运用溴离子示踪法评价玛纳斯河流域平原区潜水蒸发

潜水蒸发是干旱内陆盆地区地下水的主要排泄方式,但其定量评价存在很大的不确定性,是水均衡分析和水资源评价的难点.在新疆玛纳斯河流域平原区,以溴离子为示踪剂于2017年5月在不同土地利用类型区试验点投溴化钠,分别于2017年8月和2018年8月采样测定溴离子垂向分布,根据溴离子垂向运移速率确定潜水蒸发速率.试验点溴离子的浓度在垂向剖面上的分布呈现单峰形态且峰值上移,根据其峰值上移距离计算得出非沙漠区年平均潜水蒸发量为33.59 mm;不同土地利用类型潜水蒸发由强至弱依次为棉田、荒地、林地和沙漠,年平均蒸发量分别为41.71 mm、34.01 mm、11.28 mm、8.58 mm.溴离子示踪法评价潜水蒸发量的结果与前人相符;潜水蒸发速率与土地利用类型、包气带岩性、土壤体积含水量和潜水埋深有关,岩层粘粒含量越高、含水量越高、越靠近细土平原低地势区,潜水蒸发作用越强.      

海州湾弱透水层孔隙水的化学特征与盐分演变

为查明海岸带弱透水层孔隙水的盐分来源与演变机制,在连云港海州湾钻探采集了4个钻孔的粘性土柱,采用压榨法采集孔隙水,测定了孔隙水化学-同位素组分,建立了二维剖面孔隙水全新世以来的溶质运移数值模型.由陆向海孔隙水的总溶解固体由0.9增加到41.4 g/L,垂向上浅层高、深层低.孔隙水Cl/Br比为170～533(均值267),⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值为0.709 3～0.711 6,Cl^-与δ¹⁸O呈正相关关系,表明孔隙咸水为海相成因,同时还受到硅酸盐矿物风化和阳离子交换作用影响.全新世弱透水层孔隙水为10～5 ka BP海侵时期的古海水,向下入渗造成更新世孔隙水咸化.4 ka BP海退后,孔隙水接受淡水补给,但古海水并未被完全驱替.近海岸处孔隙水受持续蒸发影响而形成盐水.数值模拟表明海侵-海退事件是控制弱透水层孔隙水盐分演变的主要因素,海侵时海水以“指状”模式向下入侵,造成了咸淡水的不均匀分布.     

浸没评价中二元阶地水位雍高值的计算方法对比

在黏土层饱水带表达式进一步完善的基础上,以长江中下游某研究区线性排列的5个钻孔数据为例,对湖区蓄水后剖面地下水位雍高值分别用卡明斯基法(KM)和结合水动力学法(BDM)进行了计算,结合毛细上升高度和基础埋深圈划出浸没影响范围,对比了2种方法在二元阶地浸没评价中的差异性。研究结果表明:具有二元结构的细粒土层,且上下两岩层渗透系数相差达到104数量级时,二元结构的含水层水动力条件发生变化,地下水流动由潜水二维流转变为承压一维流,此时二元结构的下层更接近承压含水层的性质;渗透系数相差在100~104数量级以内,随着K₁/ K₂不断减小,地下水位雍高值均减小,但是其影响长度却增加;上层含水岩层采用结合水动力学法(BDM)计算出的水位雍高值(平均值0.7 m)明显小于卡明斯基法(KM)的计算值(平均值5.5 m),圈划出的浸没面积是卡明斯基法(KM)圈划面积的91%,二元结构阶地浸没评价采用结合水动力学法(BDM)计算的雍高水位值更合理。      

末次盛冰期以来河北平原第四系地下水流系统的演变

以区域自然地理及地质历史分析为基础,以环境同位素及大陆盐化咸水后期变化为实证依据,重塑了末次盛冰期以来河北平原第四系地下水流模式演变。研究发现,末次盛冰期以来河北平原第四系地下水流系统经历3个演变阶段：(1)距今18~15 ka的低海平面时期,接受持续补给,地下水得到充分交替,发育穿透达到或接近第四系底界的区域水流系统;(2)距今15~12 ka的海平面急剧抬升期,地形势差减弱,发育穿透第三含水层组的早期中间水流系统,与此同时区域水流系统趋于停滞;(3)距今2.5 ka以来,现代河流地貌成形,高位河床与低位河床及河间低地的势差成为主要驱动力,发育穿透第一及第二含水层组的晚期中间水流系统。随着海平面抬升,后期发育的水流系统切割前期水流系统的一部分并叠置其上。因此,现今河北平原第四系的地下水流系统乃是不同演变时期地下水流系统的时空四维集合体。其他濒海平原,乃至侵蚀强度随时间减弱的内陆盆地,都有可能出现类似图景。距今12 ka前后形成的大陆盐化咸水,由上升水流带到浅部,导致浅层咸水以及土地盐渍化,乃是河北平原水资源利用及生态与环境保护的关键性不利因素。     

