北京市永定河地下水库水资源储蓄能力研究

北京市永定河冲洪积扇中上部,具备建设地下水库的基本条件。本文在确定永定河地下水库水资源人工补给方式的基础上,分析了各方式的入渗能力,提出了地下水库的人工补给方案,利用地下水数值模拟的预测结果和有效储水率计算公式,首次研究了地下水库的储水能力,分析了永定河地下水库的水资源补给效果。结果表明,永定河地下水库水资源人工补给能力最大可达18．93m^3／s,回灌地表水2．42×108m^3的情况下地下水位最大回升32m,地下水储存量增加2．09×108m^3,回灌后1年和5年的有效蓄水率分别为78．6％和46．8％,北京永定河地下水库具有较好水资源回灌能力、储存能力,地下水人工调蓄能够起到明显的效果。     

北京平谷盆地地下水库建库条件分析

中国北方干旱、半干旱地区,地下水资源在供水中占主导地位。利用业已形成的地下水位降落漏斗,建立地下水库实施水资源人工调蓄,将汛期不可利用的地表雨洪水、河水和水库弃水,通过人工干预引渗补给到地下水库中,对提高区域水资源利用率和优化水资源配置都具有重大的现实意义。平谷是北京市重要的战略性后备水源地,本文以平谷盆地为例,在水文地质条件分析的基础上,从地下储水空间、调蓄水源、补给方式、输汇水条件和入渗能力,以及取水条件等方面对平谷地下水库建库条件进行了系统分析,并提出相应的人工回灌补源工程方案,为平谷地下水库建设提供设计依据。     

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。     

北京地下水库建库条件及可利用库容初步分析

通过对北京地区地下水库建设条件的全面分析,基本明确了北京市平原区五大地下水库"渗得进、存得住、取得出、用得好"的建库基本条件,初步计算了调蓄库容,探究了南水北调水源、地表水库水源、雨洪水源作为调蓄水源的条件;利用以往试验资料分析了河渠入渗、滞洪水库入渗、砂石坑回灌、井灌等补给方式的特点,进一步对五大地下水库输汇水条件、入渗能力和取水条件进行分析,得出在北京主要冲洪积扇上游建设地下水库是可行的结论,为地下水库建设提供设计依据。     

不同降水丰枯遭遇条件下滹沱河地下水库人工补给效果

针对石家庄市利用南水北调水和当地雨洪水作为补给水源建设滹沱河地下水库过程中存在受水区和水源区具有不同年际变化特征的实际情况,在分析南水北调水源区汉江流域和受水区石家庄市降水丰枯遭遇特征的基础上,应用模糊数学和多维联合分布概率计算方法计算滹沱河地下水库的模糊加权补给水量,并应用数值法模拟各种丰枯遭遇条件下地下水库的人工补给效果.结果表明:不同丰枯遭遇条件下的补给水量为(4.64～8.72)×108m3/a,其中模糊加权补给量为6.66×108m3/a;人工补给可使地下水位多年平均回升1.47～3.45 m/a;滹沱河地下水库的有效蓄水率为80%～90%,且人工补给的增大会引发侧向流出量增加,有效蓄水率相应降低.     

基于调蓄试验及数值模拟的北京市西郊地下水库人工补给效果评估

地下水库人工补给的效果评估对于水资源调蓄具有重要意义.本文利用回灌试验和数值模拟研究了北京市西郊地下水水库永定河河道入渗能力.结果表明在调蓄水源为3.30×108m3时,永定河河道入渗补给量为2.39×108m3,河道入渗率高这72.5%,调蓄能力强.三家店水库弃水后河道入渗影响范围为188 km2,对地下水补给效果明显.可见永定河河道是比较理想的人工调蓄场所,使得南水北调中线工程向北京输水后水资源在丰水年地下水人工补给成为可能.     

滹沱河地下水库建设条件分析

对滹沱河地下水库建设条件进行了分析,得出如下结论:滹沱河地下水库边界为一近封闭的边界,库容量达10.04×108 m3,滹沱河河床可作为地下水库天然渗漏场。通过入渗试验得出,在动水条件下,单位河长稳定入渗量为29.18×104 m3/km.d(平均河道宽度222m),入渗速率1.31×104 m3/m2.d,垂直入渗系数31.62m/d,入渗水对地下水的补给系数为0.91。利用库区原有的取水设施年开采能力可达2.19×108m3。根据预测结果,2020、2030年在不同的保证率下,尚有盈余水量进行地下水库的调蓄,且调蓄水源的水质对地下水水质影响不大。     

