地表水-地下水的交错带及其生态功能

地表水与地下水的相互作用在全球水循环中发挥着重要的作用,交错带是地表水-地下水相互作用的重要桥梁和纽带,并成为生态水文学这一新的研究领域的前沿课题。地表水-地下水的交错带是地表水与地下水的混合区域,该区域内生物地球化学活动强烈。地表水-地下水的交错带主要受自然因素和人为因素的影响。交错带内常发生物理作用、化学作用和生物作用过程,并影响交错带中水分的运动过程、溶质迁移过程和生物活动过程。交错带在水生生态系统中具有重要的功能,主要体现在缓冲作用、提供生物栖息地、提供食物、提供残留物种的保护区。交错带过程的模拟、观测方法和交错带内的生物地球化学过程和示踪以及交错带的生态功能值得进一步关注和深入研究。     

西北地区大型内陆盆地地下水系统演化特征分析

论文对西北地区各大型内陆盆地地下水系统中含水系统的结构特征和地下水径流特征进行了对比分析。利用模糊数学方法对内陆盆地各流域地表水与地下水相互转化模式进行了识别,结果表明,各流域地表水与地下水相互转化不仅在形式上是一致的,而且在量化比例上也具有非常的相似性。文章还就水文环境变化和人类活动对地下水系统演化规律的影响进行了探讨。在此基础上,对西北地区内陆盆地水资源合理开发利用提出了一些合理化建议。     

淮河中游北岸地区“四水”转化研究

针对近期强人类活动对区域水循环的影响,以淮河中游北岸典型区为研究对象,利用分布式水文模型研究该地区的"四水"(大气水、地表水、土壤水和地下水)转化定量关系。结果表明,研究区水循环受人类活动影响剧烈,产生了明显的自然-社会二元性特征,对"四水"间的相互转化产生重要影响;2003—2010年研究区地表水、土壤水和地下水存在正向补给趋势,增加了当地水资源可利用量;研究时段内研究区需要来自区域外的水汽补给来支持年均39.77×108m3的降水量。最后在定量分析的基础上给出了当地水资源管理与合理利用的若干建议。区域"四水"转化关系研究可为当地的水资源评价、规划和管理提供基础性的技术支持。     

大气降水中重金属的研究

人为源和自然源释放到大气中的重金属污染物,在大气降水作用下降落到地面,继而被土壤、水体或者浮游生物吸收,在生物链中富集,严重影响生态环境和人类健康。通过收集与整理国内外大气降水中重金属研究的相关文献资料,系统解析了大气降水中重金属的检测方法、基本化学特征及其对地表水、地下水、海洋生态系统以及土壤环境的影响,在此基础上指出了该领域研究的重点为大气降水对重金属元素在水圈、大气圈、岩石圈和生物圈中迁移规律的影响形式、影响程度和影响范围以及和其他元素相互作用的机理。     

新疆博尔塔拉河流域平原区地表水与地下水水化学特征及转化关系

博尔塔拉河流域地质条件复杂,地表水与地下水转化频繁,研究地表水与地下水水化学特征及转化关系对流域水资源合理开发和配置具有重要意义.基于2021年4～5月采集的15组地表水样和39组地下水样,采用APCS/MLR模型和稳定氢氧同位素与水化学相结合的方法,分析了地表水和地下水水化学类型和氢氧同位素分布特征、水化学组分源贡献...     

浅层地下水与地表水污染物交换关系研究——以常州市老城区为例

通过研究北市河地质结构、地表水和地下水补排关系、污染物在地表水和地下水中的迁移转化规律及转化量这3个方面来分析地下水与地表水的水力联系,发现北市河从地质角度上上游、中游具备发生水利联系的条件,而下游的发生水利联系的可能性很小;上游平水期污染物由地表水扩散到地下水,丰水期由地下水扩散到地表水;中游地区地表水的污染物扩散到地下水,而下游就没有明显的污染物扩散现象.然而并未发现地下水地表水之间有明显的相互影响.     

