吴灵地区地下水同位素特征及可更新能力研究

为研究吴灵地区地下水同位素特征及更新能力,利用氢氧稳定同位素确定了研究区不同区域地下水的补给特点,并利用放射性同位素~3H的计时作用,结合全混模型,分别计算平原区及台地区的地下水年更新速率。结果表明:大部分平原区潜水更新速率小于0.1%/a,地下水开采量较大的地区为10.1%~10.5%/a;台地区的潜水更新速率整体上为1.8%~3.1%/a。总体上研究区承压水更新速率小于0.1%/a,地下水开采量大的区域更新速率可达2.2%/a。     

太湖北部地区地下水环境同位素组成及其演化分析

太湖北部地区是苏南现代化建设示范区,其地下水资源是区域经济社会发展的重要资源之一。通过地表水、潜水、承压水水样的采集、测试和分析,结合研究区水文地质资料,识别各水体环境同位素(D,~(18)O,~3H,~(14)C)的组成特征,以揭示研究区地下水的形成和演化规律。结果表明:研究区潜水主要来源于现代大气降水的入渗补给,大气降水补给潜水的过程中经历了明显的强烈蒸发;Ⅰ承压水为无氚水,~(14)C年龄变化范围为7～9 ka,降水补给时温度范围为12.2℃～13.5℃,主要形成于地质历史时期;Ⅱ承压水为无氚水,年龄变化范围为16.27～27.37 ka,降水补给时温度范围为3.5℃～3.8℃,比现代温度(14.8℃)低约11℃,推断其形成于末次冰期的盛冰期降水入渗补给。潜水、Ⅰ承压水、Ⅱ承压水的D,~(18)O值在垂向上表现为明显的成层性,且地下各水体之间水力联系较弱。潜水具有一定的更新能力,Ⅰ承压水和Ⅱ承压水处于封闭–半封闭状态,具有不可再生资源属性。研究结果可为研究区正在开展的区域地下水资源调查评价工作提供基础数据支撑。     

土壤水入渗补给数值模拟——以河北栾城为例

由于通过短时间尺度的土壤水动态监测数据难以准确获得土壤水入渗补给的规律,因此在中国地质科学院栾城试验场开展了长时间尺度(5 a)的土壤水动态监测试验,监测深度为340 cm。利用Hydrus-1D软件的双渗透(基质流区和大孔隙流区)模型进行数值模拟,并采用最小函数法对模型进行参数反演。为克服地表复杂的气象条件可能给模拟结果带来较大误差,选取140 cm深度为模型上边界。研究结果表明,基质流区(m)和大孔隙流区(F)土壤水动力特征参数n_m,n_F,α_m和α_F,大孔隙流区饱和导水系数K_sF对模型入渗补给量的灵敏性最高,并被选取为模型反演参数。 总体上,土壤体积含水量的模拟值能较好地拟合其实测值,其决定系数为0.78。地下水入渗补给速率具有年际变化特征,但在年内具有明显的季节性,即在雨季达到最大,然后缓慢减小。年均入渗补给速率为220 mm/a,其中由优先流引起的入渗补给量为211 mm/a,这表明地下水入渗补给以优先流为主。该研究成果可提高对地下水入渗补给规律的认识,同时可为地下水资源评价与农业节水管理等提供参考。     

华北典型地下水大深埋区 潜水层垂向补给特征及其给水度

针对华北平原地下水大埋深区面积大,而其地下水垂向补给特征及含水层给水度认识不足的问题,以河北栾城试验站附近某研究区为典型区,基于大田试验的水循环模拟,量化了地下水补给及潜水层给水度大小,并探讨了地下水垂向补给特点等关键问题。研究表明:研究区在两个丰水年2012年及2013年地下水潜在补给量约为236.6mm和223.5mm,当年实际补给量约为144.1mm和129.8mm,日补给量在0.37～0.40mm及0.33～0.38mm之间;经过厚包气带的迟滞和调节作用,地下水补给过程较为平稳,年际年内差异较小;研究区当前地下水埋深条件下潜水含水层给水度约为0.03。     

济南市区地下水埋深动态变化及其成因

应用统计学和水均衡原理对济南市区1997—2016年地下水水位实测数据进行分析,研究济南市区地下水埋深动态演变特征及其成因。结果表明：近20年来市区地下水埋深增大趋势得到明显遏制,目前地下水埋深呈稳健减小趋势,市区平均埋深减小2.527 m,多年平均减小速率为0.133 m/a,地下水埋深减小率空间变化特征表现为由东北向西南衰减,其中,历下区党家庄镇区域地下水埋深减小率最高达到0.667 m/a,长清区张夏镇区域地下水埋深增大率最低为0.115 m/a;地下水埋深与降水补给和人工开采直接相关,地下水埋深年内变化呈季节性波动,历下区位于地下水补给区,对补给或开采的响应程度表现最为敏感,而位于地下水排泄区的天桥区响应程度最为缓慢;在2003年采取大规模节水保泉措施后,地下水开采量减少约3亿m3/a,市区地下水蓄变量由2003年以前的负均衡(-2.7亿m3/a)转变至2003年以后的正均衡状态(0.8亿m3/a),行政干预措施效果明显。研究成果可为制定节水保泉方案措施提供科学依据和技术支撑。     

