吉林省大气降水氚浓度恢复的区域模型探讨

历年大气降水氚浓度资料是模拟地下水运动和自然界水循环的基础,我国缺失１９５３￣１９７８年降水氚浓度系列观测资料。为再现这段历史,本文采用趋势分析,ａｇｒａｎｇｅ插值及相关模拟等方法,建立了吉林省大气降水氚浓度恢复的区域模型（Ⅰ,Ⅱ）,最后对区内典型站的降水氚浓度进行了恢复。     

人工神经网络方法在大气降水氚浓度恢复中的应用

根据人工神经网络能识别输入输出数据间复杂的非线性关系等特性,选用北半球（纬度22~74°）70个站点的IAEA/WMO大气降水氚浓度观测数据,建立了大气降水氚年平均浓度的恢复模型.通过对比认为：人工神经网络恢复的降水氚浓度能客观地反映其真实值,为无资料地区恢复1953年以来大气降水氚浓度提供了一种更好的思路.     

雨水含氚量变化历史研究动态

氢的放射性同位素氚在大气层中形成氚水后遍布整个大气圈,对现代环境水起着标记作用,因此利用氚可以计算50年以内的地下水年龄,研究地下水补给、径流、排泄条件,探索地下水成因,确定地表水与地下水之间的水力联系,测定水文地质参数等。这些问题的研究,大多需要知道地下水补给区大气降水输入的氚含量。因此,国际原子能机构从50年代起就在全球组织大气降水含氚量的系统观测,除我国外共有151个观测点,定期出版观测数据,供世界各国学者使用。 我国是在80年代中期参加国际原子能机构的,1986年开始对大气降水含氚量开展系统观     

同位素指示的巴丹吉林沙漠南缘地下水补给来源

通过恢复巴丹吉林沙漠及其周边地区大气降水氚值，并结合区域稳定同位素组合特征，揭示了区域地下水氚年龄的多解性与地下水稳定同位素的温度效应。恢复的1963年核试验期氚高峰值达到2 100 TU，进入90年代平均为60 TU。1960年以来降水补给的地下水氚值都应大于15 TU，而1963年的高峰氚衰变至今应在200 TU左右。地下水实测氚值较低，表明由现代少量降水补给的地下水与大量的古水进行了混合。影响降水中δ18O和δ2H分布的主要影响因子是月平均空气温度，对δ18O与δ2H的影响权重分别占到59.9%和57.0%。巴丹吉林沙漠及其周边地区地下水较低的稳定同位素组成表明，其补给主要是晚更新世较冷环境下形成的，来源于东南部的雅布赖山区，部分浅层地下水接受现代降水与河流的补给。      

全球大气降水中年平均氚浓度的恢复模型

氚作为一种天然的环境同位素可广泛应用于水文地质领域,由于实测资料的稀缺,极大地限制了氚的应用。为了能够解决这一问题,选用国际原子能机构最近发布的1960~2005年南纬50°至北纬70°区域内氚值实测资料,应用因子分析方法建立了全球大气降水中年平均氚浓度的恢复模型。选取了三个任意典型站点对采用“直接求参法”所建模型进行了验证和一个任选站点对采用“间接求参法”所建模型进行了验证,然后以南京站为例对模型进行了具体应用。因子分析应用于全球氚值恢复具有物理意义明确、适用范围广泛、操作方法简单、影响因素少,很好地恢复出氚值变化曲线的峰值和形态等特点。分析结果表明全球模型输出结果与实测值吻合,不但具有全球适用性,而且在一定程度上解决了原全球模型精度欠佳的问题,为资料稀缺和无资料地区1960~2005年大气降水中年平均氚浓度恢复提供了一种新方法。同时对模型应用中出现的问题也提出了解决方案。     

同位素技术在某核废处置场区水文地质条件研究中的应用

本文通过对研究区各类地下水化学成分、水中氢、氧稳定同位素及放射性同位素的研究，区分出浅层地下水（孔隙水）和基岩风化裂隙水。确定了地下水的补给区为排牙山区；地表水、地下水迳流的主要方向为ＳＥ向，同时存在地下水侧向迁移，并以泉的形式补给浅层水和地表水。通过氚的衰变计算及与香港观测站的资料对比，确定了区内地下水的相对年龄，并将其分为３个年龄组：（１）迳流时间最短的地下水，具近期大气降水的氚浓度；（２）相对年龄为２０年左右的浅层地下水；（３）相对年龄大于３０年的低氚水。     

中国西北干旱区多级洼地地下水环境同位素分布特征及指示意义

研究区位于西北干旱区,有两级储水洼地,地下水由山区侧向补给一级洼地,一级洼地通过泉水排泄地下水继而补给二级洼地,同时大气降水直接入渗、洪流间接入渗补给各储水洼地。通过氢氧同位素比例公式计算得到一级洼地大气降水占总补给量60%,其中直接补给量约占21%,山区洪流补给量约占79%,另外,山前侧向补给占40%;二级洼地降水补给量占38%,上游泉水补给量占62%。通过氚值指示,二级洼地不受现代降水影响;活塞流与全混合模型计算得到一级洼地浅层孔隙水平均年龄为32～60 a。     

