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董绍刚，刘柏伟，刘华民，王士东，王立新， ＂洛阳盆地橡胶坝地下水补给对水文地质环境的影响"，科学世界杂志， 卷。2014， 文章的ID183457， 10. 页面， 2014。 https://doi.org/10.1155/2014/183457
洛阳盆地橡胶坝地下水补给对水文地质环境的影响
摘要
在橡胶坝影响区域，地下水总硬度(TH)自2000年以来一直在下降，最终在2012年降至100-300 mg/L。pH值没有明显变化。NH4地下水-N浓度在2000 - 2006年间保持稳定，2007 - 2012年间呈上升趋势，增幅最大，达0.2 mg/L。没有3.2000-2006年地下水-N浓度总体呈下降趋势，2007年开始呈上升趋势;增幅最大的是2012年的10mg /L。2000 - 2009年地下水总溶解固体(TDS)总体呈下降趋势，2010年以后呈上升趋势，特别是洛河南岸，增幅最大，约为100 mg/L。这项研究表明NH浓度的增加4- n,没有3.-N可能是由地下水位的变化引起的。由氧气粘土吸附的硝酸盐似乎通过物理和化学反应进入地下水。由于地下水蒸发，TDS增加，一些可溶性离子进入不饱和区中的地下水。由于地下水的浅层景深，污染物对含水层表面的距离变短，导致污染物浓度的观察到更明显。
1.介绍
地下水分布广、质量好、易获取、季节变化小，是一种重要的水资源。特别是在干旱和半干旱地区，它变得至关重要，因为它往往是唯一的水源。天然地下水的化学成分是在漫长的地质历史中形成的。它受出露水的岩石类型和特征、补给水的特征以及水-岩相互作用的影响。随着人类活动对环境的影响加剧，人类活动已成为影响某些地点地下水化学特性的主要原因。例如，工业和农业用水过度抽取地下水，导致地下水水位下降，水质恶化[1］．由于农业过度施肥，该地区地下水的氮浓度升高[2- - - - - -4］．杀虫剂残留污染地表水及浅层地下水[5，6］．城市固体废物和工业制造的固体废物增加了有机、重金属和无机地下水离子[7- - - - - -9］．国内和工业废水的过度排放也污染了地下水[10.］．沿海地区地下水过量抽取已造成海水入侵[11.- - - - - -13.］．
自1965年以来，中国共修建了1000多座橡胶坝，用于灌溉、水力发电、补充地下水、防洪、美化环境和娱乐等用途[14.］．目前仍有一定数量的橡胶坝正在建设和规划中，特别是在中国干旱和半干旱地区。橡胶坝的建设改变了区域地下水流系统的特征，增加了地下水的资源量。它还引发了一系列环境问题。地下水位的上升增加了地下水的蒸发能力，引起土壤盐渍化，增加了地下水的含盐量[15.］．
洛阳盆地地下水充电量是米3./a(1995 - 1999年)，开采量为米3./ a（从1996年到2000年）。地下水位水平的实质性下降和质量恶化是由于年度局部过度的影响。为了满足地下水作为资源的需求，并美化城市环境，从2000年到2008年建立了五个橡胶大坝。本文讨论了橡胶坝施工对地下水的影响，为地下水环境管理提供了参考保护洛阳盆地。
2.区域自然地理和水文地质
2．1．区域自然地理
洛阳盆地位于河南省西部，被莽山、萧山、熊儿山和嵩山环抱(图)1）.它有一个暖温带和季风气候。根据气象资料，多年平均气温为14.3℃，多年蒸发量为1451.7 mm。多年平均降水量为545.98 mm，受时间和空间变化的影响较大。降水集中在7月、8月和9月，约占全年降水的50%。
2.2。区域水文地质学
洛阳盆地形成于中生代晚期。它是一个完整的水文地质单元，被山地和黄土丘陵所环绕。伊洛河冲积平原位于其中部。地下水的分布和赋存规律主要受气象、水文、地形、地层岩性和地质构造的影响。降水入渗是对地下水的主要补充。
盆地南侧广泛发育碳酸盐岩，北侧和西侧为斜坡陡峭、沟谷发育的黄土丘陵区。这种地形很容易径流和排放。这个地区的地下水可能会枯竭。
伊洛河冲积平原第四纪以来已经沉降。它是该地区最低的部分，并成为地表水和地下水的集水区。整个伊洛河冲积平原区含水层较厚，尤其是地块和溢流层含水层厚。含水层要么直接暴露在地表，要么被一小层泥土或岩石覆盖。这个地区有丰富的地下水资源。一般情况下，单井产能可达3000米以上3./ d。一级和二级阶地多为双层结构，上层为砂质粘土，下层为粗砂和砂砾质砂。在这里，单井产量可达1000-3000米3./d（图2）.
