中国东北松嫩平原地下水水化学特征与演变规律

在全球气候变化和高强度人类活动的影响下,松嫩平原地下水环境日益恶化,已成为制约生态环境建设和经济社会发展的重要因素。选取具有典型代表意义的洮儿河流域作为研究区,对地下水进行系统取样分析,综合运用描述性统计、相关性分析、离子比例系数和Piper三角图示法,全面系统地研究地下水水化学的时空变异特征与演变规律,揭示了风化溶滤、蒸发浓缩、阳离子交换和人为混合是控制地下水质演变的主要水文化学过程,从而为流域乃至松嫩平原盐渍土区水资源可持续开发利用和管理提供科学依据。     

淮北煤田太原组灰岩水年龄及同位素地球化学特征

为了解淮北煤田太原组灰岩水年龄、水化学特征及演化,采集了淮北煤田29个矿井地下水样品进行水常规、氢氧同位素及~(14)C测试。利用传统图示及统计方法探讨了地下水化学特征及演化,约束了地下水年龄及径流特征。结果表明:淮北煤田太原组灰岩水年龄在2900～21910 a之间变化,不同矿区之间灰岩水化学特征有明显差异。闸河矿区以较低的TDS浓度、最小的地下水年龄和最高的δD和δ~(18)O值为特征,为淮北煤田太原组灰岩水主要的补给区;临涣矿区孙疃矿、宿县矿区桃园矿具有较大的地下水年龄、较高的TDS浓度和低的δD和δ~(18)O值,为主要排泄区。TDS浓度等值线图和地下水年龄等值线图呈现一致的演化规律,淮北煤田东北部闸河矿区为主要补给区。太原组灰岩水径流特征主要受构造背景的控制,地下水补给条件及水岩相互作用程度决定了水体中TDS浓度和氢氧同位素富集特征。     

内蒙古西辽河平原植被指数时空变化及其影响因素研究

西辽河平原位于我国北方农牧交错带,属半干旱气候,发育科尔沁沙地,生态环境极其脆弱,开展植被指数时空变化及其影响因素研究,对于预测土地退化风险意义重大,可为该流域生态环境保护治理及水资源合理开发利用提供技术支撑。利用2000—2019年MODIS NDVI数据,采用一元线性回归趋势法和Mann-Kendall检验分析了近20年来该地区的植被生长变化趋势及突变情况。从影响植被生长的水热条件出发,分析了NDVI值与气象因素（降水、气温）、土壤湿度、地下水埋深等因子的相关关系;结合人类活动,分析了土地利用类型变化对NDVI值的影响。结果表明:（1）2000—2019年生长季NDVI值整体呈上升趋势,不存在显著突变点,最高值0.56,最低值0.41。（2）NDVI值在空间上呈现“东高西低”的分布特征,不同用地类型的NDVI值由大到小依次为耕地>林地>沼泽地>滩地>草地>盐碱地>沙地。（3）92.5%的区域植被呈增长趋势,7.5%的区域植被呈减少趋势。（4）NDVI值与降水、气温、土壤湿度呈正相关关系,相关系数分别为0.86,0.78,0.81,降水对植被影响最大。（5）最适宜天然植被生长的地下水埋深约为3 m,当地下水埋深大于10 m时,NDVI值会随着埋深的增加剧烈减小。（6）人类活动如土地开垦、植树造林是近20年来NDVI值呈增加趋势的主要原因之一,在一定程度上改善了当地生态环境。     

岩溶地下水样品Ca2+、HCO3-野外测试值与实验室测试值对比研究

为了阐明岩溶区地下水中Ca2+、HCO3-质量浓度野外测试与实验室测试结果间的差异,于2011年至2013年先后在遵义、河池、娄底3个城市采集枯、丰水期地下水样品85组,通过比值法对3个地区干湿季节岩溶地下水样中Ca2+、HCO3-质量浓度野外与实验室测试结果进行对比。结果表明:85组样品中有88.2%的采样点存在Ca2+野外值（CaY）大于实验值（CaS）,64.7%的采样点存在HCO3-的野外值(HCO3Y)大于实验值（HCO3S); (CaY/ CaS)平均值为1.11,主要集中在1.0～1.2之间(占总数的70%);(HCO3Y/ HCO3S) 平均值为1.02,主要集中在0.95～1.1之间(占总数的75%)。野外滴定过程中的人为随机误差是造成两种离子质量浓度野外测试值普遍高于实验室测试值的主要原因。      

改进时间分数阶模型模拟非Fick溶质运移

通过将经典时间分数阶对流-弥散方程的等待时间分布函数的尾部修改为指数型,推导出了改进时间分数阶对流-弥散方程,并提出有效的时空算子分裂数值求解方法。对两个理想算例和一个实际算例进行计算,结果表明,改进的时间分数阶对流-弥散方程继承了时间分数阶对流-弥散方程能模拟穿透曲线幂率型拖尾分布的优点,还可模拟穿透曲线尾部由幂率型转换到指数型的过程;特征时间λ、分数阶指数γ和两相容量比例系数β共同决定了运移行为。改进的新模型可以区分非均质介质中流动相和非流动相中的溶质浓度, 更细微地模拟非Fick溶质运移行为。     

