Chinese Academy of Sciences,Lanzhou,China.The pH of the groundwater ranged from 7.18 to 8.90 with an average value of 7.72,indicating an alkaline nature.The total dissolved solids(TDS) of the groundwater ranged from 567.5 to 5,954.4 mg/L with an average of 1,543.1 mg/L and a standard deviation of 1,471.8 mg/L.According to the groundwater salinity classification of Robinove et al.(1958),47.4 percent of the samples were brackish and the remainder were fresh water.The ion concentration of the groundwater along the riverbed and near the southern margin of the basin were lower than those farther away from the riverbed.The groundwater in the study area was of Na +-HCO 3 type near the bank of the Heihe River and in the southern margin of the basin,while Na +-SO 4 2-Cl type samples were observed in the terminal lake region.In the desert area the groundwater reached a TDS of 3,000-6,000 mg/L and was predominantly by a Na +-Cl chemistry.Br/Cl for the water of Ejina Basin indicates an evaporite origin for the groundwater with a strongly depleted Br/Cl ratio(average 0.000484).The surface water was slightly enriched in Br/Cl(average 0.000711) compared with groundwater.The calculated saturation index(SI) for calcite and dolomite of the groundwater samples range from 0.89 to 1.31 and 1.67 to 2.67 with averaged 0.24 and 0.61,respectively.About 97 percent of the groundwater samples were kinetically oversaturated with respect to calcite and dolomite,and all the samples were below the equilibrium state with gypsum.Using isotope and hydrochemical analyses,this study investigated the groundwater evolution and its residence time.The groundwater content was mainly determi     

基于水化学和稳定同位素定量评价巴音河流域地表水与地下水转化关系

以分析青海巴音河流域地表水与地下水转化关系为目标,2016年8月,沿巴音河采集了23组地表水样、13组地下水样和9组泉水样,室内分析得到了其对应的主要水化学离子和氘氧稳定同位素数据,运用统计分析、Piper三线图、Gibbs图分析了流域水化学特征;以溶解性总固体（TDS）、氯离子（Cl^-）和氧同位素（δ¹⁸O）作为示踪剂,定性分析了巴音河沿程地表水与地下水的转化关系;基于质量平衡法,运用δ¹⁸O定量计算了巴音河沿程地表水和地下水之间的转化量。研究结果表明：TDS、Cl^-、δ¹⁸O可用于定性分析巴音河流域不同河段地表水与地下水之间的转化关系,定量评估其转换强度;巴音河流域地表水和地下水的水化学类型主要为HCO₃·Cl-Ca·Mg,地下水水化学类型更为多样,地表水受控于岩石风化作用,地下水与泉水受到岩石风化与蒸发作用的影响;地表水与地下水水力联系密切,沿巴音河流向,二者相互转化频繁,上游河段,地下水主要接受地表水渗漏和沿途侧向径流补给,补给比例分别为65.33%、34.67%,至黑石山水库上游,地表水接受上游地下水和溢出泉水的补给,补给比例分别为49.54%、50.46%;中游河段,地下水接受地表水和北部山区侧向径流补给,补给比例分别为65%、35%;下游河段,地表水接受地下水和泉水补给,补给比例分别为53.12%、46.88%。研究结果有助于建立流域水循环模式、揭示水资源形成机制,可以为巴音河流域水资源可持续开发利用和生态环境保护提供理论和技术支持。     

张掖盆地地下水硝酸盐污染与人体健康风险评价

地下水是张掖盆地的重要水资源,其硝酸盐污染尚未得到足够重视。对张掖盆地2004、2015年地下水硝酸盐浓度进行了系统分析,并采用美国环境保护署（USEPA）推荐的健康风险评价模型评估了地下水硝酸盐的健康风险。结果表明：自2004年以来张掖盆地地下水硝酸盐污染日趋严重。2015年硝酸盐浓度最高已达到283.32 mg·L^-1,17.61%的采样点硝酸盐氮浓度超过GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》中饮用地下水限量值（20 mg·L^-1）。研究区人群经皮肤接触途径摄入硝酸盐的健康风险在可接受水平,而饮水摄入硝酸盐的健康风险较高,总风险中饮水途径引起健康风险的贡献率占99.40%,远大于皮肤接触途径。儿童经饮水摄入和皮肤接触两种途径的健康风险均显著高于成人,分别为成人的1.544倍和1.039倍。32.39%的采样点地下水硝酸盐对儿童的健康风险超出了可接受水平,14.79%的采样点地下水硝酸盐对成人的健康风险不可接受。甘州区城区、临泽县北部边缘及高台县城区周围硝酸盐浓度最高,这些区域内所有人群都面临硝酸盐引发的高健康风险,其余区域硝酸盐引发的健康风险相对较低。     

海河流域地表水与地下水耦合模拟

近10年来海河流域地下水超采严重,急需加强流域地表水与地下水统一管理。地表水与地下水的耦合模拟研究是实现流域地表与地下水资源综合管理的重要支撑。本文探讨了当前3种不同的地表水与地下水耦合方式,基于现有数据条件和应用管理的需求,提出了将成熟的流域地表水SWAT与地下水MODFLOW模型进行松散耦合的技术框架,并构建了海河流域地表水与地下水耦合模型。在流域地表空间上,根据流域特性和管理需求,划分了283个子流域和2100个水文响应单元（HRU）;在平原区地下空间上,基于15个大的岩性分区剖分出若干个4km×4km网格。通过GIS平台,建立流域地表水与地下水计算单元的转换关系。并利用1995．2004年水文气象数据进行验证分析,取得较好模拟精度。该耦合模型不仅能够支撑流域现状管理,而且可用于气候变化与南水北调工程对流域水资源影响评估分析。