基于氡同位素示踪的洞庭湖区枯水期湖水与地下水交互作用研究

洞庭湖区水系发达,水文地质条件复杂,人类活动强烈,地表水和地下水的水力联系变化频繁,其研究的难度以及由此造成的研究不足影响了对湖区地下水赋存和运动规律的深入认识。本文以洞庭湖整体为研究对象,采用水位动态分析和氡(222 Rn)同位素示踪法,定性和定量研究枯水期洞庭湖区地表水与地下水的交互作用关系与交互通量。枯水期洞庭湖区水位和氡浓度空间分布特征指示研究区内地下水向湖水排泄,尤以东洞庭湖最为显著。氡箱模型计算结果显示枯水期地下水排泄222 Rn通量为455.09 Bq/(m^(2)·d),占总输入222 Rn通量的60.07%,地下水排泄总量为0.29×10^(8)m^(3)/d,平均排泄速率为56.27 mm/d,地下水排泄对湖水的贡献率为7.04%。敏感性分析表明:风速、地下水和湖水222 Rn浓度以及湖面面积等参数较为敏感,合理布置取样点并提高敏感参数测量准确度能提高模型计算结果的可靠度。氡同位素示踪法物理意义明确、操作过程简便,是研究复杂区域地下水补、径、排特征的有效方法。研究成果一定程度上提供了洞庭湖区水量均衡的更多认识,可为洞庭湖区地下水资源评价和管理提供参考。

某桥梁锚碇区地表水-地下水交互作用下涌水量预测

工程建设中地下水与地表水的交互作用对建设区域水位变化、水流情况、水质问题等水文地质条件与工程设施的建设及运行具有重要影响。本文以某桥梁锚碇区基础工程为研究对象,综合分析区域工程地质条件,基于水位监测结果揭示地表水与地下水交互作用,综合抽水试验确定的渗透系数,对基坑不同季节涌水量进行预测。结果显示:基坑平均总涌水量Q在高枯水位达到248643.03 m^(3)/d,常态枯水水位在232355.12 m^(3)/d,低位枯水为221667.78 m^(3)/d。雨季低位洪水基坑总涌水量为277195.44 m^(3)/d,常态洪水为287451.68 m^(3)/d,高位洪水位为368451.04 m^(3)/d;在地表水与地下水交互作用下,该锚碇基坑涌水量极大,实施单纯的降水方案不但风险大且无法保证长时间维持,难以保障锚碇基础安全施工,需根据实际工程情况设计合理施工方案。本研究对类似工程涌水量预测具有一定参考意义。

湿地地表水与地下水交互作用可视化试验研究

湿地独特的地形结构,导致地表水与地下水交互作用复杂,传统现场试验、室内模型试验和数值模拟难以很好地刻画湿地地表水与地下水的交互作用。对此,基于透明土原理,利用水凝胶颗粒和蒸馏水,配制成饱和透明土,构建湿地结构可视化模型,并采用粒子图像测速(PIV)技术获得不同试验工况下的湿地内部流场图;结合数字图像处理技术,揭示湿地内部水流的流动特性。结果表明,湿地丰水期时主要以地表水补给地下水为主,降雨量增大,河流对湿地两岸入渗效果影响区域增大,湿地表面积水深度由0 mm增加至2.5 mm;随着降雨量增大,湿地地表水补给到地下水系统的时间越短,降雨量为10 mm是降雨量为20 mm地表水补给到地下水系统时间的1.2倍。湿地枯水期时主要以地下水补给地表水为主,随着地下水压力增大,地下水向上补给的入渗速率依次增大,相同时间内地下水向上补给的距离依次增加。

河床地形起伏变化对地表水-地下水-湿地水交互过程的影响研究

地表水动力条件变化及河床沉积物岩性空间差异造成河床地形在空间上起伏变化是水沙界面压力空间分布的主要影响因素,影响地表水-地下水、地下水-傍河湿地水交互过程。为研究河床地形起伏变化对地表水-地下水-湿地水交互过程的影响机理,在黄河下游开封柳园口设置研究断面,统计分析河床地形起伏变化特征数据,建立半理想化地下水流数值模型,分析地表水-地下水-湿地水相互作用过程。结果表明:(1)与平整河床相比,河流横断面河床地形空间起伏变化可增大地表水-地下水转换量及地下水-湿地水转化量;(2)河床地形空间起伏变化使河床下伏含水层发育不同级次的地下水流系统,改变了地下水流路径及其径流时间,与平整河床地形相比,河流横断面河床地形起伏变化使得河流下伏含水层地下水流路径复杂化,近河床界面的浅部含水层不同位置发育有滞留区,且随着河床地形起伏程度越大,湿地侧河床下伏含水层及湿地附近含水层地下水年龄增大。研究结果可为黄河下游悬河段地表水-地下水-湿地协同保护提供理论依据。