3.橡胶坝建设前后的主要环境地质问题
从1957年至今，洛阳盆地已发现13个地下水源地，总产量达2.8-3亿m3./a、 根据监测数据，漯河沿岸地下水埋深为5.9~11.5 20世纪80年代中后期，由于过度开采，90年代初地下水位下降，漯河河成为悬河，直到1999，地下水深度低至13—19。 甚至达到了30岁 我在一些地方（图3(一个)）.
（一种）
（b）
由于长期过度开采地下水，洛阳盆地面临着地下水位下降、水质恶化、地面沉降等严重的环境问题。为了缓解日益严重的地下水短缺和改善城市景观，洛阳市政府在2000 - 2008年间修建了5座橡胶坝(见表)1和图3 (b)）.
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漯河覆盖橡胶坝的建设已经巨大地改变了区域地下水流量系统。当第一批橡胶大坝建于2000年4月时，沿河的地下水台开始上升。此外，由于沿河沿河的地下水过剩引起的抑郁症已经分散，类似于2004年录制的国家。该漯河河到地下水的主要补充已从垂直渗流到侧面的变化（图3(一个)).随着地下水位的上升，其质量也发生了变化。
4.材料和方法
选取洛阳盆地9口观测井，研究了土壤pH、总硬度(TH)、总溶解固形物(TDS)、硝态氮(NO)的变化规律3.-N)和氨氮(NH4-N)洛河橡胶坝建设前后。这些数据收集于1989年至2012年的24年期间，并在干旱期(每年的10月至12月)进行取样。观测井位置如图所示3 (b)与漯河河观察的垂直尺寸如表所示2。观察井号B6，数字B7和数字B8位于一个大部分不受橡胶坝的区域中。首先，在进行最终样品之前，将水从采样源从取样源运行4-5分钟。将样品收集在3L容量的预灭菌聚乙烯瓶中。使用便携式pH计在该场中测量收集的水样的pH。使用乙二胺四乙酸（EDTA）滴定法测定Th。通过重量法估计TDS。采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定。用紫外可见分光光度计测定。
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为了分析包气带内氮的分布特征，于2011年10月采集了两个未受干扰的沉积物岩芯。岩心是用直径7.5厘米的空心手螺旋钻钻取样完成的。两个核心(核心S1和核心S2)从两个位置(图3 (b))从地面到6.5米深度连续采集 Mw400的散装土样 在不同深度收集g（表1）3.）.样品在采样间隔内均质，并立即密封在聚乙烯袋中。重量含水量是通过在110°C下干燥至少100g土壤样品12小时来测定的。对于不饱和区水分萃取物，取沉淀物200 g，加入去离子水200 mL，在室温下振荡30 min，然后用4000转/分离心机离心制备去离子水与土壤水的混合物[16.］．所有样品在分析前均保持在4°C。
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5.结果
pH值和nhh4观测井B6、B7、B8的-N浓度与洛河橡胶坝建设前相比无明显变化(图)4(一)和4 (e)）.然而,(图4 (b)), TDS(图4 (c)),没有3.-N（图4 (d)比建坝前稍微高一点。TH、TDS和NO的平均浓度3.-N分别为34.7 ~ 120.1 mg/L、71.5 ~ 178.3 mg/L和4.6 ~ 6.9 mg/L4）.B7号位于剑河流域，各指数涨幅最大。B6号和8号在洛河流域也有相似的变化。总之，由于过度开采和人类活动，区域地下水趋于恶化。
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（一种）
（b）
（C）
（d）
（e）
观测井编号B1、B2、B3、B4、B5、B9位于橡胶坝影响区，TH、TDS、NO3.- n, NH4-在橡胶坝建成后，N显示出显著的变化，但pH值变化不大（图1）5）.