多级次地下水流系统的最小能耗率原理初探

20世纪60年代初期,Tóth基于定水头上边界条件推导出解析解,得出多级次地下水流系统,是水文地质学里程碑式的突破,成功地解决了一系列理论和实际问题.但T6th解析解存在的缺陷也长期沿袭:单纯重视数学模拟而忽视物理机制;将地形控制地下水位看成是普适性规律;忽视给定水头上边界数学模拟的失真.这些缺陷,尤其是忽视物理机制探...     

末次盛冰期以来河北平原第四系地下水流系统的演变

以区域自然地理及地质历史分析为基础,以环境同位素及大陆盐化咸水后期变化为实证依据,重塑了末次盛冰期以来河北平原第四系地下水流模式演变。研究发现,末次盛冰期以来河北平原第四系地下水流系统经历3个演变阶段:(1)距今18～15ka的低海平面时期,接受持续补给,地下水得到充分交替,发育穿透达到或接近第四系底界的区域水流系统;(2)距今15～12ka的海平面急剧抬升期,地形势差减弱,发育穿透第三含水层组的早期中间水流系统,与此同时区域水流系统趋于停滞;(3)距今2.5ka以来,现代河流地貌成形,高位河床与低位河床及河间低地的势差成为主要驱动力,发育穿透第一及第二含水层组的晚期中间水流系统。随着海平面抬升,后期发育的水流系统切割前期水流系统的一部分并叠置其上。因此,现今河北平原第四系的地下水流系统乃是不同演变时期地下水流系统的时空四维集合体。其他濒海平原,乃至侵蚀强度随时间减弱的内陆盆地,都有可能出现类似图景。距今12ka前后形成的大陆盐化咸水,由上升水流带到浅部,导致浅层咸水以及土地盐渍化,乃是河北平原水资源利用及生态与环境保护的关键性不利因素。     

干旱区膜下滴灌棉田SPAC系统水分通量模拟

研究新疆干旱区现行一膜六行滴灌方式下棉田的土壤水分运移过程及SPAC系统水分通量,为实施农业节水策略提供理论依据。在新疆典型棉花种植区田间试验的基础上,通过构建Hydrus-2D土壤水分运移模型,探讨膜下滴灌棉田SPAC系统的水分通量。结果表明,在距地表50~70 cm处由周期性滴灌产生了一个发散型零通量面。整个模拟期内,灌溉是主要水分输入来源,占模拟区域输入水量的87.6%。70%以上的水量均被作物吸收利用,土壤蒸发量及渗漏量仅分别占8.2%和20.8%。灌溉水的利用效率可达85.2%。综合模拟结果表明现行一膜六行的滴灌方式能有效减少土壤蒸发量及深层渗漏量,提高了区域水资源的利用效率。     

当代水文地质学发展趋势与对策

当代水文地质学进入了生态环境水文地质学阶段。当代水文地质学的研究目标是:从可持续发展理念出发,构建人与自然协调的、良性循环的地下水系统、水文系统、地质环境系统与生态系统。以系统思想为指导,运用多学科方法,发展向生产领域延伸的地下水工程,是当代水文地质学发展的关键。     

多级次地下水流系统的最小能耗率原理初探

20世纪60年代初期,Tóth基于定水头上边界条件推导出解析解,得出多级次地下水流系统,是水文地质学里程碑式的突破,成功地解决了一系列理论和实际问题。但Tóth解析解存在的缺陷也长期沿袭：单纯重视数学模拟而忽视物理机制;将地形控制地下水位看成是普适性规律;忽视给定水头上边界数学模拟的失真。这些缺陷,尤其是忽视物理机制探究,不仅妨碍Tóth理论自身发展,而且导致地下水流系统理论尚未被国际水文地质界普遍接受。参照河流动力学中应用的最小能耗率原理,类比提出地下水流最小能耗率的表达式。基于已有的通量上边界地下水流模式数值模拟结果,进一步探究物理机制,归纳得出地下水流系统遵循最小能耗率原理的结论。