西北內(nèi)陸張掖盆地地下水溫度變化特征及其指示意義

連英立, 張光輝, 聶振龍, 艾 婷

1)中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所, 河北石家莊 050061;

2)河北工程大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院, 河北邯鄲 056038

西北內(nèi)陸張掖盆地地下水溫度變化特征及其指示意義

連英立1), 張光輝1), 聶振龍1), 艾 婷2)

1)中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所, 河北石家莊 050061;

2)河北工程大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院, 河北邯鄲 056038

通過西北內(nèi)陸張掖盆地地下水溫度變化特征研究表明: 最近 20年(1990—2009)研究區(qū)內(nèi)潛水和承壓水溫度分別下降了0.78℃和1.17℃, 與氣溫升高導(dǎo)致山區(qū)冰雪融水和降水量增加有關(guān); 同時(shí), 人類開采取用地下水強(qiáng)度增大使得研究區(qū)內(nèi)潛水和承壓水溫度變化趨勢近同。盆地平原區(qū)地下水溫度變化與山區(qū)氣溫和降水量變化成反比關(guān)系, 即山區(qū)氣溫升高、降水量增加, 盆地地下水溫度降低; 山區(qū)氣溫降低、降水量減少, 盆地地下水溫度升高。由于盆地平原區(qū)地下水補(bǔ)給水源的70%～90%來自上游祁連山區(qū)降水和冰雪融水出山地表徑流, 水溫較低, 因此, 盆地平原區(qū)地下水溫度變化程度反映著其獲取有效補(bǔ)給水量多少, 具有一定的指示意義。

張掖盆地; 地下水; 溫度; 影響因素; 指示意義

Key words:Zhangye basin; groundwater; temperature; influencing factors; indicative significance

地下水溫度是地下水動(dòng)態(tài)研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容。地下水溫度的變化可以反映地下水補(bǔ)給水源組成、徑流和排泄條件的變化, 并從一定程度上反映氣候條件變化和人類活動(dòng)對地下水的影響。全球氣候變化國際間政府合作組織(IPCC)于2007年11月發(fā)布的第四次全球氣候變化報(bào)告指出, 最近 100年(1906—2005年)中, 全球氣溫普遍升高, 且在北半球高緯度地區(qū)氣溫升幅較大, 全球氣溫升高線性趨勢為0.74℃(IPCC, 2007)。根據(jù)中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)計(jì)算得出, 張掖盆地最近20年(1990—2009)中的氣溫升高線性趨勢為 1.14℃, 其上游山區(qū)氣溫升高的線性趨勢為 1.27℃, 均大于全球平均值。在此背景下地下水溫度如何變化及其指示意義何在成為眾多學(xué)者關(guān)注的科學(xué)問題, 國內(nèi)外的有關(guān)學(xué)者就此開展了相關(guān)研究(Gosnold et al., 1997; Bodri et al., 2001; 方燕娜等, 2005; Miyakoshi et al., 2005; 方燕娜等, 2006; 林學(xué)鈺等, 2009; Taylor et al., 2009), 普遍認(rèn)為氣候變暖是導(dǎo)致地下水溫度升高的主要原因, 地下水溫度升高是地下水對全球氣候變暖的一種響應(yīng)。但這一研究結(jié)果是否適用于所有地區(qū)有待考究, 特別是在我國西北內(nèi)陸盆地,地下水主要來源于出山河水入滲補(bǔ)給, 且上游補(bǔ)給源區(qū)存在冰川, 其溫度變化規(guī)律及其指示意義如何尚不清楚, 仍需做大量深入的研究。

本研究以河西走廊張掖盆地為例, 以多年地下水溫度動(dòng)態(tài)觀測數(shù)據(jù)和氣候變化觀測資料為基礎(chǔ),分析了近20年來的地下水溫度變化規(guī)律, 揭示了不同層位地下水溫度與各氣候要素之間的內(nèi)在聯(lián)系,并探討了影響其變化的主導(dǎo)因素, 進(jìn)而闡明地下水溫度變化的指示意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)張掖盆地位于河西走廊中部黑河流域中游, 東起民樂永固隆起, 西止高臺——南華榆木山構(gòu)造隆起地下水匯水線, 南、北界于祁連山與龍首山、合黎山之間, 是一個(gè)沿SE-NW向展布的半封閉的大型山間斷陷盆地, 面積5062 km2, 年降水量120 mm, 年水面蒸發(fā)量大于 2050 mm, 年平均氣溫 7.5℃, 屬于溫帶干旱氣候(張光輝等, 2005b; 賈艷琨等, 2008)。研究區(qū)內(nèi)的主要河流有黑河, 梨園河和山丹河(圖1)。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location of the study area