基于PCA-APCS-MLR模型的滇池流域地下水质量影响因素定量识别

近年来,随着人类活动的加剧,滇池流域地下水质量不断恶化.本研究在评价流域地下水质量及主要影响指标的基础上,利用主成分分析法(PCA)归纳主要影响水质的驱动因子,并结合绝对主成分得分-多元线性回归受体模型(APCS-MLR模型)进一步量化了人为和天然因素对流域内地下水质量的影响程度.结果表明：(1)滇池流域约78%的地下水超过GB/T 14848-2017《地下水质量标准》Ⅲ类水标准,其中主要超标指标为铝(Al)、锰(Mn)和总铁(TFe).(2)通过主成分分析(PCA)提取了5类影响水质的主成分因子,分别为水岩相互作用因子(24.27%)、生活污水漏排因子(17.09%)、农业活动污染因子(12.24%)、地质环境背景因子(10.26%)和工业活动污染因子(9.14%),方差累积贡献率为73.00%.(3)利用APCS-MLR模型进一步量化了各类人为和天然因素对流域内地下水质量影响的贡献,5项因子对特征指标的平均贡献率分别为45.15%、70.76%、45.54%、54.1%和44.59%.研究显示,人类活动对地下水的过度开采及工农业活动是导致区域地下水质量下降的主要因素.     

河水和地下水相互作用带中硝酸盐浓度影响因素研究——以黑河中游临泽河段为例

黑河中游张掖盆地地表水和地下水均遭受不同程度的硝酸盐污染。选取了黑河中游河水和地下水相互作用带中典型剖面,研究了河水和地下水相互作用对硝酸盐污染物迁移过程的影响,分析了控制硝酸盐从地下水向地表水迁移的因素及途径。结果表明:河水和地下水相互作用带中物理混合过程对硝酸盐浓度分布的影响明显,氧化还原过程等化学作用对其影响不显著;河水与地下水的补排关系及其强度控制着硝酸盐的迁移过程。基于该研究结果,选用二元混合模型计算了河水与地下水相互作用带中不同位置处的混合比例,定量分析了河水混合作用对地下水中硝酸盐浓度的影响。     

基于水化学和稳定同位素的白洋淀流域地表水和地下水硝酸盐来源

为探究白洋淀流域生活污水河附近地表水和地下水硝酸盐来源,于2014年7月沿着生活污水纳污河——府河采集地表水和地下水.通过分析水化学和氢氧同位素(δ~2H、δ~(18)O)明确地表水和地下水转化关系,并通过硝酸盐氮(δ~(15)N)同位素确定硝酸盐来源.结果表明,河水来源于城市和农村生活污水,同时受蒸发作用影响.浅层地下水受府河、白洋淀和太行山山区地下水侧向补给.浅层地下水硝酸盐超标(世界卫生组织)率为16.7%.受水体自净能力的影响,府河上游硝酸盐浓度大于下游.受区域水流方向的影响,南岸浅层地下水硝酸盐浓度大于北岸.近河和近淀区域浅层地下水硝酸盐主要来自于地表水.此外,土壤、化肥及其点源污染也是地下水硝酸盐的主要来源.城市和乡村居民生活及农业生产活动影响区域地表水和地下水硝酸盐.     

丹江流域山区地表水-地下水水化学特征及其影响因素

丹江流域是南水北调中线工程重要水源涵养区,深入研究丹江流域水化学特征及其影响因素,对区域水资源保护及合理利用具有重要意义.通过对丹江流域水样采集与分析,综合运用描述性统计、Piper三线图、Gibbs图、离子比例系数法及氢氧同位素的方法,分析丹江流域水化学特征及其影响因素.结果表明,丹江流域水体整体呈弱碱性,主要水化学类型为HCO3-Ca型,中游离子质量浓度及水化学类型变化频繁.流域水体均受大气降水补给,地表水受蒸发作用影响明显,水化学组分受岩石风化溶解、离子交换和人类活动共同影响. Ca2+和Mg2+源于方解石、白云石及石膏等碳酸盐和硫酸盐矿物溶解,农业活动是水中硝酸盐的主要来源.地表水与地下水频繁转化和支流汇入影响是丹江干流空间分布特征差异化的主要原因.     

