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基于水化学和环境同位素的准格尔煤田地下水循环特征

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南水北调与水利科技（中英文） 2021年第3期19卷 561-571,589页

作者：李双慧黄选明朱宏军朱开鹏张泽源杨建煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工集团西安研究院有限公司西安710054 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室西安710077

为揭示准格尔煤田地区地下水循环特征,运用水化学技术、水汽轨迹模型和环境同位素等方法分析不同水体水化学特征、环境同位素特征、大气降水主要来源、地表水及地下水转化关系。结果表明:地表水矿化度低,呈弱碱-偏碱性,水化学类型以HCO_... 详细信息

为揭示准格尔煤田地区地下水循环特征,运用水化学技术、水汽轨迹模型和环境同位素等方法分析不同水体水化学特征、环境同位素特征、大气降水主要来源、地表水及地下水转化关系。结果表明:地表水矿化度低,呈弱碱-偏碱性,水化学类型以HCO_(3)·SO_(4)·Cl-Ca型水为主;地下水整体矿化度低,偏弱碱性,主要以HCO_(3)-Na·Ca型、Cl-Na型、HCO_(3)-Ca·Mg型、HCO_(3)·Cl-Na型水为主;黄河水δ(D)平均值为-79.6‰、δ(^(18)O)平均值为-10.47‰,第四系地下水δ(D)平均值为-66.25‰、δ(^(18)O)平均值为-9.1‰,白垩系地下水δ(D)值为-70.6‰、δ(^(18)O)值为-9.3‰,石炭-二叠系地下水δ(D)平均值为-77.07‰、δ(^(18)O)平均值为-9.9‰,寒武-奥陶系地下水δ(D)平均值为-75.73‰、δ(^(18)O)平均值为-10.06‰;大气降水受极地气团和季风影响,主要来源为西风带水汽、地表水和地下水水汽蒸发再循环;断层带、褶皱轴部裂隙带为不同含水层间主要导水通道,大气降水和黄河为地下水主要补给来源;高承压水头寒武-奥陶系岩溶裂隙水越流补给第四系松散孔隙水和砂岩裂隙水,第四系松散孔隙水通过地层间不整合接触面裂隙发育带向下补给石炭-二叠系砂岩裂隙水,黄河水对寒武-奥陶系地下水的补给比例受地质构造发育的影响较大。

关键词：地下水循环水汽轨迹模型稳定同位素地下水年龄补给比例准格尔煤田地区

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桂林地区岩溶水SF_6年龄研究

中国岩溶 2007年第3期26卷 207-211,236页

作者：李小倩周爱国刘存富蔡鹤生甘义群武金博梁合诚周建伟中国地质大学环境学院湖北武汉430074

2006年10月在桂林地区取地下水、地表水水样5个,空气样品5个,用气相色谱"双阀双柱"法测定了SF6的浓度,以质量平衡原理为基础建立了计算地下水SF6年龄的模型。计算结果显示,岩溶裂隙水的SF6年龄比地下河水的年龄偏老,地下河源头水的SF6... 详细信息

2006年10月在桂林地区取地下水、地表水水样5个,空气样品5个,用气相色谱"双阀双柱"法测定了SF6的浓度,以质量平衡原理为基础建立了计算地下水SF6年龄的模型。计算结果显示,岩溶裂隙水的SF6年龄比地下河水的年龄偏老,地下河源头水的SF6年龄比出口处的年龄偏老,即桂林市丫吉实验场1号洼地岩溶裂隙水SF6年龄为10年,山脚下地下河出口处水的年龄为8年,冠岩地下河源头水SF6年龄为9年,出口处的年龄为5年。这可能是与地下河出口处受当年大气降水的影响有关。

关键词：岩溶水 SF6 地下水年龄桂林

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影响地下水CFCs定年的主要因素

自然科学进展 2004年第10期14卷 1199-1203页

作者：秦大军中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

现代大气降水中都溶解有一定数量的CFCs(Chlorofluorocarbons) ,接受现代补给的地下水中也存在可检测到的CFCs .通过测试地下水中CFCs浓度 ,将其与历史时期大气CFCs浓度对比是获得地下水年龄参数的一种新的重要途径 .利用地下水CFCs定... 详细信息

现代大气降水中都溶解有一定数量的CFCs(Chlorofluorocarbons) ,接受现代补给的地下水中也存在可检测到的CFCs .通过测试地下水中CFCs浓度 ,将其与历史时期大气CFCs浓度对比是获得地下水年龄参数的一种新的重要途径 .利用地下水CFCs定年方法可以确定出地下水系统中近5 0a以来的新水 ,识别出地下水系统中发生的混合 ,它可为确定有现代水补给的地下水径流方向和路径提供有价值的数据 ,同时也是研究地表水和地下水相互关系的有效方法 .地下水中CFCs浓度受多种因素的影响 ,确定影响地下水CFCs浓度的主要因素是正确使用该技术的前提 .文中介绍了影响地下水CFCs的 6个主要因素 ,并有相关实例加以说明 .