由于降水量小蒸發(fā)量大, 使得盆地自產(chǎn)水資源能力不足 10%, 盆地地下水主要依賴祁連山區(qū)出山口地表徑流補(bǔ)給, 包括冰川雪融水、降水和基巖裂隙水(基流)補(bǔ)給, 他們與祁連山區(qū)的氣候變化密切相關(guān)(張光輝等, 2006, 2005c)。研究區(qū)內(nèi)地下水按埋藏特征劃分, 南部為單層結(jié)構(gòu)潛水系統(tǒng)和北部為多層結(jié)構(gòu)潛水—承壓水系統(tǒng)(圖2)。由祁連山山緣至洪積扇扇緣的溢出帶, 為單層結(jié)構(gòu)的潛水系統(tǒng)。山前洪積扇頂部地下水水位埋深大于 200 m, 含水層由粗顆粒的砂礫卵石組成。至扇中地帶, 地下水水位埋深150～50 m, 含水層中含泥質(zhì)漸多。在扇緣地帶,含水層顆粒漸細(xì), 地下水水位埋深漸淺。至張掖—臨澤一帶, 地下水以泉的形式溢出, 含水層結(jié)構(gòu)由單一的潛水系統(tǒng)漸變?yōu)槎鄬拥臐撍袎核到y(tǒng)。在黑河—山丹河沿岸地帶, 地下水水位埋深小于 3 m, 溝壑和洼地內(nèi)有成片泉水出露。在山前地帶, 接受出山河水入滲補(bǔ)給, 地下水礦化度<1g/L, 屬于HCO3型水。

在溢出帶以下的細(xì)土平原, 為多層結(jié)構(gòu)的潛水—承壓水系統(tǒng), 含水層以亞砂土、亞粘土和砂礫石互層為主, 含水層單層厚度 20～30 m, 第一承壓含水層頂板埋深10 m以上, 承壓水頭一般高于潛水水位 1～2 m, 在臨澤的農(nóng)場—小屯一帶為自流區(qū), 地下水水位高出地表0.5～3.0 m。潛水的礦化度>1 g/L,為 SO4-HCO3或 SO4型水, 承壓水的礦化度<1 g/L,為HCO3型水。

圖2 張掖盆地水文地質(zhì)剖面圖Fig.2 Hydrogeological section of Zhangye basin

2 地下水溫度變化特征

此次研究選取了研究區(qū)內(nèi) 1990—2009年間近100眼觀測井的地下水溫觀測資料(個(gè)別井和年份溫度資料缺失), 和黑河上游山區(qū)和中游盆地的氣溫、降水資料, 取各觀測資料的多年(1990—2009)月平均值做出了研究區(qū)內(nèi)地下水溫度、氣溫、降水的年內(nèi)變化曲線(圖3), 同時(shí)取其年平均值做出了研究區(qū)內(nèi)氣溫、降水量、水位埋深和地下水溫度年際變化曲線(圖4)。

2.1 地下水溫度的年內(nèi)變化特征

研究區(qū)內(nèi)潛水年平均溫度為 10.9℃, 承壓水年平均溫度為10.7℃, 從(圖3)可以看出潛水和承壓水的年內(nèi)最低溫均出現(xiàn)在 3月份, 最低溫度分別為9.5℃和9.7℃, 盆地潛水的年內(nèi)最高溫度出現(xiàn)在9月份為12.5℃, 承壓水的年內(nèi)最高溫度出現(xiàn)在10月份為 11.8℃。從變化趨勢來看, 研究區(qū)內(nèi)潛水和承壓水年內(nèi)均呈現(xiàn)下降—上升—下降的變化趨勢, 但潛水溫度的年內(nèi)變化較承壓水劇烈, 其年內(nèi)最低和最高溫度均小于和大于承壓水, 其年內(nèi)變化幅度, 潛水約為3℃, 承壓水約為2℃。

