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。

陕西北洛河流域地下水水化学和同位素特征及其水质评价

【研究目的】北洛河是黄河的重要二级支流,研究该流域典型支流地下水的水质状况对于黄河流域生态保护和高质量发展具有重要意义。【研究方法】本文以北洛河流域为主要对象,系统查明流域地下水水质现状,圈定劣质地下水分布区,为饮水安全提供保障。此外,对该区地下水水化学和D-18O同位素组成进行分析,研究地下水水化学特征及演化机制,揭示水文地质条件及人为因素对区域地下水水文地球化学特征的控制和影响作用。【研究结果】区内地下水水化学成分除受岩石风化和蒸发浓缩作用的共同控制之外,部分还受到人类活动的影响。D-18O同位素组成指示了地下水整体上受蒸发浓缩作用影响。【结论】上游碎屑岩中的石膏、盐岩等易溶矿物经溶滤进入地下水,下游松散孔隙水在蒸发浓缩的作用下积聚盐分导致上、下游地下水TDS较高;奥陶系岩溶含水岩组和新生界断陷盆地含水岩组地下水水化学组成主要受蒸发盐岩影响,此外还受到人类活动的影响。白垩系和石炭系—侏罗系含水岩组地下水主要分布于岩石风化区,说明该地下水水化学组分主要受岩石风化作用控制,且主要受硅酸盐岩和蒸发盐岩风化影响,人类活动影响的扰动相对较小。上、下游地区地下水受工矿活动影响较严重,中游地下水受工矿活动、农业活动、生活污水影响均较小,水质整体较好。

北洛河流域生态环境变迁及对水资源和水沙关系的影响

黄土高原地区水土流失严重,水资源短缺,生态系统脆弱,限制了该区域的社会和经济发展。针对人类活动将如何影响黄土高原水沙变化以及如何配置退耕还林还草面积的问题,目前尚缺乏定量分析和研究。以黄土高原渭河子流域北洛河流域为研究区,分析了北洛河流域近20 a降雨、径流、水资源量、产沙量和归一化植被指数的时空变化,建立了流域分布式水文模型,定量评价了退耕还林还草对水资源和水沙关系的影响,探索了不同决策条件下的最优退耕方案。结果表明:流域水资源总量、径流量、地下水资源量和产沙量呈现递减趋势,年均减少量分别为0.07×10^(8)m^(3)、0.01×10^(8)m^(3)、0.012×10^(8)m^(3)、163×10^(4)t;归一化植被指数和降水呈现递增趋势,年均增加量分别为0.006 4,0.65×10^(8)m^(3);生态环境变化导致径流量和产沙量减少,流域分布式水文模型模拟显示退耕还林还草或植被覆盖率增加会导致流域径流量和产沙量共同减少,但产沙量的响应更为敏感;综合考虑径流与产沙的影响,基于多目标优化提出了退耕还林还草面积的优化配置建议,最优退耕面积约为全部耕地面积的28.1%。本研究可为黄土高原地区生态环境建设、水土保持、水沙资源的合理利用提供决策支持。

黄河流域陕西省地下水资源分布特征、影响因素及开发潜力

【研究目的】陕西省是黄河流经的重要省份,揭示黄河流域陕西省地下水资源禀赋,探究地下水资源分布特征、影响因素及开发利用潜力可为黄河流域生态保护和高质量发展提供重要支撑。【研究方法】本文以黄河流域陕西省为研究区,划分评价单元,评价地下水资源量;引入泰尔指数从人口和面积两方面评估各区域地下水资源分布差异;通过灰色关联分析探究地下水资源分布的影响因素及影响程度;利用水资源负载指数和开采潜力指数,定量评价各行政区地下水资源开发利用程度及潜力。【研究结果】黄河流域陕西省多年平均地下水资源量为77.59×10^(8)m^(3)/a,地下水资源分布差异较大,各评价单元中关中盆地区地下水资源人口和面积分布差异最大,行政区中延安市与西安市地下水资源分布差异最大。降水是全区地下水资源最主要的影响因素,其次为人类活动尤其农业灌溉,地表水因素对渭南市、榆林市有较大影响,蒸散发对延安、榆林、宝鸡地下水资源有一定影响。研究区地下水开采潜力指数介于0.8~2.5,地下水资源负载指数呈现上升趋势,较全国属于高负载区,各行政区开发利用潜力差异明显,开发程度较高区域集中在关中城市群,西安市开发程度最高,铜川市开发利用程度最低。【结论】黄河流域陕西省地下水资源及开发潜力分布差异大、影响因素多元,应进一步加强水资源优化配置与分区分类调控,构建更加协调的资源发展格局。