地表水置换地下水对宋古超采区地下水位影响的数值模拟研究

【目的】探究东山供水工程实施后,地表水置换地下水对介休市宋古超采区地下水位的影响。【方法】采用SWAT-MODFLOW建立宋古超采区地表水文过程和地下水动力过程耦合模型,对东山供水不同保证率下的压采方案进行地下水位模拟预测。【结果】压采措施实施后,宋古超采区地下水位回升明显,地下水整体由采补平衡转变为正均衡;在最小供水保证率下,研究区地下水位也有明显回升,地下水超采中心地下水位回升速率约为0.73 m/a,地下水超采中心由宋古逐渐向介休城区移动;对于地下水位<670、680、690 m地下水超采面积,90%供水保证率下的地下水位回升面积变化率分别是50%供水保证率下地下水位回升的1.78倍、1.8倍、2倍。【结论】地表水置换地下水对于宋古超采区地下水位回升效果显著,在水资源丰富的情况下,地表水置换地下水可以适当促进地下水恢复。

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δ18O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%。

云冈石窟辖区地表水、地下水中阴离子含量检测及变化规律

石质文物佛像表面的凝结水甚至水汽,在和岩石之间发生相互作用后就会形成风化等破坏现象,水中阴离子的含量是影响文物风化程度的重要因素。运用高压离子色谱法检测了云冈石窟辖区地表水、地下水采样点水样的阴离子含量。选用戴安IonPac AS14型阴离子分离柱(4×250 mm)进行分离,以3.5 mmol·L^(-1)Na_(2)CO_(3)和1.0 mmol·L^(-1)NaHCO_(3)混合溶液进行淋洗,流速1.2 mL·min^(-1),柱温30℃,检测云冈石窟辖区地下水、地表水中4种无机阴离子F^(-)、Cl^(-)、NO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)含量。按照国标的检测方法,实测水样中4种阴离子的峰面积与浓度均具有良好的线性关系,相关系数r均大于0.9990,精密度在0.31%~1.68%之间,并对2023年5月与2020年5月测定的四组水样、2023年2月与2023年5月测定的一组水样中阴离子含量显著性差异进行了分析。为云冈石窟保护和科学管理提供了数据支持。

流域地表水与地下水转化关系的时空变化规律研究

流域地表水与地下水转化关系的时空变化规律是水资源管理和保护的关键问题之一。本研究旨在通过取样调查上中下游地表水和地下水的TDS含量和同位素变化影响,揭示流域地表水与地下水之间的转化过程及其时空变化规律。结果表明,在枯水期,无论是在上中下游,干流地表水的TDS均大于干流地下水,在上游甜水河地下水的TDS沿流程递增,而甜水河地下水的TDS基本不变。在枯水期δD和δ^(18) O值均发生了贫化。枯水期通常伴随着气候干燥和高温的条件,这些条件促使水体发生蒸发作用。

流域中地表水和地下水水化学特征分析

本文基于对该地区地表水与地下水的水化学特性的研究,讨论了该地区地表水与地下水的来源、污染程度及其对生态环境与人体健康的危害。地表水与地下水的水化学性质受气候、地质背景、土壤类型及水流路径等多个因素的影响。不同区域地表水、地下水的水化学性质有较大的差别,这种差别与区域内的地质环境及人类活动有很大关系。通过对地表水、地下水的水化学特性的研究,能够更好地评价地下水对地下水的污染水平,从而为水资源的合理开发与保护提供理论基础。

提孜那甫河流域地表水与地下水水质特征分析

采用数理统计、Piper三线图、Gibbs图、离子比值等方法分析新疆提孜那甫河流域地表水与地下水水质特征分析,对流域水资源合理开发利用具有重要意义。结果表明,地表水水质整体相对较好,只有个别取样点离子超标;地下水水质较差,Na^(+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)等离子严重超标。地表水和地下水离子主要受岩石溶滤、蒸发浓缩等作用的影响,此外,研究区水文地质条件、阳离子交换作用和人类活动对流域下游地表水和地下水水化学组分也具有重要影响。

