基于水化学及D、18O的柳江盆地东宫河流域地下水循环特征解析

运用水化学成分和环境同位素作为水循环研究的示踪剂,揭示柳江盆地东宫河流域地下水循环特征。通过现场调查,设计和布置水样的采样点,采集和测试大气降水、地表水及地下水样品,对比不同时期水样的水化学特征,结合氢氧同位素组成,最终确定不同类型地下水的补给、径流及排泄条件。研究表明:最具供水意义的地下水主要来自东宫河流域厚层的府君山组灰岩裂隙含水层,岩溶水自北向南流,与柳江盆地区域岩溶水流动方向一致。接受北部山区大气降水入渗补给,丰水期经由第四系弱透水层在东部落村以泉水形式排泄,在盆地北缘至东部落以西河段以地下径流的形式向东宫河排泄。基岩裂隙水次之,其分布具有强烈的非均质各向异性的特点,与盆地西北部山区的馒毛组泥页岩相比,盆地东北部花岗岩山区的裂隙水,水质好,补给水头最高,补给源稳定、补给路径较短,在李庄及其附近存在自流区。研究成果为当地的水资源开发与利用提供了科学依据。     

四川省会东县雷家湾金沙江河谷地段水化学特征

利用水化学、氢氧同位素分析,结合研究区水文地质条件,阐述了研究区水环境特征,为工程建设提供了参考依据。水化学、同位素分析表明,该区地下水径流条件较差,水交替性弱;溶滤作用和蒸发作用对于该区地下水中各化学组分的形成有较大的贡献;大气降水和雪山融水为该区水体主要来源。以石英砾岩（P1）为界的双层含水系统,上部的风化裂隙水为就近的大气降水渗入补给,下部含水系统接受长距离运移的高山补给源补给。     

珠江三角洲小流域地下水化学特征及演化规律

珠江三角洲地下水环境日益恶化,已成为制约经济社会发展的重要因素。以珠海市具有典型特征的闭合小流域作为研究对象,分旱、雨两季采集地下水分析主要离子及D、18O同位素,全面系统地研究了地下水水化学的时空变异特征与演变规律。结果表明：研究区内地下水主要受大气降水及附近地表水体渗透补给,以蒸发及地下水径流排泄,季节变化对区域内水化学空间变异性影响较小。沿地下水流方向（补给区-径流区-排泄区）,地下水化学类型主要从Ca-Na（Mg）-HCO3型向Na-Cl和Na-K-HCO3-CO3型演化,风化-溶滤、离子交换、海陆交互作用是控制当地地下水质演变的主要水文化学过程。     

水城盆地空间城镇化对浅层岩溶地下水特征的影响

为研究水城盆地空间城镇化对浅层岩溶地下水的影响,以六盘水市水城盆地为研究对象,通过分析地下水采样点的氢氧同位素和水化学组分、地下水长期监测点的水位资料,研究了地下水补给来源和空间城镇化对岩溶地下水水化学特征、水位动态产生的影响。结果表明:研究区内地下水主要来自大气降水补给,水化学类型主要为HCO_3-Ca和HCO_3·SO_4-Ca型;空间城镇化影响下土地利用类型的空间差异与浅层岩溶地下水诸多离子的富集具有空间一致性,Cl~-和NH_3-N主要富集在建筑用地区,NO_3~-和SO_4~(2-)主要富集在耕地、林地和裸地等非建筑用地区,而Mn和As则主要来自工业建设产生的点源污染。研究区年内和年际地下水水位变幅均趋于稳定,结合该时期的降雨量与地下水水位变幅面积的关系,证明空间城镇化发展导致不透水面的增加,降低了地下水水位对降雨的响应程度,地下水补给条件变差,地下水开采量的变化成为影响地下水水位的主要因素。研究表明:空间城镇化建设的大力推进,改变了盆地内的土地利用方式,严重影响了地下水补给径流条件和地下水水质,造成局部地区有害离子的富集。     

将乐县地下水资源状况与开发保护

将乐县地下水类型为松散岩孔隙水、碎屑岩类孔隙水、碳酸盐类裂隙洞水、基岩裂隙水。大气降水是将乐县地下水的主要补给来源。其地下水资源可分为山间盆地水文地质区、岩溶水文地质区、低山丘陵水文地质区、中低山水文地质区 ,另外还有两处地下热水。根据将乐县地下水资源实际状况提出了开发保护对策。     

