用氡-222评价五缘湾的地下水输入

海底地下水排泄(SGD)近年来成为陆-海相互作用的研究热点,地球化学示踪方法是其主要研究手段,尝试用天然示踪剂氡-222评价厦门五缘湾的SGD。为了评价五缘湾SGD的入海通量及其变化,对五缘湾海水中²²²Rn和²²⁶Ra活度、大气中²²²Rn活度、风速、水温和水深进行了连续2 d的测量,对沉积物进行了培养实验用以获得其²²²Rn扩散通量和孔隙水中²²²Rn活度。基于海水中²²²Rn通量的质量平衡,对实测的海水中²²²Rn活度实施了母体支持、涨落潮影响、大气逃逸损失、沉积物扩散输入、混合损失的校正,保守估计SGD输入的²²²Rn通量在0~126.7 Bq/(m²·h)范围内变化,对海水中²²²Rn的平均贡献达54%。以井水和孔隙水中²²²Rn的加权平均值作为SGD端元的代表,获得SGD的输入速率为0~29.3 cm/d,平均输入速率9.3 cm/d。SGD输入速率的动态变化基本围绕12 h的周期波动,是对本海域正规半日潮的具体响应。假设SGD以平均速率在五缘湾海底输入,则五缘湾海底的SGD输入量为1.86×10⁵ m³/d。以陆源地下淡水占SGD输入量的10%考虑,五缘湾的陆源地下淡水输入量约为1.86×10⁴ m³/d。     

基于~(222)Rn质量平衡模型的胶州湾海底地下水排泄

海底地下水排泄(SGD)作为全球水循环的一个组成部分,近年来成为陆海相互作用的研究热点。地球化学示踪法是研究海底地下水排泄的主要手段。本文以环境同位素222Rn作为示踪剂,通过构建222Rn质量平衡模型来评价胶州湾的海底地下水排泄,并进一步估算地下水输入的营养盐。222Rn质量平衡模型的源项考虑了河流的输入、沉积物的扩散、母体226Ra的支持,汇项考虑了222Rn的自身衰变、222Rn散逸到大气的损失以及与湾外海水的混合损失,源汇项的差值则作为地下水输入的222Rn通量。结果表明,2011年9—10月胶州湾海底地下水排泄通量为24.2 L?m–2?d–1,2012年4—5月胶州湾海底地下水排泄通量为7.8 L?m–2?d–1。丰水季节地下水输入胶州湾的营养盐低于河流输入的,但是枯水季节地下水输入的营养盐接近河流输入的,特别是输入的活性磷酸盐和硅酸盐很接近。     

用镭同位素评价海水滞留时间及海底地下水排泄

海底地下水排泄(submarine groundwater discharge, SGD)难以直接测量, 镭同位素和氡-222等天然示踪剂使得间接评价SGD通量成为可能.为了评价五缘湾的水体滞留时间和SGD通量, 实测了湾内海水、湾外海水和地下水中224Ra和226Ra的活度, 利用224Ra和226Ra半衰期的差异, 采用224Ra与226Ra的活度比值计算湾内水团的年龄和平均滞留时间, 利用224Ra和226Ra的质量平衡模型计算SGD通量.五缘湾13个站位的水团年龄在0.6~2.4 d之间, 湾顶水团年龄相对较大, 平均海水滞留时间1.4 d.地下水输入五缘湾的224Ra和226Ra通量分别为5.17×106 Bq/d和5.28×106 Bq/d, 将该通量用地下水端元的活度转换成为SGD通量分别是0.21 m3/m2/d(224Ra平衡模型)和0.23 m3/m2/d(226Ra平衡模型), 两种模型的结果较接近, 其平均值0.22 m3/m2/d可作为五缘湾的海底地下水排泄通量.      