從(圖3)可以看出, 山區(qū)和盆地的氣溫、降水年內(nèi)變化存在較高的一致性, 均呈現(xiàn)上升—下降的變化趨勢, 氣溫和降水的年內(nèi)最大值在山區(qū)和盆地均出現(xiàn)在每年的 7月份, 山區(qū)和盆地的最低氣溫均出現(xiàn)在每年的 1月份, 降水量最小值山區(qū)出現(xiàn)在每年的12月份, 盆地出現(xiàn)在每年的2月份。研究區(qū)內(nèi)潛水溫度最大值分別滯后于山區(qū)和盆地的氣溫、降水2個(gè)月出現(xiàn); 承壓水溫度最大值分別滯后于山區(qū)和盆地的氣溫、降水 3個(gè)月出現(xiàn)。如果從多年連續(xù)變化來看, 每年的3—9月份是潛水溫度的上升期, 9月份至次年的3月份為潛水溫度的下降期, 其中, 5—8月份上升幅度最大, 10—12月份下降幅度最大; 每年的3—10月份是承壓水溫度的上升期, 10月份至次年的3月份為承壓水溫度的下降期, 其中4—7月份上升幅度最大, 10—12月份下降幅度最大。

圖3 研究區(qū)氣溫與地下水溫度、降水量與地下水溫度年內(nèi)變化關(guān)系圖Fig.3 Variation curve of atmospheric temperature and groundwater temperature(a), precipitation and groundwater temperature(b) within a year in the study area

圖4 研究區(qū)氣溫、降水、與地下水位、溫度年際變化曲線Fig.4 Variation curve of temperature, precipitation, water table and groundwater temperature between various years in the study area

2.2 地下水溫度的年際變化特征

相比年內(nèi)變化, 人們更關(guān)心地下水長時(shí)間的年際變化。從(表1)和(圖4)可以看出, 最近20年(1990—2009)中, 研究區(qū)內(nèi)潛水和承壓水的年平均溫度均呈現(xiàn)下降的趨勢, 分別下降了 0.78℃和 1.17℃, 下降速率分別為?0.04℃/a和?0.06℃/a, 承壓水溫度的下降速率是潛水的 1.5倍。由(圖 4)可以看出, 1990—1995年間研究區(qū)潛水和承壓水溫度呈現(xiàn)互逆變化,其分別經(jīng)歷了降低—升高、升高—降低的過程, 且在此過程中, 潛水和承壓水分別于 1992年和 1993年達(dá)到最大值和最小值, 期間承壓水溫度高于潛水溫度, 最大差值約為0.4℃。1995—1998年間潛水與承壓水溫度變化趨勢相同, 只有1996年承壓水溫度高于潛水溫度, 其余年份承壓水溫度均低于潛水溫度。自1998年之后研究區(qū)內(nèi)潛水和承壓水均呈現(xiàn)顯著下降趨勢, 其中2004年出現(xiàn)較大幅度回升, 但總體上呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢。在此過程中(1998—2009),潛水和承壓水的溫度波動(dòng)變化趨勢也趨于相同, 尤其是自2001年之后, 波動(dòng)變化趨勢完全一致, 且承壓水溫度低于潛水溫度, 二者溫度差值與波動(dòng)幅度大小成正比, 且自 2001至 2009年潛水、承壓水年平均溫度差值呈變小的趨勢, 到2009年二者差值幾乎為 0。在1998—2009年間分別于1998—2001年和2004—2006年兩次出現(xiàn)較大幅度下降, 且持續(xù)時(shí)間均為 2～3年。同時(shí), 在 2002年地下水溫度出現(xiàn)一次較大幅度回升。