黄土高原丘陵沟壑区不同水体间转化特征——以韭园沟流域为例

为研究黄土高原丘陵沟壑区降水、地表水和地下水间的转化特征,以绥德县韭园沟流域作为研究对象,通过测定雨水、沟道水和井水的氢氧同位素组成,分析各水体的δD-δ18O特征、氢氧同位素的时间变化和沿程变化,明确各不同水体间的补给关系,估算流域上游沟道水补给井水的过程中因蒸发损失的水量.结果表明:韭园沟流域沟道水和井水的δD和δ18O之间具有良好的线性关系;井水氢氧同位素相对于沟道水较富集且稳定,降水、气温、风速等气象因子对沟道水氢氧同位素影响强烈,对井水影响较弱;流域沟道水与井水均来源于大气降水,能够有效补给地下水的大气降水氢氧同位素加权平均值为:δ18O=-11‰,δD=-79.80‰;沟道水向井水的转化以单向排泄补给为主,两者转化过程中由于蒸发作用引起的水量损失占补给源水量的7％.     

窟野河流域不同水体同位素及水化学特征分析

通过野外调查取样和室内测试分析,应用水化学和同位素技术,分析了窟野河流域不同水体的水化学和氢氧同位素特征,探讨了不同水体的关系。结果表明:(1)河水的水化学类型由上游的Na~+-Ca~(2+)-HCO_3~--SO_4~(2-)演变为下游的Na~+-Ca~(2+)-SO_4~(2-)-HCO_3~-。上游矿井水水化学类型与上游河水一致;上游矿区生活用水距离河道1 000m以内,井深180m的水样点,水化学类型与河水一致;距离河道1 000m,井深180m的水样点,水化学类型与河水有一定的差距。下游灌溉用水水化学类型为Ca~(2+)-Na~+-SO_4~(2-)-HCO_3~-,与河水一致。(2)流域大气降水线斜率和截距都小于全球大气降水线和中国大气降水线,表现出氢氧同位素大陆效应的影响。从上游向下游,河水的氢氧同位素组成有逐渐富集的趋势。上游乌兰木伦河矿井水氢氧同位素与河水氢氧同位素组成相近,说明河水与矿井水水力联系密切。生活用水由于取样井深的不同和距离河道远近的不同导致各样点氢氧同位素含量具有一定的差距。下游灌溉用水的氢氧同位素组成与河水相似。     

塔里木河流域地表水和地下水的转化关系

[目的] 探究塔里木河流域地表水和地下水的转化关系,为该流域水资源形成机制研究和促进水资源合理开发利用提供科学依据。[方法] 以氧同位素（δ¹⁸O）作为示踪剂,采用稳定同位素技术和水化学原理分析了塔里木河流域地表水与地下水转化关系。2018年沿塔里木河上、中、下游采集了90组地表水样和地下水样,并测量相应的氘氧稳定同位素和水化学离子（Cl^-,SO₄^2-,HCO₃^-,Ca²⁺,Mg²⁺,Na⁺）,运用Gibbs图和Piper三线图探测了塔里木河流域地上和地下水化学特征及其转化关系。[结果] ①地下水和河水的δ¹⁸O值具有不同的变化情况：地下水δ¹⁸O值随着流向呈现明显的逐渐富集特点,而地表水则变化较小。通过总溶解固体（total dissolved solids,TDS）的沿程分析可知,对于上游地下水而言,由于河水下渗补给,加上侧向径流影响,δ¹⁸O呈现了大幅下降。随着河水补给的增加,其值不断富集。对于地表水而言,随着流向其δ¹⁸O值逐渐下降,此时地下水呈现富集,说明此时期地下水能够对地表水产生补给。②根据地下水和河水测试数据分别建立地下水线和河水线方程,且二者斜率均小于大气降水线斜率,说明地下水和河水同位素组成受到一定程度蒸发作用影响。③塔里木河上游地下水向地表水补给平均速率为1.76 m³/（d·m）,中游地下水向地表水补给平均速率为1.71 m³/（d·m）,下游地下水向地表水补给平均速率为1.65 m³/（d·m）。[结论] 地表水—地下水的频繁转化是塔里木河流域水资源循环的主要特征,地下水补给是河流水资源的主要补给来源。     

