我国北方新生代玄武岩地下水化学特征及其成因——以河北省张北县为例

为了进一步了解我国北方新生代玄武岩地下水的赋存规律和形成演化机理,以河北省张北县玄武岩地下水为研究对象,在野外采集地下水样、测定水化学和同位素组成的基础上,利用统计分析、离子比例系数、氢氧同位素、反向地球化学模拟等方法,对区内玄武岩地下水的水化学形成机制进行了研究。结果表明:沿地下水径流方向,研究区内玄武岩地下水中多数离子质量浓度呈现增大趋势,补给区的地下水化学类型以HCO₃-Ca·Mg为主,TDS质量浓度多小于500mg/L,排泄区地下水中阴离子以Cl^-和SO₄^2-为主,阳离子以Na⁺为主,TDS质量浓度多大于1 400mg/L;研究区地下水补给来源为当地大气降水;硅铝酸盐、岩盐、硫酸盐的风化溶解是地下水中离子的主要来源;溶滤作用、阳离子交替吸附作用和农业施肥等人类活动影响是控制地下水化学形成的主要作用。     

广西凌云县地下水资源量评价

为研究广西凌云县地下水资源状况,在分析区内地质构造、岩溶发育特征、含水介质及水动力条件的基础上,采用降水入渗系数法和枯季径流模数法分别对凌云县地下水天然补给量和可开采资源量进行评价,并对地下水资源空间分布特征进行分析。结果表明: 全区地下水多年平均天然补给量112 619.73万m³/a,其中岩溶地下水多年平均天然补给量69 797.68万m³/a,基岩裂隙水多年平均天然补给量为42 822.05万m³/a,可开采资源量为9 840.37万m³/a。区内岩溶发育较强烈,岩溶形态丰富,岩溶发育在垂向上具有一定分带性,高程跨度大,地下水资源空间分布总体相对较为均匀。研究成果为凌云县地下水资源可持续开发利用提供了科学依据。     

天鹅洲长江故道湿地地下水砷的时空分布特征及控制机理

高砷地下水不仅直接危害供水安全,还可通过与湿地之间的交互作用,影响湿地水质进而威胁湿地生态安全.长江中游河湖平原已被报道广泛分布有高砷地下水,而位于长江中游故道区域的天鹅洲湿地地下水中砷的空间分布特征尚不明确,湿地与地下水的交互作用对地下水中砷季节性动态的控制机理尚不明确.本研究在天鹅洲湿地采集2个水文地质钻孔的35件沉积物样品、12个分层监测井不同季节的共72组地下水样和18组地表水样,通过水位-水化学监测、沉积物地球化学组成分析和砷、铁形态表征探究天鹅洲湿地地下水中砷的时空分布规律及控制机理.研究发现天鹅洲湿地地下水砷含量为1.08~147 μg/L,牛轭湖外侧浅井（10 m）地下水砷含量普遍高于深井（25 m）和牛轭湖内侧浅井（10 m）、深井（25 m）地下水,枯水期和平水期的砷含量高于丰水期.牛轭湖外侧浅层地下水系统具有更厚的粘土、亚粘土沉积,沉积物中总砷、强吸附态砷和易还原的铁氧化物的含量更多,吸附砷的水铁矿等无定形铁氧化物还原性溶解导致砷释放进入地下水中.枯水期天鹅洲湿地底部向牛轭湖外侧浅层含水层输送不稳定的有机质,使天鹅洲湿地地下水-地表水界面成为砷释放的热点区域.丰水期时牛轭湖外侧含水层受长江补给的影响,还原环境发生改变使地下水中的砷和铁被氧化固定从而不利于砷向地下水释放.      

