非金属矿山开采土壤扰动重构对地下水补给的影响分析

非金属矿山开采区域土壤扰动重构会使水文地质环境发生改变,导致地下水补给分析结果不准。从土层厚度、土壤温度、地表径流量等角度出发,分析土壤扰动重构对地下水补给影响因素,并构建三维地下水流动模式,进而构建土壤扰动重构对地下水补给影响数值模型,得出水位演变公式和入渗系数、含水率与水位的变化关系式。结果表明,研究区域的土壤扰动重构方式对超过100cm土壤含水率具有一定促进作用,并且地下水位总体呈现先上升后下降趋势,为其他矿山开采过程中解决同类问题提供了参考方案。

地下水型饮用水水源补给区划分——以辽宁省沈阳市北部某地区饮用水水源为例

选择辽宁省沈阳市北部某地区集中式地下水型饮用水水源作为研究区,收集其地形地貌、水源所属地下水含水系统的地质和水文地质概况等相关信息进行分析。选择公式法,根据含水层岩性,采取经验值参数,以水源开采井保护区外为基准,以15 a(5475 d)为地下水质点迁移时间,计算得出补给区面积为40.18 km^(2)。鉴于补给区边界部分横跨村庄,在补给区定界过程中,将横跨村庄纳入补给区范围内,切实加强补给区安全防护。并从补给区环境管理方面提出对策和建议。

和田河流域水化学特征与地下水补给来源分析

为研究和田河流域水化学与地下水补给特征,采用SPSS数理统计分析、Piper三线图、Gibbs图解以及氢氧和14C同位素示踪等方法对不同地貌单元中的水体(井水、坑塘水和河水)进行了水化学组成特征、补给来源和转化关系分析。结果表明:(1)各水体主要起源于南部海拔2000 m以上的中高山区冰雪融水和大气降水。从山区到沙漠区,地下水水化学类型具有较明显的分带特征。不同水体pH值均呈弱碱性,离子之间组分和TDS值差异较大,整体呈坑塘水>井水>河水的规律。少数地下水样点中NO3-含量显著异常。(2)砾质平原区地下水大量接受地表河水的垂向脱节型补给。地下水溶解性总固体(TDS)值小,更新速度快,以水岩溶滤控制作用为主,水化学类型多呈SO4·Cl-Ca·Mg型。(3)细土平原区地下水TDS值变幅大,多为Cl·SO_(4)-Na型。其中,河间地块内,靠近上游地下水接受地表水及邻区侧向径流补给,14C年龄小;中下游地区地下水氢氧同位素“氧漂移”现象普遍。分水岭处地下水14C年龄大,近河岸处年龄小,地下水与河水联系密切。河间地块两侧地下水分别沿东北、西北方向径流,最终排泄于外围沙漠区。研究结果可为和田河流域水资源合理开发利用和生态环境保护提供科学理论依据。

基于校正的遥感数据方法估算地下水补给量:以鄂尔多斯盆地台格庙矿区为例

地下水补给是影响区域地下水资源的关键因素,准确评价地下水净补给量对地下水资源的合理开发利用和区域水文循环过程的研究具有基础性意义。通常情况下,在站点尺度可以使用蒸渗仪等设备直接监测地下水补给,而在区域尺度获取地下水补给则难度较大,因此亟待构建一种简便量化区域尺度地下水补给量的方法。本文提出一种基于遥感数据校正来估算区域尺度多年地下水补给量的方法,并在黄河中游内蒙古鄂尔多斯盆地新街台格庙矿区进行试点应用研究。通过对多源降水数据的筛选和蒸发遥感数据的校正,评价台格庙矿区地下水多年净补给量,并基于实测数据的Hydrus-1D数值模拟验证评价方法的有效性。研究结果显示,TPDC来源的降水量数据集更适用于反映研究区降水量的空间分布;MOD16遥感数据低估了矿区实际蒸散量,实际蒸散量是MOD16数据的1.41倍;矿区多年平均净补给量变化范围在-65.70~73.93 mm之间,超过80%的区域净补给量在-30~30 mm之间。新方法估算的地下水净补给量与基于实测数据的土壤水流数值模拟结果接近,表明该方法在缺乏地表产流或地表径流观测资料翔实的地区具有较强的实际应用价值。

