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干旱区准噶尔盆地西南缘地下水系统和悬河补给研究

周宏春  
【摘要】: 文中首先扼要总结了世界上干旱区地下水形成的研究内容和方法,干旱区的环境特征和水文地质规律,回顾和分析了研究区准噶尔盆地西南缘奎屯河流域的中上游地区地下水研究现状和有待深化的课题。在分析研究区地下水系统的结构、组成、边界条件、新构造活动对系统影响的基础上,通过地下水水化学场、温度场、PH、Eh、环境同位素组成及其变化的研究,总结了地下水电阴阳离子相的演化规律,探讨了地下水的形成条件,包括补给来源、补给高程、形成时的气温。并以此为基础,提出了独山子南向斜盆地和沙尔隆水源地地下水系统的概念模型,分析了水文系统中大气降水、地表水和地下水之间的转换关系。在剖面上,区分了局部的、过渡和区域的地下水流系统,计算了不同水流系统中地下水渗流速度和交替时间。 以奎屯河、包古图河为原型,划分了松散介质上发育的悬河类型,分析了悬河的形成条件、补给机理,并改进了Morel—Seytoux等(1988)定入渗量的处理办法,将地表水均衡方程和Green—Ampt型水流方程耦合起来,用奎屯河新、老龙首河段的实测资料,计算了水丘补给量q(t)和水丘水位Z_(?)(t),并评价了非饱和带水平和垂向渗透系数的变化、初始含水量亏损等对q(t)和Z_(?)(t)的影响。 河流—含水层系统是干旱区特有的地下水赋存形式,而悬河则是山前地带广泛发育、形成局部地下水流系统且随时空变化的补给“源”。作者将张忠胤(1964)先生提出的概念加以扩大,广义地将悬河定义为:河水位与区域地下水位相脱节或明显高于地下水位、河床下分布有地下水丘并给补两侧含水层的河流。在地表水—地下水转换关系上,悬河中地表水始终补给地下水。补给量的大小由河流量特征、河床及其以下非饱和带中沉积物组成和结构、含水层调蓄功能等多个方面的因素制约。当非饱和带由多层透水能力不同的地层交替成层时,初始介质含水量呈“叠瓦”状的分布型式,相对于粗粒透水层,入渗水的补给过程可概化为“逐层饱和、逐层下渗”的模式。当非饱和带由分选性较差、颗粒大小混杂的介质组成时,入渗水在重力和毛细力综合作用下。首先浸润、饱和细径孔隙通道,然后再部分饱和粗径孔隙通道。水的入渗过程可概化为液—汽相界面的运移。对间歇性河流而言,补给水源具有脉冲性质,因此,入渗过程是不连续的。 定性地评价了地下水开采研究区对生态环境及天然绿洲带的影响。从水文系统中水资源总量是一定的观点出发,提出协调工农业用水比例、提高水资源利用的经济效益以促进整个流域经济发展的建议。 总之,作者通过水动力学、水文地球化学和环境同位素等方法,系统地研究了准噶尔盆地西南缘地下水的形成条件。分布特征及演化规律,并对悬河补给的定量评价做了有益的尝试。


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