闽江河口区水体中镭的分布特征及河水与海水的混合速率

入海河口中河水与海水的混合是海洋学中一个重要的界面过程,两者混合尺度和混合速率关系到河流携带物质的扩散范围和归宿,采用天然示踪剂²²⁴Ra和²²⁶Ra计算河水与海水的混合速率。2010年8月28日,采集了闽江河口区地下水样20个、河水样13个、河水与海水的混合水样12个,分别测量了每个水样的盐度、²²⁴Ra活度和²²⁶Ra活度。结果表明：地下水中²²⁴Ra、²²⁶Ra活度普遍高于河水;所有水体中的²²⁴Ra活度普遍都高于²²⁶Ra活度;河水遇到海水后,²²⁴Ra活度出现较大幅度的增加,而²²⁶Ra活度的增加并不明显。基于²²⁴Ra与²²⁶Ra半衰期的差异,在只有河水与海水发生涡流混合的情况下,计算获得河水与海水的混合速率为140.2~142.5 m/h。     

人类活动影响下的龙口海岸带海底地下水排泄通量研究

在沿海地区,以²²³Ra和²²⁴Ra为示踪剂建立的镭质量平衡模型已广泛应用于海底地下水排泄量(SGD)的研究中,然而目前国内外关于在人类活动复杂影响较大情况下的SGD研究却极为少见。本文对比研究了在有防渗墙(A区)和填海造陆(B区)两种不同人为因素影响下的龙口海岸带水体表现年龄、海底地下水排泄量及其携带的氮磷营养盐通量。结果表明,A区平均水体表现年龄为14.26 d,B区平均水体表现年龄为10.64 d。此外,B区沿岸地下水以及近岸海水中的Ra活度均普遍高于A区,而盐度低于A区。在SGD方面,A区的SGD速率为1.26~1.60 cm·d^-1,B区为1.43~1.82 cm·d^-1,考虑SGD在评估方法上存在一定的误差,因此两个区域的SGD速率相差不大。但与我国其他自然海域相比,这两个区域的SGD速率均处于较低水平。此外,B区的氮磷营养盐浓度普遍高于A区,而且由SGD驱动的氮磷营养盐通量不同,地下水输入的不平衡的营养盐极易改变龙口海域的营养盐结构,对海洋生态环境产生不利影响,这也进一步证实SGD在沿海生态环境以及水体污染治理中的重要地位。     

基于氡同位素示踪的洞庭湖区枯水期湖水与地下水交互作用研究

洞庭湖区水系发达,水文地质条件复杂,人类活动强烈,地表水和地下水的水力联系变化频繁,其研究的难度以及由此造成的研究不足影响了对湖区地下水赋存和运动规律的深入认识。本文以洞庭湖整体为研究对象,采用水位动态分析和氡(²²²Rn)同位素示踪法,定性和定量研究枯水期洞庭湖区地表水与地下水的交互作用关系与交互通量。枯水期洞庭湖区水位和氡浓度空间分布特征指示研究区内地下水向湖水排泄,尤以东洞庭湖最为显著。氡箱模型计算结果显示枯水期地下水排泄²²²Rn通量为455.09 Bq/(m²·d),占总输入²²²Rn通量的60.07%,地下水排泄总量为0.29×10⁸ m³/d,平均排泄速率为56.27 mm/d,地下水排泄对湖水的贡献率为7.04%。敏感性分析表明：风速、地下水和湖水²²²Rn浓度以及湖面面积等参数较为敏感,合理布置取样点并提高敏感参数测量准确度能提高模型计算结果的可靠度。氡同位素示踪法物理意义明确、操作过程简便,是研究复杂区域地下水补、...     

采用222Rn示踪胶州湾的海底地下水排泄及营养盐输入

为了量化胶州湾东北海岸带的海底地下水排泄量和评价通过海底地下水排泄输入的营养盐数量,分别于2011年10月和2012年5月在胶州湾北岸东大洋码头附近对海水中的222 Rn进行了48h连续测量.通过构建测量点海水中222 Rn质量平衡模型,计算得到海底地下水排泄速率平均值分别为6.38cm/d和8.29cm/d;实际观测到的海底地下水排泄速率变动较大,其主要控制因素是降水量、潮汐和波浪.根据海底地下水排泄速率,获得地下水输入的DIN(溶解无机氮)为47.0×103 mol/d(2011年10月)和48.6×103 mol/d(2012年5月),可溶性SiO2为15.5×103 mol/d(2011年10月)和17.3×103 mol/d(2012年5月),DIP(溶解性磷酸盐)为0.6×103 mol/d(2012年5月),地下水对胶州湾的营养盐输入具有重要贡献.     

