基于氚同位素的安阳河中下游流域地下水更新能力研究

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2020.066

现代地质 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (03): 693-702.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2020.066

基于氚同位素的安阳河中下游流域地下水更新能力研究

黄先贵¹(), 平建华²(), 禹言³, 朱亚强¹, 张敏¹

1.郑州大学水利科学与工程学院,河南郑州 450001
2.郑州大学地热与生态地质研究中心,河南郑州 450001
3.河南省巩义市水利局,河南巩义 451200

收稿日期:2019-07-20 修回日期:2020-06-21 出版日期:2021-06-23 发布日期:2021-06-24
通讯作者: 平建华
作者简介:平建华,男,博士,教授,1976年出生,水文学及水资源专业,主要从事水文水资源教学与研究。Email: pingjianhua@zzu.edu.cn。
黄先贵,男,硕士研究生,1994年出生,水文学及水资源专业,主要从事同位素水文地质研究。Email: 15093082755@163.com。
基金资助:
NSFC—河南人才培养联合基金项目(U1504404);“安阳市水资源承载能力分析研究”

Groundwater Renewability Study Based on Tritium (³H) in the Middle and Lower Watershed of Anyang River

HUANG Xiangui¹(), PING Jianhua²(), YU Yan³, ZHU Yaqiang¹, ZHANG Min¹

1. School of Water Conservancy Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou, Henan 450001, China
2. Geothermal and Ecological Geology Research Center, Zhengzhou University, Zhengzhou, Henan 450001, China
3. Water Conservancy Department of Gongyi, Gongyi, Henan 451200, China

Received:2019-07-20 Revised:2020-06-21 Online:2021-06-23 Published:2021-06-24
Contact: PING Jianhua

摘要/Abstract

摘要：

利用水中氚值与地下水年龄分布特征和多年平均更新速率,分析安阳河中下游流域地下水更新能力。应用MGMTP重建研究区1953—2016年大气降水氚值,应用集中参数模型(LPMs)计算地下水年龄,采用Le Gal La Shalle等提出的方法估算潜水与泉水多年平均更新速率。研究结果表明:(1)潜水与泉水由近20多年来大气降水补给。潜水样点受局部水文地质条件控制,补给径流条件差异明显。(2)小南海泉平均滞留时间23 a,多年平均更新速率3.6%,水量呈不断衰减趋势。(3)安阳河冲洪积扇扇后缘为补给区,受地表水渗漏与大气降水入渗补给,更新能力较强。扇中部至京港澳高速路地带为现代地下水,年龄40~60 a。扇前缘为现代与次现代地下水的混合水,年龄大于60 a,更新能力较弱。(4)剥蚀岗丘与冲洪积平原深层承压水为较老地下水,更新能力极弱。因此,对小南海泉域的保护需要加强,并在短时期内能取得明显成效。受南水北调中线水源补给及限量地下水开采影响,安阳市区地下水降落漏斗大幅度缩减。

关键词: 氚同位素, 地下水年龄, 地下水更新能力, 安阳河中下游流域

Abstract:

Groundwater renewable ability in the middle and lower watershed of Anyang River are studied by analyzing the tritium concentration of water, groundwater age and mean annual renewal rate (MARR). The MGMTP is employed to reconstruct the ³H concentration of atmospheric precipitation in the study area (1953-2016), whilst the groundwater age and MARR of phreatic water and springs are assessed via Lumped Parameter Modelling (LPM) and the method developed by Le Gal La Shalle et al., respectively. The results indicate that: (1) Phreatic water and springs received atmospheric precipitation recharge over the past 20 years, and the recharge and flow condition of the unconfined groundwater extended widely due to the regional hydrogeological control. (2) The mean residence time of the Xiaonanhai spring is 23 years, associated with 3.6% of MARR and its flux has been attenuating. (3) Unconfined groundwater in the empennage of the Anyang River alluvial/proluvial fan and recharge area has considerable renewable capacity, as it received direct recharge from infiltrated atmospheric precipitation and surface water leakage. Groundwater from the middle zone of the fan to the Beijing-Hongkong-Macao highway is 40-60 years old, and is largely sourced from modern atmospheric precipitation. Nevertheless, that in frontal belt of the fan has very low renewable capacity due to its mixing nature between modern groundwater and older input, with average age not younger than 60 years. (4) Deep confined groundwater in both the eroded hills and alluvial and flood plain is very old and has thus low renewability. This indicates that protection of the Xiaonanhai spring should be increased, and considerable achievement should be obtained in short period of time. The underground water depression cone in the Anyang city urban area has been substantially shrunk by the water supply from the Middle-Route of South to North Water Transfer Project, and the restriction on groundwater exploitation.