关键词：定年方法地下水系统补给 CFC 地下水径流大气降水地下水年龄影响浓度有效方法

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同位素技术在矿井水防治研究中的应用

煤炭工程 2006年第11期38卷 48-50页

作者：胡中信薛怀军穆月祥中国矿业大学江苏徐州221000 山东里能集团有限公司山东济宁272100

文章简述了同位素技术应用于研究地下水的机理,通过实例,研究了某矿区主要含水层地下水环境同位素的赋存、运移和补给特征,计算了井下出水点混合水比例和不同含水层地下水年龄,为采取有效的防治水措施提供了科学依据。

关键词：同位素矿井水水源判别混合水比例地下水年龄

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试论渗流场和渗流理论

工程勘察 2004年第6期32卷 20-24页

作者：侯玉新黄皓莉山西煤田水文地质二二九队山西太原030006

渗流场是地下水在岩土空隙中运动的产物 ,水动力场和水化学场是其不可分割的两个过程 ,只有用两项指标综合表示渗流场才较为完整。为此 ,以达西定律为切入点 ,建立化学指标 (aij、βj、kj 或k′j)表示的达西定律、地下水年龄、渗透系数... 详细信息

渗流场是地下水在岩土空隙中运动的产物 ,水动力场和水化学场是其不可分割的两个过程 ,只有用两项指标综合表示渗流场才较为完整。为此 ,以达西定律为切入点 ,建立化学指标 (aij、βj、kj 或k′j)表示的达西定律、地下水年龄、渗透系数、导水系数、实际速度等公式 ,赋予渗流理论新的内涵。针对山西西峪矿区水文地质问题 ,使理论获得进一步应用及拓展 ,对渗流场产生新的认识 ,从理论和实践上发展了渗流理论。

关键词：渗流场导水系数水化学场水动力场地下水年龄水文地质渗透系数渗流理论达西定律化学指标

渭河平原地下水分布特征与环境同位素研究──以白杨水源地为例

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地球学报 1994年第Z1期21卷 177-188页

作者：黎兴国常丕兴高文义何娟华张茂生齐加林许仁朝徐庆周西安地质学院陕西省地矿局第二水文地质工程地质大队

白杨水源地座落在渭河下游重镇——渭南市西北约５ｋｍ处，为谓河冲积平原的一部分。区内第四纪松散堆积物巨厚，地形平坦，降水充沛，地表水丰富，为地下水储存提供了良好的空间。按含水介质的埋藏条件可划分为潜水、浅层承压水、中层... 详细信息

白杨水源地座落在渭河下游重镇——渭南市西北约５ｋｍ处，为谓河冲积平原的一部分。区内第四纪松散堆积物巨厚，地形平坦，降水充沛，地表水丰富，为地下水储存提供了良好的空间。按含水介质的埋藏条件可划分为潜水、浅层承压水、中层承压水和深层承压水４个含水岩组。为了进一步研究地下水的补给形成机制、储存运移过程、排泄开采条件，本文结合环境同位素（包括￣（１４）Ｃ、￣（１３）Ｃ、￣３Ｈ、Ｄ和￣（１８）Ｏ）对水源地地下水年龄、地下水运动速率以及一些水文地质参数进行研究和探讨。而同位素测定表明：水源地潜水为现代水，￣３Ｈ含量较高，河水补给量占１／２左右；中、深层承压水补给途径较远，￣（１４）Ｃ年龄分别在距今０．４－０．５Ｍａ和０．８－０．９Ｍａ左右；δＤ和δ￣（１８）Ｏ值变化不大，说明它们主要来源于大气降水补给。

关键词：水源地同位素地下水年龄渭河平原

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天山北麓水环境同位素研究

天山北麓水环境同位素研究

作者：王杰长安大学

学位级别：硕士

天山北麓地区土地、矿产资源丰富,工农业发达,是自治区的经济核心。由于该区地处亚欧大陆腹地,属典型的大陆干旱性气候,区内水资源时空分布不均,生态环境极为脆弱,水资源问题成为制约该地区经济发展和生态环境修复的主要因素,而区域水... 详细信息

