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干旱地区大气降水入渗补给研究-以北山预选区新场向阳山预选地段为例

作　者: 李杰彪
导　师: 苏锐
学　校: 核工业北京地质研究院
专　业: 矿产普查与勘探
关键词: 干旱戈壁地区大气降水入渗补给土壤渗透性氚示踪法氯离子质量平衡法
分类号: P641.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

降水入渗是地下水资源的重要补给来源，有时甚至为唯一的补给来源。降水入渗补给量的确定是地下水资源评价及水资源科学管理的重要基础工作。特别是在干旱‐半干旱地区水资源紧缺的地区，准确评价大气降水入渗补给量或补给资源是制定水资源规划和地下水可持续开采方案的基础。以往的研究工作主要针对平原地区、山前盆地或者内陆河流域等展开，针对极干旱的荒漠戈壁地区研究甚少。随着我国高放废物地质处置库选址与场址评价工作的深入开展，极干旱的荒漠戈壁地区大气降水入渗补给问题日益得到广泛关注和重视。本论文以高放废物处置库甘肃北山预选区新场向阳山预选地段为地质背景，以干旱的戈壁荒漠地区大气降水入渗补给机理为核心与重点，完成了新场向阳山预选地段包气带渗透特征研究、包气带氚示踪法以及氯离子示踪法应用研究等工作。通过综合实验和分析研究，在干旱戈壁荒漠地区大气降水入渗补给研究的方法和理论方面取得了一定进展，首次获得了新场向阳山预选地段大气降水入渗补给定量结果，对该地段大气降水入渗补给特征有了新的认识。本论文取得了以下创新成果和认识。1.获得了新场向阳山地段包气带土壤的渗透参数，基本查明了新场向阳山地段包气带土壤的渗透特征及其影响因素。（1）研究区内包气带土壤渗透系数差异较大。总体来看，沟谷地带的渗透性能优于缓坡地带，缓坡地带渗透性能优于平滩地带，其均值分别为4.0×10-5m/s、1.6×10-5m/s、7.69×10-6m/s。（2）研究区包气带土壤渗透性主要影响因素是土壤的颗粒组成（粒径>0.5mm的颗粒与粒径<0.1mm的颗粒），而土壤的离子总量、土壤pH值以及粒径在0.5~0.1mm范围内的颗粒影响最小。2.利用历史示踪剂氚研究新场向阳山地段大气降水入渗补给。（1）土壤中氚含量（包括自由态氚、结合态氚）随深度变化显著；土壤中氚含量（包括自由态氚、结合态氚）随深度变化特征显示大气降水入渗补给过程与剖面颗粒组成、矿物成分、重量含水量、有机质含量以及土壤渗透性关系密切。（2）在结合态氚示踪法研究方面，建立并掌握了一套完整的结合态氚分离提取技术方法和手段，为今后进一步开展结合态氚示踪研究奠定了方法基础。根据包气带土壤剖面中结合态氚浓度变化情况分析，结合态氚示踪法研究包气带土壤降水入渗在理论上是可行的。3.采用不同方法首次获得了新场向阳山地段包气带土壤大气降水入渗补给量。（1）人工氚示踪法计算得到的两个试验点试验期间内大气降水入渗补给量为2.56mm/a~6.57mm/a。由于试验过程和取样受蒸发影响较大，所计算的入渗补给量偏大。（2）基于包气带的氯质量平衡方法计算得出的各试验点多年平均入渗补给量为0.05mm/a~1.57mm/a，其平均值约0.9mm/a，标准差为0.63mm/a。（3）基于饱和带的氯质量平衡方法计算得出的新场向阳山地段整个区域范围内多年平均入渗补给量为0.28mm/a，不足多年平均降水量的1%。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
1 前言  11-15
  1.1 选题依据及目的、意义  11-12
  1.2 研究内容  12-13
  1.3 研究思路  13-15
2 国内外研究进展  15-28
  2.1 干旱-半干旱地区大气降水入渗补给研究进展  15-22
    2.1.1 直接测定方法  15-16
    2.1.2 物理方法  16-19
    2.1.3 同位素方法  19-22
    2.1.4 数值模拟方法  22
  2.2 高放废物地质处置研究进展  22-27
    2.2.1 我国高放废物地质处置研究进展  23-24
    2.2.2 甘肃北山预选区水文地质研究进展  24-27
  2.3 本章小结  27-28
3 研究区区域概况  28-39
  3.1 自然地理  28
  3.2 气象、水文  28-30
  3.3 地质概况  30-34
    3.3.1 区域地层  30-32
    3.3.2 地质构造  32-34
  3.4 水文地质条件  34-38
    3.4.1 地下水赋存类型  34-36
    3.4.2 区域地下水循环交替特征  36-37
    3.4.3 区域地下水水化学特征  37-38
  3.5 本章小结  38-39
4 新场向阳山预选地段包气带土壤渗透性研究  39-52
  4.1 试验原理及操作步骤  39-42
  4.2 点的布置及研究方法  42-43
  4.3 试验结果分析  43-50
    4.3.1 不同类型土壤渗透性分析  43-46
    4.3.2 土壤渗透性影响因素分析  46-50
  4.4 本章小结  50-52
5 新场向阳山预选地段氚示踪法应用  52-66
  5.1 氚的提取与分析简介  52-53
  5.2 历史氚示踪方法研究大气降水入渗补给  53-60
    5.2.1 样品采集与测试  54-55
    5.2.2 表层土壤中氚含量分布特征  55-56
    5.2.3 自由态氚在剖面的分布特征  56-57
    5.2.4 结合态氚在剖面的分布特征  57
    5.2.5 讨论与分析  57-60
  5.3 人工氚示踪方法研究大气降水入渗补给  60-64
    5.3.1 方法原理  60
    5.3.2 试验实施及取样方法  60-63
    5.3.3 试验结果分析  63-64
    5.3.4 结论与讨论  64
  5.4 本章小结  64-66
6 新场向阳山预选地段氯离子示踪法应用  66-78
  6.1 基于包气带的氯质量平衡法研究大气降水入渗补给  66-74
    6.1.1 方法原理  66-67
    6.1.2 样品采集与测试  67-68
    6.1.3 包气带土壤剖面氯离子浓度分布特征  68-70
    6.1.4 降水入渗补给量计算  70-74
  6.2 基于饱和带的氯质量平衡法研究大气降水入渗补给  74-75
    6.2.1 基本原理  74
    6.2.2 样品的采集测试  74
    6.2.3 计算结果及其分析  74-75
  6.3 本章小结  75-78
7 主要结论和展望  78-80
  7.1 主要结论  78-79
  7.2 研究展望  79-80
参考文献  80-86
致谢  86-87
附录  87-88

干旱地区大气降水入渗补给研究-以北山预选区新场向阳山预选地段为例

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