中国西北内陆干旱盆地地下水形成演化模式及其意义

随着系统理论分析方法的引入和同位素、遥感、计算机技术和先进物探手段等的应用,内陆干旱区的地下水勘查与研究得到迅速发展。本文以作者在中国西北地区近十几年的地下水勘查与研究成果为主要基础,将内陆干旱盆地平原区地下水划分为四级地下水流系统,即山前局部地下水流系统（Ｉ）、区域地下水流系统（Ⅱ）、滞流地下水流系统（Ⅲ）和细土平原区易变的局部地下水流系统（Ⅳ）。盆地地下水的形成演化和盐分迁移主要发生在Ｉ、Ⅱ和     

CFCs法在鄂尔多斯白垩系地下水盆地浅层地下水年龄研究中的应用

鄂尔多斯白垩系地下水盆地是中国重要的能源基地,利用CFCS方法对鄂尔多斯白垩系地下水盆地年轻地下水年龄进行测定,取得了比较准确的结果。结果表明,盆地地下水系统可以分为局部地下水系统、中间地下水系统和区域地下水系统。地下水盆地内局部地下水系统地下水循环更替快,年龄为20 a左右,地下水年龄随深度增加而增加;中间地下水系统和区域地下水系统地下水循环更替相对较慢,年龄大于70 a,可以寻求14C等其他同位素方法确定准确年龄。     

西北内陆盆地山前带典型地下水赋存模式探讨

文章根据西部严重缺水地区人畜饮用地下水勘查示范工程成果,对西北内陆盆地山前带地下水赋存机理与开发利用模式进行了总结探讨,提出了四种地下水赋存模式,为解决类似缺水地区居民生活用水问题,提供地下水勘查及开发利用的参考.     

干旱内陆区依赖地下水的生态系统研究：以敦煌盆地为例

在干旱内陆盆地生态水文学研究中,地下水的生态价值日益受到重视。论文以敦煌盆地为研究区,综合潜水埋深和水文地球化学调查、天然植物样方调查以及高空间分辨率遥感技术,从地下水属性变化对天然植物生长的影响以及依赖于地下水的植被生态系统制图等两个方面,开展了依赖地下水的植被生态系统研究。结果表明,以地下水潜水埋深和矿化度为代表的地下水属性与天然植被组成的系统是复杂的非线性系统,由多个相互作用的属性构成;当该系统远离平衡态时,控制系统状态的是多种地下水属性的组合,属性组合的微小涨落可能导致系统状态的较大差异;该系统状态的变化不具有等比例变化特征。植被覆盖度随潜水埋深和矿化度变化具有随机性、确定性和混沌特征。综合考虑研究区植物对地下水的依赖程度、植物对地下水的利用方式、地下水的排泄方式,以及植物群落空间分布格局,结合野外调查数据,完成了研究区依赖地下水的植被生态系统制图。结果表明,研究区除部分河、湖沿岸的植被生态系统外,其余2270.5km2面积都高度依赖地下水,占总面积的88% 。     

与西北内陆盆地地下水可利用量密切相关的若干问题

西北内陆盆地是我国开发大西北的重点地区。但是,水资源问题已成为制约当地经济、社会发展的主要因素,迫切需要查清地下水的可利用量,为经济发展战略重点西移这一重大决策提供科学依据。     

石羊河流域地下水盆地分区划分研究

石羊河流域属严重缺水的内陆河地区,流域水资源开发利用严重超过其承载能力,部分区域地下水利用达到174%,致使流域地下水位快速下降,天然植被枯萎死亡,土地沙漠化、盐渍化进程加快,生态十分脆弱,严重危及居民生存。本文基于流域地质结构和水文地质状况,按照地质结构、地下径流特性,对流域地下水盆地进行分区划定,并对流域水资源量进行计算评价,结果表明:石羊河流域地下水主要划分为大靖地下水盆地、武威地下水盆地、永昌地下水盆地、民勤地下水盆地、昌宁地下水盆地和潮水东地下水盆地,经流域地下切面计算和抽水试验验证,区内地下水降水入渗补给量为0.937亿m^3/a,侧向径流补给量为0.086亿m^3/a,合计地下水天然补给量为1.023亿m^3/a。相对误差为0.033亿m^3/a,绝对误差3.23%,分析较为准确,地下水盆地分区合理。研究结果为流域地下开采与保护提供了科学支撑。     