3 地下水溫度變化影響因素分析

影響地下水溫度變化的因素主要有: 熱源(太陽輻射和地球內(nèi)部熱流)、地質(zhì)條件(包括地層巖性、構(gòu)造、地形等)、補(bǔ)給水源特征(包括河水補(bǔ)給和當(dāng)?shù)亟邓a(bǔ)給的溫度等特征)、當(dāng)?shù)貧夂蚝腿祟惢顒?dòng)影響等(方燕娜等, 2005; 方燕娜等, 2006; 林學(xué)鈺等, 2009)。對于同一地區(qū), 地質(zhì)條件短時(shí)期內(nèi)不會發(fā)生大的變化, 其對地下水溫度短期內(nèi)變化影響不大,盆地內(nèi)潛水平均水位埋深在 8～10 m, 太陽輻射和地球內(nèi)部熱流對其年均溫度變化影響微乎其微(巴建文等, 2009), 因此研究區(qū)地下水溫度變化主要受補(bǔ)給水源溫度以及當(dāng)?shù)貧夂蚝腿祟惢顒?dòng)的影響。

表1 研究區(qū)氣溫、降水與地下水溫度變化表Table 1 Temperature, precipitation and groundwater temperature variation in the study area

由(圖5)可以看出, 盆地地下水溫度的分布規(guī)律是由山前向盆地水溫逐漸升高, 由東南向西北水溫逐漸升高, 即與地下水流場方向一致; 同時(shí)與盆地內(nèi)距河道的距離成正比, 距離河道越近溫度越低,距離河道越遠(yuǎn), 溫度越高, 這也證明了盆地地下水主要補(bǔ)給來源為出山徑流且補(bǔ)給水源溫度低于盆地地下水溫度, 出山河水經(jīng)過長途運(yùn)移后吸收盆地內(nèi)的熱能, 溫度逐漸升高。地下水流場中水溫的變化屬于地下水熱量運(yùn)移范疇。地下水熱量運(yùn)移是一個(gè)非常復(fù)雜的過程, 其不僅與地下水及其所在的介質(zhì)有關(guān), 而且與地下水的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有密切的關(guān)系(王錦國等, 2001), 在水溫和流經(jīng)介質(zhì)相同的情況下, 流速越快吸熱越少, 溫度變化越小; 流速越慢吸熱越多, 水溫變化越大。(注: 其中個(gè)別不符合規(guī)律的高溫點(diǎn)大都位于泉水溢出帶, 地下水流速較慢, 受盆地輻射和氣候變化影響較大。)

導(dǎo)致最近 20年來(1990—2009), 研究區(qū)內(nèi)潛水和承壓水溫度分別下降0.78℃和1.17℃的原因主要有以下3個(gè)方面:

(1)研究區(qū)地下水補(bǔ)給量增大

圖5 研究區(qū)內(nèi)采樣點(diǎn)潛水溫度分布圖(2007-9)Fig.5 Distribution of shallow groundwater temperatures of sampling points in the study area in September, 2007

普遍認(rèn)為, 盆地 70%～90%的地下水補(bǔ)給來源于山區(qū)(張光輝等, 2005a), 山區(qū)降水量的增加直接導(dǎo)致出山徑流量增加, 進(jìn)而使得盆地地下水補(bǔ)給量的增加。由(表 1)可以看出最近 20年(1990—2009),山區(qū)和盆地的降水量分別增加了 1/4和 1/10, 分別為 95.25 mm 和 12.28 mm, 增加速率分別為 5.01 mm/a和0.65 mm/a。平均山區(qū)每增加1 mm降水, 盆地地下水(含潛水和承壓水)溫度下降0.01℃。研究區(qū)內(nèi)黑河與梨園河多年平均(1956—2009)流量為18.44億m/a, 2003—2009年平均流量為21.45億m/a, 為近60年來的最豐時(shí)期(圖6)。

