西辽河平原地下水同位素特征

时间：2022-10-05 20:17:33 化学毕业论文我要投稿

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西辽河平原地下水同位素特征

　　西辽河平原地下水同位素特征【1】

　　摘要：依据全国地下水资源调查评价项目之“西辽河平原地下水资源及其环境问题调查评价”项目进行选题，以西辽河平原(内蒙古部分)为研究区，以地下水为研究对象，以同位素为主要研究手段，揭示研究区内大气降水、地表水和地下水之间的相互关系，确定地下水的来源。

　　关键词：西辽河平原;地下水同位素;特征研究

　　一、研究区基础条件

　　工作区位于松辽平原西部的西辽河平原，北起科尔沁右翼中旗，南至奈曼旗。

　　西起翁牛特旗，东至科尔沁左翼中旗。

　　工作区包括了通辽市、赤峰市及兴安盟的绝大部分地区。

　　区内属中温带半干旱季风气候区，大陆性气候十分明显，表现为春季干燥多风，夏季湿热多雨，秋季凉爽，冬季严寒少雪的气候特点。

　　多年平均降水量350-400mm。

　　并有自东向西递减的规律，降水多集中在7、8、9三个月，占全年总降水量的70%左右。

　　多年平均蒸发量1800～2000mm。

　　区内地貌主要受构造的控制影响。

　　在长期的风化、剥蚀和堆积等外动力作用下，形成了北高南低、西高东低的区域地势形态。

　　二、采样与测试

　　(一)采样

　　区内研究程度较低，特别是同位素研究资料非常少。

　　为了研究区内地下水的形成环境、年龄;地下水的补给、径流、排泄条件;地表水与地下水的补排关系。

　　在充分分析已有资料的基础上，2003年在全区各子系统内沿区域地下水水流方向布置了5条同位素剖面。

　　共取样60组。

　　其中大气降水样3组，河水样3组，水库水样1组，湖水样1组，浅层地下水样44组，深层地下水样8组，所有样品均同时采集水质全分析样。

　　所有样品的采集均按有关规范进行，多数水井在采样前抽水1h以上，以排除井筒中地下水的干扰，野外采样的同时实测水温和水位埋深。

　　放射性氚和氢氧稳定同位素样品采集lL，置于聚脂塑料瓶中并密封。

　　(二)测试

　　所有水化学全分析由内蒙古自治区第四工程地质勘查院实验室完成：稳定同位素180、D和13C由国土资源部同位素测试中心测定，放射性同位素均在中国地震局14C实验室测定完成。

　　180/160比值采用C02平衡方法、D/H比值采用锌还原法、13C/12C用100%磷酸法在MAT 251 EM质谱仪上测定，并用相对于标准样PDB的千分偏差表示。

　　测试误差为±0.2‰。

　　三、同位素分布特征

　　(一)大气降水与地表水的同位素分布特征

　　工作区内没有长期观测站，并且没有开展过系统的同位素研究工作。

　　另外，西辽河平原周边的锦州(1987年)、长春(1999年)及哈尔滨(1986年)等IAEMWMO观测站。

　　资料长度不尽相同，观测时间也不同。

　　故未建立当地大气降水稳定同位素雨水线方程，仅以全国大气降水稳定同位素雨水线方程作为本地区的参考方程。

　　1.大气降水的同位素分布特征

　　研究区内大气降水同位素平均值为BD-65，8180-8.9，氚17.66。

　　通过全国大气降水稳定同位素雨水线和本次所取的三个大气降水水样结果绘制了大气降水分布图，由此可见当地大气降水的BD和B180均落在全国大气降水稳定同位素雨水线附近，说明其组成与全国大气降水组成基本一致，但当地蒸发线(818D=3.22238180-38.103.R=0.979)斜率和截距与全国雨水线存在一定的差异，这与该区处于干旱半干旱的气候，湿度低、降水少和蒸发量大有关，它们的交点(8180=-9.8‰。

　　B18D=-69‰)可近似地作为当地蒸发源水的原始平均同位素组成。

　　2.地表水的同位索分布特征

　　区内地表水同位素含量8D为-82%o～51%o，8180为-12.8%～3.4%0，氚为19.16TU～28.14TU。

　　河水、水库和湖水的BD和8180含量存在着较大的差别，河水全部位于全国雨水线左上，且比当地大气降水的BD和B180低。

　　这说明河水的主要补给源不是大气降水，而是上游河水;水库和湖水位于其右下，且河水的8D和B180明显低于水库和湖水，这表明河水与水库及湖水的补给源不同，而且水库和湖受到非常强烈的蒸发作用。