某滑坡区地下水起源及形成机制

根据某滑坡区地下水氢氧同位素组成测试成果,系统地研究了该区地下水的起源及形成机制,研究表明,该区地下水具有大气降水补给的特点,其同位素组成具有明显的温度效应和海拔效应,温泉与冷泉水的出露与区域高热流值和构造以及大气降水的补给量有着密切的关系。     

黑河流域水循环特征研究

为了系统地研究黑河流域的水量平衡,该文应用Penman-Monteith模型和波文比公式估算黑河流域的蒸散发量,并结合流域的流量观测与已有的研究成果,首次将流域的大气输送水量与地面水循环结合起来研究分析:黑河流域上空大气水汽输送净收入量约288亿m³;上游山区为多降水中心,成为河流的发源地,降水总量约有141.68亿m³;中下游内陆盆地成为低降水极值中心,降水总量约有55.13亿m³;黑河流域总蒸散量约为195.6亿m³,其中在上游山区蒸散约95.44亿m³的水分,中下游蒸散损失的水量达到100.16亿m³。结合黑河流域水资源量的时空变化情况,从分析内陆河水循环主要环节出发,揭示了黑河流域水循环在山区形成水资源、在中下游内陆盆地散失水资源的特征。     

基于氢氧稳定同位素的艾比湖流域地表水与地下水转化关系

地表水和地下水是水资源主要组成部分,研究干旱区地表水和地下水相互转化过程,对水资源的合理开发利用与评价具有重要的理论意义。选取艾比湖流域地表水和地下水为研究对象,分析其稳定同位素组成特征和分布规律,探讨不同水体间补给关系。结果表明:(1)艾比湖流域大气降水δ~2H和δ~(18)O表现出显著的季节变化特征,全年表现为冬季贫化夏季富集的现象。(2)湖水δ~2H和δ~(18)O值明显高于河水,反映湖水强烈的蒸发浓缩作用。博尔塔拉河和精河水的δ~2H和δ~(18)O值从上游到下游总体趋于富集,在山区、绿洲和平原表现出不同的同位素组成。地下水同位素值上游山区最低,中间平原次之,艾比湖周边最高。(3)博尔塔拉河上游地下水与河水交换比例较大,为63.0%;中下游河水和地下水之间交换比例较低,分别为5.0%～33.0%和2.5%～26.0%。精河深层地下水由浅层地下水和河水共同补给,比例分别为73.3%和26.7%。艾比湖周边,潜水流受到阻隔出露成泉水,与河水共同补给湖水。该研究揭示了艾比湖流域地表水和地下水相互转化关系,可为流域的水资源管理和生态环境建设提供科学支撑。     

基于氘盈余分析季节性降水对浅层地下水的补给——以鹰潭孙家农田小流域为例

本研究基于氢氧稳定性同位素技术,分析了2012年4月至2014年3月孙家农田小流域降水、灌溉水和地下水的氢氧同位素季节变化规律,并应用δD-δ18O关系图和氘盈余质量平衡法分别确定了研究区浅层地下水的主要补给来源和季节性降水对地下水补给的贡献率。结果表明,研究区大气降水线方程为:δD=8.49δ18O+16.7(n=110,R2=0.98)。降水中δD(–113.3‰~7.5‰)和δ18O(–14.9‰~–0.9‰)季节性差异明显;地下水δD和δ18O(–45.3‰~–40.4‰和–7.29‰~–6.44‰)相对稳定;灌溉水δD和δ18O分别介于–66.2‰~–28.3‰和–9.17‰~–5.00‰,变化范围小于降水,大于地下水。在δD-δ18O关系图中,地下水各水样点主要分布在当地大气降水线附近,说明地下水主要受大气降水补给。降水中氘盈余(dexcess)介于1.3‰~23.7‰,夏半年(4—9月)dexcess平均值(10.8‰)显著低于冬半年(10—3月)dexcess平均值(17.1‰)。地下水氘盈余相对稳定,介于8.75‰~14.9‰,平均值为11.9‰。通过氘盈余质量平衡法计算得出,夏半年降水对地下水的贡献率为83%,而冬半年的贡献仅有17%,表明季节性降水对地下水补给的贡献差异显著,夏半年降水对地下水补给具有主导性作用。     

