扬-泰-靖地区地下水系统水力联系与硫酸盐污染特征

本文对长江三角洲扬-泰-靖地区第四系松散层地下水中环境同位素(D、18O、34S)的分布特征进行了分析,旨在揭示大气降水、长江水、潜水及承压水之间的水力联系,辨别地下水中硫酸盐的来源及其污染状况。研究结果表明潜水含水层接受大气降水及长江水的补给,硫酸盐主要为农业污染来源或与海源硫酸盐的混合。承压含水层主要接受大气降水的补给,与潜水含水层及长江之间的水力联系较差,硫酸盐来源不同。在研究区顶部和沿江地段的浅层孔隙承压水中,硫酸盐来源于硫化物的氧化;在东部的深层孔隙承压水中,硫酸盐主要来源于硫酸盐岩的溶解或海源硫酸盐的滞留,基本未受到潜水或地表水中硫酸盐的污染。     

大同盆地高砷地下水系统沉积物环境磁学特征

为了研究高砷含水层沉积物中砷与磁性矿物的关系, 对大同盆地高砷地区含水层钻孔样品进行了环境磁学和地球化学分析, 结果表明亚铁磁性矿物是决定含水层沉积物磁性特征的主要磁性矿物.通过对比砷和磁性参数在垂向上的变化趋势发现, 高砷含量往往对应着低的饱和等温剩磁(SIRM) 值, 揭示出砷和顺磁性矿物之间也存在联系.沉积物砷含量与磁性参数的相关系数均小于0.5 (α=0.05), 表明砷和亚铁磁性矿物及不完整反铁磁性矿物之间不存在明显的联系.在所有磁性参数中磁化率(χ)和砷含量之间相关性最显著, 相关系数均在0.4 (α=0.05) 左右, 低的相关系数与亚铁磁性矿物和不完整反铁磁性矿物对顺铁磁性矿物的稀释有关.该地区高砷地下水的形成可能与水铁矿及纤铁矿等砷的赋存矿物在还原条件下的还原溶解有关.      

汉江下游河流渗滤系统原生劣质地下水分布特征及影响因素研究

江汉平原原生劣质地下水问题日趋严重,地下水中砷、亚铁、锰、铵态氮含量严重超标,对居民生产生活和饮用水安全造成了不利影响,但相关研究仍较为薄弱。以汉江下游典型河流渗滤系统为研究对象,对研究区内距离汉江5 km及主要支流2 km范围内的地下水样品的水化学成分及原生劣质组分进行测试分析,旨在查明江汉下游河流渗滤系统原生劣质地下水的分布特征,并探讨其主要影响因素。结果显示:平面上,地下水原生劣质组分呈高度空间异质性,相邻的采样点浓度可能相差很大,极大值点多出现在河流拐弯处;垂向上,地下水中As、Fe²⁺、Mn、NH₄-N高值多出现在20 m左右的深度;强烈的还原环境、中性pH值和富含有机质是该层地下水富集原生劣质组分的主要原因;河流渗滤通过改变地下水的氧化还原条件、酸碱条件和有机质含量影响河流渗滤系统原生劣质地下水的分布。     

新疆玛纳斯河流域平原地下水水-岩作用模拟

玛纳斯河流域平原区地下水化学演化较为复杂,从上游至下游的变化特点主要以Na+、Ca2+、 HCO3-、SO42-含量和TDS值的高低相间交替演化为主。本文对此演化机理进行了水-岩作用模拟研究,模拟结果表明:①矿物相的溶解、析出和蒸发作用、稀释作用共同控制着地下水水化学的演化;②从研究区上游往下,由于地层岩性颗粒逐渐变细,水中矿物相迁入、迁出的数量逐渐增大,水-岩作用逐渐增强;③研究区上游的水-岩作用主要是地表水或灌溉水入渗补给的影响,研究区中下游的水-岩作用主要受蒸发作用的影响;④由于地表水或灌溉水的大量混入,局部的水化学演化往往不符合一般演化规律,甚至于往相反的方向演化,TDS呈下降趋势,产生复杂的过渡水化学类型。     