地下水机器学习方法研究

随着我国地下水监测工作的高速发展,高频率高密度水位监测数据的出现催生了对其进行深入信息挖掘的需求。在传统地下水模型研究中,地下水水位监测值常位于模型构建过程的下游,当水位监测的时空密度逐渐增大时,新增信息无法有效传导至模型的规划阶段并指导概念模型的修订。文章提出了一种地下水系统补排边界的识别方法,在不建立地下水数值模型的前提下,以监测井空间位置为节点,按照德劳内原则建立三角网格。在此网格系统中,首先定义一个水力梯度变换函数gradF,以求取网格中任意位置的水力梯度;借鉴机器学习领域的优化算法,使用水力梯度场驱动含水层中随机分布质点的运行轨迹,并以此推断和识别区域内地下水补给和排泄边界。在环境地学计算平台EnviFusion-CGS中实现,并构建了详细工作流程。以山东省青岛市大沽河中下游含水层为示范区,对含水系统的补给区和排泄区的空间分布及其动态变化进行了分析,取得了良好效果。本研究为构建和修订已有含水层概念模型提供了新思路。     

广西防城港地区浅层地下水pH值时空分布、成因及对生态环境的影响

【研究目的】查明防城港地区浅层偏酸性地下水时空分布、成因及环境影响。【研究方法】于2013—2015年间进行了浅层地下水pH值现场测试,枯水期214组,丰水期168组;讨论了其时空分布特征、成因和生态影响。【研究结果】结果表明,丰水期和枯水期偏酸性（pH <6.5）地下水样分别占79.3%和64.3%,pH值总体上丰水期低于枯水期。地下水pH值在低山区（均在5≤pH＜5.5范围,平均值5.18,n=4）＜丘陵区（大多数5≤pH＜6.5,平均值5.18,n=202）＜平原区（大多数6.5≤pH＜8.5,平均值6.77,n=8）。【结论】偏酸性地下水成因主要与偏酸性大气降水有关,其次与酸性的包气带介质及硫化物矿物的氧化有关。偏酸性大气降水入渗补给是丰水期pH值低于枯水期的主要原因。相比较而言,潮汐作用使得江平地区地下水pH值升高。偏酸性地下水影响饮水安全（研究区枯水期仅20.6%的样品pH值符合生活饮用水标准）,促进某些有害组分的释放,腐蚀地下管网和建筑桩基等设施。偏酸性地下水向地表水排泄亦可对地表水环境和地表生态系统产生影响。本研究有助于研究区水资源管理。创新点：本研究利用地质调查项目数据优势,系统阐述了防城港地区浅层偏酸性地下水时空分布特征;偏酸性地下水的成因与偏酸性大气降水、酸性包气带介质和硫化物矿物氧化有关;偏酸性地下水对人类健康、地下设施和生态环境具有潜在影响。     

南方岩溶区地下水资源特征与水资源保障对策

【研究目的】中国南方岩溶地区干旱缺水等问题异常突出,岩溶地下水赋存和分布的复杂,开发利用率低,基于多年调查研究工作为基础,系统总结南方岩溶区地下水资源特征,研讨水资源保障对策。【研究方法】基于南方岩溶区地下水资源特点、地下水系统类型、地下水系统空间结构的叠置性和时空分布不均性分析,提出南方岩溶区水资源保障对策。【研究结果】南方岩溶区可从以下三方面充分发挥地下水资源安全保障作用,一是掌握地下水赋存分布规律,发挥分散供水和应急供水作用;二是加强调蓄工程建设,解决水资源时空分布不均问题;三是建立与生态重建和经济发展相结合的地下水资源可持续利用模式。【结论】南方岩溶区地下水赋存条件复杂,具有表层带岩溶水系统、岩溶地下河与管道流系统、岩溶大泉系统以及分散排泄地下水系统多种类型,规模大小不一,开发利用形式多样;在垂向上具有叠置性,水空分布严重不均;开发利用潜力较大。在地球科学系统论的指导下,查明岩溶水资源赋存分布规律,科学评价地下水资源量,因地制宜制定水资源开发利用和保护方案,为脱贫攻坚、生态文明建设和乡村振兴提供技术支撑。创新点：以系统水文地质环境地质综合调查和地下水开发利用示范工作为基础,系统总结南方岩溶区地下水资源特点;针对岩溶区水资源安全保障问题,分析其主要原因,提出了水资源保障对策。     

