地下水与地表水相互作用对水源涵养功能的影响研究

地下水地表水相互影响,为水文地质重要现象,对水资源的利用具有积极作用。为深刻认识这种相互关系以及对环境与地下水系统的作用,采用数值模拟技巧与现场调查信息加以研究。构建了地下水与地表水的互动模型,并运用定量分析方法总结分析其对地下水水位、水质、湿地生态以及补给量的影响。通过选取不同类型湿地的实证分析,探讨地下水处于各水位条件下,地下水与地表水交换对地下水资源形成所产生的作用。研究结果表明:地下水与地表水的相互作用会显著影响地下水的涵养功能,具有高水位湿地的涵养功能会更强;同时,也发现地下水和地表水交互作用强度与湿地类型和气候变化也有密切关系。这项研究可以为理解和预测地下水与地表水之间的相互作用提供理论支持,并有助于实现水资源的可持续管理和保护。

地下水与地表水的相互作用及其生态影响

地表水与地下水作为水圈的重要组成部分,其广泛存在于自然界中,并通过多种途径相互作用,这种相互作用不仅会影响水资源的数量和质量,还会直接关系到流域生态系统的稳定与健康,近年来随着全球气候变化和人类活动的加剧,地表水与地下水的相互作用关系变得更加复杂多变,对水资源管理和生态保护提出了新的挑战,因此本文就地下水与地表水的相互作用及其生态影响进行阐述,希望能够对广大读者有所帮助。

黄河下游典型悬河段地表水-地下水对湿地形成条件影响

对比分析黄河下游径流及河道变迁特征、不同时期地下水流场特征,结合遥感解译手段解析地下水和地表水对沿黄湿地条件的影响,为该区湿地生态修复提供理论依据。结果表明:(1)黄河下游典型悬河段人工湿地面积增幅较多,自然湿地仍呈萎缩趋势,滩涂湿地破碎度上升,生态环境稳定性较差。(2)地表水流量和水位整体呈现逐年降低的趋势,且河道的游荡摆动依然明显,直接影响了河流滩涂湿地面积及其稳定性。(3)研究区浅层地下水位十余年最大下降5 m、二十余年最大下降9 m。浅层地下水的持续下降导致北岸堤外湿地面积减少;南岸堤外因引黄水和退水侧渗形成新的背河洼地,湿地面积呈增长趋势,生态环境稳定性相对较好。地表水和地下水连通性较好,较低的地下水位将会削弱河道径流的作用,对沿黄湿地整体发展不利。(4)减少地下水的开采,确保引黄水量充足,对黄河大堤外背河洼地部位湿地的发展有利。

高原金属矿区地下水与地表水时空演变规律及交互作用

高原矿区地下水与地表水交互作用研究对高原矿山生态环境保护具有重要意义。文章以普朗铜矿为研究对象,对不同海拔、不同埋深处土体湿度进行了长期的原位监测,结合降雨量和地下水位变化数据,分析了高原矿区地下水与地表水时空演变规律及其交互作用机理。结果表明:不同深度的土体湿度变化趋势基本一致;海拔高度会显著影响土体湿度水平,但土体湿度随时间的演化规律并不受海拔高度影响;土体湿度曲线与降雨量曲线变化趋势基本相同;土体湿度变化超前于钻孔水位变化10~20天。

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。

地下水与地质环境的相互作用与影响机理研究

本文主要围绕地下水与地质环境之间的相互作用和影响,机理展开分析,准确把握地下水对于岩石和地层结构所产生的影响,同时也能够深入了解地下水的化学特性,从而正确认知地下水在地质演变中所扮演的角色。此外聚焦于地下水对于地表地貌的侵蚀和溶蚀作用,包括相关联的地质灾害以及生态系统变化,以更加科学合理的手段处理地下水产生的负面影响,实现水资源的科学管理,预防各种生态灾害。