　　(二)地下水的同位素分布特征

　　本次研究共采集地下水样52个，其同位素分布范围BD为-59~-76%0、B180为-6.4-10.7‰、3H为0.5～28.49TU、14C为5.63～78.28%，总体来看沿地下水流向变化不大。

　　但不同元素在不同地貌单元、不同流域和不同层位上其分布存在一定的变化规律，主要表现在三个方面：

　　1.流向上8180(潜水)变化不明显。

　　从B180(潜水)可以看出。

　　在不同的取样剖面上潜水B180均呈现出相似规律，从上游到下游剖面1、2和5呈现出稍有增加的趋势，反映出蒸发作用对潜水同位素的微弱影响，同时显示出西辽河平原浅层地下水是以垂直交替为主。

　　在局部地区由于水文地质条件不同，B180也存在较大差别，这体现出人类活动对地下水的影响，使其较富氧轻同位素。

　　2.随着地下水的埋藏深度的增加。

　　地下水中D、180和3H浓度逐渐减少。

　　把所取样品按不同取样深度(<20m，20-40m，>40m)，根据不同的流域进行统计。

　　西辽河流域、乌力吉沐仁河流域及养畜牧河流域地下水中D、180和3H浓度随着取样深度的增加而逐渐减少;教来河流域地下水中3H浓度显示出相似的特征，但其D和180浓度却随着取样深度的增加而稍有增大，取样点均离教来河较近，这说明河水补给地下水，使得浅层地下水中氧重同位素受到河水的稀释作用。

　　3.地下水利用程度差的地区，3H浓度(潜水)相对较低。

　　地下水利用程度差的地区主要包括牧区和沙地区，该区人口稀少，地下水开发利用程度较差，水交替较弱，地下水循环较慢。

　　水中的氚含量相对较低。

　　从西辽河闭流区所取样品的氚平均浓度均低于其它地区，另外。

　　珠日河牧场的STl74和ST576的3H浓度分别为5.87TU和6.74TU，也低于该流域的其它取样点的3H浓度。

　　(三)各水体同位素之间的关系

　　利用本次采集的地下水样、地表水样及雨水样B180、8D的分析结果绘制成8D-8180关系。

　　同时根据潜水的8180和BD值进行相关分析，得出当地潜水蒸发线：

　　818D=3，22238180-38，103(相关系数R=0.979)(1)

　　各取样点均落在全球雨水线和全国雨水线两侧，但多集中干它们的右下侧，说明区内地下水主要受大气降水的补给，并且受到一定程度的蒸发作用影响。

　　另外，从前面的分析来看，地下水除主要受大气降水补给外，在部分地区还与不同的地表水存在一定的联系，如：教来河流域地下水受到河水的补给，ST528受到吐尔基山水库的影响。

　　区内地表水系虽较发育。

　　但整个平原区内地表水较少，区内降水量较小，形成不了地表径流。

　　三个河水样均位于全国雨水线左上侧，表明河水的补给源主要是上游河水，而不是当地大气降水，水库及湖水样位于全国雨水线的右下侧，说明河水对水库的补给较少，它们的补给主要是大气降水。