2009/2010年黄河源区高寒草甸下垫面能量平衡特征分析

以青藏高原黄河源玛多为实验区, 基于TRM-ZS1气象生态环境监测仪2009年11月1日至2010年10月31日辐射及能量通量观测数据, 采用波文比能量平衡法, 进行了该区域潜热和感热通量的估算, 分析了黄河源区高寒草甸下垫面辐射收支, 潜热、 感热和土壤热通量在不同季节的分配, 对该区域冬季地面加热场强度的变化进行了研究.结果表明: 该区域总辐射、 净辐射较强, 总辐射平均日积分值为18.06 MJ·m^-2·d^-1, 净辐射平均日积分值5.95 MJ·m^-2·d^-1, 曾观测到高达979.5 W·m^-2的净辐射通量.全年地表平均反射率为0.30, 接近于荒漠和半荒漠下垫面的反射率.植物生长季土壤湿度和冬、 春季地面积雪是影响该区域地表反射率的两个最主要因素.该区域感热通量年积分值为742.68 MJ·m^-2·a^-1, 潜热通量年积分值为1 388.58 MJ·m²·a^-1, 全年中地表以潜热方式传递热量为主.分季节分析, 冬季感热潜热强度相当, 春季以感热为主, 夏秋季则以潜热为主.土壤热通量年积分值为38.06 MJ·m^-2·a^-1, 全年热通量在热量平衡中约占1.8%, 但季节分配不平衡, 在冬季, 有|G|>H+LE, 土壤热通量是热平衡最大的分量.该区域地表全年向大气释放热量, 地表对大气而言是热源.     

鲁西北平原地下水资源评价与可开采潜力分析

为研究山东省鲁西北平原地下水资源情况,为地下水资源的可持续利用提供合理化建议,采用水均衡法对研究区地下水资源进行评价,并采用开采系数法对研究区地下水可开采潜力进行分析。结果表明,均衡期内研究区总补给量为1 224 411.90×10⁴ m³·a^-1,总排泄量为1 187 412.52×10⁴ m³·a^-1,补排差为47 380.47×10⁴ m³·a^-1,研究区地下水资源处于正均衡状态;多年来平均计算均衡差较小,地下水处于相对稳定状态;全区可开采资源量为1 040 750.11×10⁴ m³,现状开采量为655 550.26×10⁴ m³,潜水开采潜力指数为1.59,地下水资源具有开采潜力,但是开采潜力较小,需要对地下水资源进行合理规划。     

基于地下水陆面过程耦合模型的黑河干流中游耗水分析

耗水分析能够直接揭示水资源利用的本质, 蒸散发是流域尺度耗水的主体. 将一个典型的陆面过程模型和一个地下水模型紧密耦合, 从而在地下水模型中增加具有物理机理的蒸散发描述, 同时改进陆面过程模型中地下水的动力过程, 由此在发挥这两类模型各自优势的基础上, 构建了一个地下水-陆面过程耦合模型. 利用该模型模拟了黑河干流中游2008年逐小时的蒸散发过程. 结果表明: 黑河干流中游2008年总耗水量约为35.7×10⁸ m³, 耗水最大的地表类型是农作物为19.3×10⁸ m³、 裸地和戈壁为7.2×10⁸ m³、 草地为6.0×10⁸ m³、 稀疏植被为3.1×10⁸ m³, 其中, 不同地表类型的年蒸腾量分别为8.8×10⁸ m³、 0.02×10⁸ m³、 2.2×10⁸ m³以及0.4×10⁸ m³, 对应它们的年蒸散发强度分别为: 580 mm、 117 mm、 331 mm以及202 mm. 通过耗水平衡分析也得到2008年黑河干流中游地下水呈负平衡状态, 全年地下水超采约0.9×10⁸ m³, 其中区内地下水储量在7—11月间呈增加趋势, 其他各月呈减少趋势.     