(2)補(bǔ)給水源組成發(fā)生變化, 補(bǔ)給水源溫度降低

在研究區(qū)的上游山區(qū)存在大量冰川, 且普遍很小, 最大的也只有 2.48 km2, 絕大部分的冰川面積<1 km2, 所以它們對溫度的反應(yīng)很敏感(聶振龍等, 2001; 陽勇等, 2007)。由(表 1)可以看出最近 20年(1990—2009), 山區(qū)和盆地的氣溫分別升高了 1.27℃和1.14℃, 升高速率分別為0.07℃/a和0.06℃/a。根據(jù)中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)提供的數(shù)據(jù), 山區(qū)1990年4月和10月的平均溫度分別為－1.0℃和－1.8℃, 到2009年分別為3.9℃和0.8℃, 均達(dá)到0℃以上。由(圖7)可以看出山區(qū)氣溫升高速率1月、4月和 10月份最為明顯均超過了 0.1℃/a, 其中 10月份最高超過了0.12℃/a。4月和10月分別為冬春和秋冬季節(jié)的交替期, 該時(shí)段的氣溫升高直接導(dǎo)致山區(qū)融雪期延長, 融雪徑流過程提前, 融雪徑流量顯著增長, 徑流模數(shù)增加(王建等, 2005; 賀建橋等, 2008), 從而最終使得山區(qū)水源溫度趨于下降的趨勢。

圖6 研究區(qū)內(nèi)河流出山口流量圖Fig.6 River discharge at the mountain-pass in the study area

圖7 山區(qū)氣溫升高率(1990—2009)Fig.7 Temperature rise rate in the mountain area (1990—2009)

(3)埋藏條件和補(bǔ)給途徑不同導(dǎo)致潛水和承壓水溫度下降速率不同

研究區(qū)內(nèi)潛水埋藏深度較淺, 平均在 8～10 m左右, 其主要補(bǔ)給來源為引河灌溉和河流側(cè)滲, 在長距離的地表運(yùn)移過程中吸熱較多, 且存在強(qiáng)烈的蒸發(fā)影響(陳宗宇等, 2006); 而承壓水的補(bǔ)給是由山區(qū)來水在山前經(jīng)由粗顆粒砂礫石快速滲入地下(張光輝等, 2005a), 以潛流的方式補(bǔ)給, 水的運(yùn)移過程吸熱較少, 加之盆地承壓水埋深普遍大于 80 m, 因此在相同的補(bǔ)給水源條件下, 研究區(qū)內(nèi)潛水溫度下降速率比承壓水速率要小。

1990—1995年間研究區(qū)潛水和承壓水溫度呈現(xiàn)互逆變化, 且承壓水溫度高于潛水溫度, 出現(xiàn)這種逆反趨勢的原因有以下2個(gè)方面:

(1)潛水埋深較淺, 水溫受埋深和盆地氣候控制

1990—1995年間統(tǒng)計(jì)的觀測井中, 75%的觀測井潛水埋深在10 m以淺, 使得研究區(qū)潛水溫度受盆地氣候的影響較大。雖然在此期間山區(qū)降水量和出山徑流量均經(jīng)歷了降低——升高的過程, 但是潛水并不是與山區(qū)降水量呈相反的響應(yīng)過程。由(圖4)可以看出盆地氣溫在 1990—1995年間經(jīng)歷了降低——升高的過程, 這一過程與研究區(qū)潛水溫度的變化趨勢相同。由(圖8)亦可以看出, 1990—1995年間, 研究區(qū)內(nèi)潛水溫度與潛水埋深之間的線性關(guān)系明顯, 即埋深增加溫度降低, 埋深減小溫度升高。因此, 在 1990—1995年間潛水溫度主要受控于埋深和盆地氣候。

圖8 研究區(qū)內(nèi)潛水年均溫度、埋深散點(diǎn)圖Fig.8 Scatter diagram of shallow groundwater temperatures and depths

(2)山區(qū)降水量減少是盆地承壓水溫度升高的主要因素

由于盆地承壓水位埋深較大, 且其補(bǔ)給途徑主要由地下潛流補(bǔ)給, 因此其受盆地氣候變化的影響很小, 其溫度主要受控于山區(qū)降水量和補(bǔ)給水源溫度變化, 而補(bǔ)給水源溫度變化又與山區(qū)氣溫呈負(fù)相關(guān)。由圖4可以看出, 1990—1992年山區(qū)氣溫變化不大, 而同期山區(qū)降水量卻減少了將近100 mm, 山區(qū)降水量減少使得盆地承壓水接受補(bǔ)給量減少, 水量減少導(dǎo)致補(bǔ)給水在地下運(yùn)移過程中速度減慢吸熱較多水溫升高。因此, 山區(qū)降水量減少和運(yùn)移過程中吸熱升溫是導(dǎo)致同期盆地承壓水溫度上升的主要原因。同樣, 1992年之后山區(qū)氣溫和降水量均呈升高的趨勢, 這是導(dǎo)致同期盆地承壓水溫度下降的主要原因。

1998年之后研究區(qū)內(nèi)潛水和承壓水溫度變化趨勢趨于相同, 尤其是自2001年之后, 變化趨勢完全一致, 這主要是因?yàn)?