基于氚同位素的安阳河中下游流域地下水更新能力研究

利用水中氚值与地下水年龄分布特征和多年平均更新速率,分析安阳河中下游流域地下水更新能力。应用MGMTP重建研究区1953—2016年大气降水氚值,应用集中参数模型(LPMs)计算地下水年龄,采用Le Gal La Shalle等提出的方法估算潜水与泉水多年平均更新速率。研究结果表明:(1)潜水与泉水由近20多年来大气降水补给。潜水样点受局部水文地质条件控制,补给径流条件差异明显。(2)小南海泉平均滞留时间23 a,多年平均更新速率3.6%,水量呈不断衰减趋势。(3)安阳河冲洪积扇扇后缘为补给区,受地表水渗漏与大气降水入渗补给,更新能力较强。扇中部至京港澳高速路地带为现代地下水,年龄40~60 a。扇前缘为现代与次现代地下水的混合水,年龄大于60 a,更新能力较弱。(4)剥蚀岗丘与冲洪积平原深层承压水为较老地下水,更新能力极弱。因此,对小南海泉域的保护需要加强,并在短时期内能取得明显成效。受南水北调中线水源补给及限量地下水开采影响,安阳市区地下水降落漏斗大幅度缩减。     

碳酸盐岩地区地下水年龄的同位素研究

在太原地区测试了240个地下水、地表水和大气降水的~3H、~14C和~13C值。结果表明研究区有三维地下水流动系统,岩溶地下水补给、径流、排泄区应选用不同的地下水混合模型。通过年轻水混入校正、死碳稀释校正和~14C初始浓度变化校正,求得了研究区内13个点上的地下水年龄,并据此计算了地下水流速和径流量。      

迭代法在现代地下水年龄估算中的应用——以银川平原为例

为克服应用氚同位素方法确定现代地下水年龄过程中存在的,需确定地下水系统输入项的历史背景浓度问题,本文根据地下水同位素数学物理方程,以全混模型为例,利用不同时期地下水同位素的测试结果,通过数学迭代运算,推导出计算现代地下水年龄的计算公式。该方法不仅可以很好地解决地下水系统输入项氚背景浓度恢复时间序列较长的问题,而且对于提高地下水的定年精度具有十分重要的意义。该方法应用到银川平原取得良好的效果,研究表明银川平原浅层地下水的周转时间为30 a。      

漳州盆地水热系统氚同位素研究

本文依据26个天然水样品的氚同位素测试数据,分析了漳州盆地地下热水及其它天然水的氚值特征及其形成条件;利用“活塞模型”方法计算了漳州盆地地下水和地下热水的年龄;为弄清全盆地地下水的补给、迳流和排泄的总体格局和揭示地下热水的成因提供了依据。     

鄂尔多斯盆地地下水中氚的演化及其年龄

通过总结20世纪60年代以后不同时期大气降雨氚的组成,根据衰变定律,描述了氚在不同时期形成的地下水中的演化轨迹;通过比较不同时期大气降雨氚的组成和所形成的地下水中氚的演化,得出地下水中氚的衰减速度比大气降雨中氚的更新速度慢这一结论;根据鄂尔多斯盆地地下水中氚的组成,解释了鄂尔多斯盆地地下水的形成年龄。     

塔里木河流域水文特性分析

塔里木河是我国最大的内陆河,历史上是九大水系144条河流的总称.由于气候变化和人类活动影响生态环境急剧恶化,目前形成了"四源一干"的格局.根据水文气象监测资料,从50 a来流域内的降水、蒸发、径流、洪水、泥沙、水质等方面对塔里木河流域生态环境恶化的成因进行分析.     

Use of isotopic tracers to characterize the interaction of water components and nitrate contamination in the arid Rasafeh area (Syria)

Chemical and isotopic data in atmospheric precipitation, surface water, and groundwater in arid Rasafeh area, northeast Syria, are used to clarify the status of groundwater quality, the interaction of water components, groundwater dating, and vulnerability to anthropogenic contamination. Interpretation of chemical data with thermodynamic calculation reveals that the dissolution of evaporate mineral is the main factor of high salinity. The δ¹⁸O and δ²H relationships indicate that the groundwater is fed by mixing water from Euphrates River and precipitation and the isotope balance equation were used to estimate the contribution of the Euphrates River to the aquifers recharge. High tritium content, together with high ¹⁴C activity in the majority of groundwater samples, indicate shorter residence times and consequently potentially greater recharge. The presence of high nitrate concentration associated with high tritium concentration in both shallow and deep aquifer units indicates the presence of high permeability, so that groundwater is highly susceptible to anthropogenic contamination. Nitrate seems to derive exclusively from the application of N fertilizers. The high nitrate values are characteristic of the areas with intensive agricultural activity, indicating the importance of irrigated return flow on the groundwater.     

