基于环境示踪剂氯的北山地区浅部地下水补给研究

地下水补给研究是高放废物深地质处置库选址和场址评价的重要研究内容之一。甘肃北山地区是我国高放废物地质处置库场址首选预选区,为查明该区地下水补给特征,基于环境示踪剂氯查明了北山地区浅部地下水补给量。结果表明:(1)总体而言,氯质量平衡方法在北山地区应用效果较好。(2)基于包气带的氯质量平衡方法计算得出的浅部地下水垂向补给量在渗透性较大的沟谷盆地中为0.07~2.03 mm·a-1,平均值约1.0 mm·a-1。(3)基于饱和带的氯质量平衡方法计算得出北山地区浅部地下水多年平均入渗补给量为0.25 mm·a-1,不足多年平均降水量的0.5%。相关结果可为我国高放废物地质处置库选址和场址评价提供依据。

察汗淖尔干湖床点尺度非饱和带降水入渗补给研究

为深入了解半干旱区降水入渗补给的规律,基于张家口市尚义县气象站点降水数据和采样点土壤性质,采用稳定同位素、Mann-Kendall(M-K)趋势检验法和氯离子质量平衡法(CMB)等方法分析察汗淖尔干湖床的降水入渗补给速率.结果表明:①研究区土壤1.4 m深度以上为混合层,土壤水主要运动方式为优先流,土壤含水率变幅较大且呈显著增加趋势;1.4 m深度以下为稳定层,土壤水主要运动方式为活塞流,土壤含水率无显著变化.土壤水氯离子质量浓度随深度增加先显著降低后增加,整体无明显变化.②土壤1.0 m深度处存在2011年的降水入渗补给信号;1.6 m处存在2009年的降水入渗补给信号;3.0 m处存在2006—2007年的降水入渗补给信号.③土壤水剖面平均记录密度约为2.60 a/m,降水入渗补给速率约为0.15~0.19 mm/a,年均降水入渗补给量占多年平均降水量的0.03%~0.05%.

包气带水入渗过程中水化学组分运移规律研究

选择华北平原典型地区,利用多功能观测竖井,通过采集、测试包气带水溶液中的水化学组分,研究了包气带水在入渗过程中水化学组分的运移转化规律,利用氯质量平衡法分析了包气带水中化学组分变化机理。结果表明:(1)包气带水入渗过程可导致不同深度的包气带水化学组分浓度发生变化;(2)粘性土层对包气带水入渗有一定的阻碍作用,但在某些特定条件下,包气带水仍然可以穿过粘性土层,水中的化学组分亦随之下移;(3)包气带水向下运移过程发生了水化学组分的混合。

黄土高原白草塬土地利用变化对地下水补给的影响

为研究黄土高原土地利用变化对地下水补给的影响,在甘肃会宁县白草塬采集农地、杏林地、杏林‖柠条地和杏林‖苜蓿地4种土地利用方式0~10 m剖面土样,通过制定表征土壤水分亏缺的指标和氯离子质量平衡法,从土壤水分含量、储水量、干燥化和深层渗漏量等角度分析了土地利用变化对地下水补给的可能影响。结果表明:不同土地利用方式对土壤水分作用强度和深度不同。0~10 m剖面的平均土壤含水量表现为农地>杏林地>杏林‖柠条地>杏林‖苜蓿地。0~5 m包含杏树的两种间作地平均土壤含水量已达到或接近萎蔫湿度,土壤达到中度甚至重度干燥化;5~10 m各利用方式干燥化程度有所减轻。4种样地土壤水分深层渗漏量为8.8~13.6 mm·a ^-1,占多年平均降雨量的4.0%。由于土地利用类型转换时间不到10年,尽管土地利用变化对土壤水分有较大影响,但对地下水补给的影响尚不显著。

环境示踪剂(^(3)H、Cl)在干旱半干旱区地下水补给研究中的应用

地下水补给资源估算是地下水资源可持续开发利用的重要依据,传统地下水资源评价工作往往是采取水均衡法或达西定律等评价地下水补给资源,很少采用环境示踪剂方法。环境示踪剂在地下水补给研究中具有重要价值,特别是在干旱半干旱地区是一种非常简单可靠的评价方法。本文介绍了两种常见的环境示踪剂(^(3)H、Cl)方法氚峰法和氯质量平衡法的基本原理及其在地下水补给研究中的主要应用,其中氯质量平衡法不仅可以估算地下水的补给量,而且可以研究植被覆盖变化对地下水补给影响和示踪地下水补给历史及气候变化。