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。

南大港湿地湖水蒸发及地表水地下水转化研究

南大港湿地是我国重要湿地之一,近年来湿地生态环境及其健康状况不容乐观。为揭示南大港湿地不同水体氢氧同位素特征及湖水蒸发与区域地表水—地下水转化关系,探究南大港地区水循环过程,本研究于2023年5月开展河水、湖水、海水和地下水样品的采集与分析。根据同位素分馏和氘盈余估算了湖水的蒸发损失,通过质量平衡混合模型研究了地表水与地下水之间的转化。结果表明:南大港地区浅层地下水大多沿当地大气降水线分布,降水为地下水的主要来源;受蒸发因素的影响,地表水体氢氧同位素值普遍高于地下水体。由湖水氢氧同位素回归分析得到湖水蒸发线方程:δ^(2)H=6.1498δ^(18)O-14.774 (n=12, R^(2)=0.9814),通过氘盈余(d值)估算的湖水蒸发损失为27%~37%。自内陆向沿海,地下水埋深逐渐变浅,氢氧同位素值逐渐增大。湖水运移受人类活动影响较大,湿地东南部是活水来源,湿地西部和北部水体滞留时间较长,氢氧同位素值较高,且d值较小。受北部盐场影响,湖水西部和北部的Cl-浓度普遍高于东部和南部。根据Cl-浓度和氧同位素值建立的混合端元模型得到, 50%的浅层地下水样品位于地下水海水混合线上。湖水在东侧存在渗漏,但其对浅层地下水的影响范围不超过1 km。分析表明:南大港湿地湖水从天然降水、南排河和廖家洼渠调水得到补给,而后通过蒸散发和渗漏等方式排泄。

不同土地利用类型下地表水和地下水的水化学特征及离子来源

为了探究土地利用方式对天津市地表水和地下水水化学特征的影响,运用水化学分析方法,测定天津市主要河流水和附近地下水的水化学成分,分析其空间特征.结果表明:①研究区地表水的主要水化学类型为Na·Mg-Cl·HCO_(3),地下水的主要水化学类型为Na·Ca-HCO_(3);②耕地类型下水中NO_(3)^(-)质量浓度高,部分耕地和草地类型下水中K^(+)质量浓度高,城乡居民工矿用地类型下水中Na^(+)和Cl^(-)质量浓度高;③地表水和地下水中Ca^(2+)、Mg^(2+)和HCO_(3)^(-)主要来源于碳酸盐岩的风化溶解,部分SO_(4)^(2-)来源于蒸发盐岩的溶解,Na^(+)、Cl^(-)和NO_(3)^(-)质量浓度主要受到人类活动的影响.

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。

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%。

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。

地表水与地下水相互作用的温度示踪与模拟研究进展

刻画地表水与地下水的相互作用过程及精确计算二者的交换量始终是个挑战,而新兴的温度示踪方法对于这方面的研究具有独特优势。重点介绍了地表水与地下水相互作用的温度示踪方法原理、应用及相关模拟的研究进展。温度示踪方法的数据获取成本低且温度适宜密集与连续监测,可对地表水与地下水相互作用过程进行精细刻画;在进行地表水与地下水相互作用的水-热耦合模拟时,温度数据可用于进一步校正模型,降低模型的不确定性,以提高交换量的计算精度。监测河水温度和河床沉积物内的水温,运用温度示踪方法研究河水与地下水的相互作用过程,并将水流及热运移数值模型相耦合,利用多源数据进行模型校正,可精细刻画地表水与地下水的交换量、相互作用带内的水流途径、流速及其变化趋势和控制因素,为地表水与地下水相互作用研究提供新的模型与方法。

地下水-地表水集成模型研究进展

地下水-地表水交互过程涉及物质运移与能量传输,对流域水文生态环境有着直接影响,已成为近年来水文地质等领域的研究热点。研究表明,地下水-地表水集成模型是研究地下水与地表水交互的有效手段。通过回顾近年来地下水-地表水集成模型的相关研究,概述了地下水-地表水集成模型分类、模型误差来源、模型应用、面临挑战与发展趋势等5方面内容。其中,地下水-地表水集成模型根据耦合方案可分为完全耦合模型和松散耦合模型;模型误差来源主要包括地形处理方案、驱动数据、模型参数化方案、人为因素和认知的有限性等5类;目前,集成模型广泛应用于气候变化和人类活动影响下的地下水-地表水规律变化以及水资源管理与优化配置方面的研究。随着水文学研究的深入发展,地下水-地表水集成模型面临着基础数据需求增大、硬件平台要求提高、模拟范围难以准确把握和学科交叉趋势明显等挑战;未来集成模型将向拓宽参数获取渠道、提高模型计算效率和加强不同学科融合等方面发展。