矿井水文地质中地下水与地表水互动的机制探讨

本次研究对矿井水文地质环境地下水和地表水相互作用机理及对周围生态系统影响进行了深入地研究。利用遥感,GIS技术以及水文地质模型和数值模拟技术等现代科技手段对水文循环动态变化过程进行细致分析,以揭示地下水和地表水间细微且重要的内在联系。遥感技术对地表水体的变化进行实时监测并提供空间信息为研究水文循环提供了直观的资料。GIS技术将上述信息集成在一起,建立地下水和地表水空间关系模型,是深入认识水文循环机制的一个强有力的工具。水文地质模型及数值模拟技术特别是MODFLOW模型准确地模拟出地下水位、流速及其他参数动态变化规律,从而为矿井水文地质研究奠定科学基础。根据矿井水文地质环境所带来的生态环境问题,我们从人工湿地建设,水文恢复和湿地重建以及水质治理技术的运用等方面提出现代防治措施和生态环境恢复技术。该综合性研究对于更加可持续地管理水资源,更加健康地保护矿井水文地质环境,提供一种全新的理解与实践路径。

桂林甑皮岩地下水与地表水的水力交互作用

桂林甑皮岩遗址地处典型的峰林平原区,面临地下水运动破坏遗址区稳定性的问题。为掌握水塘岩溶渗漏过程特征,揭示遗址保护区岩溶地下水与地表水的相互作用,保护遗址区的稳定性,分析了遗址保护区地下水与地表水的水位动态特征,并根据岩溶地下水与地表水系统的水均衡要素建立水箱模型的基本物理结构和水塘水位衰减方程,将模拟水位与实际水位对比分析,量化地表水与降雨及遗址洞地下水之间的相互关系。水塘水位动态与地下水水位动态存在水位高差、上升起点、衰减速度和峰值滞后的差异性,两者动态过程的差异反映遗址区岩溶介质的沟通能力较强;地表水渗漏过程主要控制因素是水塘底部的岩溶渗漏能力;地下水补给地表水塘的方式以主径流带管道流集中补给为主。遗址区地下水与地表水的水力交互作用表现出强烈的动态模式,地下水与地表水互相转化特征显著。地下水与地表水的水力交互有利于削弱地下水潜蚀力,缓解地下水对覆盖层的侵蚀破坏。

地表水地下水的交互作用与耦合模拟

传统的概念性水文模型存在不能对不同径流成分进行精确模拟和划分的局限性。而分布式水文模型基于其精确的物理基础和产流机制,充分考虑到不同径流成分的水力联系,在对流域进行土壤垂直分层和水平网格划分后可进行地表水、地下水的交互作用分析与耦合模拟。应用李兰教授开发的LL-Ⅱ分布式水文模型和GIS技术,以宜昌黄柏河天福庙水库作为典型流域,根据连续日入库径流资料验证模型精度,对该流域的日入库径流过程进行地表水和地下水的连续耦合模拟与预测,取得了较好的模拟预测效果。

武汉市地表水-地下水交互带识别与变化模拟

地表水-地下水交互带是地表水与地下水混合交换的重要区域,该混合特性也是识别其范围的难点。为确定地表水-地下水交互带的识别方法与变化特征,选取地表水-地下水相互作用明显的武汉市汉江-府河河间地块冲湖积平原为研究区,构建了研究区内的地下水数值模型,得到了研究区内地下水流场轨迹,分析了研究区区域和局部的水流系统,总结了地表水-地下水交互作用模式,并结合MODPATH模块追踪地下水流运动轨迹,识别地表水-地下水交互带及其变化特征。结果表明:研究区地表水-地下水完全混合交互带的范围在汉江顺流方向由40 m不断拓宽至180 m,沿长江流向地表水-地下水交互带范围整体缩小但保持在70~100 m范围内;粒子运动轨迹分析结果显示,影响地表水-地下水交互带范围与交互作用强度的因素主要有地形、地表水形态、含水层水文地质条件。该研究结果可为确认地表水-地下水交互带范围及其动态变化特征提供依据。

