玛纳斯河流域地表水-地下水转化的水化学及同位素证据

发布时间：2020-08-08 19:33

【摘要】：玛纳斯河流域地处准噶尔盆地南缘,流域内蒸发强烈,降水稀少,水资源较为匮乏,水资源是制约当地经济发展和影响城镇居民生产生活的重要因素。而地表水与地下水的转化关系、转化量是流域水资源评价中的重要一环,开展地表水与地下水转化关系的研究对于进一步揭示流域水循环模式,进行流域水资源量评价,进而制定合理的水资源开发利用方案具有重要价值和意义。本文以玛纳斯河流域为研究区,在充分分析控制地下水流运动的地质地貌条件及收集和利用已有成果的基础上,以地下水流系统理论为指导,通过综合分析法探讨流域地表水与地下水转化的基本格局。结合地下水流数值模拟、水文地球化学、环境同位素等多种方法,分析流域水循环特征,进一步揭示不同地貌单元上地表水与地下水的转化关系。研究的主要成果如下:(1)从流域地质地貌条件及构造运动入手,充分分析前人的研究基础,明确了天然条件下和环境变化条件下流域内地表水与地下水的转化关系。地质地貌条件控制了流域地表水-地下水转化的基本格局,从南部山间洼地到北部的尾闾湖,地表水与地下水多次转化。在山间洼地,地表水与地下水发生了两次转化,从肯斯瓦特到山间溢出带地段,河水渗漏补给地下水,从山间溢出带到出山口,地下水由于第二排构造的阻挡溢出补给河水。在冲洪积扇河水与地下水脱节,河水通过较厚的包气带渗入到潜水面补给地下水,溢出带处地下水重新补给河水。在细土平原河水和地下水之间关系较为复杂,但总体趋势是地下水补给河水。在气候变化和人类活动的影响下,流域地表水-地下水的转化范围扩大,转化关系更加复杂。(2)利用地下水流数值模拟技术分析了流域地表水-地下水转化的动力学过程。结果表明,从南部山间洼地到尾闾湖,共发育3个局部水流系统、一个中间水流系统及一个区域水流系统。局部水流系统地下水径流较快,径流速度1m/d,地下水年龄小于50年;中间水流系统地下水径流条件减慢,径流速度0.1-1m/d,地下水年龄在50-20000年之间;区域水流系统地下水循环速度慢,径流速度0.1m/d,地下水年龄大于20000年。(3)随着地貌单元的变化,玛纳斯河流域地表水与地下水的水化学类型及特征具有明显的空间变异性。从山间洼地到尾闾湖,河水和潜水的TDS总体呈沿程增加的趋势,河水水化学类型总体演化趋势为由山间洼地的HCO_3·SO_4-Ca型演化为细土平原的SO_4·Cl-Na型,最后到玛纳斯湖演化为Cl-Na型水。潜水的水化学类型由SO_4·HCO_3-Ca型演化为HCO_3·SO_4-Ca型,再逐渐演化为SO_4·Cl-Na(Na·Ca)型和Cl·SO_4-Na型。地下水化学成分的演化揭示了地下水在流动过程中所受的水文地球化学作用,其中冲洪积扇和溢出带潜水主要受岩石溶滤作用控制,细土平原潜水则主要受蒸发浓缩作用控制,承压水主要受岩石溶滤作用控制。(4)同位素特征表明,玛纳斯河流域河水和地下水起源于南部高山区大气降水及冰雪融水,但流域内下游细土平原的河水偏离当地大气降水线,与降水线呈一定夹角,说明玛纳斯河河水流经下游细土平原时经历了较强的蒸发作用,下游河水蒸发比例高达17.36%~30.43%。水化学和同位素的空间演化特征表明,山间洼地上游和山前冲洪积扇为全区的补给径流区,山间洼地靠近出山口地段、溢出带开始至细土平原为地下水的排泄区,河水与潜水水力联系较为紧密,不断发生转化,承压水与河水联系较弱。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P592;P641;P343
【图文】：

第一章 绪论（4）根据地表水与地下水体的同位素信息掌握水体的补给来源，根据不同水体的同位素值的沿程变化确定地表水与地下水的转化关系，所受的蒸发作用等，并利用放射性3H 和14C 确定地下水年龄和更新速率。1.3.2 技术路线根据本文的研究目标，采用文献查阅、野外调查、数据分析集及数值模拟等手段对流域地表水与地下水关系进行了分析，本文采用的技术路线如图 1.1 所示。

第二章 研究区概况2.1 自然地理概况2.1.1 交通地理位置玛纳斯河流域位于天山北麓，准噶尔盆地南缘，地理坐标为北纬 43°26′～45°20′，东经 84°56′～86°24′(图 2.1)。流域地处欧亚大陆腹地，南部的天山山脉依连哈比尔尕山为其发源地，以尾闾湖玛纳斯湖为其北部边界，东西则分别以塔西河和巴音沟河为界，总流域面积 2.67 万 km2。行政范围包含石河子市、第八师所属的 10 个团场、玛纳斯县及所属 10 个乡镇、第六师新湖总场（除六分场）、沙湾县的 5 个乡镇和克拉玛依市小拐乡。流域内农业经济较为发达，有六大主要灌区。尽管地处西北内陆地区，但玛纳斯河流域的交通条件极为便利，连通欧亚大陆的北疆铁路、连霍(G30)高速公路、国道 G312 线从东到西横穿玛纳斯县、石河子市和沙湾县，东到首府乌鲁木齐，向西经奎屯市可达克拉玛依和伊宁市至霍尔果斯口岸。

长安大学硕士学位论文.2 气象条件由于地处欧亚大陆中心地带，玛纳斯河流域具有典型的大大陆性气候特征。流降水量分布呈现很强的时空差异性，由南到北流域的降雨量呈现逐渐降低的趋势南部高山区的大于 700m 降低到沙漠边缘及下游冲洪积平原 150mm 左右。降水量间上的分布也具有不均匀性，春夏季、秋冬季的降水分别占全年降水量的 67%和%（图 2.2）。流域内降水稀少，但蒸发量极大。渠首肯斯瓦特站多年平均蒸发量70.4mm，山前地带的石河子市蒸发量为 1529.8mm，靠近沙漠边缘的莫索湾蒸发达 1944.0mm。蒸发量在年内呈现出夏季大，冬季小的特征，夏季（6～8 月）蒸占年蒸发量的 43～52%，冬季（12～2 月）蒸发量仅占年蒸发量的 2～8%。

【参考文献】

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本文编号：2786018