基于地下水均衡模型的河套灌区地下水补给排泄量分析

【目的】多灌少排的灌溉制度导致河套灌区地下水位上升,土壤盐碱化问题突出,模拟分析地下水补给排泄过程能够增进对河套灌区地下水变化过程的理解。【方法】建立考虑排水过程的生育期-冻融期地下水均衡模型,分别采用LH-OAT算法和ES-MDA算法进行参数敏感性分析和参数率定,并应用在河套灌区义长灌域。【结果】地下水均衡模型中地下水埋深对潜水蒸发极限埋深、潜水蒸发系数、灌溉水补给系数敏感。模型在河套灌区应用精度良好,能够充分反映灌域地下水埋深和地下水排水量的变化过程。对灌域地下水补给排泄关系进行分析发现,灌域地下水补给主要来源于灌溉水入渗,灌域地下水排泄主要去向为潜水蒸发。在5、7、10月,灌域地下水储量由于较大的灌溉用水和秋浇引水量而增加;9月份潜水蒸发量对地下水消耗量较小,这导致地下水储量增加;6、8月由于引水的补给量减少,部分地下水储量被潜水蒸发消耗。【结论】本文建立的考虑冻融期和地下水排水过程的水量均衡模型应用在义长灌域效果较好,灌域不同月份地下水储量变化受引水量、地下水埋深、排水量等多种因素主导。

三江平原地下水补给影响因素及补给量估算方法分析

黑龙江省是以农业生产为主的粮食大省,地下水又是农业灌溉的主要取水源,因此了解影响地下水补给因素和补给量估算对于维持该地区农田的灌溉,生态环境健康稳定和可持续发展具有重要意义。通过三江平原多年地区降雨量、蒸发量、径流量和地下水转化量数据分析总结出具体影响因素并对现有补给量估算方法进行分析。显示出未来三江平原地下水补给量将会受到许多的因素影响,包括气候因素和人为因素。并总结对于该地区的影响程度。阐述了传统估算法作用于三江平原地理特征时出现的缺点与不足。研究了MOD16遥感技术与SWATMOD耦合模型用于估算的新尝试。

沿黄河地下水型饮用水源补给区划分——以郑州市九五滩水源地为例

地下水环境保护的关键工作之一是保护地下水型饮用水水源.为了科学保护水源地,须划定水源补给区.以郑州市的九五滩水源地为例,对不同傍河型水源补给区划分方法进行对比分析,并最终划定了九五滩水源补给区.结果表明,傍河型水源补给区宜结合水文地质分析法和数值法结果综合划定,河流侧向补给边界、隔水边界根据水文地质分析法结果确定,其他流量边界根据数值模型预测水源井相应时间的捕获区范围确定.九五滩水源补给区的北部边界位于黄河河道的北岸,西部边界为京广线铁路,东部边界为郑州黄河公路大桥,南部边界为沿黄快速通道,补给区面积为62.17 km^(2).研究结果可为该水源地地下水保护提供科学依据,也可为其他傍河型水源补给区划分提供参考.

开采与补给量变化对盆地地下水排泄特征的影响

分析地表水-地下水循环规律对盆地地下水排泄特征的影响,对区域系统生态保护和水资源开发利用具有重要意义。以张掖盆地为研究对象,开展了盆地地下水响应分析研究,探讨了盆地地下水的补给特性和排泄特性。研究表明:地下水位随着开采量的增加而下降,地下水溢出量也随之减少;地下水溢出量与河道水入渗量呈现正相关的趋势。研究结果可为为该地区地下水资源的合理开发和利用提供参考。

井灌补给过程对地下水水环境指标变化的影响研究

本文通过在地下水超采区进行井灌补给试验,深入分析了井灌补给过程中地下水水环境指标的演化规律。结果表明,井灌补给引起了地下水水位的快速升高、稳定波动和缓慢升高三个阶段,不同监测井表现出各异的地下水水位动态。回灌水在地下水中的占比随时间推移逐渐增加,距离回灌井越近,回灌水所占比例越大,但不同监测井的稳定时间存在差异。此外,地下水中DO含量在不同水位阶段表现出显著的动态变化,Eh值的时空演变揭示了地下水环境的氧化还原动态,而地下水pH值受到地下水位变化和井灌水的复杂影响呈缓慢上升趋势。这些发现为深入理解井灌补给对地下水水环境的影响提供了理论支撑。

地下水人工补给中河床沉积物氮铁锰及赋存形态的变化研究

本文针对地下水人工补给方法,通过分析某河上下游的河床沉积物总氮铁锰及赋存形态所占百分比的变化,揭示了地下水补给后河床沉积物不同深度处化学组成的变化。结果表明,沉积物中的氮形态百分比在上下游具有显著差异,总氮含量在下游逐渐增加,且河道污染可能导致氮含量的增加。不可转化态-氮(Res-N)在各深度处具有较高的含量;从上游到下游,总铁和总锰含量的平均值在逐渐降低,碳酸盐结合态-铁(Carb-Fe)和离子交换态-铁(EXC-Fe)在上下游间的变化幅度较小,河床沉积物中锰的含量主要以不可转化态-锰(Res-Mn)为主。结果可为河流生态环境保护与管理提供重要参考。