节水灌溉对黄河流域宁夏引黄灌区水平衡的影响机制及其生态效应

【研究目的】宁夏引黄灌区是中国重要的粮食生产基地之一,自实施节水灌溉以来,渠系衬砌、田间节水等节水工程影响了区域水平衡状况,研究节水灌溉对水平衡的影响机制及其生态效应对于区域水资源优化管理具有重要意义。【研究方法】通过构建宁夏引黄灌区“水-土-气-生”多元化数据库,运用秩相关分析和Spearman相关分析方法,研究了2000—2020年宁夏引黄灌区的水平衡要素演变趋势、水平衡演化机制及其生态效应。【研究结果】宁夏引黄灌区社会经济发展主要依赖过境黄河水,节水灌溉后水循环通量显著减少,2000—2020年农业用水量减少21.38×10^(8)m^(3),引黄水量减少19.52×10^(8)m^(3),排水量减少19.11×10^(8)m^(3);节水灌溉是水平衡演化的主要驱动因子,农业用水量减少直接导致引黄水量与地表水体补给地下水资源量减少(P<0.01);节水灌溉后地表水体补给地下水量减少8.68×10^(8)m^(3),地下水资源量减少8.89×10^(8)m^(3),地下水位普遍下降,盐渍化程度有所减轻,但改变了湖泊和地下水的水力联系,导致生态需水量增加。【结论】节水灌溉后农业用水效率得到提高,水循环通量显著减少,地下水位下降对生态环境造成一定影响,建议以生态安全为底线进一步优化节水方案,相关研究成果为区域自然资源管理及生态保护修复提供支撑。

陕西省榆林市水资源承载力与协调发展

[目的]分析陕西省榆林市水资源承载力状况,为该区水资源开发利用和协调发展提供科学参考。[方法]构建水—经济—社会—生态评价体系,利用AHP、熵权法并结合TOPSIS方法评价榆林市水资源承载力,引入耦合协调度和障碍度模型分析区域协调发展水平和承载力主要障碍因素,结合发展规划进行承载力演化分析和预测。[结果]榆林市各区县水资源承载力整体处于中等偏弱水平,榆阳区、神木市、定边县等存在发展不协调问题,人口密度大、农业用水量高是榆阳区承载力主要障碍因素,生态环境用水需求是神木市主要障碍因素,水资源本底弱、可利用量低和水土流失问题是东部区县承载力的主要障碍因素。2020年区域水资源承载力较2016年整体提升,未来经济社会发展和引水工程实施下,榆阳区、神木市、府谷县和横山县水资源承载力提升,其他区县受经济社会发展等因素影响水资源承载力进一步弱化。[结论]榆林市水资源承载力和地区协调发展存在局部脆弱和失衡问题,应进一步调整用水结构、优化水资源配置,统筹规划水—粮食安全—生态保护。

河套平原杭锦后旗北部浅层地下水砷富集水文地质特征

河套平原杭锦后旗北部山前地带是黄河流域居民的主要水源地,地下水具有高砷特征,但地下水中砷的分布规律不明,给居民用水安全造成威胁。为查明该区地下水砷富集规律和成因,采集浅层地下水样品295组,沉积物样品8组,结合2孔7层水文监测钻孔和物探勘查结果,分析了河套平原杭锦后旗北部山前冲洪积倾斜平原与黄河冲湖积平原地带浅层含水系统水文地质结构、高砷地下水分布和水化学特征,探讨了地下水中砷含量分布规律和富集环境。结果表明,研究区地下水砷含量呈明显的条带状展布:横向上,从冲洪积扇顶到平原区,砷含量从<10.0μg/L升高到>400.0μg/L,沉积物颗粒逐渐变细,由氧化环境渐转变为还原环境,促进了砷的释放和富集;垂向上,富砷地下水分布在20~23、 40~50和60~70 m等3个深度范围,水化学特征显示为弱碱性还原环境,地下水化学类型以Cl·HCO_(3)-Na·Ca型为主。