永定河上游地表水-地下水水化学特征及其成因分析

永定河上游流域是冀西北重要的水源涵养区和生态屏障区,受气候变化和高强度人类活动影响,径流减少和水环境恶化问题日益突出.深入研究自然和人类活动共同影响下的地表水-地下水水化学特征及其成因,可为区域水资源可持续利用提供科学参考.本研究利用（δ²H和δ¹⁸O）氢氧同位素关系明确地表水和地下水来源,并在此基础上结合数理统计和水文地球化学方法,分析水化学特征及其成因.结果表明,地表水和地下水主要来源于降水.受自然因素及人类活动的共同影响,洋河和桑干河流域水化学类型差异显著.整体上,地表水离子浓度表现为：桑干河>洋河.桑干河流域地表水主要阳离子为Na⁺,主要阴离子为Cl^-和SO₄^2-,且水化学类型多样;洋河流域地表水主要阴阳离子分别为HCO₃^-和Ca²⁺,水化学类型分布相对集中.影响地表水水化学的自然因素主要为矿物溶解和蒸发,但人类活动却体现出流域差异,其中桑干河为支流的工业废水排放,而洋河流域为农业生产和城市.然而,由工业废水排放和酸雨输入导致的地表水Cl^-和SO₄^2-浓度持续增加,是地表水资源可持续利用的限制因素.因此,未来桑干河流域地表水资源利用要综合考虑总盐分和水化学组成的影响,而洋河流域主要考虑总盐分的影响.因地制宜地进行地表水资源利用,是永定河上游水资源可持续利用和恢复地下水位行之有效的措施.     

地下水“三氮”污染来源及其识别方法研究进展

地下水"三氮"污染来源的识别研究对污染控制与修复有重要的意义.在阐述地下水"三氮"污染来源(大气氮沉降、土壤天然有机氮矿化、地表径流氮输入、人类活动氮排放等)及其在我国的分布特征的基础上,总结了国际上常用的"三氮"污染来源识别方法,包括水化学方法、统计学相关方法、区域氮平衡法、稳定同位素示踪法及一些新型示踪方法.指出由于"三氮"污染来源的多样性及污染形成机制的复杂性,单一识别方法在应用中均有较明显的局限性,目前主流识别手段为稳定同位素示踪法与多种识别方法相综合.进一步提出要加强新型示踪方法的开拓、定量识别方法的优化,污染源识别与迁移转化机制、地下水补排条件、地下水-地表水转化关系等研究相结合为未来发展的主要趋势.     

岩溶易旱区地下水水文地球化学特征及其控制因素——以兴仁县为例

地下水是岩溶易旱区极其重要的水资源,是当地生态环境和人类生存的基本保障。通过收集整理岩溶易旱区兴仁县地下水水化学数据,分析与研究,发现岩溶易旱区地下水的溶解组分主要来源于碳酸盐岩的溶蚀,水化学类型主要为HCO_3-Ca型和HCO_3-Ca·Mg型,部分地区由于受到岩层中石膏夹层溶解的影响,水化学类型为HCO_3·SO_4-Ca·Mg型。地下水中Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-等离子受流经区域地层岩性和水-岩相互作用的影响,表现出显著的区域性特征,属自然来源;K~+、Na~+、Cl~-、NO_3~-等指标与人类活动关系密切,SO_4~(2-)受水-岩相互作用和人类活动共同影响。岩溶易旱区地下水水文地球化学容易受到人为活动的干扰且日趋明显,降低人为活动对岩溶地下水的影响是确保岩溶易旱区地下水环境及饮水安全的关键。     

