新疆喀什经济开发区地下水文过程及高硫酸盐形成机制研究

发布时间：2017-08-04 04:16

  本文关键词：新疆喀什经济开发区地下水文过程及高硫酸盐形成机制研究

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【摘要】：喀什市是我国西部开放的重要口岸,是喀什地区政治、经济和文化的中心。为充分发挥喀什地区沿边对外开放的区位优势,特设立喀什经济开发区并将之建设成为我国沿边对外开放的重要窗口。随着城市的发展,工业生产及群众生活用水的需求不断增加,当地水资源的合理开发利用已成为未来发展的重要议题。然而,喀什及其周边县区均属于水质型缺水地区,地下水中硫酸盐含量严重超标,积极改善城市生产生活用水条件已成为当地迫在眉睫的重要需求。本文在“新疆喀什经济开发区地下水循环演化与生态效应研究”项目支持下,以地下水动力学和水文地球化学理论为指导,通过野外调研及试验,利用环境同位素、典型剖面地下水流数值模拟及多组分溶质反应运移模拟等手段,综合分析研究地下水文过程、可更新能力及地下水中高硫酸盐形成机制,为区域水资源合理开发利用提供科学依据。获得如下认识:1、通过对研究区地质地貌条件、地质构造条件、水动力场及环境同位素研究,将研究区地下水文过程分为三种类型:大尺度基底构造简单的地下水文过程、中等尺度基底起伏的地下水文过程和小尺度基底构造简单的地下水文过程。2、研究区北部克孜勒河流域地下水属大尺度基底构造简单的地下水文过程,地下水来源于西南天山,受山区降水入渗、河谷潜流及冰雪融水补给,由出山口至克孜勒冲洪积扇区,地表水入渗补给地下水,至冲积细土平原区,地下水埋深变浅,局部地区以泉水的形式出露,地下水溢出补给地表水。含水层发育为二级水流系统,局部水流系统发育深度为150~200m,地下水径流速度为1.0~1.5m/d,地下水年龄小于50年;区域水流系统发育深度大于200m,地下水径流速度小于1.0m/d,地下水年龄大于7Ka。从山前冲洪积扇到冲积细土平原,地下水更新速率由7%逐步减小至小于1%。3、研究区南部盖孜河流域地下水属中等尺度基底起伏的地下水文过程,地下水来源于昆仑山区,受山区降水及基岩裂隙水补给由盖孜河冲洪积扇区向北径流,受库木塔格背斜阻挡后转东径流至细土平原区排泄。从盖孜河出山口经冲洪积扇至冲积细土平原区,地下水与地表水转化频繁。径流过程中受盖孜河大桥背斜影响,在背斜上下游形成近百米的跌水,在背斜—向斜—背斜构造作用下,在盖孜河冲洪积扇中下部形成大厚度潜水含水层。地下水发育三级水流系统,局部水流系统发育深度为50~75m,地下水径流速度为1.5~3.0m/d,地下水年龄小于20年;中间水流系统发育深度为120~160m,地下水年龄小于500年,地下水径流速度为0.5~1.5 m/d;区域水流系统发育深度大于250m,地下水径流速度小于0.5m/d,地下水年龄大于10Ka。从山前冲洪积扇到冲积细土平原,地下水更新速率逐渐减小,为7%~2%。4、研究区南部库山河流域地下水属小尺度基底构造简单的地下水文过程,由库山河冲洪积扇向东部细土平原区径流。从库山河出山口至冲洪积扇前缘,地表水入渗补给地下水;至冲积细土平原区,地下水溢出补给地表水。地下水来源于昆仑山区,在地形及水文地质条件影响下向东部低海拔平原区径流。从库山河出山口,地下水受上游地下水侧向补给及雨洪入渗、河道入渗补给,向冲洪积扇前缘径流,发育三级水流系统,局部水流系统发育深度为75~100m,地下水径流速度为1.0~3.0m/d,地下水年龄小于20年;中间水流系统发育深度为130~150m,地下水径流速度为0.5~1.0m/d,地下水年龄小于5Ka;区域水流系统发育深度大于200m,地下水径流速度小于0.5m/d地下水年龄大于5Ka。从山前冲洪积扇到冲积细土平原,地下水更新速率逐渐减小,为7%~2%。5、不同级别排泄基准面、地形因素、地质构造及含水层渗透性的空间差异性造成三种不同尺度地下水文过程具有明显的差异性。在北部克孜勒河流域,吐曼河作为主要排泄基准面控制了地下水的整体走向,沿地下水流向,含水层渗透性能逐渐减弱,基底地形坡降逐渐变缓,地下水流速减缓;在南部盖孜河流域,泉集河以及盖孜河作为地下水最终排泄点,控制地下水向北流动,在背斜构造的阻水作用下,转向东部排泄。