古堆-南梁泉域岩溶水环境问题现状与泉源区保护

古堆-南梁泉域位于山西省南部,是一个深循环与浅循环共存、冷水系统与热水系统循环转化、多级次排泄的复合型岩溶水系统,因长期不合理的开发利用,泉域内出现了一系列岩溶水环境地质问题。以水文地质调查工作为基础,综合采用地下水流场对比分析、水文地球化学及同位素分析、岩溶水资源评价等方法,详细论述了古堆-南梁泉域内岩溶水环境问题现状及其成因,并提出了泉源区生态修复与规划方案。结果表明:受气候变化与人类活动的叠加影响,系统内古堆泉、南梁泉、海头泉分别于1999年、1992年、2002年断流,2013-2021年区域地下水位平均下降速度达2.53 m/a;水化学、同位素分析结果指示了排泄区九原山附近松散岩类孔隙水越流补给量、三泉水库渗漏补给量对岩溶地下水的影响已不可忽略;泉域内岩溶水超Ⅲ类水水质标准样品占比由2014年的62.5%升高至2021年的81.25%;泉源区0.904 km 2范围可细分为核心保护区、水库蓄水区、一般保护区,应分区进行生态保护与修复规划。研究结果可为山西省超采区综合治理、古堆泉水生态修复与保护工作提供基础依据。

丽江黑龙潭地下水系统温度场特征研究

研究旨在通过地下水温度场的特征来推导岩溶泉域的地下水活动,并验证岩溶地下水系统划分的合理性,文章以黑龙潭岩溶泉域为例,采用对比分析等手段,对泉域地下水温度的时空变化特征进行研究,并探讨各变化特征的指示意义。结果表明:在空间分布上,泉域内地下水温与高程呈反比关系;在时间分布上,降雨作为引起地下水温度变化的主导因子,汛期补给区入渗增加后引起地下水温升高,同时大量的补给加快了地下水径流速度,致使排泄区地下水温降低。此外,还根据不同岩溶系统地下水温度场的差异性特征及其指示意义,验证了黑龙潭泉域系统划分具有合理性。

济南泉域岩溶地下水有机污染特征研究

对济南泉域岩溶地下水系统水质进行了系统的采样分析。结果表明,泉域岩溶水已普遍受有机物污染,有机污染物检出率高达93%。检出有机物多于5项的样品多分布于大中型企业附近。在所有检出的有机物中,有机氯农药类、卤代烃类检出率最高,分别达到60%、57.8%。尽管岩溶水有机污染较普遍,但有机物含量较低,仅局部地段存在有机物超标现象。泉域岩溶水有机污染特征受控于工业企业分布及地下水流场,在济南侵入岩体南缘附近形成了近长方形的岩溶水有机污染区,面积达156 km2。污染区南部地带是济南市工业集中区,灰岩浅埋,防污性能差,另外由于地下水径流方向与侵入岩体南缘线近垂直,进入灰岩含水层的有机污染物随地下水径流向北运移,造成埋藏于火成岩体之下的埋藏型岩溶水也受到污染。

济南市岩溶泉域地下水化学特征与水环境演化

分析山东省济南市趵突泉泉域的岩溶地下水水化学特征与水环境,揭示各化学指标的区域分布特征、时间变化特征以及相互转化关系,总结出济南地区地下水环境现状与演化规律。结果表明:济南市岩溶地下水水化学类型自东南向西北沿流场方向为:HCO3·SO4-Ca→HCO3·SO4-Ca·Mg→HCO3^-Ca→HCO3^-Ca·Mg;地下水NO3^--N浓度总体呈增高趋势,总硬度和TDS浓度较高,农业种植区大量使用化肥农药和企业污染物的排放,是引起济南市岩溶地下水水环境问题的主要原因。

柳林泉域岩溶水中SO_4^(2-)的来源探讨

SO_4^(2-)浓度偏高是晋西柳林泉域岩溶水的主要特色之一,判断SO_4^(2-)来源对于理解岩溶水的水文地球化学过程具有重要意义。在分析区域地质、水文地质条件及岩溶水中SO_4^(2-)浓度空间分布特征的基础上,利用化学计量学法、同位素质量平衡模型和Rayleigh蒸馏模型,分析了岩溶水中SO_4^(2-)的主要来源,计算了不同来源的SO_4^(2-)所占的比例和滞流区岩溶水中SO_4^(2-)的还原比例。结果显示,石膏的溶解和黄铁矿的氧化是柳林泉域岩溶水中SO_4^(2-)的主要来源,排泄区岩溶水中石膏溶解来源的SO_4^(2-)所占比例介于73%~88%之间,平均为81%;黄铁矿氧化来源的SO_4^(2-)占比12%~27%,平均为19%。滞流区发生了硫酸盐的还原作用,约有9%~15%的SO_4^(2-)被脱硫细菌还原为H2S气体,且越靠近西部边界,还原反应所消耗的SO_4^(2-)比例越高。