中国干旱内陆流域水体 N、P负荷特征与动态变化——以黑河流域为例

以黑河流域中游地区为研究区域，通过11年在不同河流断面的长期监测和区域内各类水体如地下水、泉水、水库和河流的空间选点取样分析，研究了干旱内陆流域水体 N、P等植物营养元素的负荷与时空分布及动态变化特征。浅层地下水与河水中NO₃-N含量普遍较高，含量超过 1．1 m g／L，大部分平原水库水中NH₄-N含量超过 0．3 m g／L；河水与浅层地下水TP、NH₄-N与NO₃-N含量均呈现沿流域从出山口至下游的显著递增变化，同时还具有明显的随时间递增趋势，其中NH₄-N含量在河流出山口及下游断面平均年增加幅度分别为 0．11 m g／L和 0．114 m g／L；流域水体 N、P含量的季节变化明显，黑河流域春季及春夏之交的枯水期大部分河段NH₄-N、NO₃-N和TP等要素含量为全年最高并出现水质超标污染。控制干旱内陆流域水域尤其是枯水期的 N、P污染，应成为干旱内陆流域水资源保护问题中值得关注的关键内容。     

西北内陆盆地浅层地下水温度场及动态类型:以酒泉东盆地为例

温度是地下水的固有属性,地下水温度场和动态特征是地下水流系统的外在表现.为揭示地下水开采等人类活动影响下西北内陆盆地浅层地下水温度场特征与地下水流系统的关系,基于多点位、长序列、高精度的地下水温度监测数据,在酒泉东盆地开展了地下水温度场及动态特征研究.结果 表明:酒泉东盆地浅层地下水温度9.33～20.77℃不等,平均...     

西北干旱内陆盆地区裸土蒸发强度

鉴于包气带蒸发的水分是从地表散失,故查明裸土蒸发规律对研究包气带水分蒸发、潜水蒸发问题具有重要意义。为了查明西北干旱内陆盆地区裸土蒸发强度规律,通过开展裸土含水率观测、包气带负压观测等野外原位试验,结合气象资料,对包气带剖面流场特征进行分析,采用有限差分法对裸土蒸发强度进行计算。结果表明：依据包气带水分在垂向上迁移的不同状态,将裸土区包气带剖面划分为水分向上传输带和水分向下迁移带2个带;西北内陆干旱盆地裸土包气带极限蒸发深度为1.2 m;受外界蒸发能力和包气带向上输水能力交替控制作用,盆地内裸土蒸发出现在4月下半月至9月下半月,其中4月下半月至5月裸土蒸发强度最大,平均蒸发强度达0.56 mm/d;裸土蒸发强度平均仅占水面蒸发强度的3.5%,最大达6.7%。     

利用CFC研究地下水混合作用——以关中盆地浅层地下水为例

从介绍了CFC在识别地下水混合中的应用入手,将此方法实际应用于关中盆地浅层下水研究。理论分析表明CFC浓度比值不受地下水混合作用的影响,利用CFC浓度年龄和CFC比值年龄可分析地下水混合作用,并可估算新水所占的比例。关中盆地下水CFC浓度从山前向渭河谷地有下降趋势,反映地下水以侧向流动为主,山前补给的新水与含水层中的老水有混合作用。地下水中新水所占的比例可达50%以上,表明该区地下水较易接受现代水补给。     

太行山前平原浅层地下水污染的分子生物学响应特征——以滹沱河流域为例

分子生物学技术是地下水污染研究的前沿技术,常用于场地尺度,区域尺度罕见。以太行山前平原滹沱河流域的典型浅层地下水为研究对象,沿河布点采样67组,采用高通量测序技术,测定样品16S rDNA基因序列,以化学需氧量、硝酸盐、溶解性总固体为环境因子,分析与污染相关的微生物种群结构响应及功能性指示菌属。结果显示:采用累积概率分布法将样品分为背景(B)、硝酸盐污染(N)、有机污染(Y)3组,该分类阈值与地下水质量标准的Ⅲ类水阈值可较好对应;微生物群落丰富度为B组N组Y组,有机污染使微生物种群趋于单一,且与背景差异更大。有机污染功能性指示菌属为Acinetobacter,硝酸盐污染为Nitrospira。以上形成的分子生物学响应特征研究方法可为区域调查及修复提供技术方法理论依据。     

浅层地下水化学成分特征及成因分析

以淮南市浅层地下水为研究对象,采集样品130个样品,利用多种方法测试了21种水样指标。统计其化学组分,划分了水化学类型,分析了硬度与Ca^2＋／Na^＋,Mg^2＋／Na^＋,TDS和ES之间关系,并对地下水中重金属元素与常规组分的相关性进行了探讨。最后得出,淮南市区浅层地下水属于弱酸-弱碱性淡水,水体硬度大,水化学类型以Na^＋ - Ca^2＋ - HCO3^- - Cl^-为主;Cl^-、F^-、SO4^2-和氨氮超标不高,重金属超标高于其它组分,是影响地下水水质主要因素之一。另外随着TDS增加,Cl^-、SO4^2- 含量增大等。     