黄河流域地下水资源状况及其生态环境问题

黄河流域是中国重要的生态屏障和经济地带,上中下游面临着不同生态环境问题,水在生态环境问题的形成演化过程中起着重要作用。本文从黄河流域地下水动态特征、地下水资源的数量、质量及开发利用等方面,分析了黄河流域地下水资源及饮水安全状况。黄河流域年度地下水资源量393.55亿m3,银川平原、河套平原等7处主要平原(盆地)地下水资源量为81.91亿m3,占比超过20%;黄河流域地下水质量以Ⅰ~Ⅳ类为主,劣质地下水主要受总硬度、硫酸盐、铁、溶解性总固体等天然原生组分影响,砷、氟、硒、碘等原生组分超标是流域部分地区地下水饮水安全的主要威胁;2020年与2019年同期相比,黄河流域地下水位呈上游稳定、中游局部上升、下游下降的态势,主要地下水降落漏斗形态基本稳定。针对黄河源区、宁蒙河套平原等重点区段,分析了存在的主要生态环境问题,提出了全面开展流域水文地质与水资源调查评价,深入开展黄河流域及重点地区水平衡分析等工作建议。

中国北方高砷地下水分布特征及成因分析

本文分析了银川平原北部饮水型砷中毒分布、水文地质条件和水化学特征,并探讨了地下水中砷离子分布规律和富集环境。研究表明:高砷地下水区呈两个条带状分布于冲湖积平原,主要为埋藏深度小于40m的潜水,水化学环境呈弱碱还原环境,水化学类型主要为HCO3-Na·Ca,Cl·HCO3-Na,Cl·HCO3-Na·Ca型;最后对比分析了中国北方内蒙古平原、山西大同盆地、新疆、吉林西部高砷地下水分布和环境地质特征。

基于多源数据的水神堂泉及周边湿地演化研究

湿地作为地球之肾,具有重要的社会、环境和经济价值。湿地退化往往引发一系列生态环境问题。为系统研究山西历史名泉——水神堂泉及其周边湿地的变化过程,基于历史开放卫星数据,使用支持向量机、随机森林、梯度提升树、最小距离、分类回归树算法和GEE深度神经网络对1984-2020年每隔5年的遥感影像数据进行湿地提取,分析水神堂泉周边湿地的历史变化趋势。采用多元统计方法研究水神堂泉水流量和湿地分布面积的关系,结果表明,1958年至今,区域内年降水量呈总体下降趋势,降幅为1.12 mm/a;泉水流量持续下降,全县湿地面积总体呈萎缩趋势,由1984年的59.82 km 2衰减到2020年的14.11 km 2,萎缩速率为1.27 km 2/a。水神堂泉水与周边湿地呈现同存共生的关系,泉水流量和降水量是影响湿地面积的主要因素,泉水流量的减少是湿地面积衰减的最主要原因。

中国地质调查局黄河流域水文地质调查工程简介

为支撑服务黄河流域生态保护和高质量发展国家重大战略,中国地质调查局部署实施了“黄河流域水文地质调查工程”。该工程围绕黄河流域水资源调查和确权登记、国土空间规划、生态保护修复、水资源优化配置与高效利用、地下水超采区治理等重大需求,以全面掌握变化条件下黄河流域水资源状况与支撑山水林田湖草系统治理为导向,开展重点流域水文地质与水资源调查,组织实施黄河流域地下水统测监测、地下水资源评价及水平衡分析,评价水资源在经济社会发展和生态系统保护修复中的关键性支撑和制约作用。

