同位素技术刻画安阳河流域地表水与地下水相互作用

发布时间：2020-06-09 02:29

【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,δ~(18)O)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δ~(18)O值与当地大气降水数据平均值接近,其中δD值为-44.31‰,δ~(18)O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‰,δ~(18)O值相差-4.9‰;2017年1月δD值相差-30‰,δ~(18)O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HCO_3·SO_4-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HCO_3·Cl·(SO_4)-Ca·(Mg)型,此点正是Piper图上在Cl+SO_4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SO_4离子减少,HCO_3+CO_3离子增加。Ca离子上下游变化不大,形成了HCO_3-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,SO_4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。
【图文】：

势分布,安阳,河流,位置

图 2.2 安阳河流域位置2.1.2 地形地貌安阳市地貌西部为低山丘陵，东部为平原。安阳河自西而东流经全境，漳河流经北部安阳市界，整体地势分布自西向东为逐渐递减，最高峰在林州境内

安阳市,少雨,雨量,半湿润

图 2.3 安阳市地形地貌.1.3 气象研究区为典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，，总体气候特点是春旱少雨，暖比较快；夏季炎热多雨，且雨量集中；秋季雨量适中；冬季寒冷少雨雪。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P333;P641

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