塔克拉玛干沙漠地下水十大问题与展望:基于60年来的水文地质调查研究成果

【研究目的】系统总结近60年来塔克拉玛干沙漠地下水的调查研究成果,从地下水补给排泄、地下水水质与地下水循环等三方面总结主要的成果与认识,指出目前调查研究的不足之处和需要解决的十大问题,展望下一步的工作方向与重点任务。【研究方法】通过系统收集塔克拉玛干沙漠地下水相关的调查报告、学术论文,结合国内外其他沙漠区的最新研究成果,从地下水水量、水质及地下水循环等方面梳理调查研究进展。【研究结果】沙漠地下水的主要来源是绿洲区地下水侧向补给、降水入渗与河水入渗补给;地下水的主要排泄方式是蒸散发,还有少量的人工开采;地下水贮存量巨大,约有80多万亿m^(3);但目前补给量与排泄量的估算均有较大的不确定性。沙漠地下水的水质较差,除个别地区小于5 g/L外,大部分地区在5~10 g/L;在垂向上地下水水质具有上咸下淡的特点。地下水的区域运动规律是先从南向北流动,至塔里木河冲积平原后折向东流,地下水平均流速为55.94 m/a。【结论】下一步建议针对本文提出的十大问题,采用定量化的手段,从更长的时间尺度对地下水的补给量、排泄量进行估算;通过分层试验以及监测等技术获取更多的地下水循环信息,系统研究地下水的循环规律,提出沙漠区地下水循环的模式,定量总结各个循环系统的特点;进一步加大对沙漠区淡水寻找和高矿化地下水开发利用技术研发。

膜下滴灌灌水量对土壤水热影响及地下水补给耗水响应

为探求灌水量对棉田地温和生育期地下水补给棉花耗水比例的影响,设置了4种不同膜下滴灌灌水量(3 000,3 750,4 500,5 250m^3/hm^2)进行野外均衡场试验研究。结果表明:灌水量一定时,浅层土壤受气温影响更为显著;同一气象条件下、同一土层地温和土壤有效积温均随灌水量的增加而降低,当灌水量增加75%时,有效积温降低11.3%,同时温度变幅也相对变小;灌水量越大,棉花耗水量及地下水补给作物水量也随之增大。当灌水量从3 000m^3/hm^2增加到5 250m^3/hm^2时,棉花的耗水量增加146.3%,地下水补给比例增加540%,而棉花需水敏感期地下水补给量则增加152.93mm,需水敏感期的地下水补给量最大,但日均地下水补给量随棉花生育期的延长而增大,且各处理的水分利用效率差异不大。此外,在地温较高的夏季高温期(花铃期和吐絮期)以及灌水量较小时,夜间地下水补给作物水量大于或接近白天补给量,说明地温影响地下水的向上补给水量和补给时段。此研究可为合理高效利用农业水资源和优化膜下滴灌棉花灌溉制度提供有效依据。

塔里木荒漠河岸林物种多样性沿地下水埋深梯度的分布格局

探讨荒漠河岸林土壤水分、物种多样性的空间变异性及其相互关系,可为干旱区天然林保护、可持续经营和生态恢复提供科学依据。以塔里木荒漠河岸林为研究对象,基于野外样带调查和采样测定,系统分析了地下水埋深(GWD)梯度下林地土壤水分与物种多样性的空间变异及其权衡关系。结果表明:随GWD增加和土壤水分减少,荒漠河岸林群落物种数减少、结构简化、群落发生退化,退化顺序为浅根系的中生草本植物和灌木,最后留存的是抗旱性较强的乔灌木或灌木;同时土壤水分和物种丰富度、物种多样性指数均呈显著的线性递减趋势,而物种均匀度指数降幅较小。GWD与土壤水分、物种多样性之间均呈极显著的相关(P<0.01),土壤水分与物种多样性的相对收益随GWD增加而逐渐降低,表明GWD是控制荒漠河岸林土壤水分和物种多样性空间变异的关键因素。荒漠河岸林土壤水分与物种多样性权衡关系的转折点为GWD 4.5m左右,转折点以下(GWD<4.5m)二者沿GWD以相同速率变化,呈协同关系;转折点以上(GWD>4.5m)土壤水分与物种多样性的权衡明显增大,土壤水分相对收益剧降,即维持当前相应的物种多样性以消耗土壤水分为代价,系统通过反馈调节使物种多样性降低。综上表明,维持塔里木荒漠河岸林物种多样性和生态系统功能的合理GWD在4.5m左右,这为塔里木河流域荒漠河岸林保育与生态输水工程实施提供科学依据。