基于随机森林法的弥河-潍河流域地下水质量评价研究

准确掌握地下水的环境质量状况是合理确定地下水资源开发策略和有效进行地下水资源保护的重要前提。通过随机森林（random forest）法构建弥河-潍河流域地下水质量评价模型,结果表明：（1）随机森林法在进行地下水水质分类时具有分类精度高、泛化能力强等特点,且在进行超参数优化后,其分类精度会进一步提高,证明将随机森林法应用于地下水质量评价是可行的,并且其综合性能要优于逻辑回归模型;（2）研究区地下水水样均为Ⅳ类和Ⅴ类水,说明水质状况整体较差;（3）通过分类指标重要性评价可以看出,研究区地下水水质的主要影响指标为硝酸盐、总硬度和溶解性总固体,而此类指标的主要来源是蔬菜种植化肥的不合理使用及河流污染入渗,因此要进一步加强对蔬菜种植污染排放及河流水质的监测和控制。     

河流-含水层系统数值模拟方法探讨

地表水与地下水转化量的模拟预测一直是区域水资源评价和管理中的难题。提出了一种基于河流越流系数的处理方法,即将转化量计算模型同三维地下水数值模型完全耦合,能够预测在有人工干预条件下,地表水与地下水转化量的变化趋势。提出的方法适合多含水层系统的情形。实例研究表明,提出的河流-含水层系统模拟方法原理简单,易于实现,可以推广应用。     

卫河流域河流地下水流系统氮素运移的数值模拟

卫河是海河流域污染最严重的河流之一,该河如何影响附近浅层地下水的水质是长期受到重视但缺乏定量研究的关键问题。为探讨这一问题,利用Hydrus 2d模型模拟河流非饱和带氮素的迁移转化,以GMS软件中的RT3D模块模拟氮素在饱和含水层中的运移,将包气带底部淋滤出的污染物浓度定为饱和带溶质运移模型的上边界条件,首次实现了河流非饱和带饱和含水层氮素运移的联合模拟,得到河流线状污染源对浅层地下水的影响程度及范围。研究结果表明：由于吸附作用、硝化反硝化作用的存在,从河流上游到下游,包气带厚度加大,运移至含水层中的NH4-N、NO2-N浓度呈下降趋势,而NO3-N浓度则呈上升趋势。随着入渗时间的增长,进入饱和含水层中的NH4-N、NO2-N、NO3-N的浓度逐渐升高并最终保持稳定。污染的河流对浅层地下水的影响呈带状分布,污染物随入渗水流在包气带中垂直入渗;在饱和含水层中以水平运移为主,污染羽偏向地下水流动的方向,其影响距离不超过500 m。     

地下水分层勘查技术在地下水流系统研究中的应用

地下水流是一种运动流体,空间上分布连续且能传递压力,在能量(势)差驱使下发生从水头高处向低处的运动.通常在补给(势源)区,地下水垂向上由上向下运动,而在排泄(势汇)区地下水由下向上运动,即地下水整个生命过程中总是由源到汇、向着能量减小的方向做径流运动,无论是在单个或多个透水岩层中都是如此.地下水分层勘查技术使在垂向上分...     