山西柳林泉域岩溶地下水溶解无机碳特征及控制因素

稳定碳同位素可指示岩溶动力系统无机碳循环过程及流域水文地球化形成演化。为揭示山西柳林泉域岩溶地下水循环演化规律及控制因素。本研究对泉域补给区、径流区、排泄区、深埋区29个岩溶地下水的主要离子组分和碳同位素进行测试分析。研究结果表明,流域内岩溶地下水的δ^13CDIC,VPDB(DIC—溶解无机碳)具有较大的变化范围,最大值为-8.19‰,最小值为-13.35‰,平均值为-10.09‰。从补给区、到径流区、到排泄区,到深埋区δ^13CDIC,VPDB值呈不断增重的变化规律。补给区来源于土壤CO2的比例最高,范围为46.22%~58.04%,平均值为51.13%,其次是径流区,范围为36.22%~58.37%,平均值为42.05%,排泄区和深埋区最小,范围分别为37.61%~41.52%和35.61%~42.26%,平均值分别为39.38%和38.28%。从补给区到径流区、到排泄区、到深埋区,随着径流途径增大和硫酸参与溶蚀的比例增加,DIC(溶解无机碳)中来源于土壤CO2的比例减小,碳酸盐岩来源的碳的比例增加。

济南趵突泉泉域岩溶水化学特征时空差异性研究

水文地球化学一直是水文地质领域的研究重点,而地下水化学组分的时空变化特征受多种因素的影响。为了掌握济南趵突泉泉域岩溶地下水水化学特征时空差异性,本文分别于枯、丰水期在泉域内采集并分析了岩溶地下水样品,并采用数理统计、Piper三线图、Gibbs图解法及离子比例系数法等分析手段,对研究区岩溶地下水水化学特征及时空差异性进行了研究。结果显示,研究区地下水优势阳离子为Ca,优势阴离子为HCO3,丰水期除HCO3外,其他离子的变异系数较枯水期普遍升高,且大于0.5,表现出丰水期空间差异性增大的特点。地下水水化学类型具有以HCO3·SO4-Ca为主,多种类型并存的特点。Ca、Mg、HCO3含量在枯、丰水期比值要小于1,且比其他离子要相对稳定,呈现出全局性特点。而Na、K含量在枯、丰水期比值波动较大,大部分比值大于1,Cl、SO4、NO3含量在枯、丰水期比值具有波动剧烈的特点,呈现出区域性特征,同时表明人类活动大大改变了研究区地下水水化学场的分布特征。

柳林泉域滞流区岩溶水的热源及其Na^+、Cl^-来源探讨

柳林泉域滞流区岩溶水以高温、高Na^+和Cl^-浓度为主要特征。文章在区域地质及水文地质条件分析基础上,采用化学计量学原理,判断了该区岩溶水的热源及Na^+和Cl^-的来源。结果显示:在泉域的补给区、径流区和排泄区的上青龙、龙门会、杨家港和寨东泉组,岩溶水中的Na^+和Cl^-主要来源于岩盐的溶解,其中多余的Na^+可能来自于阳离子交换、黄土中含Na^+矿物的溶解及城市污水的排放;滞流区和排泄区的刘家疙瘩泉组岩溶水中高浓度的Na^+和Cl^-也主要来自于岩盐的溶解,而多余的Cl^-可能由岩溶水中的Na^+交换吸附介质中的Ca^(2+)或Mg^(2+)所致。西部滞流区岩溶水的热源主要包括地温梯度增热、当地正常地温、岩石中放射性元素产热和石膏的溶解放热,其贡献率分别为45%、28%、20%和7%。

兰村泉域岩溶水位动态遗传回归模型与岩溶地下水保护

近年来对兰村泉域岩溶地下水的大规模开采导致了兰村泉断流、泉域地下水位大幅下降等一系列问题。本次研究在分析兰村泉域1960年到2003年间岩溶地下水动态特征的基础上,建立该区地下水位动态遗传回归模型,定量分析了各种影响因素对系统岩溶地下水位动态的作用强度。最后,提出了包括削减人工开采、增加入渗补给等保护兰村泉域岩溶水的对策和方案。

