新疆玛纳斯河流域地下水运移时间与混合研究

The sustainable exploitation of groundwater resources is closely related to the groundwater renewability and the favorable exploiting regions. It can provide reliable basis for revealing and mapping the groundwater renewability and its partitions by accurate analysis of the groundwater transit time and mixing characteristics. However, the groundwater transit time and mixing ratios are changing all the time due to the spatiotemporally varying recharge sources, which result in limited recognition of the groundwater renewability and rational use strategy. The purpose of this project is to study the spatiotemporal variation characteristics of the groundwater transit time and mixing in the Manas River catchment. Environmental tracers (isotopes and dissolved gases), hydrochemistry and numerical modeling methods are used to identify the groundwater recharge sources and to analyse the spatial variation of the groundwater transit time and mixing qualitatively and quantitatively along the typical cross section from the south depression to the oasis plain. The temporal variation characteristics of the groundwater transit time and mixing are analyzed in the typical sites based on the environmental tracer temporal variation from the precipitation and groundwater. The groundwater renewability and its partitions are obtained based on the result of the groundwater transit time and mixing spatiotemporal variation characteristics. This study is of great practical meaning to intimate knowledge about the groundwater transit time and mixing characteristics, to accurately evaluate the groundwater renewability and provide reasonable guidance for the groundwater resources sustainable exploitation in the arid inland basins.

地下水资源的可持续开发与地下水更新能力和有利开发地段密切相关。准确分析地下水的运移时间与混合特征能为正确揭示地下水更新能力及其分区提供可信的依据。但不同时空补给的地下水运移时间与混合比例时刻发生变化，局限了我们对地下水更新能力的认识以及开发方案的合理制定。本项目以干旱区玛纳斯河流域为例，选取从山间盆地到绿洲细土平原的典型剖面，采用环境示踪剂（同位素、溶解性气体）及水化学示踪、数值模拟等方法，识别地下水的补给来源，定性分析及定量计算地下水运移时间与混合特征的空间变化；在典型试验站点随时间变化监测降水和地下水环境示踪剂浓度，揭示地下水运移时间与混合特征的时间演变规律；综合地下水运移时间与混合特征的时空变化分析，揭示研究区地下水更新能力、圈定地下水更新能力分区。本研究对于深入认识干旱内陆盆地地下水的运移时间及混合特征、准确评价地下水更新能力和合理指导地下水资源可持续开发具有重要实际意义。

地下水资源的可持续开发与地下水更新能力和有利开发地段密切相关。准确分析地下水的滞留时间与混合特征能为正确揭示地下水更新能力及其分区提供可信的依据。论文以干旱区玛纳斯河流域为例，选取从山间盆地到绿洲细土平原的典型剖面，采用环境示踪剂（同位素、溶解性气体）及水化学示踪方法，识别地下水的补给来源，定性分析及定量计算地下水滞留时间与混合特征的空间变化；分析区域地下水水化学场、水动力场特征，构建天然条件和人类活动条件下的区域地下水流系统模式，并分析了人类活动对地下水流模式改变的影响。得到的主要认识如下：. （1）沿地下水流向地下水的混合表现出2种明显差异：石河子至一四七团地下水主要以接受垂向入渗补给、侧向混合为主；小拐、炮台和玛纳斯湖地下水接受侧向径流补给，不同含水层垂向混合显著。南盆地年轻地下水混合比例最高，达87~100%；玛纳斯河中游至下游地区，地下水的新水混合比例为12~91%。.（2）南盆地至玛纳斯河下游地区CFC-12计算的地下水平均滞留时间19~101年（平均51年），明显小于 3H输入计算的地下水平均滞留时间（19~158年，平均112.2年）。建立了水化学特征离子（SiO2、HCO3、SO4）、pH、TDS和地下水平均滞留时间的定量关系。.（3）天然条件下玛纳斯河流域第四系孔隙含水系统的地下水流模式可划分为局部、区域和中间水流系统。人类活动条件下，原本为区域或中间水流系统的地下水径流，受人类抽取地下水形成水头差，造成了绿洲平原区和沙漠区浅层地下水增加了灌溉入渗及蒸发为主的局部水流系统。.研究成果对于深入认识干旱内陆盆地地下水的滞留时间及混合特征、准确评价地下水更新能力和合理指导地下水资源可持续开发具有重要实际意义。