山东省泰安市城区-旧县岩溶水系统地下水资源潜力评价

山东省泰安市城区-旧县岩溶水系统位于山东省中部的泰山南麓,为单斜构造式岩溶含水系统,由城区和旧县两个水源地组成,地势总体北高南低,面积约112 km2。含水系统内地层以新生界第四系和古生界寒武、奥陶系为主,此外,在南部和北部分布有较大面积的太古界泰山岩群火成岩。本区在构造单元上属鲁西台背斜的一部分,泰莱断陷盆地之西半部。区内断裂构造发育,主要有NE向的泰山断裂、徂徕山断裂及结庄断裂,NW向的洪沟断裂、滂河断裂、岱道庵断裂。含水系统包括第四系松散岩类孔隙含水岩组和寒武-奥陶系碳酸盐岩类裂隙岩溶含水岩组,地下水动态受降水及人工开采影响明显。截止2012年底,地下水日均开采量为5.2万m3,接近系统允许开采量5.79万m3,处于采补平衡状态。本文在充分利用前人研究资料的基础上,通过对牟汶河修建拦河坝,河水位抬高引起的岩溶水补给条件变化的研究,确定该含水系统尚具有开采潜力,其潜力主要来源于地表水入渗补给。通过研究计算,目前该含水系统还具有约2万m3/d的开采潜力。      

准噶尔盆地玛湖-盆1井西复合含油气系统侏罗系地下水动力场的形成与演化

油气运移、聚集与地下水动力场的形成和演化密切相关,随着盆地的形成与演化,地下水动力场也有形成、发展和消亡的过程。准噶尔盆地玛湖—盆1井西复合含油气系统侏罗系现今地下水动力场具有不对称性:西北缘和陆梁隆起以北地区发育向心流,凹陷内地下水动力表现为滞流,仅在莫索湾凸起及其以南地区发育弱离心流。研究区侏罗系地下水化学分布表明在盆1井西地区曾发育离心流,结合盆地沉积演化分析,研究区侏罗系地下水出现滞流的时间应该在古近纪。     

洞庭湖区水系格局及连通性优化

江湖关系演变及强烈人类活动改变了洞庭湖区的水系格局与连通性,加剧了湖区水环境与水生态的恶化形势,开展水系格局与连通性研究是洞庭湖区水系综合整治和河湖生态修复的重要内容。基于景观生态学中网络连通度分析方法,建立了水系格局与连通性评价指标体系,包括河频率、河网密度、水系环度（α）、节点连接率（β）和网络连接度（γ）等,分析评价了洞庭湖不同片区现状及规划水系格局与连通性的差异以及合理性,提出了水系连通规划的优化方案。结果表明:现状洞庭湖区水系格局和连通性总体较好,但各个片区存在较大差异,湘-资水尾闾地区的现状水系格局和连通性良好,北部地区和松澧地区的现状水系格局与连通性较差。松澧地区水系规划方案改善了该地区的水系格局与连通性,但北部地区的规划方案并不合理。经过比选与优化,北部地区的α、β、γ指标比现状提高了13.2%、6.9%和4.7%,比原规划方案提高26.0%、9.4%和9.4%。     

Modeling the connectivity and intersection of hydraulically loaded cracks with in situ fractures in rock

The interaction of an advancing hydraulically loaded crack and in situ fracture network can yield highly complex patterns. We model the connectivity of cells in a finite element domain and in a fracture network by a simplicial complex data structure. The complete adjacency information between cells is determined by one level down facet and one level up cofacet neighborhood information. Combined with a disjoint set data structure, explicit algorithms are derived to efficiently track network connectivity and load transfer between independent fracture sets. We also propose an approach to regularize the application of hydraulic load to newly intersected in situ cracks to smoothen the transition of pressure on intersected cracks from ambient to hydraulic pressure and to avoid the sudden loading of the entire length of these cracks. Numerical results demonstrate the performance of crack connectivity and load transfer models and the effect of regularization model. The results show that as the angle between an incoming hydraulically loaded crack and an in situ crack increases, the effect of in situ crack shifts from slight realignment to diversion/offsetting of the loaded crack. As the angle difference approaches the normal angle, the loaded crack tends to penetrate through the in situ crack. The proposed schemes are also used for transient simulation of 2D reservoirs with multiple perforations surrounded by in situ cracks with and without a bias in the distribution of their orientation. It was shown that from 2 perforations with angles closer to in situ cracks at low loading rates to all perforations at higher loading rates can result in active hydraulic crack propagation. The h‐adaptive method of asynchronous space‐time discontinuous Galerkin method is used to exactly track complex fracture patterns in these dynamic fracture simulations.     