(1)2001年之后山區(qū)氣溫和降水量持續(xù)增加使得盆地地下水得到充分的補(bǔ)給, 潛水埋深增加, 受盆地氣候影響減小

山區(qū)多年(1960—2009)平均氣溫為?0.94℃, 2001—2009年間平均氣溫為-0.09℃, 高于多年平均值0.85℃。山區(qū)多年(1960—2009)平均降雨量為409 mm/a, 其中2001—2009年平均降水量為440 mm/a,高于多年平均值 31mm, 2003—2009年更是達(dá)到了460 mm/a, 高于平均值51 mm。氣溫的升高導(dǎo)致山區(qū)融雪期延長(王建等, 2005), 冰川雪融水增加, 補(bǔ)給水源溫降低; 降水增加使得出山口河流量增大,盆地地下水得到充分補(bǔ)給。同時(shí), 潛水埋深增加(圖4)使得其受盆地氣候的影響減弱, 加之充足的補(bǔ)給最終使得潛水、承壓水溫度變化趨同。

(2)黑河調(diào)水方案的實(shí)施使得研究區(qū)內(nèi)地下水開采量趨于增加, 原有的補(bǔ)給排泄方式被改變。

隨著 2001年黑河向下游額濟(jì)納旗調(diào)水方案的實(shí)施, 為了保證下游額濟(jì)納旗生態(tài)用水, 使得盆地地表引水量受限, 導(dǎo)致盆地深層地下水開采量增加。由于開采量數(shù)據(jù)較難統(tǒng)計(jì), 因此沒有直接的證據(jù)證明盆地內(nèi)開采量增加, 但是, 由(圖9)可以看出,在第一次實(shí)施分水方案的2001年, 研究區(qū)內(nèi)開采井?dāng)?shù)量驟然增加了將近 900眼, 約為前 5年新增開采井?dāng)?shù)量的總和。同時(shí), 由于絕大部分開采井都是混合開采, 導(dǎo)致盆地內(nèi)潛水、承壓水水力聯(lián)系強(qiáng)度增加, 含水層之間連通性越來越好, 進(jìn)而使得各含水層的溫度變化趨于相同。

圖9 研究區(qū)內(nèi)年新增開采井?dāng)?shù)量曲線圖Fig.9 Newly-increased mining wells every year in the study area

眾所周知, 1998年由于厄爾尼諾—拉尼娜現(xiàn)象的出現(xiàn)導(dǎo)致全球氣候異常, 同年我國境內(nèi)降水量激增, 各地出現(xiàn)洪澇災(zāi)害, 而西部地區(qū)也不例外。由(圖4)可以看出, 在1998年和2003年山區(qū)和盆地降水量和氣溫均出現(xiàn)較大峰值, 其中1998年山區(qū)降水量約為多年平均值的 1.5倍, 短期內(nèi)大量降水注入盆地是導(dǎo)致盆地地下水溫度連續(xù) 2～3年下降的主要原因。同樣, 2002年的溫度升高與2000—2002年間持續(xù)干旱, 山區(qū)降水量減少有很大關(guān)系, 且這種影響也是在持續(xù)2～3年的干旱之后, 地下水溫度對氣候變化做出的響應(yīng)。因此, 可以說地下水對極端氣候的響應(yīng)具有2～3年的滯后。

4 地下水溫度變化的指示意義

上述分析表明, 盆地平原區(qū)地下水溫度與氣候變化和人類活動(dòng)的關(guān)系密切, 因此, 地下水溫度的變化可以被認(rèn)為是氣候變化和人類活動(dòng)強(qiáng)度的指示器。