黑龙江省东部山地红松人工林生态系统水化学特征

对黑龙江省东部山地红松人工林生态系统的大气降水、穿透水、树干径流、枯透水和地表径流中的pH值、溶解氧、浊度、总溶解固体、K、Na、Ca、Mg、Cu、Zn、Mn和Fe等水质指标进行了检测。结果表明:大气降水经过林冠层后,其水化学特征发生了明显变化,pH和DO降低,TURB和TDS明显增加,化学元素含量均不同程度增加。树干径流除了Cu外其余各化学元素含量均明显增加。穿透水和树干径流中各元素的变异系数较大。枯透水各化学元素的变异系数低于其他水样,只有Mn元素变化较大。穿透水、树干径流和枯透水中的K、Ca淋溶量较大,Cu、Zn淋溶量较少,根据淋溶系数的大小排列穿透水的淋溶序列为Mn>K>Mg>Cu>Fe>Ca>Na>Zn,树干径流的淋溶序列为Mn>Mg>K>Fe>Ca>Cu>Na>Zn,而枯透水的淋溶序列为Mg>Mn>K>Fe>Ca>Cu>Na>Zn。     

植被恢复对青海省北川河流域水循环演变趋势的影响

[目的] 研究植被恢复对流域水循环的影响,明确植被恢复条件下流域水资源的演变趋势,为指导干旱半干旱地区开展科学的植被恢复工作提供数据支撑。[方法] 结合青海省北川河流域植被覆盖变化及长序列气象、水文数据,分析流域尺度水循环要素的演变趋势,分析植被恢复对关键水循环要素演变的影响作用。[结果] 20世纪80年代以来,北川河流域丘陵山区植被覆盖快速增加,仅2000—2019年期间平均增幅14.98%,最大增幅52.2%。1956—2019年,流域年降水量相对平稳,但年径流量呈不显著衰减趋势,平均降幅1.60×10⁷ m³/10 a,流域生态用水量增加是造成径流衰减的主要原因;植被恢复改变了流域大气降水的时空分配,在空间上更多降水用于流域内部生态消耗,减小了对下游的水源供给量,在时间上更多降水参与土壤水—地下水循环,延长了向流域外的排泄周期;地表风速、水面蒸发量、干旱指数等气象要素显著降低。[结论] 植被恢复影响下,北川河流域生态用水量增大,径流量衰减,降水—土壤水—地下水循环过程的水量比例增加,流域水源涵养能力不断提高,半干旱的气候条件有所改善。     

川南叙大铁路沿线岩溶区伏流、暗河对比分析

伏流与暗河均属地下暗流,是两种极为相似的现代地貌。虽然二者最终都以地下河出口的形式排泄出露,但实为不同的岩溶水文地质现象。伏流是地表水在岩溶地区的管道状潜伏段,而暗河是具有河流主要特征的岩溶水地下管道。通常在生产生活中并未严格界定,且已有研究大多也只对其概念进行了区分,二者的各项属性有何差异却鲜有提及。该文详细分析了川南古叙岩溶区14条伏流,24条暗河各要素,包括:出口出露高程、发育层位、构造、所属水系、水化学和空间展布。通过对各因子的统计后发现,伏流和暗河之间存在较大差异性,且主要体现在出口出露高程、所属构造、水系、水化学和空间展布5个方面,并在统计结果的基础上分析各差异性产生的原因。这对于维持区内生态环境平衡,合理开发、利用地下河系,展开专水专用等具有重要意义。     

五指山隧道地下水化学特征与水动力分带模式

五指山隧道施工时面临涌水量大及动态变化强烈等复杂水文地质问题。该文调查了隧址区地质环境,分析了隧址区地下水补给、径流、排泄特征,对比分析了隧址区不同时期的地下水化学特征,以及隧址区地下水动力垂直分带。结果表明:⑴ 隧道涌水属于深循环地下水,进口段隧道涌水主要来自砂页岩含水层内的水,而出口段隧道涌水含有大量石膏溶滤水。⑵ 样品硫、氧同位素组成证实了五指山隧道主要涌水带均与浅表地下水的直接下渗有关。⑶ 隧道开拓过程中可以揭露到多个相互隔绝的地下水起源略有差异的含水带,而在浅表部存在一个沟通这些含水系的横向含水带将它们连接起来。     

