水文地球化学模拟的国内外研究现状

近年来,随着水文地球化学理论研究的不断深入,水文地球化学模拟技术得到了迅速地发展,建立了比较完善的水文地球化学模型,并开发出了不同计算用途的水文地球化学软件近百个,应用于组分分布计算、地下水成因分析、水质评价、水质预测以及污染物迁移转化规律研究等多个方面,从而为指导对地下水的监测、保护及合理开采,预测地下水污染的发生、...     

基于多场耦合作用的坝基帷幕体防渗性能研究

坝基的渗流动态很大程度上受控于坝基帷幕体的完好程度和止水效果,但由于地下水长期存在的物理-化学作用,造成帷幕体防渗性能的衰减。依据渗流水力学以及水文地球化学的基本理论,建立了反应帷幕体防渗时效的多场耦合作用模型。该模型由渗流模块、溶质迁移模块、地球化学模块及帷幕体侵蚀模块构成,并采用有限元数值法求解。工程实例计算结果表明,帷幕体的防渗效果随着时间的推移越来越差。在整个模拟时段,帷幕体中的可溶类钙质始终处于溶解状态,其不同部位发生溶蚀的强度也不相同,帷幕体底部的溶蚀量要高于其上部的溶蚀量;靠近坝基上游侧的帷幕的溶蚀量要高于下游侧的溶蚀量。钙离子迁移主要由水动力条件和弥散作用共同引起,且坝基各点的钙离子浓度随时间呈非线性变化。     

水文地球化学方法在地下水研究中的应用综述

水文地球化学方法在研究地下水方面已有了长足发展,特别是同位素和热力学基本原理方法的应用,解决了定量、半定量的水文地球化学的实际问题,使得水文地球化学研究地下水的方法更加严谨、完善。主要介绍了地下水水化学研究中用到的水文地球化学方法以及有关水化学分析的常用软件。水文地球化学研究方法按照其应用技术可分为地质学法、同位素法以及热力学法,其中:地质学方法又分为水化学类型法、多元统计方法、离子比例系数分析法;水文地质学中常用的是氢元素的同位素,包括氢氧稳定同位素、碳同位素、硫同位素等;热力学方法可用来判断地下水系统在进行水岩作用时可能发生的化学反应,同时根据热力学原理可进行水文地球化学模拟过程的研究。通过对现今水文地球化学研究中所使用的方法、技术以及国内外应用情况的总结、分析,力图相对全面地认识当前水文地球化学研究方法的发展历程及未来趋势。     

江水倒灌污染物的水文地球化学迁移转化过程

以松花江哈尔滨段污染为例,通过室内模拟槽研究了江水倒灌过程中主要氧化还原敏感性物质的水文地球化学迁移转化过程。研究结果表明,氧化还原灵敏性物质(如SO42-、Fe3+、NO3-、COD、HCO3-)在不同水文地球化学条件下形成各自的氧化还原优势带,各氧化还原污染物之间存在显著相关性,其迁移转化过程主要是消耗有机物的氧化还原反应和消耗氧的氧化还原反应。     

地下水系统中污染物变系数动力迁移模型解

本文分析了污染物在地下水系统中迁移转化规律，建立了变系数动力迁移模型，讨论了对流－扩散方程中动力弥散系数随时间的变化规律，推求出变系数迁移方程的解析解。运用土壤柱物理模型试验的实测资料进行验证比较，结果表明，变系数动力迁移模型的计算值与实测值吻合良好，得到了变系数与常系数动力迁移模型的适用范围。     

人类活动对沧州市水文规律改变分析及水文工作对策

近几十年来，强烈的、日新月异的人类活动，改变了沧州市水文的自然规律，使观测到的水文资料受到“污染”．破坏了资料的一致性和代表性，无法显示真正的水文规律。分析了沧州市降雨、降雨径流、地下水、河道流量、蒸发等水文要素的变化情况，总结出沧州水文监测面临的问题，提出了加强区域水文调查工作力度，使用先进的水文模型（如分布式水文模型）提高数据收集现代化水平等措施。     

大庆地区地下水中氟的迁移转化机理研究

通过大量的调查试验工作，对大庆地区地下水中氟的来源、分布、迁移转化机理，以及氟浓度变化趋势等方面进行了分析，表明氟在地下水系统中具有明显的空间分布规律，铁、锰、钙、ＰＨ值是影响氟存在与迁移的重要因子。     