云贵高原斜坡地带典型地下水富硫酸盐地区“越层找水”模式及其机理研究

地下水是中国西南云贵高原斜坡地带重要的饮用水源,其中黔中镇宁县北部存在大面积地下水中硫酸盐超标地区,导致了当地出现水质性缺水问题。本次研究通过岩相古地理分析、水化学分析、D、18O、34S同位素测试、岩样测试、岩心观察等技术手段,查明了研究区内地下水的补给源主要为大气降水,地下水中硫酸盐(SO_4~(2-))浓度在30～1100 mg/L,平均值为221.78 mg/L,呈现高度富集SO_4~(2-)的特点;在区域相对隔水层以上,不同类型地下水中SO_4~(2-)浓度大体具有机井上升泉下降泉溶潭地下河出口基岩裂隙泉表层岩溶泉的规律;探讨了地表水、地下水中SO_4~(2-)的来源,表层岩溶泉中硫酸根的来源主要为大气降水,高硫酸盐样品中硫酸根的来源主要为石膏溶解。在此基础上,结合钻井资料,掌握了研究区膏岩层分布及含水层结构特征,通过建立"越层找水"模式,采取下层低硫酸盐含水层,获取合格饮用水源,可有效解决当地水质性缺水问题。     

开封南郊垃圾场地下水质量的熵权属性识别评价

针对地下水质量评价中综合评价法的不足,应用信息熵计算评价指标的权重,并充分利用有序分隔概念,建立了基于熵权的属性识别模型。选择TDS、COD、总Fe、总Mn、Cl-、SO42-、NO2-、F-作为评价指标,运用基于熵权的属性识别法对开封南郊垃圾场浅层地下水进行地下水质量评价。评价结果表明,基于熵权的属性识别法所得的评价结果水质明显优于综合评价法所得的结果;研究区内各样本的评价指标中,SO42-和NO2-的权重最大,Cl-、COD、总Fe和F-的权重次之,TDS和总Mn的权重最小;Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类水在研究区内的分布面积所占比例分别为1.7%、2.5%、26.7%、12.2%和56.9%;浅层地下水质的空间分布在研究区域内具有一定的规律,以靠近垃圾场的L01井和G54井为中心水质最差,为Ⅴ类水,以此为中心向外扩展,水质逐渐好转,依次分布Ⅳ类水和Ⅲ类水。Ⅲ类水的分布向研究区的东部和北部偏移,而在研究区的南部多分布Ⅰ类和Ⅱ类水,水质优良。     

裂隙岩体地下水溶质运移的尺度问题

核废料的安全贮存、地下污染的预测控制等目前面临的许多重大问题要求对大尺度裂隙岩体地下水溶质运移问题进行研究,然而裂隙岩体地下水溶质运移问题的尺度效应给这项研究带来了极大的挑战.本文介绍了裂隙岩体地下水溶质运移的多尺度概念模型及其物理和数学模拟方法,并探讨了模拟尺度与观测尺度、预测尺度、裂隙介质尺度之间的关系及尺度效应的分形特征.     

民勤绿洲现状土地利用模式影响下地下水位时空变化的预测

用GIS与专业计算地下水运动的FEFLOW软件结合模拟研究了民勤绿洲现状土地利用模式影响下地下水位的时空变化。结果表明,如民勤绿洲现状土地利用模式发展下去,受其影响,绿洲地区的地下水位将持续地以较快的速度下降,到2010年10月,绿洲内将出现以绿洲腹地为中心、范围波及整个绿洲的两个地下水漏斗,漏斗中心地下水埋深将达47～52m,绿洲边缘地下水埋深将增加到17～22m,与1997年10月相比绿洲地下水位将下降9～34m。分析表明,在上游来水不变或减少的情形下,保持现状土地利用模式,将会逐步耗竭地下水资源,加速民勤绿洲的荒漠化过程的发生;如果调整作物种植结构、采用节水灌溉技术,将会减少地下水抽取量,减缓地下水位下降的趋势。     

黄河流域地下水资源状况及其生态环境问题

黄河流域是中国重要的生态屏障和经济地带,上中下游面临着不同生态环境问题,水在生态环境问题的形成演化过程中起着重要作用。本文从黄河流域地下水动态特征、地下水资源的数量、质量及开发利用等方面,分析了黄河流域地下水资源及饮水安全状况。黄河流域年度地下水资源量393.55亿m~3,银川平原、河套平原等7处主要平原(盆地)地下水资源量为81.91亿m~3,占比超过20%;黄河流域地下水质量以Ⅰ～Ⅳ类为主,劣质地下水主要受总硬度、硫酸盐、铁、溶解性总固体等天然原生组分影响,砷、氟、硒、碘等原生组分超标是流域部分地区地下水饮水安全的主要威胁;2020年与2019年同期相比,黄河流域地下水位呈上游稳定、中游局部上升、下游下降的态势,主要地下水降落漏斗形态基本稳定。针对黄河源区、宁蒙河套平原等重点区段,分析了存在的主要生态环境问题,提出了全面开展流域水文地质与水资源调查评价,深入开展黄河流域及重点地区水平衡分析等工作建议。