甘肃北山区域地下水流数值模拟研究

掌握区域地下水流场是高放废物地质处置场选址及适宜性评价的重要先置条件。甘肃北山高放废物处置预选区面积广、数据资料少,准确划分该区域地下水流场和高放废物预选区选址的安全性评价都存在难度。本研究采用地表流域划分方法、多相流数值模拟软件TOUGH2-MP/EOS3和GRACE重力卫星等方法,建立了区域地下水饱和-非饱和流模型,并完成了模型识别和参数率定,论证了模型的合理性和可靠性。研究结果表明:约1%的降水量入渗至地面以下;地形条件是影响地下水流场的主要因素,而气候条件对地下水流场形态影响相对较小;区域地下水流动系统由北向南可分为三个子系统（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）,其中高放废物地质处置场预选区位于研究区南部独立的地下水子系统Ⅲ中,且该子系统面积最小。本研究为面积广、实测数据资料较少的干旱地区提供了一套有效的数值模拟方法,研究结果可为预选区选址的安全性评价提供重要依据。     

塔里木盆地西北缘四石厂地区下二叠统沉积与物源记录及其反映的构造演化

石炭纪-二叠纪南天山洋-塔里木盆地北部陆缘构造演化众说纷纭.选择塔里木盆地内紧靠南天山的四石厂剖面,针对下二叠统康克林组露头,在沉积、碎屑组分、重矿物组合分析基础上,重点通过LA-ICP-MS分析砂岩样品碎屑锆石的原位U-Pb和Lu-Hf同位素特征,解析其年代学、物源特征及构造演化等信息.研究显示,砂岩样品碎屑组分基本都落入陆块物源区和成熟岩石与稳定构架合并处,重矿物组合以稳定重矿物为主,反映稳定的大地构造背景.砂岩碎屑锆石定年结果显示5组年龄:407~501 Ma、755~873 Ma、889~1 129 Ma、1 792~2 079 Ma、2 393~2 496 Ma,主要反映了5期构造热事件.对比潜在物源区,塔里木盆地内古隆起可能为主物源,与西昆仑-阿尔金造山带剥蚀物源相关的塔里木盆地内前二叠纪沉积也可能提供部分再旋回物源.物源特征显示,虽然南天山洋已经闭合,但直到早二叠世阿瑟尔期仍然没有大规模隆升,洋盆闭合事件对塔里木盆地西北缘构造格局和物源体系影响较小.对比前人研究成果认为,早二叠世从阿瑟尔期至萨克马尔期,柯坪地区的物源结构发生重大变化,由盆地内古隆起单一物源转变为盆内和造山带双重物源.已经闭合的南天山洋盆在萨克马尔期开始隆升造山,成为塔里木西北缘的一个重要物源区.      

Tritium across the hydrologic systems of southern Ontario,Canada: implications for groundwater age dating in the Great Lakes Basin

Modern, ambient tritium concentrations in precipitation are lower and more temporally consistent now that they have recovered from the historic thermonuclear bomb peak of the mid-1960s. With the bomb peak no longer the overriding influence on atmospheric tritium concentrations, anthropogenic point sources, such as nuclear-generating stations (NGS), have the largest influence, though the extent and temporal variability of this influence remains uncharacterized. The lack of precipitation monitoring locations means that spatial trends in tritium concentrations in precipitation are unknown. To address this data gap, tritium concentrations in shallow modern groundwater are interpolated throughout southern Ontario (Canada), at the center of the Great Lakes Basin, and the interpolation is tested as a precipitation proxy with a statistical comparison that shows good agreement between the shallow groundwater and precipitation datasets. The shallow groundwater tritium interpolation is used to delineate the extent of NGS influence as representing 66% of the study area. Recharge timings in the subcropping bedrock aquifers of the study area are interpreted qualitatively in areas outside of NGS influence to be primarily a mix of pre-bomb and modern recharge, with no indication of peak recharge levels remaining. The influence of drift thickness on the proportion of tritium-dead versus tritium-live samples is observed spatially and confirmed by comparing data distributions. The oldest waters (pre-1953) tend to occur in subcropping bedrock aquifers underlying the thickest sediment packages.

     

Groundwater replenishment analysis by using natural isotopes in Ejina Basin, Northwestern China

The Ejina Basin underlying complex aquifers is located in the lower reaches of the Heihe River with an arid climate and 40 mm mean annual precipitation. As the balance of the natural ecosystem in the Ejina Basin is fragile and easily upset, it is very important to estimate and rationally use the limited groundwater resources to maintain the balance. Water samples were collected from the Heihe River and wells for chemical and isotopic measurements across the basin. The Piper diagram gives two main types of hydrochemical features. Against the background of the regional geology, combining isotope ¹⁸O, tritium, and chemical analysis with groundwater flows indicated by a shallow groundwater level contour map, different kinds of groundwater sources and ways to replenish groundwater were discovered. North of the study area are artesian wells that are replenished by the mountainous area at the boundary between China and Mongolia. Replenishment for most of the groundwater resources of the Gurinai oasis comes from the Heihe River seepage flow of the highly conductive paleochannel, not from the Badain Jaran Desert as indicated by TDS and tritium analysis. The different groundwater ages which are younger than 35 years were approximately estimated by radioactive isotope tritium (T). By such efforts, groundwater resources can be effectively evaluated with the engineering impact of the Heihe River Project.