双重介质模型中地下水运动的环境示踪

为评价博茨瓦纳帕拉匹村非均质裂隙含水层的地下水资源 ,采用双重介质法及增加阻水水平屏障来模拟含水层 ,用排水和蒸发双重边界来模拟季节性河流 ,用溶质运移模型来再现示踪剂氟氯烃化合物 (CFC)在地下水中的分布 ,用环境同位素氢和氧分析地下水的来源 ,用氯离子质量平衡法估计入渗量。对双重介质的不同有效空隙度的确定则采用了地下水年龄示踪剂CFC的实测值分析得出。这些为地下水模型的真实、准确提供了几种独立。

乌兰布和沙漠降水入渗补给对气候变化的响应

为探究地下水补给对气候变化的响应,以乌兰布和沙漠为例,基于氯质量平衡法,通过野外打钻和室内离子分析,重建区域地下水补给历史和短时间尺度的气候变化过程。结果表明:降水对沙漠地区的地下水补给非常小,对比周边地区记录发现,地下水补给呈现出由西向东逐渐增大的趋势,且一定程度上反映出贺兰山对季风气流的阻挡作用,在相关季风较弱年份,贺兰山西侧降水补给弱于东侧。过去600年来本地区的气候波动大,1455—1500AD、1600—1650AD是气候较为干旱的时期,18世纪末至19世纪初是环境演化一个重要的时间界限,自此以后的漫长时间,干旱化进程进一步加剧,尤其是1920—1930AD,区域极端干旱。本研究也验证了处于季风边缘沙漠地区降水入渗补给对气候变化所呈现出的响应差异。

不同放牧条件下锡林郭勒典型草原土壤水分分布特征及降水入渗估算

由人类活动所导致的锡林郭勒草原草场退化、土地沙化等问题日趋严重,区域土壤水资源评价及其科学管理显得尤为重要。为确定锡林郭勒典型草原不同放牧条件对深层土壤剖面水分动态及降水入渗补给的影响,选取1979年以来禁牧(UG79)、1999年以来禁牧(UG99)和持续放牧(CG) 3个小区6个土壤剖面,基于不同深度土层的质量含水量、Cl–浓度等数据,分析了放牧对深层土壤水分特征的影响,且利用氯质量平衡法估算了降水入渗补给量。结果表明:1)禁牧可以提高土壤含水量,且禁牧时间越长,效果越显著,尤以表层最为明显。整个土壤剖面(0–5m)土壤质量含水量的平均值表现为UG79>UG99>CG,但各处理间差异不显著;0–2mUG79处理土壤剖面质量含水量分别比UG99和CG处理高26.6%和33.7%,储水量分别高87.19 mm和82.52 mm,且UG79处理与UG99、CG差异显著,但UG99与CG之间差异不显著;除局部地区受土壤颗粒组成影响含水量不同外,各处理2–5m土层含水量和储水量差异较小;2)不同处理土壤含水量影响因素不同,0–2m土层含水量主要受地表植被状况和土壤性质的综合影响,而2–5m土层则主要受土壤颗粒组成的影响,但随着禁牧年限的增加,土壤有机质(SOM)含量对土壤水分的影响越来越大。UG79整个土壤剖面含水量与土壤颗粒含量和SOM含量呈极显著相关关系,UG99与CG处理0–2m含水量与SOM含量呈极显著相关关系,2–5m土壤含水量与土壤颗粒含量呈极显著相关关系,而与SOM含量相关性不显著; 3)氯质量平衡法估算得出年降水入渗补给率为UG79> UG99> CG, 35年和15年禁牧分别将降水入渗补给率提高了130.2%和44.5%;考虑干沉降的不确定性,研究区年降水入渗补给率为1.95–7.61 mm·a–1,仅占年降水量的0.55%–2.13%。总之,禁牧能够增加土壤含水量和储水量,增加降水对土壤水分的补给,但降水不是该区地下水的主要补给源。