　　区内虽存在潜水与承压水之分，但整个含水层均为第四系含水层，它们之间没有一个稳定的隔水层，或多或少存在一定的水力联系。

　　可见，随着地下水埋藏深度的增加，(40m以上的)地下水中3H浓度是逐渐减少，并没有大的突变，说明潜水对承压水有一定的补给，且具有随着深度的增加。

　　补给量逐渐减少的特点。

　　河南平原地区浅层地下水特征及合理开发利用对策【2】

　　[摘要]河南平原众多城市和广大农村主要开采浅层地下水资源解决生存发展问题。

　　在水资源短缺现象日趋突出的情况下，浅层地下水资源开发利用所暴露出的问题以及引起的环境变化，倍受社会关注。

　　通过分析河南平原浅层地下水特征，提出其合理开发利用的对策建议。

　　[关键词]河南平原浅层地下水环境水文地质问题对策建议

　　1面临的问题

　　河南平原属黄淮海平原的一部分，包括河南西部山前倾斜平原和东部黄淮海平原，面积77330km2，总人口约7000万。

　　西部近山平原城市密集分布，东部平原是我国重要粮食产区。

　　区域浅层地下水资源开发利用不合理，原生劣质地下水和地下水污染等因素影响，加剧了环境恶化，严重制约了地区经济的可持续发展。

　　2区域水文地质条件

　　以淮河为界，河南平原南北气候过渡性明显，南属亚热带湿润、半湿润季风气候，北为暖温带干旱、半干旱季风气候。

　　平原区自北向南分布有海河、黄河、淮河三大水系。

　　地貌形态以黄河冲积扇为主，地势西高东低，黄河以北略向北东倾斜，以南向南东倾斜。

　　海拔高程从西、北部边缘的200m、南部边缘的120m向东逐渐降至50m以下。

　　历史上黄河的频繁决口、改道，形成古河道高地、洼地、沙丘沙地、决口扇等微型地貌。

　　3主要环境水文地质问题

　　3.1原生水文地球化学异常

　　3.1.1高矿化地下水

　　高矿化地下水也称之为地下咸水，主要分布于山前冲洪积平原与冲积平原的交接洼地、黄河冲积扇前缘、黄河背河洼地、黄河故道及两侧的槽形洼地。

　　高矿化水的矿化度与其水化学类型的复杂程度密切相关，矿化度越高，水化学类型越复杂。

　　矿化度为1-3g/L的浅层微咸水，水化学类型一般为HCO3・SO4・CL-Na・Ca・Ma、HCO3・SO4・CL-Na・Ma、HCO3・CL SO4 �CNa、CL SO4 -Na・Ma等类型，主要分布于黄河以北的修武-获嘉-延津一带和安阳东部区域和黄河以南的开封-通许―鄢陵以东，分布面积15344km2。

　　矿化度大于3-5g/L的半咸水，其水化学类型为SO4・CL-Na・Ma、SO4・HCO3 -Na・等，主要分布在虞城、民权一带的黄河故道，分布面积298km2。

　　浅层高矿化水的成因类型一般为古盐渍化型，多与地下水径流滞缓和地下水浅埋有关。

　　3.1.2高氟水

　　浅层地下水含氟量高于1mg/L的地区，主要分布于黄河冲积平原。

　　黄河以北多呈片状分布在浚县、内黄、修武和封丘的东部。

　　黄河以南，呈断片状分布在开封-许昌-周口-商丘一带。

　　含氟高于1mg/L的区域面积259514km2，其中氟含量高于2mg/L的地区在周口北部局部、封丘-长垣东部，面积达2728km2。

　　从高氟水的分布特征可以看出，地下水中的氟含量与黄河堆积物，尤其是与次生黄土中的含氟矿物高、地下水径流滞缓存在正相关联系。

　　3.1.3高铁、高锰水

　　黄河两侧及以北高锰高铁呈三条带分布：一是现代黄河河道影响区，在郑州-开封-民权北一带，浅层地下水铁、锰含量分别达1.1mg/L和1.5mg/L以上;二是黄河古河道带和背河洼地，在新乡北-滑县-内黄一带，水中铁、锰含量均超标50%以上;三是新乡西北至安阳浚县的太行山前与黄河冲积平原交接洼地，浅层水铁含量超标近30%，锰含量超标20-80%。

　　地下水中富含铁、锰多与原生地球化学环境有关，一般在还原环境下，含水介质中亚铁含量较高。

　　3.2浅层地下水污染

　　河南平原浅层地下水污染区多分布在乡镇周边及城市废水排入的河流两岸，面积69168km2。

　　根据污染程度，近山区及驻马店市南东的确山、平舆、正阳和周口东北的太康等地为轻微污染区，污染面积21983km2。

　　水中氯化物、溶解性总固体、硝酸盐、COD、硫酸盐、氨氮等因子均达污染程度;中等污染区主要分布在黄河以北的焦作北部、新乡东南地区以及鹤壁的淇县、浚县。

　　黄河以南郑州东部-许昌-驻马店一带等，面积达30145km2。

　　主要污染因子有：总硬度、氯化物、高锰酸盐指数、硫酸盐、亚硝酸盐、溶解性总固体及氨氮等;严重污染区以条带状分布在黄河以北的新乡-濮阳-清丰等地，黄河以南多以片状分布在的开封东南、扶沟、淮阳、沈丘、漯河等地，面积17040km2。