高黎贡山隧道地区地下水水文地球化学特征

在分析高黎贡山隧道区不同水体水化学组成特征和同位素D1、8O3、H含量的基础上,利用水文地球化学方法、同位素分析方法,对地下水化学类型、成因、年龄和补给高程问题进行了初步研究。     

黄土区生态建设对流域不同水体转化影响

生态建设治理能够显著改变流域下垫面条件,研究黄土区生态建设治理对流域不同水体转化特征对深刻了解该区域生态建设恢复具有重要意义。该研究运用稳定同位素技术,通过野外采集生态建设治理对比流域不同水体水样样品,分析不同水体氢氧同位素特征,揭示不同季节生态建设治理对流域不同水体转化影响。结果显示:生态建设治理流域韭园沟降水同位素较生态建设未治理流域裴家峁降水同位素贫化。降水同位素变幅大于河水和井水同位素变幅,河水蒸发分馏作用强烈而井水较为稳定。河水、井水和水库水的补给来源主要是降水。生态建设流域雨季同位素值偏低而旱季同位素值偏高,分别与降水量和温度呈正比和反比关系。沿着主沟道流程,韭园沟流域和裴家峁流域河水同位素值呈逐渐富集趋势。旱季,韭园沟流域和裴家峁流域都表现为降水和井水补给河水,补给比例分别为24.66%、75.34%和83.81%、16.19%。雨季,韭园沟流域和裴家峁流域都表现为降水和河水补给井水,补给比例分别为14.75%、85.25%和48.06%、51.94%。表明生态建设显著改变了流域生态水文过程,旱季和雨季不同水体间的相互转化过程以及转化比例发生改变。该研究可为黄土高原生态建设对流域生态水文过程影响研究和生态环境建设保护提供科学依据。     

准噶尔盆地降水、土壤水和地下水中δ^18O和δD变化特征——以中国生态系统研究网络阜康站为例

本实验的研究材料（融雪水、雨水、土壤水、地下水）采集于2006年3-6月,取自位于古尔班通古特沙漠南缘中国科学院阜康荒漠生态系统研究站及北沙窝实验点,对其氢氧稳定性同位素比率δ^18O和δD的测定结果进行了分析,研究了降水、土壤水稳定同位素变化特征,揭示干旱荒漠区降水和土壤水的关系。研究结果表明,表层10cm土壤水受降水的直接影响,其δ^18O具有与降水相同变化的趋势;地表浅层土壤水的稳定性同位素比率介于雪水和雨水之间;不同时间剖面土壤水的δ^18O和重量含水量均为表层10 cm变化最大,具有向下变幅逐渐减少的趋势。地下水中δ^18O在不同季节变化差异不大,地下水有一致、稳定的水源供应。本研究为稳定同位素技术在水循环研究中的应用提供了实例,也为古尔班通古特沙漠生态系统维持与恢复提供科学依据。     

济南泉域岩溶水质演变及其对人类活动的响应

地下水是岩溶地区水资源的重要赋存形式,也是岩溶地区经济发展的重要支撑点。由于岩溶含水层的本质脆弱性,岩溶水资源在人类活动胁迫下极易蜕变。以20世纪50年代末的地下水化学状况为背景值,结合近20年的水质监测资料,分析了济南泉域岩溶水质演化与人类活动的关系。结果显示：近20年来,地下水质总体呈恶化趋势,水质的区域性、阶段性变化与人类活动强度密切相关,东郊岩溶水质最差,且无污染物增长幅度明显高于市区和西郊。伴随土地利用方式的改变和人类活动强度的空间变化,地下水质从间接补给区、直接补给区到泉水排泄区,单项污染指数和综合污染指数依次升高;具有典型代表性的泉域东部大辛河流域,从上游、中游到下游,地下水污染物的浓度也渐次升高,且愈往下游污染物浓度增幅愈大,显示出与土地利用方式和人类活动的密切相关性。因此优化调整土地利用结构,减少人类活动对下水的污染,对岩溶水资源的可持续利用和济南“泉城”景观的保护有重要意义。