浑河流域沈阳-抚顺段地下水年龄及循环特征

利用3H法对浑河流域沈阳-抚顺段浅层地下水年龄进行了计算.通过对地下水年龄分区,进而分析其循环特征,为该地区地下水资源合理开发利用和城市资源环境承载力研究提供科学依据.结果表明:总体上,浑河流域沈阳-抚顺段地下水主要为近60 a以来补给的现代水,并且从东部山区至西部平原地区沿着地下水流向年龄逐渐增大.年龄为小于30 a、30~60 a、大于60 a的地下水分布面积占研究区总面积的比例分别为34%、31%、35%.流域上游为丘陵山区,含水层结构单一,颗粒较粗,地下水年龄小于30 a,地下水循环交替强烈.流域中游含水层逐渐增厚,地下水循环交替强度逐渐减弱,地下水年龄增大为30~60 a.流域下游含水层逐渐由单层转变为双层和多层,颗粒较细,地下水循环交替缓慢,地下水年龄也增大为大于60 a.

地下水年龄及其在含水层封闭性评价中的应用

针对目前地下水年龄和地下水滞留时间概念混用、地下水年龄分类缺乏依据及地下水定年方法复杂多样的问题,本文给出了地下水年龄和地下水滞留时间的严格定义,考虑不同定年方法的测年范围以及人类活动影响程度等因素,进行了地下水年龄的合理分类。本文还总结了已有地下水的定年方法,主要包括物理上的水动力模拟计算方法和化学上的示踪剂方法,提出了不同定年示踪剂存在的主要问题以及定年方法选择的原则。最后以鄂尔多斯高原为例,利用地下水年龄判断含水层封闭性,提出了CO_(2)地质封存工程选址的地下水年龄标准(大于3万年),评价结果表明,除补给区和排泄区外,中部的白垩系地层以下满足CO_(2)相态要求、有连续盖层的绝大多数区域满足CO_(2)地质封存的安全要求。

基于放射性同位素分析吐鲁番盆地地下水年龄

地下水年龄是地下水循环规律的重要信息来源,研究吐鲁番盆地地下水年龄,对于当地水资源管理具有重要意义。通过分析在吐鲁番盆地采集的29组地下水样品的放射性同位素T和14 C值,估算了吐鲁番盆地地下水的补给时间及平均滞留时间。研究表明,吐鲁番盆地地下水14 C浓度小于20-22.5pmc的水为古水。通过对水体的年龄进行研究发现,在火焰山南侧东部,源自库姆塔格沙漠的地下水为古水,相当晚更新世末次冰期补给的水体。北盆地东部地下水和其他区域浅井的地下水中14 C值较高,说明地下水的年龄较新,地下水都属于全新世补给。

太行山前平原浅层地下水年龄及其对含水层固有脆弱性的指示意义

地下水资源在生产和生活供水中占有重要地位,然而随着人类活动的不断增强,很多地区出现了地下水污染的现象,使得地下水保护研究成为一项势在必行的工作。已有研究显示,地下水年龄可以指示含水层固有脆弱性程度,反映地下水的潜在污染风险性。本次以太行山前平原为研究区,利用3H(3H/3He)同位素识别了浅层地下水年龄并探讨了其对含水层固有脆弱性的指示意义。结果显示,研究区浅层地下水年龄普遍小于40年,由山前至平原沿地下水流动方向呈现增大特征,并呈现较好的分带性。同时,通过对比前人提出的地下水中现代水的含量指示含水层固有脆弱性的方法,揭示地下水年龄的分布,对含水层固有脆弱性亦具有较好的指示意义。结果显示,研究区含水层固有脆弱性由山前到平原呈现降低趋势,并利用其他指标和数据进行了验证和讨论。

CFC_S法在鄂尔多斯白垩系地下水盆地浅层地下水年龄研究中的应用

鄂尔多斯白垩系地下水盆地是中国重要的能源基地,利用CFCS方法对鄂尔多斯白垩系地下水盆地年轻地下水年龄进行测定,取得了比较准确的结果。结果表明,盆地地下水系统可以分为局部地下水系统、中间地下水系统和区域地下水系统。地下水盆地内局部地下水系统地下水循环更替快,年龄为20 a左右,地下水年龄随深度增加而增加;中间地下水系统和区域地下水系统地下水循环更替相对较慢,年龄大于70 a,可以寻求14C等其他同位素方法确定准确年龄。