　　主要污染因子有溶解性总固体、氯化物、硝酸盐、总硬度、高锰酸盐指数、硫酸盐、氨氮、亚硝酸盐等。

　　人类活动中环保意识的淡薄，导致了地下水污染。

　　城市生活污水及工业废水的排放，农田化肥、农药的长期使用，使得浅层地下水硬度、溶解性总固体、三氮、挥发酚、铬、氰化物、氨氮、有机氮、重金属等有害物质超标。

　　4浅层地下水合理开发利用的对策

　　4.1加强城市应急后备水源地勘查

　　河南平原区多以抽取浅层地下水作为主要供水途径的城市，多数存在着开采不合理、水位持续下降、地下水局部污染加剧、水资源衰减等问题;以地表水为主要供水水源的城市，突发污染事故时有发生，直接影响城市居民饮水安全。

　　近年来，气候干旱日益严重，地下水补给量减少，为提高城市供水安全保障程度，应当建立城市供水水源储备机制，包过建立非常规的并有一定开采周期的应急供水水源地，具有现实和长远意义。

　　4.2矿井水的综合利用

　　河南平原近山前地区有不少矿井排水，矿井排水大幅度降低了地下水位，疏干了浅部含水层，引起区域性地下水资源枯竭。

　　多数矿坑排水中部分水质较差，随意排放常造成水土污染，破坏地面生态环境等。

　　针对水资源短缺问题，世界上不少发达国家和我国部分地区已经开展了对矿井排水进行净化处理，使其作为城市供水水源和农田灌溉用水。

　　因此，综合开发利用矿井排水有利于循环经济的发展，也是资源节约型社会建设的需要。

　　5结语

　　河南平原是黄淮海平原的重要组成部分，人口集中，土地肥沃，既是我国重要的商品粮基地，又是河南城市集中分布区。

　　这一地区因地理位置、水文地质条件的特殊性和人类剧烈活动而使该区成为生态环境脆弱地区。

　　仅从浅层地下水资源的分布而言，该区已经成为典型的水质型缺水地区。

　　河南平原浅层地下水资源的科学利用与保护应当作为长期的战略任务。

　　哈尔滨地区地下水流动系统稳定同位素解释【3】

　　【关键】哈尔滨地区第四系含水层系统中地下水补给来源主要有降水入渗、侧向径流、河水侧渗。

　　但是不同地貌单元、不同的含水层结构的补给方式不尽相同，稳定同位素分析结果为区内地下水补给来源提供了重要信息。

　　【关键词】稳定同位素;地下水年龄;流动系统

　　1.地下水循环年龄分析

　　由地下水14C分析结果可以看出，哈尔滨地区第四系地下水循环年龄呈现出随埋藏深度而增加的规律。

　　深层地下水-猞猁组子系统地下水循环年龄多数大于5000a，在周家镇-阿城前锋村一带，地下水循环年龄达10000a以上;中深层―下荒山组子系统、顾乡屯组子系统中地下水循环年龄一般在3000-5000a之间;而浅层―全新统冲积层子系统地下水循环年龄小于3000a(见表1)。

　　中深层地下水同位素分析结果表表1

　　层位野外

　　编号采样

　　地点 δD(‰) δ18O(‰) T(TU) 14C

　　浅层 SD09 青冈子 -62 -6.1 12.1±1.7 2.52±0.16

　　浅层 CG27 万泉村 -67 -6.8 17.8±2.6 2.84±0.16

　　中深层 CG36 料甸林场 -54 -6.0 3.9±1.2 3.97±0.15

　　中深层 CG57 万隆乡 -58 -5.6 3.8±1.3 3.49±0.15

　　中深层 CG46 杨树乡 -62 -7.2 1.8±1.3 3.76±0.18

　　深层 CG38 红旗养殖场 -55 -7.2 <1.0 6.23±0.17

　　深层 CG46 前锋村 -61 -7.6 <1.0 10.95±0.25

　　2.地下水补给特征

　　松花江以北地带各子系统中的地下水补给方式随地貌单元不同而不同。

　　稳定同位素分析结果可以看出，深层地下水氚值均小于1 TU，为核爆前补给的地下水;根据分析数据绘制δD-δ18o关系图。

　　由图1可以看到，呼兰区东部高平原承压水样品中δD和δ18o值均远离当地降水线，氚值小于1TU，说明呼兰区东部的猞猁组、下荒山组含水层中地下水是来自边界外侧向径流补给的古水;进入呼兰河一级阶地，含水层系统是由猞猁组子系统和顾乡屯组子系统组成，样品中δD和δ18o值靠近当地降水线，但是地下水氚含量小于1TU，表明猞猁组子系统中地下水是由北部侧向径流补给的古水;而上层顾乡屯组子系统中地下水氚值多为1.5+1.2―2.5+1.1TU，表明已有核爆后的新水，说明该系统地下水具有大气降水垂直补给和侧向径流补给的混合水。

