干旱内陆盆地地下水咸化与蒸发-累盐相互作用机理研究

论文摘要

玛纳斯河流域是典型的干旱内陆盆地,也是我国棉花、葡萄等经济作物主要产地之一。随着区内耕地面积和人口数量的大幅度增加,用水需求增长,供需矛盾日趋尖锐,地下水处于长期超采状态,区域地下水位持续下降。水资源短缺、地下咸水咸化、土壤盐渍化等问题严重制约着当地社会经济发展。虽然,已有学者对研究区土壤盐渍化程度以及分布开展了大量研究工作,但是,土壤积盐对潜水和土壤蒸发的影响以及地下水咸化机理尚不清楚。本文旨在揭示玛纳斯河流域地下水咸化机理以及蒸发与土壤积盐的相互作用机理,为干旱内陆盆地水盐调控和水资源开发利用提供理论依据。本文的主要工作包括:（1）在综合分析水文地质条件和野外调查的基础上,采集地表水和第四系含水层地下水样品,测试水化学、稳定同位素以及放射性同位素特征,分析研究区地下水咸化机理,定量计算蒸发对咸化的贡献比。（2）在地下水流系统排泄区钻孔取样,测试弱透水层孔隙水水化学与稳定同位素特征,分析其咸化机理,评估其对含水层地下水咸化的影响。（3）在潜水蒸发排泄区,采用溴示踪方法计算研究区潜水蒸发速率;利用微型蒸渗仪、水盐热传感器原位监测土壤水盐动态和蒸发过程。（4）开展不同浓度与成分咸水在土柱中蒸发与盐分累积实验,采用数值模拟方法分析蒸发与盐分累积相互影响机理,以及盐壳形成后对土壤蒸发的反馈作用。通过研究得到以下结论:（1）研究区地下水矿化度相比山区水源增长了0.02-11.7g/L。采用氘盈余方法计算蒸发对地下水咸化的贡献比为0.14-49.85%;水-岩相互作用、矿物溶解以及植物蒸腾作用等综合影响占50.1-99.8%。（2）弱透水层沉积物富含CaSO4晶体,古水文过程中蒸发浓缩作用强烈。但是,偏负的同位素特征表明弱透水层孔隙水发生过交替;受相邻含水层超采影响,弱透水层孔隙水对中深层地下水的贡献比为30%。（3）提出了研究区第四纪含水层地下水咸化模式,发现:含水层地下水超采引起高含盐量的弱透水层压密释水;灌溉入渗水溶解包气带易溶盐,补给并咸化浅层地下水;蒸发浓缩作用对地下水直接咸化作用并不显著。（4）典型区5-8月份潜水蒸发强度为0.04-2.26 mm/d,与表层含盐量表现出非线性关系;研究区土壤蒸发主要受含水量以及含盐量控制:沙漠地区包气带含水量低,蒸发速率低;盐渍化地区含水量高,受高含盐量（>10ms/cm）影响,蒸发速率极低。（5）由于蒸汽压影响,NaCl溶液浓度越高抑制蒸发越明显,降低了纯水蒸发8-23%的蒸发速率;NaCl溶液比MgSO4溶液对蒸发抑制影响更强。由于硫酸镁结晶体-七水合硫酸镁易风化,MgSO4溶液在初始期促进蒸发。（6）数值模拟结果表明:盐壳与阻滞系数的增长速率与蒸发速率呈正相关关系。盐壳阻滞作用是影响潜水蒸发速率下降的主要因素,比不考虑盐壳的情况,蒸发速率降低了0-10.0mm/d,平均值为7.5mm/d。

