滹滏平原漏斗区地下水溶解性总固体演变特征研究

张希雨, 张光辉, 严明疆. 滹滏平原漏斗区地下水溶解性总固体演变特征研究[J]. 水文地质工程地质, 2021, 48(3): 72-81. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202009047
引用本文: 张希雨, 张光辉, 严明疆. 滹滏平原漏斗区地下水溶解性总固体演变特征研究[J]. 水文地质工程地质, 2021, 48(3): 72-81. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202009047
ZHANG Xiyu, ZHANG Guanghui, YAN Mingjiang. Evolution characteristics of total dissolved solids in the groundwater level funnel area in the Hufu piedmont plain[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2021, 48(3): 72-81. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202009047
Citation: ZHANG Xiyu, ZHANG Guanghui, YAN Mingjiang. Evolution characteristics of total dissolved solids in the groundwater level funnel area in the Hufu piedmont plain[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2021, 48(3): 72-81. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202009047

滹滏平原漏斗区地下水溶解性总固体演变特征研究

  • 基金项目: 国家重点研发计划课题(2017YFC0406106);国家专项基本科研业务费重大创新研究项目(JYYWF20180403)
详细信息
    作者简介: 张希雨(1984-),男,博士生,讲师,主要从事水循环与水土环境保护等方面研究。E-mail: zhang_xiyu@126.com
    通讯作者: 张光辉(1959-),男,研究员,博士生导师,长期从事区域水循环演化和地下水可持续利用研究。E-mail: huanjing59@163.com
  • 中图分类号: P641.3

Evolution characteristics of total dissolved solids in the groundwater level funnel area in the Hufu piedmont plain

More Information
  • 为揭示滹滏平原漏斗核心区地下水溶解性总固体(TDS)增大对水位下降的响应特征以及驱动TDS增大的主要化学组分,应用地学数理统计分析、时间序列异变分析和GIS空间特征分析技术,分析了近50年(1972—2017)研究区地下水水位埋深、TDS及化学组分变化特征。结果表明:(1)随着水位降幅变化,地下水TDS增幅具有阶段性变化特征,在漏斗形成初期(1972—1980年),地下水水位年均降幅最大,TDS年均增幅也最大;中期(1981—2000年)地下水水位年均降幅最小,TDS年均增幅也最小;末期(2001—2017年)地下水水位年均降幅居中,TDS年均增幅也居中。(2)随着水位埋深增大,漏斗核心区地下水水位埋深大小对TDS增大影响呈递减效应。漏斗形成初期水位埋深9.10~23.20 m,中期水位埋深13.40~42.28 m,末期水位埋深21.41~50.29 m,漏斗核心区地下水水位年均降幅每增大1.0 m条件下,TDS年均增幅分别增大21.96 ,13.54 ,12.32 mg/L。(3)自初期、中期至末期,地下水中Na+ ${\rm{SO}}_4^{2-} $ 含量增幅占TDS增幅的比率呈不断增大特征,为漏斗核心区TDS增大的主要影响因素。但末期Ca2+、Mg2+ ${\rm{HCO}}_3^- $ 和Cl含量增幅占TDS增幅的比率合计仍达65.88%,对漏斗核心区地下水TDS增大仍然发挥至关重要的作用。

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  • 图 1  研究区地理位置、研究分区与地下水监测点

    Figure 1. 

    图 2  研究区漏斗形成不同时期地下水水位与埋深分布特征

    Figure 2. 

    图 3  研究区漏斗形成不同时期地下水TDS分布特征

    Figure 3. 

    图 4  漏斗核心区地下水TDS年均增幅与水位年均降幅互动关系

    Figure 4. 

    表 1  漏斗形成不同时期地下水水位变化特征

    Table 1.  Characteristics of groundwater level changes in different stages of the funnel formation

