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川中丘陵区农林复合小流域地下水补给过程研究

文献类型:学位论文

作者刘皓雯
答辩日期2019-07-01
授予单位 中国科学院大学
授予地点成都
导师唐家良
关键词川中丘陵区 水化学特征 氢氧同位素 地下水补给
学位专业土壤学
其他题名The Study on Groundwater Recharging Process in Small Agroforestry Watershed in Hilly Area of Central Sichuan Province
英文摘要近年来,全球气候持续变暖,极端干旱事件频发,甚至在降水丰富的地区季节性旱灾也时有发生(如四川盆地),地下水作为饮用水和灌溉水的重要来源,逐步成为水文研究的热点。地下水作为四川盆地紫色土丘陵区重要的饮用和灌溉水源,储量较低,补给速率不明,严重制约区域经济和社会可持续发展,因此地下水补给过程及其机理研究尤为重要。同时,川中丘陵区坡耕地长期施用大量氮肥明显加剧了硝态氮淋失迁移,下游水质已出现富营养化,地下水硝酸盐富集,严重威胁当地居民饮用水安全和下游水体水质安全,而目前缺乏针对川中丘陵区地下水循环过程(特别是补给过程)的研究。因此,本研究以川中丘陵区绵阳市盐亭县大兴小流域(105°27′E,31°16′N)为对象,通过综合观测,分析小流域降水、土壤水、地下水水文与化学性质动态特征,利用氢氧同位素示踪、氯离子平衡等手段估算区域地下水补给来源与速率,初步揭示区域地下水演化特征,为区域地下水水资源综合评估提供科学基础。主要结果和结论如下:1) 川中丘陵区浅层地下水水位季节动态规律研究区内地下水水动态类型为降雨入渗型,1-5月、9-12月为浅层地下水低水位期,5-9月为浅层地下水水高水位期,地下水水位具有季节变化规律,9-12月低水位期水位高于1-5月低水位期水位,主要原因是: 1-5月低水位期正值作物耕种、生长时期,耕作用水量、作物需水量较大,同时气温回升,蒸发量增大,因此地下水水位低于9 -12月。地下水水位与地理位置、地形等因素密切相关。研究区内,武家沟小流域浅层地下水水位随着海拔降低,水位呈现升高趋势,位于丘陵坡上的样点,地下水补给区域较小,位于山谷的样点,接受补给区面积大(在低山丘陵坡度整体较均匀的情况下)。根据单位涌水量排序,截流小流域:AJ4土壤水>深层潜水>浅层潜水,主要原因是雨季降水pH大于旱季降水pH。流域内浅层潜水EC浓度相较于深层潜水波动更大,EC浓度更低,潜水EC浓度雨季均小于旱季。流域内地下水水化学类型为Ca?Mg-HCO3或Ca -HCO3 ,属于低矿化度水,雨季与旱季地下水水化学类型差异小。土壤水水化学类型主要为Ca-HCO3?NO3。研究区域内地下水补给区不同覆被对地下水主要水化学性质影响较小,控制地下水水化学性质的关键因素为岩石风化水解。阳离子交换是地下水水化学作用的重要过程,研究区内潜水阳离子交换大于土壤水阳离子交换,并且位于两个小流域的低海拔区和集镇区的浅层潜水阳离子交换大于深层潜水,其余浅层潜水阳离子交换程度等于或小于深层潜水阳离子交换程度。研究区内岩石矿物性质与潜水离子浓度分析表明,地下水中 Ca2+、Mg2+、HCO3-主要来源于方解石、白云石等碳酸盐矿物的风化溶解,浅层地下水中SO42-可能与化石燃料的燃烧有关。在浅层地下水方解石与白云岩均处于过饱和状态,沉淀次序为:白云岩、方解石。它们在地下水中处于过饱和状态的的原因是研究区内多是由方解石与白云石组成的沉积岩,在浅层地下水流动过程中,地下水不断与周围岩石发生溶解反应直至饱和,且试验取样点为井水,井水停滞时间更长,因此与围岩发生溶解时间更长。石膏岩,钾长石,盐岩在浅层地下水中长期处于未饱和状态,主要原因是研究区内该类矿物成分含量少。方解石、白云岩、石膏岩、钾长石等在潜水中溶解次序为:白云岩、方解石、石膏岩、钾长石、盐岩。通过对比雨季和旱季方解石、白云石饱和指数发现,除林山小学井外,雨季饱和指数大于旱季饱和指数。3) 川中丘陵区浅层地下水补给过程解析川中丘陵区大气降水中δ18O雨量效应 、“逆温度效应”十分显著,大气降水中δ18O在雨季发生贫化。通过对研究区域持续六年的降水观测,建立了盐亭区域大气降水线(δD=7.19δ18O+13.7)。雨季氘盈余小于旱季氘盈余,说明雨季研究区降水水汽主要来源于低纬度海洋,研究区内旱季降雨水汽主要来源于四川盆地再蒸发水汽的补给。研究区内氘盈余具有周期性年际变化特点,与蒸发呈显著负相关关系。地下水雨季氢氧同位素比旱季氢氧同位素更富集,这与降水中氢氧同位素富集规律相反,主要原因是雨季地下水补给过程中水源受蒸发作用的影响更强烈。同时,根据地下水补给长期监测表明,地下水对降水的响应时间约在35-65天左右,在此基础上结合基于δ18 O示踪法的二水源混合模型与氯离子平衡法计算,得到研究区内全年降水对地下水的补给率大致在11.56%-45.66%之间,单次降水补给率大致在4.25%-58.50%之间。进一步分析表明研究区内降水补给率主要受降雨事件类型、补给区覆被类型、地形、地理位置的影响。 4) 川中丘陵区农业小流域地下水硝酸盐污染浓度分析研究区内部分区域地下水硝酸盐含量高,研究发现潜水补给区土地利用类型对地下水硝酸盐含量具有非常重要的影响,各土地利用下地下水硝酸盐浓度分布规律为林地<水田<耕地<集镇。此外,海拔位置、地形等因素对地下水硝酸盐浓度也具有重要影响,研究发现,山谷地区由于补给面积较大且地下水径流流速较慢,地下水中硝酸盐浓度相对较高,位于丘陵山坡上的潜水水层,因为坡度大,地下水径流流速较快,更新较快,因此地下水硝酸盐浓度也较低。
语种中文
页码85
源URL[http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/33959]  
专题成都山地灾害与环境研究所_山地表生过程与生态调控重点实验室
作者单位中国科学院成都山地灾害与环境研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
刘皓雯. 川中丘陵区农林复合小流域地下水补给过程研究[D]. 成都.  中国科学院大学. 2019.

入库方式: OAI收割

来源:成都山地灾害与环境研究所

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