　　进入呼兰河漫滩和松花江漫滩，含水层系统主要是由全新统沉积层子系统和猞猁组子系统组成，全新统沉积层子系统以青岗子样品为代表，δD和δ18o值远离当地降水线，基本沿蒸发线分布，氚值为12+1.7TU,已有大量新水存在，基本属于现代水，表明是以大气降水补给为主;而下部猞猁组含水层子系统中氚的含量在小于1TU和1-5TU之间，说明该含水层系统具有侧向径流补给也有上层水的越流补给。

　　由此证明，江北漫滩区全新统沉积层和猞猁组含水层之间水力联系密切。

　　松花江南部地区，从δD-δ18O关系图中看到，第四系猞猁组含水层承压水样品δD和δ18O值多数远离降水线。

　　只有周家镇样品靠近当地降水线，并且氚含量为1.5+1.4TU，显示出有新的水混入，说明南部边界拉林河水参与了地下水的侧向径流补给;上层下荒山组承压水δD和δ18O值虽然远离降水线，但氚含量多数在1-5TU之间，特别是前锋村上部承压水和周家镇上部承压水氚含量分别为10.4TU和5.5TU，有大量新水存在，这是由于这一地带位于地下水分水岭附近，大气降水通过大型切割很深的沟谷渗入补给下荒山组含水层，致使该含水层出现既有大气降水补给又有侧向径流的补给现象。

　　3.地下水流动系统分析

　　从全区地下水水位分布特征来看，地下水位标高总的变化是东南、南及北东较高，一般为138.11-167.10m，变化趋势是自东南、南和北东向中部松花江一带降低，形成地下水由南北两个方向向中部松花江一带流动。

　　由于局部受地表水小流域的影响，使局部地段浅层地下水在接受大气降水后渗入地下，经短距离流动排泄于地表水体，地下水年龄均小于3000a,稳定同位素δD为-62―58‰、δ18O为-6.8―3.9‰，氚含量大于3.8+1.3TU，由此看出地下水具有较强的短距离循环特征，为局部流动系统。

　　部分浅层地下水在径流过程中越流补给中部含水层中，形成中深层地下水，并向下游径流，排泄于另一流域内的地表水体中。

　　地下水年龄一般在3000-5000a,稳定同位素δD为-75―-42‰、δ18O为-9.6―-3.6‰，氚含量一般在1.4+1.0―3.9+1.2TU。

　　地下水循环速度较局部系统慢，由此而形成的流动系统为中间流动系统。

　　主要表现在东官-水泉一线分水岭两侧的地下水。

　　中深层地下水在径流过程中渗入深部含水层区，是在中间流动系统之下径流，缓慢排泄到边界的河流区，地下水年龄一般在多数大于5000a,稳定同位素δD为-75―-52‰、δ18O为-9.7―-5.3‰，氚含量多数小于1.0，只有少数点在1.5+1.4―3.2+1.1TU。

　　因此而形成的流动系统为区域流动系统。

　　由以往地下水位统测获得的区内地下水水位等值线图可以看到，松花江以南地区地下水流向是以周家-东官-水泉一线为分水岭，分别流向拉林河和松花江。

　　因为以往所选的地下水位统测井，多数是利用民用小井或民用机井，这些井都是开采下荒山组含水层中的水或下荒山组含水层和猞猁组含水层中的混合水。

　　因下荒山组含水层地下水水位比猞猁组含水层地下水水位高，所反映的地下水流向主要是下荒山组含水层中的地下水流向,属于中间流动系统。

　　根据本次取样点LG05、CG50、CG46、CG38氚的含量来解释区内第四系深层地下水的流动趋势和滞留时间。

　　四个取样点都是采取同一层位的深层地下水，并且按顺序由南向北排列，LG05号点在工作区最南端靠近拉林河，氚的含量为1.5+1.4TU,说明地下水属于占比例较大的古水与核爆后的地下水混合水。

　　CG50、CG46号点位于拉林河与松花江两河中间地带，氚的含量均小于1.0TU，说明地下水为核爆前补给的古水;CG38号点接近地下水降落漏斗附近，氚的含量小于1.0TU，说明地下水仍是核爆前补给的古水。

　　这一现象证明拉林河一带新水已经对深层水产生补给，由于流动缓慢还没有影响到下游区域，由此判断猞猁组含水层子系统中地下水是由拉林河方向流向松花江，形成区域流动系统，而且流动缓慢，滞留时间较长。

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