首先, 地下水溫度在空間上的分布反應(yīng)了研究區(qū)內(nèi)地下水補(bǔ)徑排條件, 即盆地內(nèi)地下水接受出山河水補(bǔ)給, 沿地下水流場和河道的水溫變化反應(yīng)了地下水補(bǔ)給過程中的徑流途徑。

其次, 由于盆地平原區(qū)地下水補(bǔ)給水源的70%～90%來自上游祁連山區(qū)降水和冰雪融水出山地表徑流, 水溫較低, 因此, 盆地平原區(qū)地下水溫度變化程度反映著其獲取有效補(bǔ)給水量多少, 具有一定的指示意義。

最后, 由于貫通井和開采量的增加使各含水層之間連通性越來越好, 導(dǎo)致區(qū)內(nèi)潛水和承壓水溫度變化趨于相同。因此, 研究區(qū)內(nèi)潛水和承壓水的溫度變化趨同程度可以反映人類活動(dòng)的強(qiáng)度, 具有一定指示意義。

5 結(jié)論

(1)研究區(qū)內(nèi)潛水和承壓水多年月平均溫度年內(nèi)變幅分別約為3℃和2℃, 最低溫度均出現(xiàn)在3月份,最高溫度分別出現(xiàn)在9月和10月; 潛水和承壓水年內(nèi)最高溫度分別滯后山區(qū)和盆地氣溫、降水最大值2個(gè)月和3個(gè)月出現(xiàn)。

(2)最近20年(1990—2009)中, 研究區(qū)內(nèi)潛水和承壓水的年平均溫度均呈現(xiàn)下降的趨勢, 且其下降的線性趨勢分別為-0.78℃和-1.17℃, 下降速率分別為-0.04℃/a和-0.06℃/a, 承壓水溫度的下降速率是潛水的1.5倍。

(3)山區(qū)氣溫升高降水量增加是導(dǎo)致盆地地下水溫度下降的主要因素, 且山區(qū)氣溫升高對研究區(qū)內(nèi)承壓水溫度變化的影響要大于對潛水溫度變化的影響, 降水量增加對研究區(qū)內(nèi)潛水溫度變化的影響大于對承壓水溫度變化的影響; 研究區(qū)內(nèi)河流出山口徑流增大和盆地平原區(qū)人類活動(dòng)是導(dǎo)致 2001年之后研究區(qū)內(nèi)潛水與承壓水溫度變化趨勢相同的主要原因。

(4)研究區(qū)內(nèi)地下水溫度對極端氣候變化的響應(yīng)具有2～3年的滯后。

(5)研究區(qū)內(nèi)地下水溫度變化程度可以反映其獲取有效補(bǔ)給水量的多少, 潛水和承壓水溫度變化的趨同程度可以反映人類活動(dòng)強(qiáng)度的強(qiáng)弱, 具有一定的指示意義。

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中國地質(zhì)科學(xué)院2010年喜獲16項(xiàng)科技獎(jiǎng)

2010年中國地質(zhì)科學(xué)院榮獲科技獎(jiǎng)16項(xiàng), 包括國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng), 國土資源科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)4項(xiàng)、二等獎(jiǎng)8項(xiàng), 其他省部級科技成果獎(jiǎng)3項(xiàng), 與2009年相比有較大幅度增長。

礦產(chǎn)資源研究所張榮華研究員長期從事高溫高壓流體和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究, 先后發(fā)明多種新的高溫高壓化學(xué)傳感器、有高溫高壓窗口的反應(yīng)裝置、高溫高壓檢測標(biāo)定實(shí)驗(yàn)平臺, 發(fā)展了高溫高壓環(huán)境原位直測技術(shù),在國際核心刊物發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文, 獲得6項(xiàng)國家發(fā)明專利和2項(xiàng)實(shí)用新型專利, 相關(guān)成果“高溫高壓流體和流動(dòng)反應(yīng)原位觀測裝置、方法、整合技術(shù)”榮獲2010年度國家發(fā)明二等獎(jiǎng)。

地質(zhì)研究所楊經(jīng)綏研究員和許志琴院士團(tuán)隊(duì)“青藏高原地體拼合、碰撞造山及隆升機(jī)制”、國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心黃懷曾研究員團(tuán)隊(duì)“首都北京及周邊地區(qū)水、土環(huán)境污染機(jī)理與調(diào)控原理”、礦產(chǎn)資源研究所毛景文研究員團(tuán)隊(duì)“中國東部中生代多階段成礦的過程與背景”及地質(zhì)力學(xué)研究所參加完成的“長江三峽鏈子崖危巖體防治工程”分別榮獲2010年度國土資源科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

