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。

毛乌素湖盆滩地湖水与地下水交互作用分析

湖水与地下水交互作用对于水资源合理开发与利用有着重要意义。基于温度示踪的原理,采用解析法、数值法2种方法,分析了湖床底部埋深0~0.4 m湖水与浅层地下水交互关系,并与水动力学方法进行了对比。结果表明,2018年5月20日至28日,湖水与地下水之间的垂向渗流速度为2×10^(-7)~1×10^(-6) m/s,且在埋深0.4 m时大于埋深0.2 m处。降水会对解析法的结果造成一定影响,0.4 m处受到降雨影响表现为一定的滞后性。无降雨干扰情况下,数值法与水动力学方法估算结果较为吻合,且3种方法的计算结果处于同一数量级。同时,湖床沉积物体积热容和孔隙度2种参数对计算结果影响较大。在半干旱地区湖水与地下水交互研究中,数据较完备时,数值模拟法是更好的选择。

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。

基于氡同位素的平原湖荡枯水期湖水地下水补排通量

水是人类生存之源,而湖荡被称为地球之“肾”,是河湖水系连接的关键缓冲节点,与人类生存和发展息息相关。长三角平原水系众多,河流纵横,天然湖泊与人工沟渠遍布,平原湖荡湖水与周边地下水的水力联系较为频繁,而地下水对湖泊水均衡贡献尚不明确,对平原湖荡地下水赋存和运移规律的认识不足。本研究以苏州吴江区元荡湖为研究对象,选取氡同位素作为湖水和地下水水力交换过程的示踪剂,建立氡箱模型,揭示元荡湖不同区段与地下水的水力联系过程和补给关系,并通过水位动态验证分析湖水—地下水交互关系。枯水期元荡湖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,其中以湖泊西侧较为明显,地下水入流补给的氡为7.137×10^(6)Bq/d,输入量源项占比为90%,地下水流入量为4540.801 m^(3)/d,地下水每日流入量对元荡湖水量的贡献率为2.551%。参数敏感性分析结果表明,风速与地下水^(222)Rn活度为特别敏感参数,取值差异较大时会导致计算误差急剧增大,改善测点布置和提高模型参数精度能有效提高模型计算结果的准确性和可靠程度。借助氡同位素示踪方法,建立湖泊氡箱模型,是研究平原湖荡内地下水补、径、排特征的有效方法。本研究在一定程度上加深了对平原湖荡区域水量均衡的认识,有助于了解平原湖荡水均衡和水循环机制,为平原湖荡水资源开发利用与环境保护提供数据支撑。

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。

华北平原海岸带海陆交互作用与地下水动态预测

华北平原渤海湾海岸带从晚更新世以来经历了四次海侵。备个海侵期的沉积层结构特点及古气候特征均有差异。作者在再造地质发展史、古地理及古气候环境的基础上，讨论了本区含水介质演化的轨迹，并将演化趋势过程划分为四个古构造—水文地质期（旋回）。作者选择唐秦滨海地区为模式区对地下水动态进行了预测，旨在为利用和开发本区地下水资源提出科学管理依据。

湖岸带地下水与湖水作用关系——以鄱阳湖为例

依托野外地下水位与湖水位观测、地下水流速与流向测定、地下水与湖水水化学离子测试分析等研究方法,探析了鄱阳湖湖岸带地下水与湖水之间的作用关系。结果表明:湖岸带地下水和湖水偏弱酸性,SO_2^(4-)、Ca^(2+)和Mg^(2+)是湖水和地下水的主要阴阳离子。此外,湖岸带地下水中出现了较多NO_3^-,可能受到当地农业施肥及化粪池泄露等影响。研究区地下水流向主要是由周边丘陵地区向下游地势相对平坦的湖区流动,该地区潜水面为由补给区向排泄区倾斜的曲面,地下水总体上向河流和湖区方向流动。监测数据表明:所测得的研究区地下水位由上游向下游地区呈减小趋势,地下水位呈明显的动态变化,但水位变幅基本<2 m。地下水流速较大的区域主要分布在远离湖区和河流的上游丘陵地区,最大流速可达19.5 m/d,而下游湖区附近地下水流速较小,平均流速约5.1m/d。地下水位和流速的空间分布特征与地形变化基本一致,比较符合地形影响下的地下水流动规律。水化学证据指示了地下水和湖水之间存在一定的水力联系,而地下水流场特征以及地下水与湖水之间的季节性动态水位梯度表明了地下水可能以不同的排泄强度补给湖泊。