北方典型岩溶泉域地下水水文地球化学特征分析--以鹤壁许家沟泉域为例

近年来,受采矿活动、气候变化等因素影响,包括鹤壁许家沟泉域在内的北方多数岩溶泉域水化学场发生了改变,但其演变规律及现状条件下的水文地球化学特征仍不明晰。为揭示现状条件下许家沟泉域地下水水文地球化学特征及其控制因素,本文在调查取样分析的基础上,采用数理统计、离子比例系数、Gibbs图及相关性分析等方法进行了研究。结果表明:泉域内岩溶地下水水化学类型主要为HCO3-Ca·Mg和HCO3·SO4-Ca·Mg型。地下水主要水化学组分演化过程的主控因素是岩石风化作用,地下水中的Ca2+、Mg2+、SO42-和HCO3-主要来源于含方解石(CaCO3)、白云石(CaMg(CO3)2)的碳酸盐岩以及硫酸盐岩(CaSO4·2H2O)的溶解,一部分SO42-来自黄铁矿氧化。脱白云石化作用致使泉域枯水期地下水中Mg2+明显高于丰水期。阳离子吸附交替使地下水中Na+、K+含量降低。稳定同位素特征表明,泉域岩溶地下水主要接受西部裸露区大气降雨的入渗补给,泉域南部岩溶地下水还受淇河河水渗漏的影响,枯水期岩溶地下水中δ18O存在漂移现象。研究成果为泉域内岩溶地下水的合理开发与保护提供了依据。

管道流模型参数敏感性分析及其在许家沟泉域的应用

在岩溶含水系统中,作为主要排水通道的管道对泉流量动态具有一定的控制作用,而管道特征参数对流量变化亦有影响。为确定管道各参数的影响,前人以管道发育的岩溶水系统为研究对象,进行了短时间序列泉流量响应的分析探讨,而对岩溶管道不十分发育的岩溶水系统的研究较薄弱。为此,本研究结合北方岩溶水系统的发育特征,借助CFP管道流模型对管道各参数对岩溶系统流量和流态的影响程度及各参数的敏感性进行了分析,而后基于河南鹤壁许家沟泉域岩溶水文地质特征构建了泉域的MODFLOW-CFP模型,对泉域岩溶地下水渗流进行了模拟,并对不同降水保证率下的泉流量进行了预测。结果表明:管道流量与管壁渗透系数、管道坡度和管径呈正相关,而随弯曲度和埋深的增加管道流量呈先增大后减小的趋势。管壁粗糙度对流量的影响较小,且呈现出一定的波动性,尤其是当管壁粗糙度较小时,波动比较明显。经敏感性分析发现,管壁渗透系数和埋深的敏感性最高,其次为弯曲度和管道坡度,而管道直径和管壁粗糙度敏感性最低。许家沟泉域在25%降水保证率下,年最大泉流量为0.45 m^3/s,平均泉流量为0.36 m^3/s;在75%降水保证率下,年最大泉流量为0.41 m^3/s,平均泉流量为0.31 m^3/s,与实际情况吻合。该法可为我国北方岩溶区水资源评价及泉域水资源开发保护提供借鉴。

基于修正PI模型的晋祠泉域岩溶水脆弱性评价

为有效管理和应用晋祠泉域岩溶地下水资源,需要确定晋祠泉域岩溶地下水保护带。根据晋祠泉域水文地质条件及岩溶地下水特征,在PI评价模型的基础上,增加煤层开采S和人工排泄Ad两个影响因子,构建PISAd指标体系,应用CIM-AHP评价体系,基于GIS技术,对晋祠泉域岩溶地下水脆弱性进行评价。结果表明:晋祠泉域岩溶地下水脆弱性分区面积比例由大到小依次为高脆弱区38.3%、较高脆弱区26.8%、中等脆弱区18.0%、较低脆弱区9.8%和低脆弱区7.1%。高脆弱区主要集中在灰岩裸露区、汾河渗漏段以及煤层带压开采区。

娘子关泉流量衰减原因的初步定量化分析

以娘子关泉为例,从水资源系统观点出发,通过系统水资源要素间转换关系的分析,对引起娘子关泉流量的衰减原因进行了初步量化计算。结果表明,在娘子关泉1956-1979年和1980-2000年前后两个系列平均流量所减少的4.07m3/s中,由于降雨减少、气温升高引起的泉流量减少量为1.28m3/s;泉域西部采煤等导致的水环境变化引起的泉流量减少量为0.84m3/s;岩溶地下水直接开采引起的泉流量减少量为1.48m3/s。

济南明水泉域岩溶地下水数值模拟及泉水水位动态预测

应用地下水模拟软件GMS建立山东济南明水泉域的三维地下水流数值模拟模型,对泉域内岩溶地下水进行数值模拟和水平衡分析,评价了泉域岩溶地下水资源总量和在保持泉水常年喷涌条件下的岩溶地下水可采资源量。在此基础上,应用时间序列分析法对泉水水位动态进行了预测。结果表明:明水泉域多年(2003-2014年)地下水补给量为1.23×10~8 m^3·a^(-1),排泄量为1.36×10~8 m^3·a^(-1),均衡差为-1.30×10~8 m^3·a^(-1);模型预测未来20年泉水最低水位为55.65m,最高水位为68.72m,平均泉流量为34.6×10~4 m^3·d^(-1)。

