黑河流域中游盆地地表水与地下水转化机制研究

地表水与地下水相互转化是中国西北干旱内流盆地水循环的显著特征,转化机制研究是盆地水循环规律认知和水资源可持续管理的重要基础。以我国西北干旱内流河黑河流域中游的张掖盆地和盐池盆地为研究区,建立了黑河主干河道时变水平衡模型和地表水地下水耦合数值模型,研究了长周期水文变化和人类活动双重影响下地表水与地下水转化机制,得到如下认识:（1）补给条件由以天然条件下河流渗漏为主的线状补给演变为以河流与引水渠道渗漏的线状补给和灌区田间入渗面状补给,排泄条件由以泉水溢出和天然湿地排泄演变为以泉水溢出与地下水开采为主的排泄。（2）张掖盆地黑河干流河道入渗段和溢出段大致以G312 大桥为界,亦称为地表水与地下水转化的转折点。莺落峡—G312 大桥段为悬河渗漏段,河道入渗补给主要受控于进入河道的实际过水量。其中,莺落峡—草滩庄段河道入渗补给率为28.20 %;草滩庄—G312 大桥段河道入渗补给量与河道过水量的关系可用分段函数表达,河道过水量大于或等于0.37×108 m3/mon时呈幂函数关系,小于则呈线性函数关系。G312 大桥—正义峡段为地下水溢出段,其中G312大桥—平川大桥段地下水溢出量约占全部溢出量的70%,溢出峰值出现在高崖水文站下游约6 km处,其单长溢出量可达0.46 m3/(s·km)。（3）研究区是一个相对完整的河流—含水层系统,近31年来经历了连枯和连丰的水文变化,地下水补给排泄条件及与地表水转化机制均发生了相应的变化。地表水与地下水转化最强烈的地区为张掖盆地中部的黑河—梨园河倾斜平原。1990—2001 年连枯期,灌区引水量总体逐年减少,以河道入渗和渠系渗漏为主的补给量平均以0.06×108 m3/a速率减少,农田灌溉面积增加导致灌溉用水增加,地下水开采量显著增加,地下水水位逐年下降,储存量累计减少5.77×108 m3,地下水溢出量平均减少0.16×108 m3/a;而2002—2020 年连丰期,灌区引水量总体逐年减少,河道入渗量呈增加趋势,地下水总补给量平均增加0.15×108 m3/a,灌溉面积继续扩大,农灌开采量随之增加,以河道入渗量增加为主导,地下水水位持续上升,储存量累计增加5.45×108 m3,地下水溢出量平均增加0.08×108 m3/a。总之,补给和排泄条件变化较大,地下水储存量先减后增,地下水溢出总量变化较为平缓,反映了该区巨厚含水层系统的巨大调蓄功能。（4）位于张掖盆地东部的诸河倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于地表水开发过度,补给量锐减。黑河侵蚀堆积平原地下水水位基本稳定。30 多年来盐池盆地倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于移民开垦导致地下水过量开采。（5）内流盆地天然悬河入渗段是珍贵的地下水补给通道,无论连枯期还是连丰期,河道实际过水量是河道渗漏补给量的关键,保护上游天然河道和一定的河道实际过水量是内流盆地水资源可持续管理的关键。     

黑河流域地下水与地表水转化研究进展

地处我国干旱内陆区的黑河流域,其地表水与地下水在不同的地貌单元发生着大数量的、有规律的、重复的转化过程,极大地提高了水资源的利用率.早在20世纪80年代,甘肃省地矿局等单位率先开展了有关黑河流域地表水与地下水转化过程研究的国家"七五"、"八五"科技攻关项目,取得了丰富的勘查研究成果,促进了这一地区有限水资源的合理开发利用.进入21世纪以来,随着勘查研究理论的丰富和环境同位素技术的广泛应用,黑河流域地表水与地下水资源及其循环转化引起了学术界的广泛关注,并相继完成并发表了一批具有较高水平和学术价值的科研成果,进一步提高了干旱区水资源的开发与保护.但仍存在着水资源转化关系和转化规律还缺乏流域系统研究、中下游盆地深层地下水的补给来源尚不能确定等方面的不足,不利于协调社会经济发展与生态环境保护之间的用水矛盾.     

