鄱阳湖典型洲滩地下水—湖水转化关系研究

来源 :华北水利水电大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:jgw0646
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高度动态的水位生消变化是鄱阳湖独具的水文特征,由此导致湖泊洲滩湿地季节性干湿交替尤为显著,使得洲滩湿地水文系统产生颇为敏感的动态响应。地下水与湖水转化关系及相互作用机制研究对于湖泊水资源管理、维持湖泊生态系统稳定性等方面具有重要意义。地下水与湖水相互作用研究的要点就是两者之间的补排关系及转化规律,鄱阳湖地下水-湖水转化关系及主要影响因素的研究对科学保护和恢复鄱阳湖生态适宜的水文节律、维持鄱阳湖湿地生态系统健康、湖区水环境与水资源评价等具有重要现实意义。论文以揭示鄱阳湖洲滩地下水-湖水转化关系,并探析不同典型区地下水与湖水之间的作用关系为主要研究目标,采用多种方法相结合的研究策略,首先对地下水位和湖水位进行野外现场监测,采用野外监测的方法对地下水的流速和流向进行测定;通过采集地下水及湖水样品同位素分析等方法,分析地下水位动态变化,并依据水化学数据及地下水流场特征揭示地下水与湖水之间的补排关系以及二者之间的转化规律。运用工程物探方法探究地质雷达探测技术及高密度电法在鄱阳湖典型洲滩的适用性,并利用地质雷达和高密度电法探测鄱阳湖不同季节条件下地下水位过程线(沿剖面梯度变化)变化特征,分析包气带岩性和地下水分布特征及空间展布形态。最终通过达西定律及统计学方法估算鄱阳湖不同典型区湖水与地下水的水力联系。主要得到以下结论:(1)地质雷达与高密度电法综合分析得出,平均意义上,鄱阳湖典型洲滩湿地1.7 m到2.65 m为岩层,3.5 m为潜水位。表明地质雷达具有高分辨率浅层勘探的能力,对于探测成层明显的横向发展的介质较为敏感,因此在洲滩湿地这种沉积地形中,地质雷达可以精确表征其地下成层埋深的情况。高密度电法的实验结果表明,研究区地形由陆地向湖泊逐渐倾斜,其方向与湖水退水方向一致,近地表地层视电阻率随着走向方向和深度逐渐增大,极距3 m所探测得的结果分辨率较高,极距6 m探测的深度较深。(2)通过对鄱阳湖典型研究区水样进行采集,分析结果表明,湖岸带地下水和湖水呈弱酸性,二者水化学结果基本一致,主要阴阳离子为SO42-、Ca2+和Mg2+。通过流速流向仪测定结果结合Surfer软件分析得出研究区地下水流向是由丘陵地区流向下游鄱阳湖区,潜水面是由补给区倾向排泄区的斜曲面。水化学结果及地下水流向在一定程度上表明地下水和湖水之间存在转化关系。(3)通过地下水位监测数据分析表明,研究区地下水位呈现出明显的动态变化即由上游至下游地区逐渐减小,但整体水位变幅基本在2 m范围之内。距湖区和河流较远的上游丘陵地区地下水最大流速为19.5 m/d;下游湖区附近地下水平均流速约5.1m/d,地下水流向与地形变化基本一致,表明研究区地下水很有可能向下游鄱阳湖排泄并在枯水期补给湖水,进一步说明地下水与湖水之间存在转化关系。(4)鄱阳湖典型洲滩降水及2、4、6月采集的地下水和湖水水样拟合结果可以看出,氢氧同位素拟合较好;得出当地降水线方程(LMWL)δD=8.61δ18O+14.48;斜率与截距均明显大于全球大气降水线,表明鄱阳湖典型洲滩的蒸发作用较弱,湖水及地下水主要来自大气降水补给。地下水与湖水同位素的值基本一致,湖水中δ18O平均值为-5.13‰,δH平均值为-29.32‰;地下水中δ18O平均值为-5.17‰,δH平均值为-30.0‰,因此可以判断鄱阳湖典型洲滩地下水与湖水的水力联系密切,在4月和6月雨季时期尤为明显。(5)基于野外定点监测数据,采用达西定律与统计方法的定量结果分析表明,鄱阳湖洲滩湿地地下水和湖水在丰水期(69月)保持密切的转化关系,湖泊水位与洲滩湿地水位变化大多时候呈正相关性,说明湖水位变化是影响洲滩地下水位变化的主要因素。典型洲滩的湖水位和地下水位变化呈现高度的一致性,说明二者之间存在较为明显的水力梯度,除了7月份外,地下水位和湖水位一直存在较大的水位差,可以表明湖岸带地下水向鄱阳湖排泄强度具有季节差异。总体而言,湖岸带地下水位在整个监测期内都高于鄱阳湖水位,两者之间的水位差会导致地下水以不同速率流向湖泊,即地下水补给湖水,且湖水与地下水的转化关系呈季节性变化。
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