引黄灌区包气带土壤水分运移及对地下水的补给

为了揭示干旱区灌区包气带水分运移规律及其对地下水的补给机制,以银川平原永宁灌区试验区为例,原位监测降雨、土壤水和地下水,采用零通量面法计算包气带的水量平衡,定量评估了土壤水与地下水的补给量。结果表明:(1)活跃层、次活跃层受降雨/灌溉水入渗、蒸发的影响最为明显。地下水受渠系渗漏影响7月初埋深最小,4月末和11月初埋深最大。(2)活跃层和次活跃层含水量增幅、初始入渗速率、持续时间和总渗漏量在灌溉模式均大于降雨模式,土壤蒸发量在两种模式下则表现相反。在灌溉量减少的情况下,由于地下水位抬升,深层渗漏量基本不变,但持续渗漏的时间增长。(3)研究时段土壤储水量增加了0.3 mm,入渗量为633.3 mm,蒸发量为285.6 mm,深层渗漏补给地下水量为434.4 mm,地下水补给土壤水为87.0 mm。包气带土壤水受持续降雨模式、灌溉模式和地下水位波动的影响,灌溉补给地下水占入渗量的68%,需要优化灌溉模式,提高灌溉水的利用效率。

利用重力卫星监测区域地下水储量对郑州“7·20”特大暴雨的响应

在极端降水频发的背景下,如何更好地理解枯竭型含水层对降水事件的响应,是气候变化与人类活动影响下地下水资源管理面临的新课题。以2021年7月20日郑州特大暴雨为例,利用重力卫星在监测大尺度质量变化方面的优势,揭示在长期超采背景下极端降水对区域含水层系统地下水储量变化的影响。研究发现,GRACE重力卫星可以清晰地捕捉到此次降水过程引起的地下水储量增加,重力卫星与水井观测的相关系数为0.84。此次降水过程使研究区(37.91万km^(2))地下水储量累计增加了132.78亿m^(3)(截至2021年11月底)。降水对应的地下水补给系数(地下水补给量与降水量的比值)达到0.36,明显高于历史降水过程的平均补给系数0.19,显示了强降雨过程对区域含水层的独特补给能力。本研究表明,强降水对枯竭型含水层有重要补给作用,重力卫星在评估极端降水事件对区域地下水储量变化影响方面具有潜力。

宁夏平原鸣翠湖地表水与地下水转化关系

为深入理解人工补给湖泊地表水与地下水之间的转化关系,针对宁夏平原人工补给的鸣翠湖建立湖岸带监测剖面,分析水位动态、水化学、稳定同位素,探讨湖岸带地下水补给来源。结果表明,地下水动态显示鸣翠湖属于典型的饱和流-补给型湖泊,高水头是驱动湖水向近岸区浅层地下水转化的直接动力因素。受区域水动力的影响,湖水与西岸地下水的动态响应密切,与东岸地下水动态响应较弱。水化学结果显示湖西岸浅层地下水化学组分含量存在丰水期和枯水期差异,而湖东岸较稳定,距离湖泊较远的ML05表现出与其它孔组不同的离子浓度特征。Piper图表明在丰水期地表水大量补给地下水,样点分布聚集,浅层地下水与地表水化学类型一致;枯水期随着地表水补水量的下降,地下水样点分布离散,尤其30 m深度地下水与地表水化学组分相差更大。δD和δ^(18)O分析结果表明,地表水对近岸区埋深小于10 m的地下水的补给作用明显,30 m深度以下地下水受侧向径流补给作用增强。鸣翠湖岸带10 m以上浅层地下水受湖水和灌溉水的补给比例超过80%。通过对比宁夏平原南部、中部和北部不同湖岸带局部流场和不同深度(5 m、10 m、30 m)地下水的稳定同位素特征,得出人工补给湖泊湖岸带地表水与地下水的交换深度在10 m以上,在人工补给条件下地下水与地表水的补排关系是单向固定的。