安徽马鞍山市当涂地区地下水水化学特征及演化机制

【研究目的】 了解长江中下游平原地区地下水流系统并深入分析其地下水水化学特征及其演化机制。【研究方法】 综合马鞍山市当涂地区的水文地质条件、水动力场等,基于研究区水化学基本特征,运用多元统计分析、水化学图件、离子比值和反向水文地球化学模拟等方法对该地区浅层地下水水化学演化进行分析。【研究结果】 结果表明：（1）研究区地下水主要为低矿化度偏碱性水,地下水组分中阳离子以Ca²⁺和Mg²⁺为主,阴离子以HCO₃^-和SO₄^2-为主。（2）研究区地下水水化学类型主要可分为7类,其中松散岩类孔隙含水岩组和碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组的水化学类型主要为HCO₃^-Ca型、HCO₃^-Ca·Na型、HCO₃·Cl-Ca·Na型以及HCO₃^-Ca·Mg型;基岩类裂隙含水岩组的化学类型主要为HCO₃·SO₄-Ca·Mg型和SO₄·HCO₃^-Ca·Mg型。（3）研究区浅层地下水水样超标率为46%,总体水质较差,超标率较高的组分依次为Mn、高锰酸盐指数（COD_Mn）、硝酸盐（以N计）、Fe、As、氨氮（以N计）等。（4）研究区地下水的化学组分主要受到岩石风化作用的控制;此外,还存在Na-Ca的正向阳离子交替吸附作用。反向水文地球化学模拟结果进一步定量论证了水岩相互作用对本区浅层地下水组分的形成和演化起着主导作用。【结论】 研究区地下水主要为低矿化度偏碱性,主要可分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水和基岩类裂隙水。主要离子比例和反向水文地球化学模拟揭示了本区浅层地下水化学组分主要是地下水溶滤方解石、白云石等碳酸盐矿物、石英、长石等硅酸盐矿物,高岭土等黏土矿物以及岩盐、石膏等达到过饱和之后形成的。     

潮白河再生水补给河道对周边浅层地下水影响的数值模拟研究

再生水在北京被广泛用于补给河道,2007年底至2017年共有2.3×108 m3再生水补给至潮白河顺义段。其污染物本底值较高（Cl?浓度约62~122 mg/L）,通过河床入渗补给到周边的含水层中,对周边地下水产生一定影响,尤其是浅层地下水。为了定量评价再生水补给河道对周边浅层地下水的影响,基于10年（2007—2017）的地下水监测数据,建立了再生水补给河道周边的地下水水流和溶质运移模型,模拟了受水区浅层地下水的水位和Cl?浓度的变化,分析了浅层地下水水量、Cl?负荷和NO₃-N负荷的变化。结果表明,再生水补给河道后的前2年（2007—2009）,河道周边浅层地下水水位迅速抬升了3~4 m,之后在再生水的持续补给下保持稳定。但受深层地下水开采影响,2007—2014年研究区整体浅层地下水的水量仍在下降。2014年底实施地下水压采措施后,浅层地下水水量从2014年底的3.76×108 m3恢复到了2017年底的3.85×108 m3。周边浅层地下水中的Cl?浓度从再生水补给前的5~75 mg/L变化到了补给后的50~130 mg/L,之后保持稳定。浅层地下水水质受再生水影响的范围从2008年底的11.7 km2扩大到2017年的26.7 km2,影响区内的Cl?负荷从2008年底的1.8×103 t增加到2017年底的3.8×103 t,NO₃-N负荷从2008年的29.8 t下降到2017年的11.9 t。尽管研究显示影响范围外的浅层地下水质受再生水影响不明显,但潜在的咸化和污染的隐患不容忽视,需要在后续研究中进一步明确。     

贵州省福泉市大湾磷矿地下水动态研究

以贵州省2020年矿产资源大精查项目——福泉市大湾磷矿为研究场地,通过对钻孔地下水位动态长期监测及综合研究,揭示磷矿区的矿床地下水动态特征。研究结果表明,远离开采区的地下水动态与气象密切相关,成因属气象型,但矿山集中开采区及相邻地带区域地下水逐年下降,气象因素对地下水动态影响退居其次,反映出磷矿区地下水动态主要受矿山开采矿井抽排水控制,矿床充水含水层处于长期连续的疏干状态。研究成果对未来大湾磷矿开采抽排水设计,矿山防治水,以及保障矿山安全生产具有指导意义。