天山北麓地区土地、矿产资源丰富,工农业发达,是自治区的经济核心。由于该区地处亚欧大陆腹地,属典型的大陆干旱性气候,区内水资源时空分布不均,生态环境极为脆弱,水资源问题成为制约该地区经济发展和生态环境修复的主要因素,而区域水资源评价的核心就是三水转化关系的问题,因此,本论文依托于中国地质调查项目“准噶尔盆地地下水资源及其环境问题专题研究”,运用环境同位素对该地区的水文地质特征和三水转化关系进行了研究,其成果对准噶尔盆地的地下水资源评价及合理开发利用、表生生态环境保护具有重要意义。主要研究成果如下: 1)通过对同位素的分布特征及δD—δO关系研究,确定了各水体间的相互关系及地下水的补给来源;运用同位素的高程效应和同位素的混合比例计算了地下水的补给带高程及各水体间混合比例,进一步定性和半定量的阐明了地下水的补径排关系。 2)通过地下水中氚和C含量采用多种模型计算出了地下水的年龄。从山间洼地经冲洪积扇潜水到细土平原区承压水,地下水氚年龄由50年增至200年以上,C年龄由小于5千年变为大于1万年,结果变化趋势一致,表明地下水在含水层中径流条件逐渐变差,进一步定量化的表征了地下水的径流条件。 3)通过地下水中氚含量计算了地下水的更新速率,得出从山前潜水到细土平原承压水其更新速率由5%降至0.2%以下,与地下水年龄变化趋势一致,为三水转化研究奠定了一定基础。 4)运用同位素方法以水文地质为基础分析了玛纳斯河流域的三水转化规律。在水资源的形成区山区,地下水主要为高山冰雪融水补给和降雨直接入渗补给,所占比例为29%和71%;山间洼地主要为地下水向地表水的转化,转化比例为46%;冲洪积扇为地表水向地下水的转化,比例为70%;细土平原区三水转化为地下水→地表水→大气水的垂向转化,地下水向地表水的转化比例为77%,地表水向大气水的转化比例为25—41%。研究成果对合理利用该区水资源具有重要指导作用,对三水转化研究具有理论和实际意义。

关键词：天山北麓三水转化环境同位素地下水年龄更新速率

同位素技术刻画安阳河流域地表水与地下水相互作用

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同位素技术刻画安阳河流域地表水与地下水相互作用

作者：张敏郑州大学

学位级别：硕士

地表水与地下水相互作用是水文学研究的热点,对于水资源科学管理十分重要。安阳河流域包括了安阳市大部分地区,其中市区坐落于安阳河冲洪积扇中部,流域水资源丰富,支撑了安阳市多年的经济社会快速发展,但由于不合理开发利用,造成了一系... 详细信息

地表水与地下水相互作用是水文学研究的热点,对于水资源科学管理十分重要。安阳河流域包括了安阳市大部分地区,其中市区坐落于安阳河冲洪积扇中部,流域水资源丰富,支撑了安阳市多年的经济社会快速发展,但由于不合理开发利用,造成了一系列水资源问题。查明安阳河流域地表水与地下水相互作用关系,为科学开发与管理安阳河流域水资源提供技术支持,具有重要研究意义。本研究在野外水文调查、水文地质调查的基础上,在2016年8月(夏季)和2017年1月(冬季)共采集了111个水样。其中大气降水样为26个、地表水样是18个,浅层地下水样9个,中深层承压水样55个,泉水样1个。利用稳定同位素技术,采用图示法表征了地表水和地下水的同位素和水化学特征,补给高程法确定了研究区含水层的补给高程区域,混合比例法计算了地表水和地下水的混合比例;采用放射性同位素技术计算了地下水氚年龄。通过上述研究得出以下主要结论:1)研究区地表水和地下水中稳定氢氧同位素(δD,δO)空间差异明显,上游水体中同位素较贫化,中游和下游较富集。地表水δD和δO值与当地大气降水数据平均值接近,其中δD值为-44.31‰,δO值为-6.60‰,表明安阳河流域地表水是来源于当地大气降水补给。深层承压水同位素值变化较大,从接近降水值的点(21、33和45)到受―蒸发‖或外来水影响最大的点(23、25与36),2016年8月δD值相差-29‰,δO值相差-4.9‰;2017年1月δD值相差-30‰,δO值相差-4.8‰,表明在安阳河冲洪积扇顶至扇前缘存在不同来源的水入渗补给。2)冲洪积扇内地下水样点除个别点外,均紧密分布于区域大气降水线两侧,表明地下水与外界联系紧密,局部受人类活动的影响明显。大气降水是研究区河水和浅层地下水的主要补给来源;根据大气降水的高程效应计算出该流域中深层地下水的补给高程为185-1301m,西部山区是该区深层承压水的补给区。利用氢氧同位素和水化学分析表明,大气降水是地表水和浅层地下水的补给源,西部山区是深层承压水的补给源。通过地表水与浅层地下水混合比例计算,在2016年8月丰水期安阳河河水对浅层地下水的补给比例为56%,而其它河流和上游浅层地下水的侧向补给比例约占44%。3)安阳河水化学组分位于Piper图菱形区的左侧,表现出水化学类型为HCO·SO-Ca·Mg型,化学组分含量变化较小。地下水化学组分的季节性变化表明,位于安阳河中游出山口冲洪积扇扇顶一带地下水有较明显变化。其中,Cl含量较高的水样点(23、25和36)冬季含量比夏季高达18%46%,水化学类型为HCO·Cl·(SO)-Ca·(Mg)型,此点正是Piper图上在Cl+SO区―演化‖的最高点。在冲洪积扇中,随着地下水向下游径流,地下水由潜水变为承压水,向下游Cl与SO离子减少,HCO+CO离子增加。Ca离子上下游变化不大,形成了HCO-Ca·Mg型水。安阳河冲洪积扇地下水质只在其后缘局部地段受地表水入渗影响,Cl,SO离子含量较高。位于安阳河下游的冲洪积扇前缘地下水承压特征表现为,地表水入渗微弱,地下水质良好。4)研究区1953年以前的大气降水氚值取10TU。2017年采用三个水文站实测值的加权平均值11TU。潜水样点年龄在3.8～35.5a,均为大气降水氚浓度峰消退以来大气降水补给。推测小南海泉水系统平均滞留时间在20～30a。承压水年龄总体分布由冲洪积扇中向东南部和东部扇缘增大,安阳河与南水北调相交处所在区域,即扇中上部,承压水年龄在400a,向东在安阳河、茶坡沟和洪水河间地区增至500a或>60a,南部沿洪水河样点和安阳河下游冲洪积扇缘地带年龄增至60a左右或更老至核爆实验以前。

