水文地球化学模拟的国内外研究现状

近年来,随着水文地球化学理论研究的不断深入,水文地球化学模拟技术得到了迅速地发展,建立了比较完善的水文地球化学模型,并开发出了不同计算用途的水文地球化学软件近百个,应用于组分分布计算、地下水成因分析、水质评价、水质预测以及污染物迁移转化规律研究等多个方面,从而为指导对地下水的监测、保护及合理开采,预测地下水污染的发生、...     

石河子市地下水水文地球化学模拟

研究区域地下水的水文地球化学作用对地下水开发利用及保护有着重要的意义。在石河子市选取一个典型剖面运用PHREEQC软件对该剖面地下水进行水文地球化学模拟。结果表明:在研究区典型剖面地下水演化过程中,控制地下水化学成分的主要矿物为方解石、白云石、石膏、CO2以及Ca2+/Na+的交换作用;受水文地质条件差异、地层岩性不同等影响,各矿物发生的水岩作用在不同地段有不同的表现。     

吉林西部水文地球化学演化规律研究

地下水是半干旱地区水资源和生态环境安全的重要保证,研究半干旱地区地下水化学演化对区域生态环境保护和水资源管理具有重要意义。半干旱蓄水盆地有其独特的气候环境、地质环境和水化学环境,具有水平和垂直分带性的水文地球化学特征。本文以吉林省西部典型干旱农业区为例,基于野外调查及水质取样分析数据,采用多种方法刻画了研究区水平和垂直方向的水文地球化学演化规律。研究区地貌条件变化使地下水水流动力环境和地层岩性发生变化,驱动了主要水化学作用的变化,使地下水化学作用由溶滤作用逐渐过渡至阳离子交替吸附和蒸发浓缩作用,由补给区至排泄区,潜水水化学类型由HCO3-Ca型变为HCO3-Na型。承压水在补给区以溶滤作用为主,排泄区的水化学特征主要受含水构造控制及温暖干旱的沉积环境控制。水文地球化学模拟结果表明潜水水化学的形成受方解石/白云石的沉淀、石膏/萤石/岩盐的溶解、蒸发稀释作用（稀释存在于灌区）和Ca-Na离子交换的控制,承压水化学的形成受方解石的沉淀及白云石/石膏/萤石/岩盐的溶解控制。研究结果对吉林西部地下水开发利用及水生态环境保护具有重要现实意义,也对其他半干旱蓄水盆地的水化学演化研究具有指导意义。     

坝基老化的正向水文地球化学模拟

广义地来讲,坝基的老化是坝基岩土体(包括帷幕)对大坝修建后坝基应力环境、水环境和化学环境变化的一种回应,而坝基岩—水系统中所发生的水文地球化学作用,考虑到时间因素,则是导致坝基老化的主要原因。为此,根据不同化学组分在坝基岩—水系统中的相互转化规律,建立了坝基老化的正向水文地球化学模型,利用Newton-Raphson法对模型进行求解,并把模型应用到三峡大坝坝基老化分析中验证了模型的可靠性和实用性。     

坝基老化的反向水文地球化学模拟

根据不同化学组分在坝基岩水系统中的相互转化规律,建立了坝基老化的反向水文地球化学模型,利用Barrodale-Roberts算法对模型进行求解,计算给定随机误差极限范围内不同坝基渗漏量条件下的坝基岩土体与地下水溶液间的物质交换量及其变化范围。将该模型应用到新安江大坝右坝段坝基老化分析中,结果表明所建立的模型可靠实用,求解速度较快。     

关中盆地浅层地下水水文地球化学分布特征研究

以揭示地下水化学场的形成机理为研究目的,在了解关中盆地水文地质的基础上,分析了地下水的水化学特征,讨论了其形成机理。结果表明:水化学类型、矿化度、硬度均具有明显的水平分带特征,但由于受到地质地貌和水文地质不同的制约,又各有特点;离子含量的分布与pH值、矿化度、硬度和水化学类型的分布规律有着一定的联系;离子的变化趋势的大小明显受到矿化度大小的约束,且地下水动力场对化学场起着控制性作用。     

关中盆地潜水水文地球化学演化机理

在分析关中盆地水文地质背景的基础上,根据地下水的水文地球化学特征,讨论了研究区潜水的形成机理。结果表明:地下水水动力和水化学类型具有明显的水平分带特征,水动力场对水化学类型的分布起着控制性作用;Cl-浓度与TDS的大小可用来表征研究区的蒸发强度;研究区内地下水离子交换作用主要发生在高矿化度的地下水中。PHREEQC模拟结果显示,沿地下水流向,路径1、2以方解石和石膏的沉淀为主,离子交换方式主要是Na+-Ca2+交换;而路径3则以方解石沉淀、白云石和石膏溶解为主,除发生Na+-Ca2+离子交换外,还存在着Ca2+-Mg2+交换现象。     