地下水流数值模拟的发展与展望

本文根据已经发表的国内外大量文献，扼要总结了地下水流常用数值方法的的本质及它们的各自优缺点，并提出了今后地下水数值模拟中值得重视的问题。     

地下水流模拟系统PGMS(1.0版)简介

地下水资源评价、规划和管理的核心是地下水动态的预测,当前地下水动态预测最有效的手段,甚至可以说唯一的手段,是数值模拟。国际上流行的地下水数值模拟的专业软件很多,如Visual MODFLOW、FEFLOW等。MODFLOW系列软件在国内外被普遍采用,它在可视化方面做得比较成功,但在地下水流的模拟上尚不尽人意。我国拟自行研制地下水模拟专业软件。在中国地质调查局地质大调查项目的支持下,集成开发者长期地下水模拟的研究基础,开发可视化的前后处理程序,形成了一个基于多边形网格的三维地下水流有限差分模拟系统(简称PGMS,即Polygon-grid finite-differencegroundwater modeling system)。     

基于数值模拟的区域性地下水补给过程实例研究

研究主要目的是以数值模拟的方法,再现选定的研究区域20世纪70~90年代地下水位处于较低水平的过程并推求地下水的补给过程。研究区为某流域入海口前10×12km2的矩形区域,基于研究区土层纵断面的物理条件,在平面二维的基础上,考虑含水层垂向水收支成分,利用地下水计算的基本方程式开发地下水准三维数值计算模型,以数值模拟的方法验证模型效率。对地下水位数值模拟的结果表明,模型效率可以达到80%以上。基于1966~2005年的数值计算结果,推求了研究区各含水层的补给过程。研究结果可为区域性地下水数值模拟技术及地下水资源量的评估等研究提供方法上的借鉴。     

北京张坊岩溶地下水库联合调蓄研究

北京张坊岩溶地下水库位于北京市房山区,属半开放式山前浅埋岩溶地下水系统,其补给条件好。文章应用多种技术手段,对区域构造应力场、水动力场等进行综合对比分析。研究结果表明,张坊水源地地区是一个相对独立的岩溶地下水库,区内岩溶水的分布明显受构造控制,富水性不均匀。拒马河自西北向东南纵穿整个水源地,为地表水和地下水的联合调蓄创造了条件。区内拒马河平均年径流量在五渡以上为7800×104m3/a,地下水可采资源为2330×104m3/a,年内最大可调蓄库容为4690×104m3/a。张坊应急水源地和拒马河河水具备联合调蓄条件,二者结合可满足年平均供水1~1.2×108m3/a。     

潮白河受水区再生水入渗盐污染模拟柱试验

根据工程地质勘察及采样测试分析,选取北京市顺义潮白河再生水受水区3种典型代表性土壤介质(砾石含砂、细砂、粉质粘土)装柱,并采用受水区再生水进行淋溶模拟土柱试验。测试结果分析表明,在3种典型土壤介质中,阳离子交换吸附作用主要体现为K+与Ca²⁺之间的交换,且粉质粘土柱中阳离子的离子交换作用较砾石含砂柱和细砂柱更为显著。另外,试验结果还表明,随着土壤介质中粘粒含量、总有机碳含量、阳离子交换容量和粘土矿物总量的增加,典型介质淋溶模拟土柱试验中阳离子交换作用达到平衡时所需要的时间也就越长,分别为砾石含砂72 d、细砂80 d和粉质粘土86 d。定量结果计算也证明：粉质粘土介质的各阴、阳离子本底含量最高,单位质量粉质粘土介质硬度及溶解性总固体(TDS)的贡献量最大,分别为5 767 mg/g和6 952 mg/g。     

北京市建设地下水库的思考

为满足城市用水需求,北京市持续超采地下水,使地下水位不断下降,地质环境问题日益突出。地下水库作为一种高效的水资源调控工程措施,对于缓解供水紧张局面具有重要意义。文章分析了在水资源短缺以及南水北调工程即将通水形势下,北京建设地下水库的必要性,阐述了北京市地下水库的研究基础,讨论了地下水库的建设条件和工作方法,并对地下水库运行管理提出需要关注的问题,为北京市研究建设地下水库提供参考。     

饮马河中游地下水库可行性论证

饮马河中游位于吉林省长春市以东50 km处,具有构建河谷型孔隙地下水库的潜力条件,是长春市重要的战略性后备水源地之一。在满足区内用水和向下泄流需要的前提下,研究区在理论上可以从泄流节流和诱发补给中得到1.88×10⁸m³/a的调蓄水源,但该调蓄水源年内、年际变化剧烈。以第四系砂砾石为主要赋水介质的目标含水层最大调蓄能力为8.21×10⁸m³,在目前条件下实际动用38.98%,另有4.98×10⁸m³的潜力空间。通过模拟布置壅水坝、引渗场、集中采水井等工程,合理干预水更替条件,理论上可以得到8 197.9×10⁴m³/a的采水量。结合实例给出一套能够从调蓄水源的来源、展布规律、质量和数量,调蓄空间的圈闭性、结构和规模,人工干预地下水开采和补给的位置、方式和强度3个方面系统进行地下水库可行性分析、计算和评价的思路方法。     