松花江干流佳木斯-同江段地表水与地下水转化关系分析

地下水与地表水相互作用是水文循环过程中的重要环节,且松花江流域转化复杂,理解该流域地表水地下水之间的转化过程非常重要。文中利用针对流域水循环的,累计转化量法与地表水水量平衡,对松花江佳木斯同江段进行研究,分析了2020年两者之间的转化关系,即2020年9月末—12月末,1月—3月,5月—6月为地表水补给地下水。4月—5月,7月—9月为地表水补给地下水。并且用两种方法进行对比,分析了实验的可行性,是开展松花江流域水资源调查评价的基础性研究。

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。

极端干旱条件下岷江上游古溪沟流域地下水-地表水环境特征及地下水资源战略储备选址适宜性评价

古溪沟流域是岷江上游汇入紫坪铺水库重要的补水单元,为研究极端干旱条件下流域内地下水-地表水化学特征和影响因素,探讨地下水资源战略储备选址适宜性,通过采集16个地下水样和2个地表水样,综合运用Gibbs图、离子比值、绝对主成分-多元线性回归模型(absolute principal component multiple linear regression model,APCS-MLR)等方法分析水化学及其影响因素;运用熵权水质指数(entropy weighted water quality index,EWQI)进行地下水水质评价;采用层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)构建流域地下水资源战略储备选址适宜性指标评价体系,探讨地下水资源战略储备选址的适宜性。结果表明:古溪沟流域地下水-地表水中主要阳离子为Ca^(2+)、Mg^(2+)、Na^(+)、K^(+),主要阴离子为HCO_(3)^-、SO_(4)^(2-)、Cl^(-),地下水化学类型以HCO_(3)-Ca、HCO_(3)-Ca·Mg、HCO_(3)·SO_(4)-Ca为主;Gibbs图、离子比值、APCS-MLR模型等解译出水化学组分主要来源为水-岩作用(44.08%)、工业活动(12.17%)、原生地质环境叠加工业活动(11.83%)、农业活动叠加生活污染(9.04%),水-岩相互作用主导了地下水水质形成的水文地球化学过程的同时还受到人为活动因素和自然环境等其他因素的影响;EWQI评价地下水质量为Ⅰ级和Ⅱ级分别占比56.25%和18.75%,Ⅲ级的占比为6.25%,Ⅳ级和Ⅴ级分别占比12.50%和6.25%,地表水上游为Ⅰ级,下游为Ⅳ级,整体出现沿地下水径流途径,水质逐渐变差的现象,表明地下水-地表水已受到人类活动一定程度的影响;流域地下水资源战略储备选址综合适宜性指数AI介于1.0~9.8,适宜区面积占比48.57%,分布在流域中-东部下游区域,不适宜占比51.43%,不适宜区分布在流域上游区域,研究成果可在极端条件下为古溪沟流域-紫坪铺水库-都江堰的水资源安全开发利用及地下水资源战略储备选址布局提供参考。

地表水与地下水相互作用研究进展

地表水与地下水的水量转化是水文循环的重要过程,地表水与地下水的相互作用及转化关系是水文地质等领域研究的热点和难点.为分析和掌握其规律特征,更好的进行水资源分析评价、物质迁移和能量变化的相关研究,本文对国内外近20年的地表地下水循环及其相互作用的相关研究进行了系统的分析和探讨.通过梳理自然因子和人类活动影响下地表水与地下水相互作用的研究热点及前沿问题,总结了该研究领域发展的主要研究方法与关键模拟技术.通过有关研究方法的分析对比,当前开始更多结合新技术对不同实验方法、解析法和数值模型的综合研究,耦合自然因子和人类活动影响的流域地表水和地下水相互作用的研究成为研究的前沿和热点.