地下水年龄在地下水研究中的应用研究进展

近些年,同位素和示踪技术广泛地应用于地下水研究中,其中以对地下水定年的研究尤为突出。本文通过研究国内外大量的研究实例,分析得出地下水年龄在评价地下水更新能力,正确认识地下水运动和溶质迁移规律,以及约束地下水模型参数等方面具有重要作用;同时指出地下水定年不仅受到地下水混合作用、气-水-岩作用等自然因素的影响,还受到人类活动的干扰,以及受到地下水定年方法不同导致结果也常常不同的困扰。本文还指出测定的地下水样中示踪剂的年龄并不代表地下水本身的年龄,应用地下水年龄研究上述问题时要充分考虑到各种作用的影响。

盆地地下水年龄空间分布规律

地下水年龄蕴含了地下水循环与演化过程的信息,是研究盆地地下水循环规律的重要信息来源。利用实测示踪剂年龄校正地下水模型,是当前国际水文地质学研究的前沿与热点。在数值模拟计算中,地下水年龄有三种确定方法,分别是利用"活塞流"模型计算对流年龄、根据同位素浓度结合半衰期计算浓度模拟年龄和利用地下水年龄控制方程计算直接模拟年龄。利用地下水年龄控制方程计算的直接模拟年龄适合于从理论上分析盆地中的地下水年龄空间分布规律。研究发现,在各级次流动系统内,从补给区到排泄区,地下水年龄有整体上变老的趋势;盆地下游,地下水年龄在垂向上会发生突变,可作为识别不同级次流动系统的实用指标。研究还发现,驻点位置或者附近,地下水年龄存在一个偏大的峰值。这些规律可为利用地下水年龄校正盆地地下水模型提供理论指导。

应用氚和^14C方法确定柴达木盆地诺木洪地区地下水年龄

以柴达木盆地的诺木洪为研究区,利用氚与14C方法计算了当地各水体的年龄,分析地下水年龄分布特征及其可更新能力。结果表明:山区至冲洪积扇中部地下水年龄为15~18 a,为1952年之后补给的现代水,更新能力较强;冲洪积扇前缘地下水年龄不超过2 ka,具有现代水与古水混合的特征,更新能力较差;溢出带到盆地中心地下水年龄急剧变老,变化范围为5~28 ka,据此推测研究区溢出带位置的隐伏断层具阻水性质,该位置的地下水基本无更新能力。

河南平原浅层地下水年龄

利用3 H法和CFCs法对河南平原第四系浅层地下水年龄进行计算,为河南平原浅层地下水可更新能力评价和水循环的研究提供依据。结果表明:2种方法计算出的年龄拟合误差较小(2a),均可代表河南平原浅层地下水年龄。总体上,河南平原浅层地下水主要为近50a以来补给的现代水。太行山、伏牛山、大别山山前地区以及开封西部的黄河两岸等地区浅层地下水年龄均小于30a,并且顺着地下水流向年龄逐渐增大。从山前地区和黄河两岸至平原区,浅层地下水开采潜力逐渐减小。总体上:平原北部地下水系统地下水年龄较小,地下水循环交替较快;平原南部地下水系统次之;平原中部地下水系统地下水年龄最大,地下水循环交替最慢。

河北平原深部地层的中子注量率、^(36)Cl/Cl地球长期平衡值及地下水年龄的研究

为研究河北平原深部地层的中子注量率和3 6 Cl/Cl地球长期平衡值 ,应用中子活化分析技术测量了岩石样品的元素含量数据。根据这些数据 ,计算了河北平原第四系深部地层的中子注量率平均值为 2 .79× 10 - 5cm- 2 s- 1,3 6 Cl/Cl地球长期平衡值平均为 1.2 7× 10 - 14 。为研究河北平原深部地层地下水的年龄 ,应用加速器质谱法测量得到保定地区第四系第二、三含水组混合开采井及第四含水组钻孔地下水的3 6 Cl/Cl值分别为 2 4 7× 10 - 15和 2 2 4× 10 - 15,皆为新水 ;沧州地区第三含水组钻孔地下水的3 6 Cl/Cl值为 4 0 .5× 10 - 15,依据其计算的地下水年龄为 2 3万年左右。