新疆玛纳斯河流域典型剖面地下水位动态分析

新疆玛纳斯河流域是水资源开发力度较大、经济发展水平较高的地区。对玛纳斯河流域13眼监测井组成典型剖面的2010年-2014年监测数据进行趋势性分析得出,整个监测剖面地下水位呈持续下降趋势,上部冲洪积平原单一潜水区地下水位下降速率为0.65~0.83m/a(平均0.74m/a);中部潜水溢出带地下水位下降速率为1.12m/a;冲积细土平原区上部、下部地下水位下降速率分别为0.59~3.07m/a(平均1.77m/a)和0.35~3.98m/a(平均2.41m/a);地下水位年下降速率由上游至下游呈增大趋势。在年内变化上,冲洪积平原单一潜水区埋深变化为"降-升-降";潜水溢出带及以北区域为"升-降-升"。地下水动态类型除上部冲洪积平原单一潜水区为入渗-径流型外,潜水溢出带至冲积细土平原区均为开采型。区域地下水位持续下降使现状地下水埋深(5.89~67.46m)远大于6.0m荒漠化临界埋深,生态环境面临恶化。通过对石河子市、玛纳斯县水资源利用分析得出,地下水位持续下降的因素是地下水超采、区域水资源高效利用使地下水补给量减小双重作用下形成的。提出必须科学规划用水,缩减灌溉面积和地下水开采量,开展生态补偿机制,使流域经济社会可持续发展。     

鄂尔多斯盆地地下水~(14)C年龄的校正

利用化学稀释校正模型对鄂尔多斯白垩系中、深层地下水14C年龄进行了校正,并对中、深层地下水14C年龄的分布规律进行了分析。结果表明:深层地下水埋深比较大,难以接受地表水的补给,更新速度慢,其地下水14C年龄普遍大于中层地下水;鄂尔多斯盆地的大部分地区,地下水14C年龄以分水岭为界,向两侧逐渐增大;北区的摩林河和都思兔河地下水系统,沿着地下水的流向,地下水14C年龄逐渐增大,说明这两个流域为地下水的排泄区;盆地北区中、深层地下水14C年龄明显较南区小,说明北区地下水更新速度快,循环条件比南区好。     

北京怀柔应急地下水源地降水入渗补给时滞性分析

华北平原目前普遍存在包气带增厚引起的地下水补给滞后问题,尤其是在地下水开采强烈地区。以北京怀柔应急地下水源地为研究区,利用交叉相关法(Cross-correlation)对研究区内的降水-水位进行了时滞性分析。研究发现,在2005年-2009年时段内,顺义河南村北河边观测井降水对地下水位的时滞时间为4～6个月;2009年的降水(421.8mm)没有产生超过95%可信度的响应系数,即无明显补给;在研究时间内,降水入渗补给主要与夏季(7月-9月)的降水有关,补给持续时间包括2005年11月-2006年2月、2006年12月-2007年1月、2007年12月-2008年1月、2008年10月-2009年1月,造成该降水补给的对应最大降水量分别为189.4mm(2005年8月)、200.6mm(2006年7月)、160.8mm(2007年7月)、699.5mm(2008年6月)。研究结果对水资源评价具有重要参考价值。     

地下水人工回灌和停采对地面沉降控制的影响分析

地面沉降是全世界主要的工程地质灾害之一,而地下水超采是造成地面沉降的主要原因之一。为研究地下水人工回灌和停采对北京平原地面沉降的影响,采用三维地下水模型和情景设计法,设计3个情景(保持现状、人工回灌和地下水停采)对北京平原区域及沉降中心的沉降速率进行模拟。结果表明:保持现状、人工回灌和地下水停采等情景下北京平原在2015、2020和2030年的区域地面沉降分别为24 mm/a左右、12. 7～23. 2 mm/a及12. 4～23. 7mm/a,沉降中心地面沉降分别为39. 30～158. 62 mm/a、21. 09～165. 83 mm/a及16. 5～162. 95 mm/a;人工回灌和地下水停采对研究区地下水水位和含水层储存量的恢复以及地面沉降的控制有显著的促进作用,但地下水停采的效果要优于人工回灌的效果;只有综合考虑社会经济发展和地面沉降控制,才能既控制地面沉降的恶化,又保证北京平原社会的可持续发展。     

基于氯离子示踪法深厚包气带地区地下水补给特征

针对包气带增厚条件下降水入渗变化问题,在华北山前平原滹沱河冲洪积扇典型包气带增厚区实施地质钻孔,通过采样钻杆前端特制的内置环刀取样器,采用无循环液压入法获取原状土样,测试深厚包气剖面土体结构参数、含水量和氯离子质量浓度;利用氯离子示踪方法研究厚达45 m包气带的水分运移规律,重建深厚包气带地区降水补给历史,评价降水补给强度。结果表明：45 m包气带剖面记录的降水补给年龄为72.12 a,平均入渗补给强度为0.096 m/a,降水入渗补给量占多年平均降水量的18.1%。深厚包气带地区水分运移非常缓慢,水分在多次降水叠加驱动下不断形成新的脉冲逐步向深部运移,降水补给到地下水需要一个长期的过程。研究成果对深厚包气带地区土壤水分运移研究和降水入渗补给评价都具有重要借鉴意义。