污水灌溉区包气带中重金属元素空间分布特征——以太原市某污水灌溉区为例

在距离灌渠不同距离的包气带中钻孔取样,测定了33个土壤样品中的pH值和Ba、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb、Zn、土壤有机质的质量分数,对这8种重金属元素在土壤样品中的质量分数进行数据统计和空间分析。结果显示:①重金属元素Cr、Cu、Ni、Pb和Zn主要来源于污水,Fe、Mn和Ba除来源于污水外,还有一部分来源于土壤母质;②Cu、Cr、Pb、Zn和Ni的空间分布差异大,变异系数可达75.22%,主要富集表层0~0.3 m深度处和黏土层(黏土层起始深度在1.2~1.5 m,厚度40 cm)中,Fe、Mn和Ba在垂向上主要呈平均分布,空间分布的变异系数为19.09%~33.10%;③包气带中重金属元素平均含量超过当地土壤背景值的3~8倍,已经在包气带表层0~0.3 m深度处和黏土层中积累,而且Ba、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn等重金属元素已经迁移到潜水层。     

大型新生代断陷盆地的浅层地下水的脆弱性评价——以山西太原盆地为例

为开展山西太原盆地的地下水环境保护工作,在GIS平台上利用DRASTIC模型采用地下水位埋深、含水层净补给量、含水层介质、土壤介质、地形、包气带、水力传导系数7个指标评价了盆地浅层孔隙地下水的脆弱性.结果表明:太原市与介休市是盆地内地下水脆弱性最高的地区,同时也是山西省工农业最发达的地区.为解决工农业发展带来的高污染风险性与地下水环境脆弱性这一对明显的矛盾,应加强以上地区的地下水污染防治工作,在开展工作时应坚持"以预防为主,防、治结合"的原则.     

西北内陆盆地冻结-冻融期的地下水补给与损耗

天山北麓平原区,每年冻结过程的时间远大于融化过程。在昌吉地下水均衡试验场,选择该平原的3种代表性土壤(粉质轻粘土、细砂、砂砾石),利用地中渗透仪观测冻结冻融期的地下水补给与损耗。根据不同岩性的地下水蒸发极限深度,设计了不同的地下水埋深。在冻结期,砂砾石、细砂岩性分布地区有利于浅埋型地下水资源的保护。在冻融期,无论何种地下水埋深水平,3种岩性的地下水都获得冻融水的补给,但细颗粒岩性的补给量相对较少且存在滞后效应,相反,粗颗粒岩性更有利于地下水资源的形成。冻结期一个月的地下水最大损耗量不超过253mm(砂砾石),而冻融期一个月的地下水最大补给量高达1133mm(细砂),冻融期是年内地下水的重要补给时期。     

关中盆地浅层地下水地球化学的形成演化机制

在对关中盆地浅层地下水169个水化学数据分析的基础上,运用图解法、数理统计法及Phreeqc模拟等方法对关中盆地浅层地下水水文地球化学形成演化机制进行系统研究,取得了一些新的认识。按含水介质及地下水循环特征,将浅层地下水系统大致划分为强烈径流区、缓慢径流区、排泄区。不同水动力分区中,地下水化学类型具有一定的分带性,从强烈径流区、缓慢径流区至排泄区,地下水的化学类型由HCO3-Ca·Mg型经过HCO3-Ca·Mg·Na型逐步演化为SO4·Cl-Na型。地下水强烈径流区,地下水化学组分的形成主要以碳酸盐、硅酸盐等矿物岩石风化作用为主,缓慢径流区以多种作用为主,排泄区由Na-Ca阳离子交换及蒸发浓缩作用控制。     

地下水流系统特征——以白垩系地下水盆地为例

以不同的研究尺度,白垩系地下水盆地可以划分为若干地下水流系统.水流系统的发育受含水层补给和排泄条件及含水系统结构控制.每一个水流系统都具有整体性、相关性、等级结构性、时序性、动态平衡性、功能性等特征.     