黑河中游盆地水资源转化规律研究

基于近二十多年黑河中游盆地的地表水和地下水观测资料,通过对盆地水资源转化规律的认识,利用水文系统分析法分析了该区域地表水、地下水相互转化规律,建立了盆地出口断面水资源量转化模型和盆地平均地下水水位变幅变化模型,经模型计算值与实测值比较吻合的较好,故可运用模型预测该盆地出口断面的水资源量和地下水水位的变化幅度。根据黑河出山径流不同频率的来水量,预测了现状条件下中游绿洲区平均地下水水位的变化幅度。得出了应该充分利用地表水和地下水的相互转化提高水资源的总体利用率,单方面考虑提高地表水利用率的做法有可能破坏地下水资源、降低水资源的总体利用率和造成生态与环境恶化的结论。     

黑河流域地表水与地下水转换关系的几点质疑

张掖、高台和临泽沿着黑河一带泉水总量在（10-13）×108m3/a之间，泉水对张掖地区的农业生长、生态环境、工业和人民生活极为重要，近年来虽然泉水量在减少，但基本保持稳定状态。对于泉水的补给来源基本被认为是由黑河等地表径流转换而来的，认为河流在山区排泄地下径流，进入山前平原以后，变成河水补给地下水，而在适当条件下地下水以泉的形式溢出地面，因此构成地表水与地下水相互转换的复杂过程。很多人认识这种过程是水循环的一个组成部分，其表现形式为河水渗漏-溢出-再渗漏-再溢出等，是一种反复转化过程，并称此过程为水资源相互转化多巡回性。笔者结合同位素分析对这种地表水-地下水-泉水-地下水-泉水的多次转换模式产生一定质疑。     

锡林河流域地表水和浅层地下水的稳定同位素研究

2006年4—9月,在从锡林河源头沿河流进行地表水和地下水同位素样品采集和分析的基础上,利用全球降水同位素监测网(GNIP)包头站的大气降水稳定同位素资料,结合锡林河流域的气象和水文资料,对锡林河流域大气降水、地表水和地下水稳定同位素进行了研究.结果表明:地下水中δ18O和δD值分别集中在-11.7‰～-14.9‰和-80‰～-89.5‰范围内,δ18O沿地下水流向有增加的趋势,大部分地下水中δ18O的季节波动性不大;河流干流δ18O和δD的年算术平均值从源区的-12.8‰和-94.5‰到入锡林河水库处的-10.0‰和-79.3‰,差值分别约为3‰和15‰.河水中的δ18O值沿流程增加而增大的现象可归结为受含有较高δ18O值的地下水补给作用和河水的蒸发作用的共同影响,其中对δ18O蒸发富集的研究显示,蒸发引起δ18O富集值为1‰.通过地下水线(GWL)和地表水线(SWL)及区域大气降水线(LMWL)的对比分析发现,在径流季节,降水对地表水的贡献小,地下水是地表水主要的补给源,地表径流基本是地下水的排泄.     

黑河流域中游盆地水文地球化学演化规律研究

黑河是我国第二大内流河,研究其水化学演化规律,对于区域水资源科学利用与管理、保障饮水安全和下游生态安全都具有重要作用。本文利用2014—2018年在黑河流域开展1∶50 000水文地质调查所获取的资料,研究了黑河干流和丰乐河两个典型剖面的水化学和同位素变化规律。结果表明,黑河中游盆地地下水主要来源于祁连山区大气降水补给,黑河干流区地下水氘氧同位素比丰乐河流域更为富集,反映了氘氧同位素的高程效应。在丰乐河流域排泄区发现了非现代气候条件下形成的古水,说明现在的盐湖盆地早期就是地下水滞留区。山前戈壁带含水层经长期淋滤作用,地下水溶解性总固体(total dissolved solids,TDS)较低,水化学类型以重碳酸型为主。溢出带以北下游地区TDS逐步增高,地下水类型以硫酸型、硫酸-氯型为主,具有两种地下水化学背景和演化模式:一种是石膏溶解-碳酸盐沉淀析出-氯化物溶解-缓慢的硅酸盐非完全溶解和阳离子交换反应模式;另一种在此基础上增加硫酸钠溶解演化模式。流域补给区和径流区地下水TDS升高的主要原因是溶滤作用。丰乐河排泄区地下水TDS升高的主要原因仍是溶滤作用,溶滤盐分的来源是表层的盐分,以石盐为主。黑河干流排泄区由于含水层较薄,水位埋深较浅,蒸发对地下水咸化的影响更大。     

黑河中游甘州区地下水动态分析

黑河中游地区地表水和地下水多次转化利用,且地下水的开发利用历史悠久。随着上世纪八九十年代开发利用量的增加,地下水位呈持续下降状态,但2001年以后,部分区域下降幅度减小,个别地方止降回升,并引发了一定的地质灾害。通过甘州区地下水三十多年监测资料,全面分析地下水动态变化特征及其规律,探讨了引起地下水位上升的成因,提出了地下水保护的建议。     