北京潮白河冲洪积扇地下水水化学的分层分带特征

为探讨北京潮白河冲洪积扇第四系地下水系统水化学分布特征,依据地层结构及水文地质条件,于2008年枯水期采集浅、中、深层水样293组,用于水化学分析。利用数理统计法计算了总硬度、溶解性总固体、氨氮、铁、氟、硝酸盐、亚硝酸盐、氯化物、重碳酸根、硫酸根等10种组分上、中、下游不同含水层的算术均值和均方差。结果表明,浅层地下水除了NO3–外,其余9种组分的算术均值均呈现由上游到中下游增大的趋势,均方差则中游较上游和下游大;整个冲洪积扇地下水均属偏碱性水,水化学类型多样,由上游的HCO3-Ca·Mg型逐渐过渡到中下游的HCO3-Ca·Na·Mg型和HCO3·SO4-Na·Ca·Mg型;随着往下游径流,地下水的化学类型趋于复杂多样,Cl–、矿化度和硬度等组分浓度升高。TDS、硬度、Cl–、NO3–和电导率均与取样深度呈反相关关系,pH值则与深度成正相关。水化学结果显示冲洪积扇地下水具有良好的分层分带特征,上游地区水质均一性高,是单一含水层结构,上下贯通,水动力条件好的反映,而中下游水动力条件较差,含水层分层明显。从测试组分的浓度分布范围和数值来看,均表现出浅层水样中层水样深层水样。地下水质量表现为上游好于中游,中游好于下游,分带特征明显。组分含量较高的样点和超标点绝大多数为浅层水样,这一点反映了中下游地区较强的人为输入和多源补给的特征。     

超采对北京市潮白河冲洪积扇中上部地区地下水质的影响

潮白河冲洪积扇中上游地区作为北京市最主要地表水和地下水供给区,在城市供水中的作用举足轻重。由于多年连续超采,地下水位持续下降,1999-2013年地下水位下降最大达45 m;应急水源地地区地下水硬度年均上升2.6%,密云十里堡地区地下水硬度和硝酸盐氮超标。通过分析潮白河冲洪积扇区域地下水开发利用、地下水位和水质变化情况以及地下水位变化对地下水水质的影响,认为：超量开采导致的地下水水位下降是引起该区域地下水水质恶化的主要原因之一,控制地下水超量开采和地表水污染,并利用南水北调的水进京之机回灌和停采以涵养地下水,是恢复区域水资源和水环境的良好途径。     

北京市平谷盆地地下水库调蓄能力模拟研究

平谷盆地第四系含水层厚度大．分布较广、蓄水条件好,形成容积巨大的天然地下水库。充分利用其地下水库容积调蓄年际、年内丰枯不均降水量,对保证北京城市稳定供水具有重要的现实意义。本文在综合分析盆地水文地质资料基础上,建立了地下水库数值模拟模型,并对地下水调蓄能力进行了模拟。结果表明,在王都庄和中桥可以建立地下水源地．两个水源地具有开采量20×104m3／d的开采潜力。在两个水源地应急开采3年后,盆地地下水位平均下降12-14m,水源地停止开采后,在其它开采条件不变的情况下,经过1个丰水年加3个平水年其地下水位基本恢复到初始状态。     

北京平原区永定河地下水系统地下水化学和同位素特征

北京平原区永定河地下水系统位于北京市的西部.在该区采集了一个水文年的大气降水样,并对其中的D和18O组成作了分析;于旱季在该地下水系统中采集了大量地下水样,并对其中的八大离子浓度、D和18O组成、Sr浓度以及87Sr/86Sr比值作了分析.研究结果表明,研究区地下水的水化学类型较为单一;研究区地下水主要来源于大气降水入...     

潮白河水源地地球物理勘查

潮白河水源地位于潮白河顺义段,是北京市重要供水水源地之一。在潮白河地下水源地核心区开展音频大地电磁和可控震源地震勘查,依据地球物理特征参数电阻率、地震波速地球物理场特征变化规律。查明潮白河地下水源地核心区典型段松散含水层结构特征,呈现条带状缓坡结构,属典型山前冲洪积水系古河道层状异常规律,且各含大层上下贯性通性好,为水源地地质建模提供基础数据,进而为水源地合理开发利用提供技术支持。