秦岭北麓地下水水文地球化学演化规律及模式

秦岭北麓是黄河重要的水源涵养区,分析其水文地球化学特征及演化模式对于加强秦岭地下水资源的开发与保护、推进关中平原乃至黄河流域生态保护与高质量发展具有重要意义。利用2019—2021年在渭河流域开展水文地质调查所获取的资料,运用数理统计、水文地球化学反向模拟等方法,分析了秦岭至渭河河谷地下水的水文地球化学演化规律及模式。结果表明：由基岩区至细土平原区,地下水水化学类型由HCO3-Ca型向HCO3·SO4-Ca·Na型转变,溶解性固体总量（TDS）浓度由254 mg/L增至889 mg/L,分带性不强;随着地下水流动,水-岩作用主要由碳酸盐岩风化溶滤控制向硅酸盐岩与岩盐风化溶滤控制转变,同时阳离子交换作用增强;14C测年显示研究区地下水年龄多在2 450 a以内,地下水循环更新快,蒸发浓缩作用不显著;山前洪积扇作为地下水重要的涵养区与径流通道,对于关中平原潜水和承压水水质保障有关键作用,由于洪积扇含水层防污性能差,在地下水开发利用和工农业活动中要加强地下水资源的保护。     

吉林省长岭县浅层地下水水文地球化学演化规律分析

开展地下水水文地球化学形成演化机制的研究,对水质评价和水资源合理利用具有重要意义。本文利用吉林省长岭县1981-2003年间潜水和承压水的水质分析结果,采用水文地球化学方法研究了区内地下水的水文地球化学作用及水质演化规律。选取198个水质监测点进行分析、处理,运用Piper三线图解法、Gibbs图解法、离子比值分析法对吉林省长岭县地下水水文地球化学形成演化机制进行研究。研究结果表明:研究区地下水主要受到阳离子交换作用和岩盐溶解作用影响,其阴离子以HCO-3为主,阳离子以Ca2+和Na+为主,地下水偏弱碱性,硬度较大。研究区潜水水化学类型以HCO3—Ca为主,承压水水化学类型以HCO3—Na为主,地下水水化学类型较稳定,地下水水质受人为因素影响较小。     

吉林西部水文地球化学演化规律研究

地下水是半干旱地区水资源和生态环境安全的重要保证，研究半干旱地区地下水化学演化对区域生态环境保护和水资源管理具有重要意义。半干旱蓄水盆地有其独特的气候环境、地质环境和水化学环境，具有水平和垂直分带性的水文地球化学特征。本文以吉林省西部典型干旱农业区为例，基于野外调查及水质取样分析数据，采用多种方法刻画了研究区水平和垂直方向的水文地球化学演化规律。研究区地貌条件变化使地下水水流动力环境和地层岩性发生变化，驱动了主要水化学作用的变化，使地下水化学作用由溶滤作用逐渐过渡至阳离子交替吸附和蒸发浓缩作用，由补给区至排泄区，潜水水化学类型由HCO3-Ca型变为HCO3-Na型。承压水在补给区以溶滤作用为主，排泄区的水化学特征主要受含水构造控制及温暖干旱的沉积环境控制。水文地球化学模拟结果表明潜水水化学的形成受方解石/白云石的沉淀、石膏/萤石/岩盐的溶解、蒸发稀释作用（稀释存在于灌区）和Ca-Na离子交换的控制，承压水化学的形成受方解石的沉淀及白云石/石膏/萤石/岩盐的溶解控制。研究结果对吉林西部地下水开发利用及水生态环境保护具有重要现实意义，也对其他半干旱蓄水盆地的水化学演化研究具有指导意义。     

纳污河补排关系变化时污染物迁移规律研究

多环芳烃是危害较大的一种水体污染物,以菲为特征污染物,利用纳污河流和地下水系统模拟装置,对其在河流与地下水补排关系变化时的迁移过程进行了研究,以探索纳污河流与地下水间多环芳烃的迁移变化规律。采用Sufer软件分析了菲在地层中的迁移变化情况,并计算了其迁移速度,结果表明:模拟纳污河水补给地下水时,菲迁移速度缓慢,污染物扩散范围小,水平迁移速度为1.33 cm/d;模拟清洁地下水向河流排泄时,菲的水平迁移速度为1.67 cm/d,并在河流附近发生了短暂富集。     

裂隙地下水渗流及溶质迁移数学模型研究进展

针对裂隙地下水渗流及溶质迁移多场耦合数学模型,综述模型研究的发展历程与阶段性成果,将现有模型 划分为基于不同介质概化的等效孔隙介质模型、多重介质模型、离散裂隙模型,基于不同耦合方法的非全耦合模 型与全耦合模型,以及基于不同模型推导途径的力学途径模型与混合耦合理论模型。针对该领域研究的关键科 学问题总结其发展趋势,探讨裂隙地下水渗流及溶质迁移多场耦合数学模型研究的难点及潜在发展方向,为裂隙 地下水流及溶质迁移研究提供理论参考。     