浅水湖泊沉积物中磷的地球化学特征

对太湖不同污染状况和生态系统状况的湖区沉积物中磷的地球化学形态及其分布进行了研究。结果发现,沉积物的理化性质和磷的化学形态一般都在表层下深5～15cm发生明显的转折;草型湖区、藻型湖区、开阔湖面的大湖区沉积物的理化性质、间隙水中的磷浓度及沉积物中磷的形态存在较大的差异。东太湖沉积物间隙水磷浓度和交换态磷含量都显著低于其他湖区;风浪扰动相对剧烈的开阔湖面湖区沉积物中磷的沉积规律也不同于梅梁湾藻型湖区和东太湖草型湖区。研究表明,浅水湖泊中水生生物状况、风浪扰动状况对沉积物中磷的地球化学行为有至关重要的影响。     

塔河岩溶型碳酸盐岩缝洞系统流体动态连通性研究

塔里木盆地塔河油田下奥陶统碳酸盐岩储集体属于表生岩溶作用形成的喀斯特缝洞系统。其储集体孔隙空间类型主要为与原始组构无关的连通孔洞,其孔隙系统由岩溶洞穴、溶蚀裂缝和溶蚀孔三大类型的储集空间复合而成。油田开发实践证实,油藏呈现出多压力系统、差异连通的特征。文中针对缝洞型碳酸盐岩连通缝洞孔隙系统的特征,分析了区别于分散型碳酸盐岩储集体的特征。基于油藏的孔洞系统复杂的特点,说明利用各类动态资料对油藏储层缝洞体研究十分重要。通过动态研究方法,推测喀斯特缝洞系统中的连通体--“缝洞单元”。笔者提出了利用动态信息分析油藏之间缝洞连通性的研究思路和方法:（1）同一缝洞单元内,单井地层压力趋势下降相似;（2）井间干扰系统测试是较直接的连通确定方法;（3）开发井生产异常,导致同一缝洞单元相邻井出现相应动态变化;（4）注水井的示踪剂注入,检测邻近井检测示踪剂的含量、受效时间等,判断井间的连通级别;（5）不通缝洞单元的流体组分、密度和粘度等存在差异。结合塔河油田实际资料,共划分了42个缝洞单元,认为缝洞储集体的分布与岩溶古地貌、古水系和断裂带有一定的吻合性。     

太湖宜溧河水系沉积物中多环芳烃来源解析

利用索氏提取技术和GC／MS测定，分析了太湖定溧河水系中13个样点沉积物中的多环芳烃（PAHs)，并利用芳香类不可分辨鼓包峰的检出、多环芳烃组分协相关因子检验及PAHs特征化合物指数，分析了太湖流域宜溧河水系中各地区的PAHs污染来源差异，并结合定溧河所在地区工业布局和环境特征得到了验证。溧阳附近PAHs主要来自于油类污染和染料工业的影响；宜兴市附近PAHs来源与溧阳不同，主要与现代煤烟型污染有关。从水第的干支流对比中发现，主干河道中沉积物PAHs污染来源比支流复杂的多，存在多种污染源交叉作用的情况。     

莱州湾海洋沉积物粒度特征及其环境响应分析

基于20个柱状样粒度信息,文章对山东莱州湾海域1~3 m厚度的沉积环境展开了研究。莱州湾海域沉积物粒度组分以砂质和粉砂质为主,整体上分选性偏差,在沉积过程中受周边环境改造明显。莱州湾海洋沉积动力环境在粒度方面有较好的响应,柱状样粒度分布图反映不同海域沉积物所处的外力作用阶段各有不同,但总体上随着搬运距离增大,至中部浅海平原,概率累积曲线斜率逐渐变大,阶段分化愈发明显。莱州湾浅部海域共同环境敏感组分为3≤φ≤4,沿岸河流性质和泥沙输运路径对粒度组分影响明显。综合前人关于沉积速率的研究成果,表明莱州湾东部海域粒度组分阶段性变化与1855年黄河改道在时间上存在一定的对应关系。就沉积物形成环境而言,莱州湾中部海域沉积环境水动力较强,物质来源多样。屺坶岛—刁龙嘴海域沉积物的颗粒略粗,需要的临界起动速度较大,发生再悬浮的几率相对较小。黄河水下三角洲沉积环境比较动荡,能量不稳定,处于重力流后期,能量衰减并向牵引流转化。南部的水下岸坡在波浪、潮流作用下有一定量的泥沙淤积。     