分布式光纤测温技术在黑河中游地表水与地下水转换研究中的应用

本研究首次应用分布式光纤测温技术,监测张掖市临泽县平川段的黑河河床表面温度与河水温度,确定了该时段黑河中游湿地临泽平川段的地表水地下水转换情况。分布式光纤测温系统温度分辨率为0.01℃,采样间距为0.25m,时间间隔为4min。通过对全长550m的河床表面温度与河水温度连续监测,分析该区段温度场动态,发现试验区河段河流受地下水补给,有地下水溢出带。通过河床表面温度与河水温度、环境温度的对比,清楚反映了该河段温度异常带的分布与变化规律,明确了地下水溢出带的位置与地下水溢出强度。     

马莲河河水与地下水的相互关系:水化学和同位素证据

查明地表水与地下水的转化关系是建立区域水循环模式、揭示水资源形成机制、评价水资源总量以及可持续开发利用水资源的必要环节.马莲河位于我国西北干旱半干旱气候区,流域内水资源时空分布不均,生态环境脆弱,水资源问题严重.受到区域气候、地质构造和自然地理环境的影响,河水与地下水的转化频繁、关系复杂.在分析了流域内地下水动力场特征的基础上,应用水化学方法和同位素技术相结合的方法分析了马莲河河水与地下水的相互转化关系.马莲河河水主要以接受地下水补给为主,仅在中游个别河段与地下水的水力联系较弱.     

河西走廊黑河鼎新至哨马营段河水与地下水转化途径分析

运用美国ＧＥＯＭＥＴＲＩＣＳ公司制造的ＳｔｒａｔａｇｅｃｍＥＨ４电导率成像系统。对黑河鼎新至哨马营河谷地带进行实地调查发现,此段存在一地堑式断层,为东西走向,古道沿此断层形成。河流在此段大部分沿古河道为地下水,自西向东流去,在东部板滩井一带（盐碱沼泽地）以垂向蒸发方式通过地表及植被排泄。古尔乃绿洲的形成与黑河河水通过断层转化成地下水有关。     

济南泉域浅层地下水水化学同位素研究

文章系统地分析了济南泉域浅层地下水(第四系孔隙水)和地表水的水化学成分和氢氧稳定同位素,并结合当地地形和水文条件,研究了不同地段浅层地下水和地表水的不同补给来源,揭示了浅层地下水与岩溶水的水力联系,得出浅层地下水在市区和东郊以降水入渗补给为主;在西郊和平安店则以岩溶水顶托补给和地表水(河水和水库水)入渗补给为主、当地降水入渗为辅的结论。为保护泉水、优化泉域内地下水开采方案提供了重要依据。     

西北黑河下游额济纳盆地地下水系统研究(下)

4　水化学特征根据实测的水化学资料 ,得出盆地内地下水的水化学类型、矿化度具有以下明显的水平分带性 :(1)从盆地南部地湾东梁—北部的额济纳县城—东西居延海 ,地下水的水化学类型由ＳＯ4 ·ＨＣＯ3 Ｎａ·Ｍｇ型渐变为ＳＯ4 ·Ｃｌ Ｎａ型和Ｃｌ Ｎａ型 ,地下水的矿化度由小于 1 0ｇ ｌ的淡水渐变成 1 5ｇ ｌ左右的微咸水和大于3 0ｇ ｌ的咸水。(2 )从盆地南部地湾东梁—古日乃—进素土海子 ,地下水的水化学类型由ＳＯ4 ·ＨＣＯ3 Ｎａ·Ｍｇ型渐变为ＳＯ4 ·Ｃｌ Ｎａ型、Ｃｌ·ＳＯ4 Ｎａ型和Ｃｌ Ｎａ型 ,对应的矿化度由小于 1 0…     

阿拉善高原地下水的稳定同位素异常

1987～1995年对降水、黑河水和古日乃草原地下水作了定位观测,在巴丹吉林沙漠水文探险中采集了沙漠和戈壁地下水及湖水.降水同位素组成δD～δ18O与Craig线相同,但发现了地下水的δD～δ18D关系平行于降水线且有氘盈余为负且达-22‰的异常,其成因不明.由地表、地下水环境同位素组成,分析了黑河治理规划实施后可能对地下水资源产生的工程影响,它近期不会成为古日乃草原沙漠化进程的因素,但对额济纳绿洲的影响却不容忽视.     