秦岭北麓沣河流域地下水-地表水化学特征及转化关系

秦岭北麓沣河是“长安八水”之一,对其水环境现状、影响因素及地表水-地下水转化关系进行深入研究是河流生态修复的关键。根据2022年7月在沣河流域采集的62个地下水样和17个地表水样的分析结果,采用数理统计法、Piper图、Gibbs图、离子比法和氢氧同位素分析了地下水和地表水化学特征及其影响因素,探究了地下水和地表水的转化关系。结果表明:①研究区地下水为弱碱性,约有50%为极硬水、25%为硬水,溶解性总固体(TDS)较大,最大值高达1916 mg·L^(-1),NO_(3)^(-)浓度较高;地表水为弱碱性,为软水或微硬水,溶解性总固体较小,有机物含量较高;地表水和地下水阳离子均以Ca^(2+)为主,阴离子均以HCO_(3)^(-)为主,地表水基本是HCO_(3)-Ca型水;地下水化学类型主要有HCO_(3)-Ca、HCO_(3)·SO_(4)-Ca、HCO_(3)-Ca·Mg和HCO_(3)·SO_(4)-Ca·Mg型,分别占比24.19%、24.19%、16.13%和9.68%,且水化学类型空间变化较大。②研究区水化学特征主要受到岩石风化作用的控制,蒸发浓缩和大气降水也有一定影响;水中Na^(+)除岩盐溶解外,还有硅酸盐风化的影响,Ca^(2+)、Mg^(2+)和HCO_(3)^(-)主要来源于方解石、白云石等碳酸盐的风化溶解;地下水中阳离子交替吸附作用普遍发生,对Ca^(2+)和Na^(+)浓度影响较大;人类活动增加了部分地下水中SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)和Cl^(-)浓度,相比之下地表水受到人类活动的影响较小。③研究区洪积扇扇顶-扇中主要是地表水补给地下水,补给比例为46.62%;洪积扇前缘主要是地下水补给地表水,补给比例为13.62%;下游平原主要是地表水补给地下水,补给比例为38.39%。

新疆于田县地下水资源分析评价

文章主要目的是对于田县平原区地下水资源量及可开采量进行评价,通过水文地质测绘及外业调查系统分析了区域水文地质条件,查明了地下水埋藏分布与含水岩组特征,补给、径流与排泄条件,地下水类型与富水性等;采用水均衡法计算了全县地下水资源量及可开采量,根据各乡镇面积及富水性权重,分别计算出了各乡镇地下水补给量及可开采量;对后期于田县地下水开发利用具有指导意义。

大沽河流域土壤水-地下水流耦合模拟及补给量估算

青岛大沽河流域的含水层主要分布在大沽河中下游沿线的狭长地带内,构成了地下水库,是青岛市主要的水源地之一。由于大沽河流域地下水超采严重,为加强该地区地下水资源的综合管理,亟需准确计算地下水补给量。土壤水和地下水耦合模拟研究是准确计算地下水补给量的重要保障。本文以HYDRUS package for MODFLOW软件的原理为基础,结合GIS技术,建立了流域尺度(4 781 km^2)土壤水-地下水流耦合模型;在综合考虑研究区大气降水、蒸发、植物吸水、土壤质地、含水层分布、土壤水和地下水相关参数、地下水开采量、土壤水分含量及地下水埋深等资料情况下,利用本模型对大沽河流域土壤水和地下水流的运动过程进行模拟。经过模型校正和实例验证表明:耦合模拟所得的土壤剖面含水量和地下水位与实测数据的拟合结果较好,土壤水-地下水流耦合模型能够较好地模拟大沽河流域土壤水和地下水的时空变化;通过模拟计算,2013年夏玉米生长期内大沽河流域地下水补给量为3.15×10~9 m^3,2012年6月16日至2013年6月16日期间内地下水的补给量为4.77×10~9 m^3,计算所得的地下水的垂向入渗补给量具有较高的可信度和准确度,可以为制定合理的流域水资源优化配置方案提供科学依据。

石川河河谷区地下水人工补给潜力与补给方式

为实现石川河地下水位的有效回升进而维持采补平衡,需在该区实施地下水人工补给工程,并确定合理的补给位置及有效的补给方式。选取地下水埋深、坡度、含水层厚度、含水层渗透系数、与环境敏感区距离和给水度6个指标,运用空间分析技术对人工补给地下水地点适宜性进行评价;在此基础上建立三维地质模型分析典型人工补给潜力区的地层结构,探索可行的地下水人工补给方式。结果表明:适宜进行人工补给的高潜力和较高潜力区域主要分布在研究区中部及东南部,面积达48.01 km^(2),占研究区总面积的32.0%。建议:在石川河河道中上游高潜力和较高潜力区域的北部修建地表入渗池或渗坑;在河道中上游高潜力和较高潜力区域南部和河道中下游的较高潜力区域布设反滤回灌井群;可沿石川河河道中上游高潜力与较高潜力区域之间布置一条长约4.5 km的渗渠,利用河道进行入渗补给。研究结果可为地下水库的修建提供参考。