关键词：同位素技术水化学地下水年龄地表水与地下水相互作用安阳河流域

北京西山岩溶水系统的循环特征和可更新能力研究

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北京西山岩溶水系统的循环特征和可更新能力研究

作者：李小盼中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

西山岩溶水系统对北京平原区地表水和第四系孔隙水具有重要的调控功能。岩溶水具有水质优良、开发潜力大的特点,在当前地下水资源过度开采情况下,西山岩溶水系统功能存在减弱趋势。目前,关于西山岩溶水的循环特征有不同认识,但其可更新... 详细信息

西山岩溶水系统对北京平原区地表水和第四系孔隙水具有重要的调控功能。岩溶水具有水质优良、开发潜力大的特点,在当前地下水资源过度开采情况下,西山岩溶水系统功能存在减弱趋势。目前,关于西山岩溶水的循环特征有不同认识,但其可更新能力的研究相对较少。本文在野外调查的基础上,采用同位素法、水化学法和传统水文地质法,对西山岩溶水系统循环特征和可更新能力进行评价,为西山岩溶水的合理开发利用和科学管理提供依据。通过分析,得到以下认识:研究区第四系地下水在永丰屯地区具有TDS、pH及各离子浓度低,水化学类型简单的特征,石景山则与之相反。岩溶水Sr2+浓度沿着流向呈逐渐增大的变化趋势,水化学类型则由复杂变得单一;潭柘寺、军庄补给区岩溶水化学类型相对复杂,沿着岩溶水流向,在四季青、玉泉山地区水化学类型变为单一的HCO-Ca·Mg型水。研究区地表水、第四系地下水、岩溶地下水主要接受大气降水补给,且地表水、第四地下水受到蒸发作用影响强烈。潭柘寺地区岩溶水补给来源为大气降水,军庄岩溶水除了接受大气降水补给外,还受到大量河水渗漏补给,渗漏河水所占比例大于50%的岩溶水占统计岩溶水的68%,导致岩溶水中严重富集18O。利用同位素、水化学和水位地质资料揭示了西山岩溶水系统的的循环特征。岩溶地下水在潭柘寺、军庄地区接受补给后,分别沿着八宝山断裂、永定河断裂和白家疃断裂径流,最终在海淀背斜、四季青排泄。此外,不同补给区岩溶水的径流速度不同,由快至慢为:潭柘寺补给区径流速度>永定河渗漏水径流速度>军庄补给区(降水补给)径流速度。H、CFCs、C年龄表明,西山地区岩溶水是新水与老水的混合,年龄在3945年之间,但是整体上以小于30年为主,反映了西山岩溶水系统可更新能力强。山区岩溶水的可更新能力强于平原,从补给区到排泄区,地下水年龄增大,可更新能力逐渐减弱。潭柘寺补给区岩溶水的平均年龄小于军庄,地下水循环条件最好,可更新能力最强。

关键词：岩溶水循环地下水年龄可更新能力水化学同位素