吉林省长岭县浅层地下水水文地球化学演化规律分析

开展地下水水文地球化学形成演化机制的研究,对水质评价和水资源合理利用具有重要意义。本文利用吉林省长岭县1981-2003年间潜水和承压水的水质分析结果,采用水文地球化学方法研究了区内地下水的水文地球化学作用及水质演化规律。选取198个水质监测点进行分析、处理,运用Piper三线图解法、Gibbs图解法、离子比值分析法对吉林省长岭县地下水水文地球化学形成演化机制进行研究。研究结果表明:研究区地下水主要受到阳离子交换作用和岩盐溶解作用影响,其阴离子以HCO-3为主,阳离子以Ca2+和Na+为主,地下水偏弱碱性,硬度较大。研究区潜水水化学类型以HCO3—Ca为主,承压水水化学类型以HCO3—Na为主,地下水水化学类型较稳定,地下水水质受人为因素影响较小。     

基于水文地球化学的坝基帷幕防渗性能分析

充分考虑水溶液中络合物的影响,计算坝址库区水环境中方解石、白云石、石膏的饱和指数;结合化学热力学、化学动力学、水文地球化学、水文地质学和矿物溶解动力学理论基础,采用据此推导出的由水化学指标表示的达西定律解析式,计算水电站复合坝基帷幕地质体的渗透系数。将计算结果与现场压水试验和灌浆帷幕防渗控制值、幕后渗排水量、水压、析出现象等指标进行对比,分析该计算方法在帷幕地质体上的适用性及合理性,并据此分析评价水电站防渗帷幕的运行现状。结果表明,用水质指标计算的渗透系数能很好地说明灌浆帷幕地质体的渗透现状,对评价帷幕防渗性能有指示作用,可为其他类似工程的帷幕性能评价提供参考。     

关中盆地浅层地下水水文地球化学分布规律研究

收集了关中盆地162个浅层地下水水化学分析数据,采用描述性分析、相关性分析和主成分分析等数理统计方法,对水化学成分的分布特征与形成作用进行研究。结果表明:研究区浅层地下水中阴离子以HCO3-为主,渭河以南地下水中阳离子以Ca2+为主,渭河以北以Na+为主,在地下水中,HCO3-、Ca2+、Mg2+含量比较稳定,Cl-、SO42-含量变化较大,属于随环境变化的敏感因子。渭河南北地区地下水水化学场的形成作用有所差异,南部地区以风化-溶滤作用为主,北部地区以矿物溶解和蒸发浓缩作用为主。该成果可为区域水资源的可持续利用及环境管理提供科学依据。     

江汉平原西缘地下水水文地球化学过程研究

鄂西丘陵山区地下水向江汉平原运移是较复杂的水文地球化学过程,通过数理统计、水化学分析、Gibbs图以及水文地球化学模拟等方法对江汉平原西缘不同类型地下水运动及其化学组分变化规律进行了研究。结果表明:裂隙岩溶水主要化学类型为HCO_3-Ca和HCO_3-Ca+Mg型,碎屑岩类裂隙水为HCO_3-Ca和HCO_3-Ca+Na型,孔隙水以HCO_3-Ca型为主。方解石和白云石的溶解是丘陵山区主要的水文地球化学过程,孔隙水和裂隙水以岩盐和石膏的溶解为主,裂隙水中还存在阳离子交换吸附作用,少量孔隙水受蒸发-沉淀作用的影响。地下水由丘陵山区向平原区径流过程中发生了石膏以及少量岩盐和钾长石的溶解,同时伴随着阳离子交换吸附和硝化反应,方解石和少量的钠长石因为过饱和而发生沉淀。     

林甸县地下水中氟的分布规律和水化学特征分析

论述大庆林甸县地下水中氟离子空间分布规律,并利用水化学统计分析和水化学模拟方法揭示其产生机理。结果表明:①研究区内高氟地下水多为中等TDS的弱碱性水,其水化学类型以钠镁、钠钙水为主,氟含量与地下水中主要离子成分配比有一定相关关系;②潜水中氟离子聚积成因主要跟阳离子交换和蒸发浓缩作用有关,而承压水中氟离子的形成机理主要为含氟矿物的溶解。     

A SIMPLIFIED NUMERICAL MODEL OF 3-D GROUNDWATER AND SOLUTE TRANSPORT AT LARGE SCALE AREA

A simplified numerical model of groundwater and solute transport is developed. At large scale area there exists a big spatial scale difference between horizontal and vertical length scales. In the resultant model, the seepage region is particularly divided into several virtual layers along the z direction and vertical 1-D columns covering x-y 2-D area according to stratum properties. The numerical algorithm is replacing the full 3-D water and mass balance analysis as the 2-D Galerkin finite element method in x- and y-directions and 1-D finite differential approach in the z direction. The reasonable method of giving minimum thickness is successfully used to handle transient change of water table, drying cells and problem of rewetting. The solution of the simplified model is preconditioned conjugate gradient and ORTHOMIN method. The validity of the developed 3-D groundwater model is tested with the typical pumping and backwater scenarios. Results of water balance of the computed example reveal the model computation reliability. Based on a representative 3-D pollution case, the solute transport module is tested against computing results using the MT3DMS. The capability and high efficiency to predict non-stationary situations of free groundwater surface and solute plume in regional scale problem is quantitatively investigated. It is shown that the proposed model is computationally effective.     