背斜构造的存在影响了地下水文过程,基底的起伏掩盖了部分地形坡降引起的地下水流变化;在南部库山河流域,含水层岩性主要以大厚度含卵砂砾石为主,基底地形坡降相对较大,排泄基准面距离库山河出山口较近,地下水文过程主要受含水层介质、地形影响。6、通过地下水化学研究和34S同位素研究,喀什经济开发区地下水硫酸盐浓度总体表现为北部高南部低。在北部克孜勒河流域,地下水中硫酸盐浓度沿地下水流向逐渐增大,随含水层深度的增加硫酸盐浓度趋于减小,呈现出明显的水平和垂直分带特征。地下水硫酸盐化学特征的分带性除受到地下水埋深、地下水动力条件及水流路径上沿程累积作用影响外,含水层中石膏矿物的的存在也影响地下水硫酸盐的水文地球化学作用。7、通过建立多组分溶质反应运移模型,以高硫酸盐分布的克孜勒河剖面为研究对象,揭示在水流驱动下高硫酸盐形成的水文地球化学过程。在地下水补给径流区,含水层介质颗粒粗大,渗透能力强,水流速度快,以石膏、方解石、白云石等溶滤作用为主;在地下水径流排泄区,含水层介质颗粒细小,渗透能力差,水化学作用以蒸发浓缩和阳离子交替吸附作用为主。
【关键词】：喀什经济开发区 硫酸盐 环境同位素 地下水流数值模拟 多组分溶质反应运移
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P641
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 研究背景及选题意义12
• 1.2 国内外研究现状及存在问题12-17
• 1.2.1 地下水文过程研究12-14
• 1.2.2 地下水高硫酸盐形成机制研究14-16
• 1.2.3 研究区研究现状16
• 1.2.4 存在问题16-17
• 1.3 研究内容、方法及技术路线17-19
• 第二章 研究区概况19-35
• 2.1 自然地理条件19-22
• 2.1.1 交通地理位置19
• 2.1.2 气候特征19-20
• 2.1.3 水文特征20-21
• 2.1.4 生态环境21-22
• 2.2 地质地貌条件22-27
• 2.2.1 地形地貌22-23
• 2.2.2 地层岩性23-25
• 2.2.3 地质构造25-27
• 2.3 水文地质条件27-35
• 2.3.1 地下水赋存条件27-29
• 2.3.2 地下水补排特征29-31
• 2.3.3 地下水动态特征31-35
• 第三章 典型剖面地下水动力场研究35-45
• 3.1 地下水流数值模拟35-41
• 3.1.1 地下水流概念模型35-37
• 3.1.2 地下水流数学模型及求解37-38
• 3.1.3 模型参数识别验证38-41
• 3.2 水动力场模拟结果分析41-45
• 3.2.1 地下水流动系统划分及发育41-43
• 3.2.2 地下水流速分布及平均滞留时间43-45
• 第四章 地下水文过程同位素特征分析45-63
• 4.1 典型剖面氢氧稳定同位素特征及应用45-51
• 4.1.1 当地大气降水线45-46
• 4.1.2 氢氧稳定同位素特征46-49
• 4.1.3 地下水补给高程估算49-51
• 4.2 放射性氚同位素特征及应用51-61
• 4.2.1 经验法估算地下水氚年龄51
• 4.2.2 氚同位素数学模型51-52
• 4.2.3 大气降水氚恢复52-55
• 4.2.4 地下水氚年龄计算55-56
• 4.2.5 地下水更新速率计算56-58
• 4.2.6 地下水14C年龄58-61
• 4.3 研究区地下水文过程61-63
• 第五章 地下水高硫酸盐形成机制63-79
• 5.1 地下水高硫酸盐的水文地球化学特征及成因63-72
• 5.1.1 地下水主要离子地球化学特征63-66
• 5.1.2 地下水硫酸盐水文地球化学特征66-67
• 5.1.3 地下水34S特征67-68
• 5.1.4 高硫酸盐地下水成因分析68-72
• 5.2 典型剖面地下水多组分溶质反应运移模拟72-79
• 5.2.1 原理及方法72-74
• 5.2.2 模型建立74-75
• 5.2.3 模拟结果及分析75-79
• 第六章 结论79-81
• 参考文献81-88
• 攻读学期间取得的研究成果88-89
• 致谢89

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