黑河流域水循环过程中地下水同位素特征及补给效应

通过环境同位素及其Tamers、IAEA模型应用研究表明,黑河流域水循环过程中地下水同位素特征与补给源属性和数量密切相关,具有非均一性;东部以山区降水通过出山地表径流补给为主,西部冰川雪融水和山区基岩裂隙水是主要补给源,下游区依赖中游区河水下泄状况,蒸发特征明显。东部同位素较新且地下水更新较快,西部同位素较老且地下水更新较慢;祁连山前戈壁带地下水同位素与山区河水相近,细土平原带地下水补给河水;高台一带受酒泉低氚值地下水补给影响而河水和地下水氚值都偏低;近河道带地下水年龄较新,远离河道则较老。因此,充分利用地下水与地表水之间转化规律,联合优化调控,有利于该区地下水资源可持续利用。     

河西走廊平原地下水与河水的相互转化

河西走廊自南部山区至北部平原,地下水与河水之间形成有规律的、大量的重复转化过程.本文对河西走廊的水资源从祁连山中高山形成区到下游盆地湖积平原的消失区,地下水与河水之间经过几个不同地带的转化进行了论述,阐述了相互转化的关系及规律.     

张掖盆地水文地质特征与稳定同位素研究

论述了张掖盆地地下水赋存分布特征与地下水补给、径流、排泄条件,利用水化学、同位素调查的方法,重点对张掖甘州平原区地下水水化学类型及其演化过程进行了研究。结果表明：张掖盆地由源于南部祁连山和北部龙首山的水系沉积物组成,其冲洪积平原规模、含水层富水性、导水性与地下水水化学特征等方面存在差异;同时地下水稳定同住素特征分析印证了水文地质条件的差异。祁连山前沉积物与龙首山前沉积物中地下水有着不同的补给来源和径流路径。浅层地下水和龙首山前深层承压水主要补给源为大气降水和山区河流入渗补给,祁连山前深层承压地下水系统可能有冰雪融水补给。     

三江平原地表水与地下水氢氧同位素和水化学特征

地表水与地下水的相互作用是水循环研究中的重要组成部分,是水资源管理、规划和优化配置的基础。通过野外考察取样和室内测试分析,应用同位素和水化学方法分析了三江平原地表水与地下水的相互作用关系。结果表明:兴凯湖水氢氧同位素最富集,乌苏镇井水同位素最贫化。松花江、黑龙江和乌苏里江沿河流流向,δD都呈现贫化的趋势;δ18O在松花江和黑龙江沿河流流向有富集的趋势,而沿乌苏里江则呈现贫化趋势。在松花江和黑龙江汇合处,黑龙江江水同位素贫化,电导率低。深井的氢氧同位素比浅井贫化,电导率较小。三江平原当地大气降水线(LMWL)为δD=7.4δ18O-3.1。三江平原水化学主要是Ca·Mg-HCO3型,在人类活动较大的地方,水化学类型发生了改变。利用氢氧同位素和水化学分析表明降水是地表水和地下水的补给源,地表水与地下水水力联系较强。地表水与地下水应作为统一体进行水资源管理。     

淮河下游地区地表水与地下水同位素特征分析

为探明淮河下游地区地表水与地下水稳定同位素的组成特征,于2020年11月对该区域进行代表性采样,共采集地表水样13个,地下水样82个.结合全球大气降水同位素监测网(GNIP)公布的南京降水同位素数据,根据最小二乘法得出当地大气降水线(LMWL)方程为:δD=8.49δ18O+17.71,其斜率和截距高于全球大气降水线(...     

利用222Rn、EC及断面测流分析黑河中游地表水与地下水转换关系

本文以黑河中游为研究对象,采用222Rn、EC及断面测流法对莺落峡至正义峡河段地表水、地下水转化关系进行了分析。结果表明,莺落峡至张掖黑河大桥段为地表水补给地下水,其单长渗漏率为0.248～0.433m3/s.km;张掖黑河大桥至正义峡段为地下水补给地表水,其单长渗出率为0.042～1.057m3/s.km。在相互补给率计算基础上对不同河段不同时段可分别计算相互的补给量,为水资源评价及规划提供科学依据。     

利用稳定同位素方法识别内蒙古佘太盆地地下水补给来源

为研究近几十年来佘太盆地地下水补给变化情况,通过现场调查分析,对佘太盆地浅层地下水开展同位素样品采集工作,并测定了其氢、氧稳定同位素的值。在分析同位素分布特征及变化规律的基础上,结合当地地质及水文地质条件识别了地下水补给来源和补给区并构建了浅层地下水的补给模式图,探讨了区域上浅层地下水的补给流动状况。通过分析研究区大气降水和地下水中的氢氧稳定同位素的变化特征发现:当地大气降水并不是地下水的主要补给来源,其补给源区为周边山区,补给来源主要是周边山区的大气降水,且地下水所经历的蒸发作用较明显;盆地的东、西部地下水的补给源区不尽相同,西部的补给区高程要高于东部的补给区高程,但两部分地下水所经历的蒸发强度基本相同。