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。

衡水湖湖水与地下水交互关系研究

通过野外采样和室内分析,采用稳定氢氧同位素、水化学、地下水温度场及电导率结合的方法,研究衡水湖地表水与地下水的交互关系。结果表明,沿垂直湖岸方向,由湖岸向四周,地下水水温逐渐降低,电导率逐渐升高;湖水水化学类型为SO_(4)·Cl-Na型,总溶解固体(TDS)含量为0.70~0.76 g/L;地下水水化学类型以SO_(4)·Cl-Na·Mg、Cl·SO_(4)-Na·Mg和Cl·SO_(4)-Na等为主,近湖点水化学类型与湖水相近。TDS含量普遍大于1 g/L,且近湖点含量较远湖点低;其他地表水体水化学类型为Cl·SO_(4)-Na型,TDS含量普遍大于1 g/L;地下水中稳定同位素(δD、δ^(18) O)空间差异明显,近湖点同位素富集,与湖水含量相近,远湖点贫化。该研究结果表明衡水湖湖水与地下水交互关系为湖水渗漏补给地下水,为进一步探究湖水循环机制奠定理论基础。

地表水地下水的交互与耦合模拟研究现状与进展

在介绍"四水"转化概念模型的基础上,引出了地表水与地下水之间的联系及相互作用过程,归纳地表水和地下水交互作用研究的基本规律和方法;系统介绍和对比国内外典型地表水与地下水耦合模型的总体结构、特点、适用领域及模型的局限性。对地表水地下水交互作用过程及耦合模拟研究中存在的问题提出看法,认为集成模型应该解决时空尺度整合、参数的不确定性等关键问题,指出综合水循环和水质各组成部分的复杂系统模拟是模型发展的必然趋势,对今后研究工作的发展趋势和研究前景作了探讨。

双电极法现场快速检测地下水和湖水中碳酸氢根和碳酸根

地下水和湖水中碳酸氢根(HCO_3^-)和碳酸根(CO_3^(2-))含量是地球化学碳行为和碳循环的重要表征,但两种离子的浓度易受环境影响而改变,因此,地下水和湖水中HCO_3^-和CO_3^(2-)真实含量的测定一直是个难题。实验利用CO2的水解平衡,通过p H电极和二氧化碳电极联用,建立了HCO_3^-和CO_3^(2-)现场快速测定的新方法,解决了地下水和湖水中HCO_3^-和CO_3^(2-)真实含量的测定难题。研究结果表明,在p H=4.8±0.1的底液中,HCO_3^-和CO_3^(2-)的线性范围分别为0.027~570 mg/L和1.25×10^(-8)~39.7 mg/L。共存的金属离子、强酸阴离子(K^+、Na^+、Mg^(2+)、Cl^-、SO_4^(2-),100 mg/L)、弱酸阴离子和弱酸(HSO_3^-、NO_2^-、HOAc,50 mg/L)对测定干扰小于5%。实际水样加标实验回收率在95.2%~99.2%之间,相对标准偏差为2.6%~3.7%。与酸碱滴定法进行对比,本方法的准确性良好。但方法受温度影响,因此标准溶液与样品应在同一温度下测量。总体而言,双电极法灵敏、快速、经济且电极携带方便、操作简单、对环境要求不高,十分适合现场和室内一般自然水体的快速检测。本方法已成功应用于青海省地下水和青海湖湖水中HCO_3^-和CO_3^(2-)的现场测定。实验表明,海东地区地下水样品p H在6.4~7.4之间,HCO_3^-含量为234~4096 mg/L,CO_3^(2-)含量为0.16~1.89 mg/L;青海湖湖水样品p H≈8.7,HCO_3^-含量范围在1.36~1.86 g/L,CO_3^(2-)含量在32.3~43.9 mg/L,与文献结果吻合。

大克泊湖淖地区地下水—湖水转化关系研究

运用水化学和同位素方法研究了鄂尔多斯沙漠高原大克泊湖淖地区地下水与湖水转化关系,结果表明:大克泊湖淖地区地下水来源于大气降水,并受到不同程度的蒸发作用影响;浅层地下水在大克泊湖淖四周接受降水补给,向大克泊湖淖流动,受到溶滤、蒸发、沉淀、蒸腾作用,沿地下水流方向水化学类型表现出分带性,由HCO3-Ca.Mg型水向HCO3.Cl-Na型水演化;地下水最终补给湖水,运用稳定同位素质量守恒方程估算地下水补给湖水量占总补给量的57%。

鄂尔多斯高原乞盖淖地下水与湖水动态补排关系研究

以鄂尔多斯高原乞盖淖为例，利用地下水与湖水的动态数据研究了湖水和地下水的补排关系。结果表明，地下水与湖水的补排关系存在着高度的动态性，6—9月间地下水与湖水的水动力关系多次发生变化。本次研究的结果可以作为建立地下水与湖水耦合数学模型的基础，为预测地下水开发对鄂尔多斯高原湖泊的影响提供依据。

用MODFLOW模拟一假想地区的湖水和地下水的交换

1模型设计 1.1概念化模型 假想地区的面积为5 000m ×3 000m,西边以56m的常数水头为边界,其他边界均无水流通过.湖泊的面积为1 000m×500m;其距北边界和西边界的距离均为1 000m.一条河流在东边与湖泊相通,河底高程为55m,河水位为58m,水流通过河床渗漏到地下水层.如果地下水水位高于河水位,水则从地下水流向河流.