从黑河流域地下水年龄论其资源属性

地下水资源的可持续性是当前干旱区流域水资源管理的首要问题之一 ,我国西北内陆干旱区地下水的可持续开发必须首先要了解地下水系统的更新能力 ,地下水的放射性同位素测年可以提供系统循环时间和更新能力的重要信息。本文利用地下水中放射性氚 (3H )和碳 (1 4C)测年方法 ,计算黑河流域地下水的年龄 ,进而讨论地下水的更新性。结果表明 :潜水年龄多数小于 5 0 a,具有可再生的资源的属性 ,其中山前戈壁带和张掖盆地细土平原潜水地下水年龄小于 4 0 a,为 196 3年以来补给。酒泉东盆地排泄区承压含水层中地下水的年龄为 2 338～5 5 6 9a,额济纳附近的深层承压含水层中 ,地下水的年龄为 5 4 86～ 86 30 a,地下水资源更新性较差。但是张掖盆地河流附近深层承压地下水年龄小于 5 0 a,具有一定的更新性。上述认识不仅对黑河流域水资源管理和生态环境建设具有重要意义 。

我国北方地下水年龄测定问题讨论

对我国北方地区地下水的各种现行测年方法所存在的问题进行讨论。地下水中的氚元素特征能满足测定地下水年龄的活塞模型,但由于降水初期氚的浓度不易率定,只能定性或半定量确定地下水的年龄。氟利昂是人工合成化合物,自然界中没有天然成分,是一种理想的示踪剂,但氟利昂测定地下水的年龄限制在20世纪40年代之后降水的入渗补给。14C与4He测定地下水年龄的方法由于受到断裂带中排气影响,不易校正,所以不能适用于断陷盆地或活动断层地区。针对内蒙古高原、鄂尔多斯、华北平原地下水中氚浓度值仍然较高的现象进行讨论,认为该地区地下水的补给源区应该靠近我国西部的核试验场。同位素关系表明,渗漏的纳木错湖水与东部的地下水存在相关性,西藏内流区的渗漏水自西向东补给到了内蒙古高原、鄂尔多斯与华北平原。

地下水年龄与泉点映震能力的关系及其在地震预报中应用的初步探讨

岩体中地下水的年龄对水化学异常类型有较大影响 .地下水年龄也是水 岩反应剧烈程度的一个间接标志 .年龄太小 ,反映地下水在岩体中贮留的时间短 ,不可能充分反映地壳内部地球化学环境的变化 ,从而可能降低其映震能力 ;反之 ,如果贮留时间太长 ,地下水就不能及时地反映出地壳内部地球化学环境的变化 .年龄适中的地下水中的一些化学组分易于表现出完整的异常形态 ,而年龄太大或太小的地下水中的化学组分常表现出短临异常 .震后效应的持续时间可能与地下水的年龄也有一定的关系 .

CFCs地下水年龄示踪技术的原理、应用及展望

CFCs是一种合成的含氯离子和氟离子的有机化学品,主要组成包括CFC-11、CFC-12与CFC-113等。其自1930年以来开始被大量生产,年生产量达106t。由于其具有挥发性与良好的化学稳定性,通过量化地下水中CFCs的平衡分压,将该平衡分压与大气CFCs浓度变化标准曲线进行对比,即可确定目标区域地下水的年龄。自20世纪70年代中期美国首次尝试利用CFCs用于研究地下水年龄以来,国际上日益重视,广泛开展了其在确定地下水年龄、揭示浅层地下水和深层地下水之间的水力联系、确定地下水各种来源水的混合比例等地下水循环演化方面的研究,但目前中国等发展中国家对该技术的研究及应用还处于初步发展阶段。从CFCs的特性、生产及环境释放入手,阐述CFCs测试技术的关键环节——地下水的野外采样、CFCs的提取、测定及CFCs方法测定地下水年龄的原理与计算方法,并以全球视角对CFCs年龄示踪技术在国内外的应用进行综述。在比较分析目前测定地下水年龄测定的主要方法中,指出CFCs环境示踪技术相比SF6、3H/3He等其它环境示踪技术具有分析便捷、价格适中、精度较高的显著优点,特别是在已经做过历年大气CFCs浓度监测等相关研究的地区的应用。