基于GIS的鄂尔多斯白垩系盆地浅层地下水水质分布规律研究

文章以地下水质量标准为基础,结合鄂尔多斯白垩系盆地水资源现状,构建了研究区地下水水质评价指标体系,并对国标中部分指标限值提出了修正建议。通过建立浅层地下水水质模糊综合评价模型,对研究区地下水水质进行了综合评价,并以GIS为平台,对水质空间分布状况及其规律进行了研究。结果表明:总硬度、硫酸盐、溶解性总固体、氯化物指标的水化学分布对研究区地下水水质的影响最为明显,同时,盆地浅层地下水水质总体上相对较好,大部分地区地下水水质优于Ⅳ类,完全满足生活生产用水要求。     

包气带在干旱半干旱地区地下水补给研究中的应用

在干旱半干旱地区,包气带的溶质和同位素剖面不但可以提供较长时间尺度上的地下水补给信息,而且记录了过去气候变化与环境变化信息。本文基于学科组近10年的研究成果,以鄂尔多斯盆地为例（包括南部的黄土高原和北部的沙漠高原）,将包气带和饱和带结合起来,利用多种环境示踪技术,提升了包气带在干旱半干旱地区地下水研究中的潜力,并将其应用到地下水补给历史重建、地下水补给机制确定、植被变化对地下水补给影响评价和地下水污染物全过程示踪中。研究表明,由于在干旱半干旱地区,包气带较厚且补给量有限,地下水和现今的浅表水文过程未达到水力平衡,如在沙漠高原西部,近2 500 a降水尚储存在包气带13 m以浅,地下水是4 000 a以前补给的,其水化学特征与浅部包气带水差异巨大;而在黄土高原,补给量较大,但包气带巨厚,年降水仍需要几十到上百年时间入渗到地下水（但并不意味着没有补给,其土壤水在包气带中平均入渗速率为0.1~0.3 m·a-1）,包气带浅部溶质含量较深部和地下水中的高;典型黄土塬区的地下水均不含氚,地下水年龄在几百到上万年。黄土内部层状均匀的土壤质地特征和相对较老的地下水年龄揭示的均匀活塞流入渗是黄土塬区浅层地下水补给的主要方式。黄土高原退耕还林还草和沙漠区植被恢复导致地下水补给呈现不同程度的减少,反映在包气带上表现为溶质含量的增加,可用于定量化确定地下水补给量的变化。本文强化了包气带在干旱半干旱地区地下水补给研究中的作用,在未来地下水资源评价、地下水污染全过程刻画中应得到重视。     

干旱绿洲区包气带土壤盐分分布特征及运移机制——以新疆焉耆盆地为例

土壤盐渍化问题严重制约着我国干旱—半干旱区农业可持续高质量发展,了解包气带土壤盐分离子分布特征及垂向运移机制对科学防治土壤盐渍化具有重要意义。通过精细化采集新疆焉耆盆地2 m深度剖面土壤,测定样品机械组成和8种盐分离子含量,计算土壤颗粒分形维数,采用统计学方法分析包气带土壤盐分离子垂向分布特征,对包气带土壤质地与水盐运移间的关系进行探讨。结果表明,博湖剖面包气带土壤主要为非盐渍土,土壤盐分主要受开都河下游地下水水化学类型和矿化度控制,阴阳离子比值约为2∶5,盐分类型主要为Ca2+—HCO2-3和Na+—SO2-4型;焉耆剖面包气带土壤普遍为重度盐渍土,土壤盐分受到开都河下游地下水水化学类型和自身包气带盐分的综合影响,阴阳离子比值约为1∶2,盐分类型主要为Ca2+—SO2-4型和Na+—Cl-型。土壤分形维数和黏粒含量之间显著正相关,与砂粒含量显著负相关,包气带土壤盐分与分形维数间相关性不明显,主要受到土壤粒径组成及其所处深度等综合作用的影响。博湖包气带土壤质地由表层至深部逐渐变粗,盐分含量呈现出在0~80 cm深度的表层和125~200 cm的底部波动大,80~125 cm稳定的变化趋势,盐分离子主要聚集在约30 cm深度粉质黏壤土与粉质黏土层的交界处。土壤盐分运移大致可划分为交互作用段(0~80 cm)、平衡段(80~125 cm)和地下水扰动段(125~200 cm) 3个部分,蒸发作用影响深度约80 cm。焉耆包气带土壤质地由表层至深部逐渐变细,随深度的增加,盐分含量和波动程度均逐渐减小,盐分离子主要聚集在0~10 cm表土层。盐分运移大致可划分为盐分离子上升段(0~120 cm)和平衡段(120~200 cm)两个部分,蒸发作用影响深度约为120 cm。上细下粗型的包气带土壤质地组成是抑制土壤盐渍化较为理想的分布模式,对于焉耆剖面类型可先采取灌溉压盐,然后进行约40 cm深度的翻耕,博湖剖面类型可直接采取50 cm左右深度的深耕,一定程度上能够抑制盐渍化的发生。