重庆典型岩溶地下水系统水文地球化学特征研究

以重庆青木关岩溶地下水系统为例,分析了地下水系统入口地表水和出口地下水两年的水文过程、物理化学及部分δD、δ18O数据,目的是掌握地下河系统地球化学在时间及空间上的特征及变化规律.结果表明,研究区地下水系统流量受降雨的影响存在丰水期和枯水期,地下水中化学组分在岩溶含水层运移的过程中受水岩作用、人类活动和雨水稀释作用的共同影响,并表现出较为明显的时间和空间规律性.地下河系统入口的地表水δD、δ18O值分布于重庆大气降水线的下方,地表水蒸发作用强烈,且旱季δD、δ18O值重于雨季,存在明显的季节效应;出口地下水的δ18O、δD值较入口偏负,且相对稳定,认为雨水主要是以通过落水洞直接灌入和通过岩溶非饱和带扩散流等两种形式转换为地下水.     

浑河流域地表水地下水水质耦合模拟

以浑河流域为研究区,在现场调查、动态监测和资料分析的基础上,根据浑河流域的具体实际条件,包括水文和水文地质条件,分别建立了浑河流域地表水地下水水流耦合模拟模型及水质耦合模拟模型.模拟对象包括地表水、包气带水和饱水带水.运用HydroGeoSphere（HGS）技术系统对地表水和地下水进行联立并行同步求解.根据浑河流域地表水地下水同步动态监测资料,分别对地表水地下水水流和水质耦合模拟模型进行了校正和检验.之后,根据设定的情景方案,应用所建立的模拟模型对浑河流域地表水地下水未来的水质污染状况进行了预报.结果表明：基于HGS技术系统的地表水地下水水流和水质耦合模拟模型能够刻画流域地表水地下水各自的运动规律以及二者之间的水力联系与相互转换关系.若地表水受到污染（如农田施肥）,不仅会影响到地表水,也会对地下水造成影响,反之亦然.     

垃圾填埋场地下水相关研究的研究热点与趋势:基于CiteSpace的可视化分析

随着经济社会的发展,我国每年会产生大量生活垃圾,而填埋由于具有成本低、操作便捷等优点,成为应用最为广泛的生活垃圾处理手段。然而垃圾填埋却会产生大量的垃圾渗滤液,严重威胁周边地下水的安全。为探讨垃圾填埋场地下水领域的研究热点与前沿,基于文献计量与数据可视化分析软件CiteSpace对Web of Science数据库进行了文献统计与信息挖掘,以期为我国垃圾填埋场地下水研究提供借鉴与参考。结合CiteSpace分析图谱发现,研究热点主要有渗滤液、吸附、重金属、评价方法（层次分析法）、多环芳烃、渗滤液污染指标、硝化等;研究前沿已从重金属、挥发性有机物（甲烷、碳）等具体的污染物质研究逐渐转变为污染区域、污染物影响、地理信息系统等研究。结合相关文献及CiteSpace结果进行分析认为,基于地理信息系统知识精细刻画区域内污染物的传输与扩散模型,以及结合污染区域健康风险评估进行系统的垃圾填埋场污染修复和治理工作将成为今后的发展趋势。     

曹妃甸地区地下水水化学特征及影响因素的R型因子分析

通过对2008年12月份在曹妃甸地区采集测试的25组水化学资料进行分析,探讨了该区地下水的水化学特征,并利用R型因子分析法对影响该区地下水化学组分的4个主要因素进行了研究,结果表明:区内浅层地下水基本都为高矿化的Cl-Na型,深层地下水水化学类型具有一定的水平分带性;高矿化的地表水和潜水主要是蒸发浓缩作用和沿海土壤易溶盐含量高共同影响的结果,深层地下水水化学组分主要受含水介质中易溶盐分组成和补给水高碳酸含量的影响;地下水中NH4+、NO3-和NO2-的广泛检出反映了农业生产和人们生活排污等人类活动对地下水化学组分的影响。     