论文目录

• 作者简历
• 摘要
• abstract
• 第1章 绪言
•   1.1 问题的提出与研究意义
•   1.2 国内外研究现状、发展趋势及存在的问题
•     1.2.1 干旱内陆盆地地下水咸化
•     1.2.2 自然条件下土壤蒸发与盐分累积
•     1.2.3 孔隙介质蒸发与盐分累积过程的相互作用机理
•     1.2.4 小结
•   1.3 研究目标
•   1.4 研究内容与技术路线
• 第2章 研究区概况与水文地质条件
•   2.1 自然地理概况
•     2.1.1 地理位置、气象与水文
•     2.1.2 社会经济状况
•   2.2 区域地质概况与水文地质条件
•     2.2.1 地形地貌
•     2.2.2 地层与地质构造
•     2.2.3 水文地质条件
•     2.2.4 研究区地下水补给、径流与排泄特征
•   2.3 水资源与土地资源开发利用
•   2.4 小结
• 第3章 玛纳斯河流域地下水咸化机理
•   3.1 地下水水化学特征
•     3.1.1 水样采集测试
•     3.1.2 水化学分布特征
•   3.2 第四纪含水层地下水咸化机理
•     3.2.1 研究区稳定氢氧同位素
•     3.2.2 地下水蒸发度计算
•   3.3 地下水年龄与灌溉影响
•     3.3.1 地下水CFCs、氚与14C测年
•     3.3.2 地下水中Cl-与δ18O关系
•   3.4 小结
• 第4章 弱透水层孔隙水特征与地下水咸化模式
•   4.1 弱透水层孔隙水化学特征
•     4.1.1 样品采集与处理测试
•     4.1.2 弱透水层孔隙水化学特征组成
•     4.1.3 弱透水层矿物组成与盐结晶形态
•   4.2 沉积物指示古环境信息以及弱透水层孔隙水咸化
•     4.2.1 沉积物指示古环境与古水文信息
•     4.2.2 弱透水层孔隙水的咸化机理
•   4.3 含水层地下水与弱透水层孔隙水相互作用
•     4.3.1 含水层的水位动态
•     4.3.2 溶质运移模式
•     4.3.3 弱透水层孔隙水与地下水咸化之间的关系
•   4.4 地下水咸化概念模式
• 第5章 盐渍化土壤分布与蒸发规律
•   5.1 盐渍化土分布与动态变化
•     5.1.1 区域盐渍化土分布规律
•     5.1.2 土壤剖面盐分分布规律
•     5.1.3 灌溉与蒸发对土壤盐分的动态影响
•   5.2 溴示踪法计算潜水蒸发速率
•     5.2.1 蒸发潜力分析
•     5.2.2 示踪法原理以及实验布点
•     5.2.3 潜水蒸发速率计算
•   5.3 典型排泄区浅层土壤蒸发与水盐动态
•     5.3.1 沙漠蒸发过程与盐分动态变化
•     5.3.2 荒地蒸发过程与盐分动态变化
•     5.3.3 盐渍化土壤的水盐动态
•   5.4 小结
• 第6章 土壤蒸发与累盐过程
•   6.1 土壤孔隙介质蒸发机制
•     6.1.1 稳定蒸发速率与特征长度
•     6.1.2 蒸发过程中介质表层含水率动态
•     6.1.3 水分限制条件下蒸发速率
•   6.2 蒸发-盐分累积相互作用过程
•     6.2.1 咸水蒸发全过程
•     6.2.2 不同浓度咸水稳定蒸发速率差异
•     6.2.3 潜水蒸发过程水、盐动态变化
•   6.3 蒸发与盐分累积相互作用机理
•     6.3.1 蒸发对盐分累积的影响
•     6.3.2 咸水对蒸发过程影响
•   6.4 小结
• 第7章 蒸发与积盐相互作用的数值模拟
•   7.1 土壤水盐运移数值计算原理
•   7.2 蒸发-盐分累积概念模型建立与计算
•     7.2.1 蒸发与盐分累积的数值模型建立
•     7.2.2 盐壳生长对蒸发过程反馈
•   7.3 数值模拟结果与讨论
•     7.3.1 模拟与计算结果
•     7.3.2 讨论与分析
•   7.4 小结
• 第8章 总结与展望
•   8.1 主要结论
•   8.2 创新、不足与研究展望
•     8.2.1 论文的创新与不足之处
•     8.2.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 博士论文

作者: 刘亚磊

导师: 靳孟贵,刘延锋

关键词: 地下水咸化,氘盈余,潜水蒸发,溴示踪,粘性土孔隙水,盐分累积

来源: 中国地质大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学

单位: 中国地质大学

分类号: P641

DOI: 10.27492/d.cnki.gzdzu.2019.000221

总页数: 145

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