地球物理地球化學(xué)勘查研究所朱立新研究員團(tuán)隊(duì)“城市環(huán)境地球化學(xué)調(diào)查異常查證方法技術(shù)研究”、國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心饒竹研究員團(tuán)隊(duì)“多目標(biāo)地質(zhì)調(diào)查中主要有機(jī)物分析方法研究及應(yīng)用”、地質(zhì)研究所肖慶輝研究員團(tuán)隊(duì)“中國花崗巖重大地質(zhì)問題研究”、礦產(chǎn)資源研究所祝有海研究員團(tuán)隊(duì)“我國陸域永久凍土帶天然氣水合物資源遠(yuǎn)景調(diào)查”、礦產(chǎn)資源研究所楊建民研究員團(tuán)隊(duì)“天山銅礦帶找礦靶區(qū)優(yōu)選”、礦產(chǎn)資源研究所趙一鳴研究員團(tuán)隊(duì)“戰(zhàn)略性礦產(chǎn)單礦種編圖及成礦規(guī)律研究”、地質(zhì)研究所耿元生研究員團(tuán)隊(duì)“揚(yáng)子地臺西緣變質(zhì)基底演化”及礦產(chǎn)資源研究所參加完成的“冷水坑銀鉛鋅多金屬成礦系統(tǒng)與隱伏礦預(yù)測研究”分別榮獲2010年度國土資源科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

地質(zhì)研究所呂君昌完成的“河南省古生物化石地質(zhì)遺跡資源調(diào)查評價(jià)”獲河南省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng) 2等獎(jiǎng); 巖溶地質(zhì)研究所完成的“中國水土流失與生態(tài)安全綜合科學(xué)考察”、“巖溶峰叢洼地水土保持研究與示范”分別獲得中國水土保持學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)。

本刊編輯部 采編

Groundwater Temperature Variation in the Zhangye Inland Basin of Northwest China and Its Indications

LIAN Ying-li1), ZHANG Guang-hui1), NIE Zhen-long1), AI Ting2)
1) Institute of Hydrogeology and Environmental Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Shijiazhuang, Hebei 050061;
2) School of Economic Management, Hebei University of Engineering, Handan, Hebei 056038

A study of groundwater temperature variation in Zhangye inland basin shows that the shallow groundwater and the confined groundwater decreased by 0.78℃ and 1.17℃ respectively in the study area from 1990 to 2009.This phenomenon was related to the increasing of melt water and precipitation caused by the air temperature rising in mountain areas.Meanwhile, the increase of groundwater exploitation led to the nearly same development trends of the temperature of the shallow groundwater and that of the confined groundwater in the study area.The groundwater temperature of the basin plain was in inverse proportion to the air temperature and precipitation in the mountain area.It means that, when the mountain temperature and precipitation increase the basin groundwater temperature decreases, and when the mountain temperature and precipitation decrease the basin groundwater temperature increases.70%-90% of the basin plain groundwater recharge which is at low temperature comes from the upstream of Qilian Mountains, and therefore the variation degree of basin plain groundwater temperature indicates the quantity of the effective recharge that the groundwater obtains, and has indicative significance to certain extent.

P332; P641

A

10.3975/cagsb.2011.02.08

本文由國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(編號: 2007BAD69B02; 2009BADA3B05)、國家自然基金項(xiàng)目(編號: 40602032)和河北省科技廳重點(diǎn)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(編號: 08966711D)聯(lián)合資助。

2010-12-14; 改回日期: 2011-03-14。責(zé)任編輯: 閆立娟。

連英立, 男, 1982年生。博士研究生。主要從事地下水資源可持續(xù)利用研究。E-mail: lianyingli123@163.com。

張光輝, 男, 1959年生。研究員, 博導(dǎo)。長期從事區(qū)域水循環(huán)演化和地下水可持續(xù)利用研究。E-mail: Huanjing@heinfo.net。