泾河支流地表水地下水的水化学特征及其控制因素

为研究泾河支流(黑河流域)的水化学特征及其控制因素,2014~2015年先后采集枯水期及汛期地表水和地下水的水样242个,综合运用Piper三线图、相关性分析和Gibbs图等方法,分析了黑河流域水化学特征,并探讨了黑河流域的水化学演化规律.结果表明,研究区水体均呈弱碱性,2014年枯水期地表水和地下水阳离子以Na+为主,分别约占阳离子总量的56%和58%;阴离子以SO_4~(2-)为主,分别约占地表水和地下水阴离子总量的33%和39%;其它3个时期主要地表水和地下水组成阴阳离子均以HCO_3~-和Na~+为主,约占阴离子和阳离子总量的44%~46%和42%~56%.枯水期地表水TDS在上中游波动较大,汛期地表水和地下水的TDS由上游到下游沿河道逐渐增加.由枯水期到汛期,地表水的水化学类型由Na-Mg-Cl-SO4型转变为Ca-Mg-HCO3型,地下水由Mg-Cl-SO_4型转变为Ca-Na-HCO_3型.水化学样品点大部分分布在Gibbs图左中上部,说明流域水化学离子形成主要受岩石风化和蒸发-浓缩作用的影响,而人类活动对水化学的影响在枯水期较汛期更显著.     

崇明岛浅层地下水化学特征及其影响机制

为探究长江口浅层地下水化学特征及其影响机制,选择崇明岛为研究对象,采集22个浅层地下水样本和3个地表水样本,检测11项水化学指标及氢氧同位素.利用描述性统计分析、Arc GIS空间分析、Piper图解和离子比例系数等分析方法,分析研究区浅层地下水化学类型与离子空间分布,讨论控制浅层地下水化学演化过程的主要因素和离子来源,探究地表水与浅层地下水的水力联系.结果表明:崇明岛浅层地下水pH在7.30~7.94之间,整体呈中性硬水,36%为极硬水,围垦地区浅层地下水矿化程度较高;浅层地下水化学类型有13种,以HCO₃-Ca水为主,占样本数的27%,主要分布在崇明岛中部、西南部;从西部到东部阴离子由HCO₃-向Cl-过渡,阳离子由Ca2+向Na+过渡,在围垦区,浅层地下水化学类型以Cl·HCO₃-Na为主.研究显示,水-岩作用、阳离子交换作用和人类活动是影响崇明岛浅层地下水化学特征的主要影响因素,浅层地下水与地表水水力联系紧密.      

运用水热运移模拟定量评价地表水与地下水的转化

地表水与地下水相互转化关系和转化水量的时空变化规律是干旱地区水资源评价和合理利用的基础。河床沉积物的水力参数对于河流渗漏量评价具有很高的敏感性,使用温度观测数据约束和校正,可以提高河床沉积物水力参数和地表水与地下水转化量的可信度。以新疆玛纳斯河流域炮台镇附近头道沟渠道的排水干渠为研究对象,通过野外原位试验实时监测渠道横断面地下水温度、地下水水位、渠道地表水水位和不同埋深处河流沉积物的温度变化,分析渠道地表水与地下水相互转化关系变化前后温度的规律特征,并建立二维均质多孔介质变饱和土壤水热运移耦合数值模型,模拟分析与计算头道沟干渠渠道地表水与地下水的相互转化关系和转化量。结果表明:浅层河床沉积物的温度信号及温度梯度可有效示踪渠道地表水与地下水的相互转化关系,反演模型参数,提高数值模型的可信度;模型反演得到的土壤饱和水力传导系数为7.05 m/d;监测模拟时段内,0～28.6 d内渠道地表水补给地下水,渠道研究断面单位长度累计入渗量为35.3 m~2/d,28.6～37 d内地下水向渠道排泄,渠道研究断面单位长度累计排泄量为9.626 m~2/d,监测的37 d内渠道研究断面单位长度累计入渗量为25.674 m~2/d;2015年7月27日22∶00至8月25日12∶30,头道沟干渠渠道地表水入渗补给地下水,地表水入渗补给量约为4.448×10~5 m~3;2015年8月25日12∶30至9月2日22∶00,头道沟干渠排泄地下水,地下水排泄量约为1.213×10~5 m~3。该研究结果可为研究区或类似地区水资源评价和地表水与地下水联合调度提供参考。