    漏斗形成阶段 地下水水位年均降幅特征值 Ⅰ区水位年均
    降幅/m
    Ⅱ区 Ⅲ区
    水位年均
    降幅/m
    与Ⅰ区水位年均降幅的比值 水位年均
    降幅/m
    与Ⅰ区水位年均降幅的比值
    初期
    (1972—1980年)
    最小值 −0.76 −0.30 2.53 −0.17 4.47
    最大值 −2.54 −2.39 1.06 −1.73 1.47
    平均值 −1.68 −1.57 1.07 −1.13 1.49
    中期
    (1981—2000年)
    最小值 −0.30 −0.14 2.14 −0.20 1.50
    最大值 −0.88 −0.87 1.01 −1.04 0.85
    平均值 −0.63 −0.43 1.47 −0.52 1.21
    末期
    (2001—2017年)
    最小值 −0.66 −0.25 2.64 −0.24 2.75
    最大值 −1.15 −1.14 1.01 −1.02 1.13
    平均值 −0.94 −0.56 1.68 −0.75 1.25
      注:负值表示水位下降,初、中、末期分别相对1972年、1980年和2000年地下水水位的年均降幅。
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    表 2  研究区漏斗形成不同时期地下水TDS演变特征

    Table 2.  Characteristic of groundwater salinity changes in different stages of the funnel formation

    漏斗形成阶段 地下水TDS
    及年均增幅特征值
    Ⅰ区TDS Ⅱ区 Ⅲ区
    TDS 与Ⅰ区
    的比值
    TDS 与Ⅰ区
    的比值
    初期
    (1973—1980年)
    TDS/(mg·L−1 最小值 471 634 0.74 342 1.38
    最大值 997 954 1.05 613 1.63
    平均值 736 737 1.00 518 1.42
    年均增幅/(mg·L−1 最小值 26.53 24.58 1.08 5.09 5.21
    最大值 49.51 47.86 1.03 30.69 1.61
    平均值 36.04 35.00 1.03 23.34 1.54
    中期
    (1981—2000年)
    TDS/(mg·L−1 最小值 625 711 0.88 462 1.35
    最大值 1231 1353 0.91 738 1.67
    平均值 913 933 0.98 626 1.46
    年均增幅/(mg·L−1 最小值 2.50 3.87 0.65 2.64 0.95
    最大值 18.33 19.97 0.92 7.82 2.34
    平均值 8.88 9.81 0.91 5.40 1.64
    末期
    (2001—2017年)
    TDS/(mg·L−1 最小值 828 804 1.03 700 1.18
    最大值 1379 1729 0.80 897 1.54
    平均值 1064 1087 0.98 804 1.32
    年均增幅/(mg·L−1 最小值 4.65 1.51 3.08 3.11 1.50
    最大值 24.32 26.87 0.91 27.14 0.90
    平均值 10.79 10.97 0.98 12.91 0.84
      注:初期、中期和末期地下水TDS年均增幅的初值分别为1973年、1980年和2000年研究区相应监测点地下水TDS监测值。
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    表 3  漏斗核心区地下水TDS与主要化学组分相关性

    Table 3.  Correlation between TDS and main chemical components in the funnel core area

    主要化学组分 与TDS相关系数(R2
    初期 中期 末期
    Na+ 0.20 0.37 0.16
    Ca2+ 0.63 0.72 0.68
    Mg2+ 0.56 0.55 0.38
    Cl 0.22 0.37 0.37
    0.16 0.23 0.04
    0.20 0.18 0.17
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    表 4  不同时期地下水TDS增幅中主要化学组分增幅贡献比率

    Table 4.  Variation characteristics of the increment contribution ratio of main chemical components in groundwater salinity increment in different periods

    漏斗形成阶段 水化指标 TDS Na+ Ca2+ Mg2+ Cl 化学组分含量比值
    r1 r2 r3 r4
    初期(1972—1980年) 增幅/(mg·L−1 324 17 45 16 94 70 80 2.21 0.28 0.26 0.30
    占TDS增幅比率/% / 5.14 14.10 5.13 29.17 21.63 24.84
    中期(1981—2000年) 增幅/(mg·L−1 175 11 24 8 49 41 42 1.89 0.33 0.28 0.35
    占TDS增幅比率/% / 6.27 13.86 4.46 27.89 23.60 23.93
    末期(2001—2017年) 增幅/(mg·L−1 151 15 20 6 40 37 33 1.45 0.42 0.44 0.43
    占TDS增幅比率/% / 9.98 13.07 4.17 26.68 24.14 21.96
      注:r1为(Ca2++Mg2+)和 当量浓度比值,r2为Na+和Ca2+当量浓度比值,r3当量浓度比值,r4为Na+当量浓度比值。
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出版历程
收稿日期:  2020-08-10
修回日期:  2020-10-15
刊出日期:  2021-05-15

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