同位素技术刻画安阳河流域地表水与地下水相互作用

同位素技术刻画安阳河流域地表水与地下水相互作用

论文摘要

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,δ18O)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δ18O值与当地大气降水数据平均值接近,其中δD值为-44.31‰,δ18O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‰,δ18O值相差-4.9‰;2017年1月δD值相差-30‰,δ18O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HCO3·SO4-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%146%,水化学类型为HCO3·Cl·(SO4)-Ca·(Mg)型,此点正是Piper图上在Cl+SO4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SO4离子减少,HCO3+CO3离子增加。Ca离子上下游变化不大,形成了HCO3-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,SO4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4050a,向东在安阳河、茶坡沟和洪水河间地区增至5060a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。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  •   1.1 研究背景
  •   1.2 国内外研究现状及存在的问题
  •     1.2.1 国内外研究现状
  •     1.2.2 存在的问题
  •   1.3 研究意义
  •   1.4 研究内容与技术路线
  •     1.4.1 研究内容
  •     1.4.2 技术路线
  • 2 研究区概况
  •   2.1 自然地理条件
  •     2.1.1 地理位置
  •     2.1.2 地形地貌
  •     2.1.3 气象
  •     2.1.4 水文
  •   2.2 地质条件
  •     2.2.1 地质构造
  •     2.2.2 地层岩性及分布
  •   2.3 水文地质条件
  •     2.3.1 含水岩组结构特征
  •     2.3.2 地下水补给、径流、排泄条件
  •     2.3.3 地下水动态特征
  • 3 样品采集分析
  •   3.1 采样点位置
  •   3.2 野外调查采样与样品测试分析
  • 4 水化学刻画地表水与地下水相互作用
  •   4.1 主要离子关系分析
  •   4.2 地表水与地下水水化学特征
  •   4.3 水化学刻画地表水与地下水相互作用
  • 5 同位素技术刻画地表水与地下水相互作用
  •   5.1 大气降水、地表水和地下水同位素特征
  •     5.1.1 大气降水稳定同位素特征
  •     5.1.2 地表水稳定同位素特征
  •     5.1.3 地下水稳定同位素特征
  •   5.2 稳定同位素技术刻画地表水与地下水相互作用
  •     5.2.1 地表水与地下水转换关系
  •     5.2.2 补给区的确定
  •     5.2.3 地表水与地下水的混合比例
  •   5.3 地下水放射性同位素氚年龄计算及其意义
  •     5.3.1 氚分布特征分析
  •     5.3.2 氚年龄计算及其意义
  • 6 结论与展望
  •   6.1 结论
  •   6.2 新见解
  •   6.3 展望
  • 参考文献
  • 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
  • 致谢
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 张敏

    导师: 平建华

    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

    来源: 郑州大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 地质学,地球物理学

    单位: 郑州大学

    基金: 国家自然科学基金—南水北调中线工程受水区地下水库调蓄能力研究项目(U1504404)

    分类号: P333;P641

    总页数: 92

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