华北型煤田煤炭开采对岩溶水影响方式探讨

根据岩溶水系统的补径排条件、煤层分布区与岩溶水补给区的位置关系、地形地貌等因素,将华北型煤田采煤对岩溶含水层影响划分为直接影响型、间接影响型和混合影响型三种类型。直接影响型指岩溶地下水流向与地层倾向相一致,煤层分布区位于岩溶水系统补给区下游,煤层开采不会影响岩溶地下水的补给量,但岩溶水水位高于煤层底板,岩溶水通过构造等薄弱地带直接突涌入矿井,即通过增加岩溶水系统的排泄量而减少岩溶水资源量,主要分布在冀中煤炭基地和河南煤炭基地;间接影响型指岩溶地下水流向与地层倾向相反,煤层分布区位于岩溶水系统补给区的上游,煤层开采引起的地面变形使地表径流转入矿井,进而减少河流向岩溶含水层的渗漏补给量,岩溶地下水水位低于煤层底板标高,奥陶系岩溶水不会进入矿井,煤炭开采仅通过减少补给量而减少岩溶地下水资源量,主要分布在晋东煤炭基地二叠系上组煤;混合影响型两种破坏方式均存在,主要分布在晋东煤炭基地二叠系下组煤。分别以黑龙洞泉域的峰峰矿区和辛安泉域的潞安矿区为例,对直接影响型和间接影响方式进行了说明,并分别提出了三种影响类型的岩溶水保护措施。

黑龙洞泉岩溶地下水系统煤层底板突水危险性评价

黑龙洞泉岩溶地下水系统位于冀中煤炭基地的南端,峰峰矿区则位于该岩溶水系统的东部,是典型的岩溶大水矿床,伴随煤矿上组煤的开采殆尽,下组煤的开采正在展开,但遭受到其底部中奥陶统岩溶水的高压威胁,发生了多次突水事故。通过对黑龙洞泉岩溶地下水系统地质、水文地质条件的详细分析,从煤层隔水层底板水压抗压强度及隔水能力,断层、陷落柱发育程度及其阻、导水性等矿井突水影响因素进行系统分析,采用《煤矿防治水细则》的突水系数法,将研究区划分为煤层底板奥灰突水危险性相对较小区、危险性相对中等区及危险性相对较大区。相关结论对今后该区煤炭资源的开采及煤矿防治水工作具有一定的指导意义。

山西五台县水泉湾泉和李家庄泉的成因分析

本文主要根据水泉湾泉和李家庄泉泉域的地质和水文地质资料,分析了本区内岩溶的发育特征和岩溶地下水的循环规律,研究分析了水泉湾泉和李家庄泉的形成原因。

山西晋祠泉域地下水位回升原因分析

通过对晋祠泉域地下水动态监测资料和水文资料的分析研究,确定泉域地下水位回升的主要原因是关井压采和煤炭资源整合压采,汾河清水复流等水生态系统修复工程对泉域地下水位回升也起到了不可忽视的作用。

黑龙洞泉域地下水流数值模拟与预测

为了对黑龙洞泉域水资源进行评价,通过对地质条件、水位观测资料的深入研究,以水均衡原理、地下水渗流理论为基础,建立了黑龙洞泉域地下水渗流数值模型.以灰色序列预测模型为辅助手段,结合历年的降水规律,对未来现状开采条件下的年均降水量、地下水流场、水位及泉流量进行了不同保证率条件下的预测,若2010年为丰水年(保证率20%)、平水年(保证率50%)、枯水年(保证率75%),黑龙洞泉汛期地下水位标高分别为超过130m、达到130m、低于130m,汛期泉流量分别为超过10m3/s、7m3/s、5m3/s.计算结果有利于指导黑龙洞泉域地下水资源的管理和开发利用.

晋祠泉域岩溶水生态系统健康评价

文章尝试性地提出岩溶水生态系统的概念,从系统的特征、功能和面临的威胁三方面论述了其内涵,基于驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)模型,综合考虑自然因素和人类活动叠加影响,构建了岩溶水生态系统健康评价指标体系;用层次分析法(AHP)确定指标权重,用综合评价法确定岩溶水生态系统所处健康状态,并将其分为很健康、健康、亚健康、不健康和病态五级。并以晋祠泉域为例,采用ArcGIS空间分析技术确定岩溶水生态系统健康评价等级。结果表明:泉域煤矿开采区处于不健康状态,东部平原区和中部径流区均处于亚健康状态,碳酸盐岩裸露区和汾河周边区域处于健康状态,分别占晋祠泉域总面积的29%、31%和40%。