Key words: tritium, groundwater age, groundwater renewability, middle and lower watershed of Anyang River

中图分类号:

P641.1
P632

黄先贵, 平建华, 禹言, 朱亚强, 张敏. 基于氚同位素的安阳河中下游流域地下水更新能力研究[J]. 现代地质, 2021, 35(03): 693-702.

HUANG Xiangui, PING Jianhua, YU Yan, ZHU Yaqiang, ZHANG Min. Groundwater Renewability Study Based on Tritium (³H) in the Middle and Lower Watershed of Anyang River[J]. Geoscience, 2021, 35(03): 693-702.

图/表 10

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年份	降水量/mm	氚值/TU	年份	降水量/mm	氚值/TU	年份	降水量/mm	氚值/TU	年份	降水量/mm	氚值/TU
1953	-	17.89	1970	453.87	119.55	1987	542.99	18.99	2004	568.00	8.40
1954	-	199.46	1971	601.63	123.41	1988	539.65	20.66	2005	587.76	9.49
1955	-	28.27	1972	610.54	76.23	1989	536.46	20.62	2006	592.37	11.72
1956	1 019.31	127.30	1973	697.01	79.19	1990	760.90	23.68	2007	507.16	9.24
1957	498.53	81.55	1974	504.43	75.02	1991	485.25	26.18	2008	517.59	9.10
1958	877.69	407.57	1975	513.65	69.86	1992	351.21	21.14	2009	560.17	9.15
1959	642.99	313.34	1976	607.06	54.55	1993	623.61	15.41	2010	588.75	7.81
1960	477.80	86.23	1977	511.03	60.19	1994	719.26	20.93	2011	597.66	8.69
1961	795.83	137.98	1978	379.65	59.25	1995	455.82	22.25	2012	472.82	8.51
1962	575.78	783.05	1979	370.07	32.82	1996	671.42	30.09	2013	480.00	8.66
1963	1 194.67	1923.32	1980	481.73	35.05	1997	291.53	20.55	2014	534.10	8.61
1964	792.86	1226.83	1981	308.63	33.16	1998	625.80	15.22	2015	478.40	8.63
1965	257.74	507.33	1982	744.66	20.69	1999	457.79	9.10	2016	565.55	9.06
1966	416.15	363.83	1983	481.46	18.25	2000	718.47	12.10	2017	522.30	11.00
1967	590.72	172.03	1984	645.85	21.54	2001	554.15	12.21
1968	528.71	143.50	1985	515.20	20.43	2002	330.39	9.78
1969	616.98	138.90	1986	290.69	25.31	2003	780.46	8.99

年份	降水量/mm	氚值/TU	年份	降水量/mm	氚值/TU	年份	降水量/mm	氚值/TU	年份	降水量/mm	氚值/TU
1953	-	17.89	1970	453.87	119.55	1987	542.99	18.99	2004	568.00	8.40
1954	-	199.46	1971	601.63	123.41	1988	539.65	20.66	2005	587.76	9.49
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1957	498.53	81.55	1974	504.43	75.02	1991	485.25	26.18	2008	517.59	9.10
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1960	477.80	86.23	1977	511.03	60.19	1994	719.26	20.93	2011	597.66	8.69
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1962	575.78	783.05	1979	370.07	32.82	1996	671.42	30.09	2013	480.00	8.66
1963	1 194.67	1923.32	1980	481.73	35.05	1997	291.53	20.55	2014	534.10	8.61
1964	792.86	1226.83	1981	308.63	33.16	1998	625.80	15.22	2015	478.40	8.63
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编号	类型	水位埋深/m	氚值/TU		年龄/a	更新速率 /%	编号	类型	氚值/TU
编号	类型	水位埋深/m	雨季	旱季	年龄/a	更新速率 /%	编号	类型	雨季	旱季
10	泉水	-	8.2	7.1	23.0	3.6	2	地表水	-	5.8
11	泉水	-	-	7.3	23.0	1.9	3	地表水	-	7.8
14	潜水	5.17	9.8	6.7	6.8	9.6	4	地表水	10.3	9.7
16	潜水	6.43	6.4	-	11.9	1.3	5	地表水	8.5	7.2
17	潜水	0	-	7.3	3.8	17.8	6	地表水	-	7.4
26	潜水	14.67	11.7	9.5	5.0	<58.0	7	地表水	-	6.9
44	潜水	15.52	-	6.9	23.4	13.0	8	地表水	-	7.8
1	地表水		8.9	8.0			9	地表水	-	7.1
氚值统计	采样时期	地表水样品数	潜水样品数	泉水样品数	地表水/TU		潜水/TU
	采样时期	地表水样品数	潜水样品数	泉水样品数	分布	平均值	分布	平均值
	雨季	3	3	1	8.5~10.3	9.23±1.17	6.40~11.7	9.30±1.27
	旱季	9	4	2	5.8~9.7	7.52±0.86	6.7~9.5	7.60±0.80