水均衡法在区域地下水资源量评价中的应用研究

地下水资源是我国西北地区水资源的主要组成部分,对地下水资源全面科学的综合评价是解决水资源缺乏问题的基础性工作。详细阐述了区域地下水资源评价方法,水均衡法特点、基本原理及计算内容。通过收集资料,对西北某地区地下水资源进行了定量计算,为科学合理地利用地下水,保持水土平衡,促进该地区经济可持续发展提供了依据。     

青海省水中长期供需平衡模型建立与应用

依据水资源系统分析原理,建立了一个多层次、多水源、多用户的水资源长系列供需平衡动态调算模型。模型主要由数据管理、供需平衡计算、规划调整、结果统计分析四部分组成。模型主要控制方程包括水量平衡方程、行业水供需平衡方程、边界条件类方程、初始条件以及特殊类方程。模型的调度规则包括了供水调度规则和用水调度规则。与传统供需分析模型相比,该模型具有针对缺水区域进行新增工程能力布设的规划能力。该模型应用于青海省水中长期供求规划中。应用结果表明,该模型实现了青海省水资源供需平衡分析中可供水量、供水保证率、水资源开发程度、供水能力、余缺水量以及新增工程能力规划等一系列指标的计算,为水资源管理部门提供了一个科学的、有效的决策工具。     

Estimating submarine groundwater discharge and associated nutrient inputs into Daya Bay during spring using radium isotopes

Daya Bay, a semi-enclosed bay in the South China Sea, is well known for its aquaculture, agriculture, and tourism. In recent years, many environmental problems have emerged, such as the frequent(almost yearly) occurrence of harmful algal blooms and red tides. Therefore,investigations of submarine groundwater discharge(SGD) and associated nutrient inputs to this bay have important theoretical and practical significance to the protection of the ecological system. Such a study was conducted using short-lived radium isotopes ~(223)Ra and ~(224)Ra. The estimated SGD fluxes were 2.89 × 10~7 m~3/d and 3.05 × 10~7 m~3/d based on ~(223)Ra and ~(224)Ra, respectively. The average SGD flux was about 35 times greater than that of all the local rivers. The SGD-associated dissolved inorganic nitrogen(DIN) and dissolved inorganic phosphorus(DIP)fluxes ranged from 1.95 × 10~6 to 2.06 × 10~6 mol/d and from 5.72 × 10~4 to 6.04 × 10~4 mol/d, respectively. The average ratio of DIN to DIP fluxes in SGD was 34, much higher than that in local rivers(about 6.46), and about twice as large as the Redfield ratio(16). Our results indicate that SGD is a significant source of nutrients to the bay and may cause frequent occurrence of harmful algal blooms. This study provides baseline data for evaluating potential environmental effects due to urbanization and economic growth in this region.     

地下水模拟模型与优化模型耦合技术研究进展

通过对地下水资源管理概念的介绍,阐述了加强地下水科学管理是实现水资源可持续利用的重要手段,指出如何实现模拟模型与优化模型的耦合,是完成地下水系统管理模型构建的关键,根据已经发表的国内外大量文献,系统地回顾和总结了国内外耦合方法(嵌入法和响应矩阵法)的研究情况和应用现状,通过比较两种方法的优缺点,分析了实际运用中存在的问题,指出最适宜单位脉冲值的选择和探求解嵌入法的经济方法等问题是今后研究需要重视的方面。     

水资源模拟模型在河南引黄灌区的应用

根据黄河下游河南引黄灌区的基本情况和特点，对黄河流域水资源模拟模型在该区应用中的技术和方法进行了分析，对所拟方案运算结果表明，采用经济灌溉定额，不但可以节约用水，而且灌区各项效益指标均有所提高或改善，对该区的水资源开发利用评价结果是：当地水资源严重不足，节约用水势在必行，“四水”联合运用可避免因黄河枯水或当地干旱对农业造成的重大损失。     

Regional groundwater prediction model using automatic parameter calibration SCE method for a coastal plain of Seto Inland Sea

Operational groundwater prediction models vary in complexity, but most of them have parameters for which values must be estimated. In the present study, the proposed regional groundwater prediction model was based on a nonlinear water balance model, which is very easy to be used once its parameters were determined. The traditional procedure of the model calibration was done manually using a trial and error process of parameter adjustments. In this case, the goodness-of-fit of the calibrated model is based on a visual judgment by comparing the simulated and the observed data. It requires considerable training or experience and is also typically laborious and time consuming. Thus, this paper proposed an approach, which considered the possibilities of using a nonlinear optimization technique -- the Shuffled Complex Evolution (SCE) method to calibrate the groundwater model. The applicability of this technique was demonstrated with a case study for a coastal plain in Japan. The performance of the groundwater model with SCE method was evaluated by comparing the measured and predicted data.