黑河下游额济纳绿洲土地生产潜力的动态变化及影响因素分析

在通过Visual MODFLOW软件模拟地下水位的基础上, 采用GIS技术进行栅格运算, 把影响土地生产潜力的各个因子作为"修正"系数, 运用逆向因子修正法分析黑河下游土地生产潜力的变化.在计算不同影响因素组合条件下土地生产潜力的同时, 结合不同的分水方案, 对各影响因素进行分析.结果表明: 在狼心山来水量为7.5×10⁸m³·a^-1时, 区域的水分有效系数整体增加, 植被覆盖度增大, 土地生产潜力大幅度提高, 能有效改善当地的生态环境.与现状相比, 在来水量为2.5×10⁸m³·a^-1时, 东河下游的水分有效系数出现降低的情形; 在来水量为5.0×10⁸m³·a^-1和7.5×10⁸m³·a^-1 时, 其水分有效系数均显著增加. 通过对影响因素的剖析有利于预警当地荒漠化发展的趋势, 进一步建立土地沙漠化的判别指标体系, 从而为黑河流域的土地生产服务.     

氡(222Rn)在地下水-地表水相互作用中的应用研究进展

地下水-地表水相互作用是水资源管理和地表水生态系统保护中重要的一个环节,氡同位素(²²²Rn)由于其在地下水与地表水中含量差异显著、性质保守、检测难度低,广泛运用于地下水-地表水相互作用的研究当中。本文通过总结分析²²²Rn在不同地表水体(海水、河水、湖水等)中的应用,指出刻画地下水氡浓度的异质性是估算地下水排泄的重点和难点。在估算海底地下水排泄(SGD)时,氡的混合损失项估算不确定、海水氡浓度时空变异性、SGD的多组分特征等可能给估算结果带来较大不确定性;在估算河流地下水排泄时难以确定氡的大气逃逸量;研究人员对氡在示踪地表水补给地下水方面的研究程度相对不足。本文从科学研究和实际生产方面,对²²²Rn的研究应用提出以下潜在方向:(1)降低地下水氡空间变异性对估算地下水排泄量的影响;(2)针对不同水体、不同水文条件,准确刻画氡的大气逃逸量;(3)拓展²²²Rn示踪能够解决的科学问题;(4)将氡质量平衡模型计算与不确定分析相结合,实现软件化。     

格尔木河222Rn同位素变化及其对地表水-地下水交互关系的指示意义

我国西北内陆干旱区水资源匮乏,生态环境脆弱,在全球气候变化和人类活动干扰背景下,采用同位素方法进行精细尺度地表水-地下水交互作用研究是探求当地水循环变化和水资源管理的基本要求。通过测量格尔木河流域河水、地下水样品2019年5月和8月的²²²Rn浓度和典型断面流量,结果发现：山区河段河水²²²Rn浓度最高,平均值为948.72 Bq·m^-3,指示基岩裂隙水是山区河段重要补给来源;山前冲洪积扇河水²²²Rn浓度最低,平均值为76.71 Bq·m^-3,地下水补给较少;溢出带地区河水²²²Rn浓度上升至平均676 Bq·m^-3,地下水溢出补给河水,向下至细土平原,河水²²²Rn浓度呈下降趋势。时间变化上,8月与5月相比,河水²²²Rn浓度下降,表明地下水补给减少。溢出带S1~S2河段河水与地下水交互关系以双向转化为主,基于质量守恒原理计算河水与地下水交互通量,5月和8月累积河水渗漏通量分别为3.87 m³?s^-1和0.9 m³?s^-1,地下水补给通量分别为0.51 m³?s^-1和0.47 m³?s^-1,河水渗漏强度大于地下水补给,二者交互通量存在时空差异。     

2003-2011年青藏高原佩枯错相对水量变化及其对气候变化的响应

湖泊的退缩与扩张是全球气候变化的指示器.利用2003-2011年Landsat ETM数据和2003-2009年ICESat激光测高数据, 分别对青藏高原佩枯错湖泊的面积和高程变化进行了分析, 并进一步估算了湖泊2003-2009年相对水量变化.结果表明: 佩枯错面积年内变化明显, 湖泊面积冬季最小, 春季出现小峰值, 秋季达到最大; 面积年内波动明显(1.18%), 但在冬季、 春季和秋季相对稳定, 波动范围分别为0.26%、 0.1%和0.29%. 2003-2011年湖泊呈退缩趋势, 冬季、 春季和秋季面积年际变化率分别为-0.52 km²·a^-1、-0.35 km²·a^-1和-0.61 km²·a^-1; 2003-2009年间湖泊水位下降了1.17 m, 变化率为-0.05 m·a^-1; 2003-2010年, 冬季总水量减少了2.51×10⁸ m³, 春季总水量减少了1.74×10⁸m³, 秋季总水量减少了2.80×10⁸ m³, 平均相对水量变化率分别为-0.35×10⁸ m³·a^-1、-0.21×10⁸ m³·a^-1、-0.37×10⁸ m³·a^-1. 从空间上看, 湖泊退缩主要发生在东北角、 东南角和西南角.气候因素分析表明, 佩枯错湖泊退缩秋季主要是因为夏半年平均气温的升高, 冬季和春季则主要是因为冬半年降水量的减少.     

