生态补水条件下白洋淀流域地表水和地下水的水化学演化研究.pdf

摘要 白洋淀是华北平原最大的浅草型淡水湿地，对维护地区生态平衡具有不可替代的作 用。由于气候变化和人类活动的影响，水资源已成为白洋淀生态环境的关键制约要素。 通过生态补水可缓解白洋淀水资源供需矛盾，保障区域水安全，恢复其“华北之肾”功 能。因此，研究生态补水条件下白洋淀流域和淀区的水化学和水循环，对明晰地区水文 过程、实现水资源合理开发利用具有重要的理论意义和现实作用。 本文以白洋淀为研究对象，在分析水文气象、地层岩性和补水历程等资料的基础上， 运用氢氧稳定同位素和水化学的方法，开展地表水和地下水水化学演化的研究。主要研 究内容和结论如下： （1）白洋淀周边深层地下水的补给来源为西部太行山山前，浅层地下水受淀水渗漏 补给。沿地表水水流方向，氢氧同位素逐渐富集；地下水随深度增加，氢氧同位素逐渐 贫化。水系连通性及水动力条件差异，导致同时期淀水氢氧同位素组成存在空间差异。 淀水受降水及入淀河水补给；白洋淀流域地下水的补给高程为589.77 m~2255.10 m ；淀区 周边深层地下水补给高程为 1471.83 m~2255.10 m。通过稳定同位素估算出，白洋淀、河 水和水库水的平均蒸发损失率分别为33.92 ％、24.91 ％和9.14 ％。 （2 ）生态补水后白洋淀地表水和浅层地下水的水化学类型向 Ca ·Mg-HCO3 转变， 深层地下水水化学类型无显著变化。白洋淀地下水水化学类型为Na-HCO ，地表水为Na- 3 Cl·SO 及 Na-Cl·HCO 。受生态补水影响，地表水与浅层地下水的水化学类型向 Ca·Mg-H 4 3 CO3 演化。地下水离子主要受水岩作用、阳离子交替吸附和人类活动的影响。岩石风化是 水体离子的主要来源，碳酸盐岩风化、蒸发岩盐风化及硅酸盐岩风化对水体溶质的贡献 率分别为 42.10 ％、25.46 ％和23.70 ％。富含Ca2+ 、Mg2+ 的水库水补给白洋淀后，浅层地 下水Ca2+ 、Mg2+显著增加，白云石和方解石饱和指数上升。 （3 ）2018 年大规模生态补水后，白洋淀的水水位上升，周边地下水水位下降速率减 缓，白洋淀水环境好转。生态补水为淀水的主要补给项（77.96 ％），其次为降水（22.0 4 ％）；地表水蒸发为白洋淀的主要消耗项（78.71 ％），其次为下泄水量（13.51％）及地 表水渗漏（5.79 ％）。生态补水中应采取“先治污，后补水”措施，减少补水过程中污染物 向淀区运移。同时，保障白洋淀地表水补给项（生态补水），是修复区域生态环境的基础； 通过调节地表水渗漏（河道清淤）、下泄水量（向下游排水）改变地表水消耗项，是补给 地下水、改善水环境、促进水循环和恢复区域生态屏障的关键。 关键词：地表水；地下水；生态补水；水化学演化；水循环；白洋淀 I 目录 目录IV 第1 章绪论V 1.1 研究背景与意义 1 1.2 国内外研究综述2 1.3 研究内容5 1.4 研究路线5 第2 章研究区概况7 2.1 自然地理概况7 2.2 水文地质概况9 2.3 淀区补水历程 10 2.4 样品采集和测试分析 12 第3 章地表水和地下水氢氧同位素时空分布 14 3.1 地表水氢氧同位素时空分布特征 14 3.2 地下水氢氧同位素时空分布特征 16 3.3 本章小结 18 第4 章地表水和地下水水化学时空分布 19 4.1 地表水水化学时空分布特征 19 4.2 地下水水化学时空分布特征23 4.3 本章小结24 第5 章地表水和地下水的主要离子来源25 5.1 氢氧同位素示踪水体来源及损失25 5.2 水化学指示地下水水体离子形成过程28 5.3 地表水和地下水离子来源定量估算34