甘肃省区域地下水的水化学特征研究

区域地下水化学特征和化学组分的形成，受气象、地貌、含水层岩性及水文地球化学环境的控制。通过研究5个水文地质区的水化学特征，论述了地下水矿化度和化学类型的区域性差异及特．点，以及与自然地理相对应的分带规律。     

非负自回归模型的提出及估计回归系数的新方法

在分析传统年径流模型的缺陷后，提出了一种较适合于年径流系列的非负自回归模型，并着重对水文上较常用的非负ＡＲ（１）模型做了研究；提出了估计模型回归系数的新方法，导出了水文变量统计参数与随机项参数关系，还对模型的适用条件做了分析。     

川西坳陷上三叠统气田水及其聚气成藏的评价

在简述地质构造骨架基础上,论证了川西坳陷上三叠统为半开敞型水文地质构造系统,划分和揭示了主要含水系统须二、四段气田水TDS、水头值的分布规律性和各自的分带,提出将两者与其所在环境结合的地下水地球化学动力带分为氧化——还原环境溶质迁移的卸压带(排泄带)、还原环境溶质迁移聚集的稳压带(滞流带)和强还原环境溶质分异纯化的高压带(水压形成带),综合评价有利于聚气成藏的地带。     

基于流固耦合的垃圾污染物运移模型及模拟

基于流固耦合和溶质运移理论，建立了垃圾渗滤液有机污染物运移耦合模型，用SOM法对所建的模型进行数值求解，利用该数值模型对垃圾渗滤液在地下水中迁移行为进行模拟，预测了污染物浓度的时空分布特征，对耦合、非耦合模拟结果结合实际监测数据进行对比，并对污染晕的大小、分布范围进行了数值模拟分析。结果表明，耦合模型模拟的污染物浓度变化趋势与监测值基本吻合，从而验证了耦合模型的可靠性和实用性。     

基于改进型DNDC模型的小流域非点源氮迁移过程模拟与空间拓展应用

以长江上游紫色土区截流堰小流域（0.35 km2）和大兴小流域（4.65km2）为研究对象,应用基于水文过程的生物地球化学循环模型—改进型DNDC模型对紫色土区小流域径流、泥沙和氮流失过程进行研究。本文采用截流堰小流域2007～2009年和2010～2011年径流、泥沙和氮迁移监测数据分别对模型进行参数率定和验证,检验模型在紫色土区的适用性,然后利用大兴小流域2011年水文、水质监测数据对该模型进行拓展验证,探讨模型在具相似空间结构特征的小流域实现尺度拓展的可行性。结果显示：率定期和验证期月径流、土壤侵蚀、氮流失Nash-Sutcliffe效率系数Ens大多超过0.80,相对误差Re均在15%以内。拓展验证期间,月径流、土壤侵蚀、总氮（TN）和颗粒态氮（PN）的Nash-Sutcliffe效率系数Ens分别为0.70、0.55、0.76和0.71,相对误差Re分别为6.2%、31.2%、9.5%和30.4%,模型较好的反映了大兴小流域径流、泥沙和氮迁移过程。但是模型拓展验证期间,泥沙、颗粒态氮的模拟偏差有所增大。     

石河子市地下水水文地球化学模拟

研究区域地下水的水文地球化学作用对地下水开发利用及保护有着重要的意义。在石河子市选取一个典型剖面运用PHREEQC软件对该剖面地下水进行水文地球化学模拟。结果表明:在研究区典型剖面地下水演化过程中,控制地下水化学成分的主要矿物为方解石、白云石、石膏、CO2以及Ca2+/Na+的交换作用;受水文地质条件差异、地层岩性不同等影响,各矿物发生的水岩作用在不同地段有不同的表现。     

基于Modflow水文数值模型确定察汗淖尔流域地下水适宜生态水位的研究

文章以察汗淖尔流域为例，利用Modflow水文模型软件，建立地下水动态水文模型，研究其地下水资源在不同规划开采方案对地下水环境的影响，提出地下水适宜生态水位，并对整体流域地下水水位恢复时限进行预测。定量分析表明，不同压采指标对应的方案优劣次序有所差异，对地下水恢复至适宜生态水位年限有不同影响。     

煤矸石淋溶液地下迁移规律的模拟研究

煤矸石淋溶液的地下迁移严重影响了地下水水质,对人类的生命构成了威胁.本文研究了煤矸石在降水淋溶和地下水迁移条件下,污染物在地下土层和岩层内的迁移规律.通过对阜新新邱南露天矿矸石山淋溶液中主要污染物离子(Ca~(2+)和Mg~(2+))迁移规律的数值模拟,得到特征截面的污染物浓度变化曲线和地下水迁移的水头压力曲线,其结果对水污染治理有一定的指导意义.