同位素技术刻画安阳河流域地表水与地下水相互作用

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40～50a，向东在安阳河、茶坡沟和洪水河间地区增至50～60a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。

目录

声明

摘要

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