中国北方高氟地下水分布特征和成因分析

在中国北方地区,由于饮用高氟地下水而导致的地方病,严重影响了当地人民群众的身体健康。地下水中氟元素的富集是一个非常复杂的水文地球化学过程。本文在前人研究中国北方高氟水分布特征基础上,总结了高氟水形成的气候、水文、地质构造、岩性与土壤、水文地质条件和水化学特征,并结合项目成果提出高氟水地区适宜找水模式和一些去除水中氟元素有效的措施,从而避免氟中毒的发生。

中国大骨节病地质环境特征及其病因研究

大骨节病是一种影响因素复杂、病因一直未明的地方病,其学说众多。本文阐明了中国大骨节病地域分布与病情动态变化特征,重点论述了中国大骨节病自然环境与地质环境特征以及病因研究现状。针对多种病因学说,本文认为大骨节病病因是多因素复合作用的结果,硒缺乏是环境背景因素、环境中与人体有关的毒素是主控因素、常量与微量因素的比例失调是影响因素。病因研究中应注意宏观与微观相结合、地学与医学等多学科相结合。

我国北方典型地区高氟水分布特征及形成机理

在前人研究我国北方高氟水分布特征基础上,总结了我国北方三种高氟水的形成机制:①浓缩富集型;②岩石溶滤型;③海侵富集型。通过对三个典型地区——张掖盆地、赤峰盆地以及沧州平原的地貌地质条件、气候条件、含水层条件的系统分析以及水化学、同位素证据,得出三个地区的高氟水形成机理分别为蒸发浓缩富集、岩石溶滤以及海侵富集,并针对我国国情,提出了防止氟中毒的建议和方法。

莱州湾滨海平原咸水入侵分析与趋势预测--以山东省广饶县为例

文章以鲁北平原山东省广饶县为例,阐述了咸、淡水形成的地质背景、咸淡水变化带形成与演化;分析了大规模开发利用地下水引起的咸水入侵的历史与现状;采用非确定性模型方法对咸水入侵趋势进行了预测,提出了缓解咸水入侵的对策与建议。取得的主要认识和结论为:(1)鲁北平原自山前冲洪积扇向莱州湾滨海平原,地下水水质具有水平和垂直分带特征;(2)20世纪70年代中期大量开采南部地下淡水后,地下淡水水位持续下降,破坏了咸淡水之间的水动力平衡,北部咸水向南入侵,引起淡水咸水、机井报废等一系列环境地质问题;(3)预测结果表明,在不采取调控措施情况下,咸淡水界面以每年平均240m速度向南部推进;(4)人工回灌、营造淡水帷幕并减少淡水区开采量是防止咸水入侵的有效途径。

沉积物地球化学特征和土地利用方式对地下水砷行为的影响

银川平原是典型的高砷内陆盆地。然而人为活动及沉积物地球化学条件对地下水砷分布的影响并不清楚。本文选取银川平原北部平罗县作为研究区,在不同研究单元共采集119组地下水样品(冲洪积平原、冲湖积平原水田区和冲湖积平原旱田区分别为54组、31组和34组),分析了其主量和微量组分含量。另在水田和旱田分别钻井一眼,采集66组沉积物(水田和旱田单元分别为31组和35组)样品,分析了粒度分布、化学成分、强(S2)、弱(S1)结合态砷等物化指标。结果表明,高砷地下水主要分布在10~20m深度范围内;冲洪积平原地下水中砷浓度普遍较低,平均浓度1.71μg·L^(-1),约95%的样品中砷浓度在10μg·L^(-1)以下;而冲湖积平原水田和旱田砷浓度较高,90%以上超过10μg·L^(-1),平均浓度分别达到26.6μg·L^(-1)和39.6μg·L^(-1)。沉积物总砷含量为3.94~75.2 mg·kg^(-1),平均值为11.5 mg·kg^(-1),S1、S2含量范围分别为<0.01~0.33mg·kg^(-1),<0.01~19.5mg·kg^(-1),分别约占总砷的0.7%和6.2%。沉积物中砷与铁、锰含量呈正相关,其分布受水动力条件及岩性的控制,黏土中砷含量较高。结合相同深度地下水砷浓度,得到S2、S1对应的平均砷分配系数Kd分别为0.001L·g^(-1)和0.007L·g^(-1)。Kd与ORP呈较好的正相关性,表明还原环境利于砷的释放;PO3-4的竞争吸附也能促进沉积物中砷的释放。在冲湖积平原,同深度上沉积物组成相近的含水层中,旱田地下水砷浓度较水田高,表明土地利用方式对砷的分布和运移也有重要影响。