鄱阳湖典型湿地地下水—河湖水转化关系

选取鄱阳湖典型洪泛湿地为研究对象,分析了2018年4~10月降水、湖水、河水和湿地地下水的氢氧同位素变化特征,利用δ^(18)O~δD关系确定了不同水文时期湿地各类水体的转化关系,并结合同位素端元混合模型估算了不同水源对湿地地下水的贡献分量.结果表明,研究区降雨δ^(18)O和δD值在6~7月份偏小,其余月份较高,存在明显季节变化和雨量效应.河水、湖水同位素与降水同位素的季节变化规律基本一致,但受蒸发分馏影响,重同位素更为富集,且变化幅度远小于降水同位素.湿地地下水同位素的季节变化较小,δ^(18)O、δD均值(-5.26‰,-31.1‰)高于大气降水(-6.32‰,-40.1‰)、低于湖水(-3.60‰,-26.4‰),与河水同位素(-5.09‰,-34.4‰)较为接近,表明湿地地下水受降水、湖水和河水的共同影响.涨水期(4~5月)河水的补给源为降雨和流域内地下径流,湖水主要受河水和降水共同补给,湿地地下水主要受前期降水和河水补给的滞后影响,河水的贡献比重更大.丰水期(6~8月)地下水主要接受湖水和河水共同补给,湖水的补给贡献比例超过50%,退水期(9~10月)湿地地下水向河道和湖泊等地表水体排泄.

考虑水体面积变化的鄱阳湖平原区地表-地下水相互作用模拟

湖泊的水情变化会影响其与地下水之间的物理水文过程和生态行为,鄱阳湖独特的“河湖相”转换特征使得该地区地表-地下水交换过程更加复杂。采用Visual MODFLOW构建三维非稳定流地下水流数值模型,利用LAK3子程序模块,通过输入五河入湖以及鄱阳湖流入长江的水量,实现湖水面积的动态模拟。结果表明,2019年湖水位模拟值与实测值的均方根误差为0.225 m,地下水水位模拟值与实测值的均方根误差为0.571 m;模型模拟鄱阳湖水面积环比变幅−41%~83%,与遥感影像结论吻合。该模型减少了湖泊作为边界条件的约束,可以有效刻画鄱阳湖频繁变化的湖水位和水体面积,准确模拟地下水流场和地表-地下水相互作用关系对湖泊水体高度动态变化的响应。枯水期主要由地下水补给湖水,交换量为2.03×10^(7)~10.58×10^(7) m^(3)/mon;丰水期湖水补给地下水,交换量为2.04×10^(7)~16.53×10^(7) m^(3)/mon,湖区及周边地下水水位相比枯水期平均抬升2~3 m,地下水由湖区流向周边地区。本研究为地表水体剧烈变化地区提供了有效的数值模拟方法,研究结果可为鄱阳湖平原区未来水资源管理和环境评价提供基础。

新疆青格达湖水源地地下水开发利用浅析

青格达湖水源地开发利用地下水已有48年的历史。长期以来,水源地对解决猛进水库的蓄水及下游灌区的农业用水及盐碱地治理发挥了很大的作用。通过对其地下水动态资料的分析得出,水源地年单位降深地下水开采量为139.2×104m3/m.a,开采能力较大。得出建在潜水溢出带处的青格达湖水源地开发利用地下水是高效和可持续的。

鄱阳湖洪泛区碟形湖域与地下水转化关系分析

湖水-地下水转化关系研究对水资源调节与分配具有重要理论和实践意义。以鄱阳湖洪泛区碟形湖域(蚌湖和沙湖)及其洲滩为研究对象,利用水文学、热力学和水动力学方法来综合分析碟形湖-地下水转化关系与交换通量。研究发现,碟形湖与洲滩地下水的水位变化过程呈明显季节动态性,两者水位变化在春夏季节基本保持同步,而秋冬季节地下水位变幅要明显大于碟形湖水位变化,两者水位差约1~6m;碟形湖与洲滩地下水的水温变化范围分别为3-30℃和15~18℃,两者在春夏季节水温差异可达14℃,秋冬季节可达20℃;应用VFLUX 2模型与地下水达西定律,发现碟形湖-地下水之间的垂向交换在季节尺度上存在相互转化,两种方法估算结果在量级上比较吻合,碟形湖-地下水交换通量约8.6~43.2cm/d。

青海湖尕海地下水输入及其物质通量

尕海位于青藏高原东北部36°57’10．94”N-37°3’18．60”N、100°31’21．78”E-100°36’55．47”E，位于青海湖东北岸，海拔3196．6m，湖水面积约47．5km^2，长轴走向西北，轴长约12kin，短轴最宽处约6km，从湖岸向湖中心400m左右就到湖底，湖水深8-9m，是青海湖的三个子湖之一。

试论圆明园湖底防渗工程对地表水与地下水转化及生态环境的影响

本文论述了历史过程中在人为干预下北京市地表水与地下水之间的转化关系,以及由此带来的地表生态环境的变化。在此基础上,阐明了圆明园湖底防渗工程对生态环境具有不良的负面影响。该工程阻断了湖水与地下水之间的水文循环,并将破坏历史时期以来形成的生态环境平衡。