编号	类型	水位埋深/m	氚值/TU		年龄/a	更新速率 /%	编号	类型	氚值/TU
编号	类型	水位埋深/m	雨季	旱季	年龄/a	更新速率 /%	编号	类型	雨季	旱季
10	泉水	-	8.2	7.1	23.0	3.6	2	地表水	-	5.8
11	泉水	-	-	7.3	23.0	1.9	3	地表水	-	7.8
14	潜水	5.17	9.8	6.7	6.8	9.6	4	地表水	10.3	9.7
16	潜水	6.43	6.4	-	11.9	1.3	5	地表水	8.5	7.2
17	潜水	0	-	7.3	3.8	17.8	6	地表水	-	7.4
26	潜水	14.67	11.7	9.5	5.0	<58.0	7	地表水	-	6.9
44	潜水	15.52	-	6.9	23.4	13.0	8	地表水	-	7.8
1	地表水		8.9	8.0			9	地表水	-	7.1
氚值统计	采样时期	地表水样品数	潜水样品数	泉水样品数	地表水/TU		潜水/TU
	采样时期	地表水样品数	潜水样品数	泉水样品数	分布	平均值	分布	平均值
	雨季	3	3	1	8.5~10.3	9.23±1.17	6.40~11.7	9.30±1.27
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编号		氚值/TU				年龄/a			编号	氚值/TU					年龄/a
编号		雨季		旱季		年龄/a			编号	雨季			旱季		年龄/a
13		6.8		5.5		58.8			31	8.6		-			46.6
15		8.5		7.9		46.6			32	-		6.6			41.9
18		8.3		6.8		44.0			33	<1.0		0.5			>64.0
19		8.0		5.9		48.8			34	8.9		6.5			50.8
20		10.3		6.3		55.1			35	5.2		3.6			58.1
21		<1.0		0.5		>64.0			36	4.3		3.5			60.0
22		9.0		8.0		46.6			37	4.0		1.6			>61.0
23		9.6		7.9		47.8			38	6.8		6.0			62.3
24		8.2		6.8		44.0			39	6.5		5.0			47.8
25		10.2		9.2		48.0			40	4.1		4.8			60.6
27		8.6		7.4		44.3			41	5.7		4.0			61.8
28		7.4		6.5		42.0			42	1.7		2.4			>59.0
29		10.9		7.5		42.1			43	3.9		3.7			>56.0
30		10.5		8.4		47.1			45	<1.0		0.5			>64.0
氚值统计	采样时期		样品数		分布范围/TU		平均值 /TU	分布频率
	雨季		27		1.0~ 10.9		7.33± 1.17	<4.0 TU 为19%			4.0~9.0 TU 为62%			>9.0 TU 为19%
	旱季		27		0.5~ 9.2		5.31± 0.76	<4.0 TU 为30%			4.0~9.0 TU 为67%			>9.0 TU 为3%

基于氚同位素的安阳河中下游流域地下水更新能力研究

Groundwater Renewability Study Based on Tritium (³H) in the Middle and Lower Watershed of Anyang River

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[1]	刘峰，崔亚莉，张戈，耿付强，刘洁. 应用氚和¹⁴C方法确定柴达木盆地诺木洪地区地下水年龄[J]. 现代地质, 2014, 28(6): 1322-1328.
[2]	孙琦, 余翔, 周训, 陈剑杰, 高为超. 中国西北干旱区多级洼地地下水环境同位素分布特征及指示意义[J]. 现代地质, 2011, 25(6): 1195-1200.

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