应用天然^(32)Si测定地下水年龄的新方法——切伦科夫计数法

^(32)Si是放射性同位素,它衰变时发射低能量(≈0.1MeV)的β—射线(电子)并生成子体^(32)P。^(32)P是一个常用的放射性同位素,衰变时发射高能量(1.7MeV)的β—射线,半衰期为14.3d,容易测量,因此使^(32)Si的放射性测量变得较为方便。^(32)Si和^(32)P在2～3个月内可达到放射性平衡。^(32)P的放射性通常用切伦科夫计数法测量。应用^(32)Si作为示踪剂测定地下水年龄范围为50～1000a,大约需要200mg Si。用Fe(OH)_3共沉淀法从天然水中提取SiO_2回收率可达60%～95%,然后提取^(32)P。将H_3PO_4溶液和TritonX-100混合制备计数溶液,用液体闪烁计数法测量^(32)P的放射性,最后用公式计算^(32)Si的放射性浓度。

穆兴平原北部地下水年龄及更新性

地下水年龄结构是了解一个地区地下水资源开采可持续性的重要基础。穆兴平原地下水开采量增加以及地下水环境恶化,对该地区可持续发展有一定制约,为此在2016年采集CFCs样品31组和3H样品60组,估算了研究区地下水年龄。结果表明,穆兴平原北部地下水年龄为21年到大于65年,由西北部和穆棱河向平原中部及乌苏里江逐渐变老,更新性变差,主要受到大气降水和地表河水补给,但是由于地表覆盖一层黏性土,地下水中缺失小于10年的水;不同井深样品中二者及NO_3^-浓度的变化,表明在60 m以上地下水的防污性能较差,而在100 m以下则较好,饮用水源井深需超过100 m。

迭代法在现代地下水年龄估算中的应用——以银川平原为例

为克服应用氚同位素方法确定现代地下水年龄过程中存在的,需确定地下水系统输入项的历史背景浓度问题,本文根据地下水同位素数学物理方程,以全混模型为例,利用不同时期地下水同位素的测试结果,通过数学迭代运算,推导出计算现代地下水年龄的计算公式。该方法不仅可以很好地解决地下水系统输入项氚背景浓度恢复时间序列较长的问题,而且对于提高地下水的定年精度具有十分重要的意义。该方法应用到银川平原取得良好的效果,研究表明银川平原浅层地下水的周转时间为30 a。

环境氚在非泉域隐伏岩溶地下水年龄及储水量计算中的应用

本文探讨了在非泉域的于旱、半干旱隐伏岩溶区用环境民计算地下水年龄及其含水层参数的应用问题。

珲春盆地浅层地下水年龄及其水循环特征

利用3H法对珲春盆地浅层地下水年龄进行了计算,为珲春盆地地下水资源管理和水资源环境承载力研究提供依据。结果表明:总体上,珲春盆地浅层地下水年龄均小于30 a,地下水循环交替较强。从山前地带向珲春河河谷地带、从东北向西南方向地下水年龄逐渐从小于10 a增大到大于20 a。年龄为小于10 a、10~20 a、大于20 a的地下水分布面积占珲春盆地总面积的比例分别为51%、42%、7%。七户洞村、平安村、和平村等浅层地下水补给区地下水年龄小于10 a,地下水循环交替强烈;中华村、图鲁村、春景村等浅层地下水径流区地下水年龄为10~20 a,与补给区相比地下水循环交替减弱;八二村、古城村等地是珲春盆地浅层地下水排泄区,地下水年龄大于20 a,地下水循环交替较弱。

确定大巴山隧道地下水年龄的逆统计模型

本文论述了地下水年龄计算的逆统计模型 (ISM)的原理与方法 ,并将该模型用于大巴山隧道地下水年龄估算。计算显示隧址区地下水平均年龄介于 4 5～ 75年之间 ,南坡 (5 5～ 75年 )高于北坡 (4 5～ 6 0年 )说明后者的水力传导性优于前者。该模型既考虑了基岩裂隙介质中地下水流普遍存在的水动力弥散作用的影响 ,又能使地下水年龄计算较之传统的同位素数学物理模型更为简便 ,具有实用价值。