Distributions and vertical variation patterns of sound speed of surface sediments in South China Sea

The distributions of sound speed show different characteristics in continental shelf, continental slope and Nansha Trough. The differences have closely related to the distributions of sediment physical properties in the southern South China Sea. According to the analysis of sound speeds and physical properties variation characteristics with buried depth, the vertical variations of sound speed are closely related to sediment texture, sedimentary environment, transport, erosion, compaction, consolidation, etc. The comparison results indicate 3 vertical variation patterns of sound speed: increasing model, invariant model and complicate variation model. The above 3 variation models represent the vertical distribution characteristics of sound speed in different depositional environments. Different variation patterns have different key factors which generally contain porosity or grain size. The calculated sound speeds with Buckingham’s theory of compressional waves in fluid-like marine sediments follows the trend of measured speeds accurately.     

准噶尔盆地表层沉积物的稀土元素特征与物源指示

准噶尔盆地的新生代沉积的物质来源对认识中亚地区乃至全球气候环境演变、亚洲内陆干旱化以及粉尘输送路径等关键科学问题都具有重要的意义,但目前对盆地内沉积物的物质来源的研究还比较粗略。文章以准噶尔盆地内不同类型的表层沉积物为研究对象,通过对稀土元素特征的研究进一步探讨盆地内不同沉积的物质来源与相互联系。研究结果表明：准噶尔盆地不同区域表层沉积物的稀土元素含量（不含Y元素）变化较大,变化范围为55.54~194.44 μg/g;大部分样品的δCe值在0.95~1.05之间,未见明显的Ce异常,指示了盆地内整体干旱环境下较弱的风化成壤作用,而Eu异常和UCC标准化配分模式表现出的复杂变化,可能指示了准噶尔盆地表层沉积物物质来源的多源性。根据盆地内表层沉积物的稀土元素总量、配分模式以及δEu值表现出的不同特征,结合了盆地内的区域地形和盛行风向等要素,认为盆地东部的戈壁砂和周围山地的基岩碎屑物之间存在着一定的物源继承,同时强劲的西北风也为该地带来了来自盆地北部和中部的物质来源;北部的阿尔泰山碎屑物质是盆地北部戈壁砂和沙漠砂的主要物质来源,但戈壁砂表现出的Eu中度亏损和较高的ΣREE值可能代表着该区域还存在更为广阔的物源;盆地西部各类沉积物之间表现出的稀土元素特征的相似性表明该地缺乏外界物质的参与,物源具有明显的局域性;盆地南缘的沙漠砂和河流表层沉积物主要来源于天山碎屑物质经冰川磨蚀及寒冻风化等作用形成的粉砂粒级物质,但是该地的黄土在地形和风向的影响下表现出了复杂的物质来源,盆地中的沙漠、天山碎屑物质、盆地东部的戈壁砂,甚至于中亚广大荒漠区的粉尘都为黄土提供了部分物源。

     

井周流场,水跃值与井内水位降深的关系

本文以单井稳定流抽水为例，从井固流场与地下水向集水井幅射流的涌水量方程入手，阐明井结构，井周泥浆堵塞和井内水位降深的关系。证明了水跃值是井周泥浆堵塞降深与井周三维流域或紊流引起的二次项降深（简称“井损“）之代数和，并得出了水跃值不同组成部分随井内降深变化而变化的规律。从而提出了消除水跃值，利用裘布依涌水量方程进行水文地质参数计算。