河南周口龙湖湿地地下水-地表水交互作用模拟及修复决策研究

随着气候变化和人类活动双重影响,河南省周口市淮阳区龙湖湿地近年来出现水位下降,需进行人工补水来维持生态稳定,因此,亟需开展龙湖水文过程、水量平衡分析和水化学变化研究。应用Visual MODFLOW建立了地下水水流模型,模拟湖泊湿地与周边地下水-地表水之间水量交互过程,以支持龙湖水量平衡分析;应用水文地球化学交互模式分析法分析龙湖湿地与地下水之间水化学联系。结果表明:①龙湖湿地与周边地下水有着密切水力联系,其交互模式为典型的饱和流-贯穿型湿地类型;②在周边地表水补给基本截断的现状条件下,地下水补给量占龙湖来水总量的42%,是影响龙湖水量平衡的最主要因素;③沿“地下水-龙湖-地下水”径流方向,TDS呈“低-高-低”的变化,湿地地表水与地下水之间的有显著的水化学联系;④地下水位持续下降和湖泊水体的蒸发浓缩作用,会给龙湖的水量平衡和水质稳定带来风险。因此,全面治理龙湖周边的环境是首要任务,通过恢复地表水系与龙湖的联系并管控地下水开采,可以降低龙湖未来的环境和生态风险,并为湿地管理提供条件。

蒲河流域多情景地表水-地下水联合模拟

以蒲河流域为研究对象,通过构建地表水-地下水耦合模型,模拟多情景下流域径流变化过程,并分析径流减少原因。结果表明,SWAT-MODFLOW模型在该流域适用性较好(R 2和NS系数均超过相应阈值);自然条件下的径流年际变化基本与近天然条件下(不考虑人类取用水和下垫面变化)类似,基本呈现丰枯交替的平稳状态;直接人类活动对径流减少的贡献约占83%,强直接人类活动的影响使自然条件下的地表水资源量减少最多;在不同程度人类取用水影响下,7月、8月、9月蒲河水量最多,5月最少;在不同强度人类取用水情况下,毛家河站在75%保证率下的多年平均月径流量最大。

基于水文要素过程的流域地下水与地表水交换径流成分定量分析

流域地表水-地下水相互作用中包括枯水季节深层地下水向河流稳定补给的基流,降雨入渗后形成的快速与慢速壤中流和洪水时期河道水位抬升引起的地表水补给地下水。目前对于地下水-地表水交换量的组成并没有清晰的定义,已有的水文实验和模拟方法不能准确辨析地下水-地表水交换组分。利用水文要素过程线,提出了综合新安江水文模型、改进马斯京根-康格(Muskingum-Cunge, MC)法和基流分割方法的技术框架,研究地下水-地表水交换量的组成情况,并以婺源江小流域出口断面为例进行了方法应用。研究结果表明:婺源江小流域的地下水-地表水交换量占出口断面总径流的43.54%~54.66%。饱和带中的浅层地下水占出口流量的8.41%~10.57%;降雨下渗进入浅层土壤补给河道的水流占6.81%~20.59%;深层地下水的稳定补给量占河道总径流的23.34%~26.54%。本研究提出了可以精细化辨析地下水-地表水交换分量的技术框架,结果可为类似流域水资源保护与管理提供理论依据。

安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律——以颍河阜阳闸与新汴河宿县闸2个典型监测站点为例

通过对比分析颍河阜阳闸与新汴河宿县闸2个水文站点2019年1月1日至2020年9月30日逐日水位监测数据,并在阜阳闸下和宿县闸上分别布设一条浅层地下水监测剖面,根据河流和地下水水位监测数据,并结合降水量、蒸发量及周边水利工程资料,分析研究不同时间、不同地段及不同影响因素下地表水与地下水的补排特征。研究结果表明:受降水、蒸发及水利工程影响,地表水与浅层地下水补排关系复杂,闸上地表水位常年高于闸下水位;闸上地表水位常年高于浅层地下水水位,地表水补给地下水;闸下地表水位则常年低于浅层地下水水位,地表水排泄地下水;但在持续强降水时段,浅层地下水位升高趋势明显,与之相应,局部出现短时段的闸上地表水位低于浅层地下水水位。

新疆克州地区地表、地下水资源综合评价分析

新疆克州地区水资源匮乏,存在用水结构失调、用水效率低、工程型缺水与资源型缺水并存等多重问题。通过对该地区地表水资源的数量进行调查整理,评价分析水资源现状,对克州地区进行评价分区并总结了不同平原分区的地下水资源量和可利用量,对克州地区加强水资源规划、管理,完善和优化水资源调控工程格局,合理配置水资源,具有现实意义和使用价值。