黑河流域水资源转化特征及其变化规律

黑河流域水资源主要以冰雪水资源、 地表水资源与地下水资源的形式存在.上游祁连山区分布有现代冰川428条, 发育大小河流共计29条, 多年平均出山径流量37.83×10⁸m³·a^-1; 中下游走廊平原由松散沉积的第四系盆地组成, 接受出山河水及引灌河水的入渗补给, 是地表水资源的重复表现形式, 地下水补给量为25.637×10⁸m³·a^-1.受构造-地貌条件的制约, 自南部山区至北部盆地, 地下水与河水之间经过5个不同地带有规律的、 大数量的、 重复的转化过程, 形成完整统一的"山区地下水-出山地表水-中游盆地地下水-中游盆地地表水(泉水)-下游盆地地下水"水资源循环转化系统.     

黑河流域中游人工水循环系统在分水前后的变化

介绍了黑河流域中游人工水文循环过程及其中各系统之间的关系,目标是为黑河流域生态—水文过程模拟提供一套较准确的数据集。利用张掖市水利年报、莺落峡水文站资料以及张掖市水资源管理年报等调查数据分析了黑河分水前后,2000年和2010年黑河流域中游引水、输水和用水系统的变化过程,得出以下结论:①人工水文循环过程通过引水系统、输水系统、储水系统和用水系统来影响农业水资源在时空上的分配,它是人类活动影响下的中游水文循环过程的重要组成部分;②2010年比2000年引水口门减少了26处,渠道综合水利用率提高了3.6%;③与2000年相比,2010年地表水和地下水资源开发利用在空间上产生了很大变化,地表水引水量减少了1.05亿m3,地下水开采量增加了1.64亿m3。最后,从径流、地下水、大气水方面分析了人工水循环过程对自然水循环过程的影响。     

天津平原区浅层地下水水化学特征及碳酸盐风化碳汇研究

大气 CO₂浓度在控制全球气候变化方面具有至关重要的作用,研究碳循环、CO₂收支平衡和精确评估是制定区域CO₂减排策略和寻找新的碳汇途径最重要的组成部分。碳酸盐风化碳汇是全球碳循环研究的一个重要方向。为此,本研究以天津平原区浅层地下水为研究对象,通过对地下水调查及水样的采集与分析,运用水化学分析方法分析了地下水水化学特征,并估算了地下水总储存量、DIC储量和碳酸盐风化碳汇量。研究结果表明:浅层地下水化学场自北部山前平原向南部冲积平原和滨海平原,呈现出自北而南和由北西向南东的水平水化学分带规律,地下水由低浓度的淡水、微咸水变为高浓度咸水,沿此方向水化学类型由HCO₃-Ca·Na·Mg→Cl·SO₄-Na→Cl·HCO₃-Na→Cl-Na型转变;淡水区、微咸水区和咸水区面积分别为733、3 034和6 564 km²。地下水水化学组分中Ca²⁺、Mg²⁺和 {\mathrm{HCO}}_3^{-}主要来源于碳酸盐的溶解作用。研究区浅层地下水总储存量为2 241 640万m³,总DIC储量为8.13×10⁶ t,总碳汇量为4.11×10⁶ t。研究区浅层地下水淡水区、微咸水区和咸水区地下水储存量分别为157 799万、6 245 936万和1 459 247万 m³,DIC浓度分别为19200、19200和19342 mg/L,DIC储量分别为0.67×10⁶、1.65×10⁶和0.58×10⁶ t,碳汇量分别为0.22×10⁶、0.90×10⁶和2.98×10⁶ t。沿地下水流向,DIC、储量和碳汇量的空间分布均呈现出由低到高的趋势。