基于双极性电压激励信号的四电极电导率测量仪的设计

文中设计了一种基于双极性电压激励信号的开放式四电极电导率测量仪,可有效避免电导率测量时的溶液极化效应。设计中将待测信号转变为直流稳态信号,简化了电路设计。通过量程切换设置不同的采样电阻,提高测量范围和精度,利用差分电压采集模式提高数据采集的精度和抗干扰能力。系统采用集成温度传感器进行电导率补偿。测试实验验证设计准确稳定、抗干扰能力强。

宁南西吉含水层沉积物的氟释放特征

宁南西吉存在范围较大的高氟地下水区,属于高氟水重灾区。以宁南含水层沉积物为研究对象开展室内实验,探讨了pH、Ca2+、Na+、HCO-3和Ca2+/OH-协同作用对沉积物中氟释放的影响及定量关系。结果表明,相对于HCO-3,pH值对F-释放的促进作用更高,相对增量为10%~50%。低Ca2+/Na+比提高了沉积物所释放F-的活度,有利于地下水中F-的聚集。不同岩性对pH值的缓冲能力不同,从而决定F-的释放。整体而言,粉质粘土、泥岩和粘土F-释放的浓度相对其他岩性要高。泥岩和粉质粘土的F-释放受pH影响较大。沉积物中Al、Fe、Mn、Si组分含量、总F-浓度与不同条件下淋滤出的F-浓度也具备较好的相关性。沉积物的F-含量对地下水中F-聚集有较大的影响。

张掖市甘州区地下水中氟的分布规律和成因

在研究张掖盆地水文地质条件的基础上,结合水质测试资料,探讨张掖市甘州区地下水中氟离子空间分布规律并分析其产生原因。结果表明:从山前冲积平原至细土平原,浅层地下水中氟离子浓度逐渐增高;而深层地下水中氟离子浓度变化不明显。细土平原区地下水中氟离子浓度具有随深度的增加逐渐降低的垂直分带规律。丰富的氟物质来源、特殊的水文地质条件和水化学背景是导致甘州区浅层地下水中氟离子富集的主要原因。取用深层地下水是解决高氟区水质性缺水的有效手段。

缺水基岩山区蓄水构造类型划分及其属性分析

近十多年来,服务脱贫攻坚的基岩山区找水打井工作充分运用并丰富了蓄水构造理论,但缺乏对其类型的统一划分和属性的深入分析。以蓄水构造为理论指导,考虑地貌汇水、岩性赋水、构造控水等控制因素,以构造为主控因素,综合地形地貌、地层岩性和植被发育及开发利用实际价值等因素,系统总结划分出缺水基岩山区水平岩层、单斜、褶皱、断裂、接触、风化壳、复合、洞藏等8类20型35式蓄水构造,并借鉴、结合新构造控水理论和地下水系统理论分析总结不同尺度、不同类型蓄水构造的共性特征,从蓄水构造空间组合特征、边界水文地质性质、水动力条件、尺度效应、控水共生特征、开发利用实际价值等方面,提出了岩性与地质构造的相关性、透水与隔水的相对性、汇水与蓄水的平衡性、尺度与系统的统一性、形成与改造的继承性和规模与目的的匹配性等蓄水构造属性。研究成果细化完善了缺水基岩山区地下水蓄水构造类型划分,总结提炼了蓄水构造属性特征,深化了对蓄水构造概念内涵的理解与认识。既进一步推动了基岩山区水文地质学的研究,也可为缺水区找水定井提供参考,并指导缺水区水资源可持续利用。