TH、TDS和NO的年平均浓度3.-N的浓度分别在75.0 ~ 209.8 mg/L、49.8 ~ 244.6 mg/L和0.2 ~ 14.0 mg/L范围内下降，而NH的浓度下降幅度较小4-N在0.01-0.07 mg/L范围内增加4）.从2000年开始，上述井TH浓度明显下降，随后保持相对稳定(图)6）.
观测井B1、B2、B3位于漯河北侧第一、第二梯田。这些井的TDS浓度从2000年开始下降，之后趋于稳定(图)7（a））.B4号井、B5号井、B9号井位于漯河漫滩南岸。2010年之后，这些数据又出现反弹(图)7（b））.
（一种）
（b）
NO的浓度3.-N在2000年后随着橡胶坝的建设而下降(图)8(一个)）.在大多数地方，集中度恢复到了2007年以来的水平。B2井在研究期间的水平高于橡胶坝建造前的水平。
（一种）
（b）
北半球3.在修建橡胶坝之前，该地区地下水的-N浓度极低。从1989年到2000年有12个监测站。只有B1井进行了4次评估，所有其他井都进行了2至3次评估。最高浓度为0.08 mg/L8 (b)）.从2000年到2006年，地下水中氨的含量变化不大，但从2007年开始，氨的含量有所增加，整个地下水采收率已经绘制出来(图)8 (b)）.浓度峰值为0.22 mg/L(编号B5)。
6.讨论
6．1.洛河水质与区域地下水的关系
橡胶坝建设后，洛河水对地下水的补充程度大大提高，洛河水质对地下水的补充程度有显著影响。根据1998 - 2012年漯河水质监测数据，研究了漯河水质TH、TDS、NO . 3个指标的变化规律3.-N的浓度低于区域地下水，而NH的浓度高于区域地下水4-N和pH值更高（表5）.如果发生的唯一作用是混合，那么TH, NO3.-N和TDS在地下水中的变化与NH的浓度相似4-N在地下水中的含量要比在河里的低。这可能解释了观察到的NO浓度异常3.-N, TDS和NH4橡胶坝施工后地下水中氮的含量。这表明，这些变化不仅与河流补给密切相关，而且与当地水文地质条件和土地利用变化密切相关。
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6.2。浓度不3.- n和NH4- n在地下水
地下水中硝酸盐的浓度受到许多因素的影响，如土地利用变化地下水补水，饱和区和曝气区的氮转化，地下水台深度，地表水和地下水交换，以及地下水动力学[17.- - - - - -21.］．
2005年以来，漯河南岸城市化进程迅速推进。大量的农田消失了。B4、B5、B9号观察井位于该地区，2007年以前是农田，2010年被建筑物、公园、湿地取代。这表明，地下水中氨氮和硝态氮的高水平与点源污染的关系可能大于与农业活动的关系。
根据土壤样本分析（表1）3.)，区别于水溶性和上砂质粘土和下砂质砂砾石储量巨大，处于洛阳盆地平原的渗流带。水溶性不3.-N在砂质黏土上部为2.43 ~ 18.25 mg/kg(干土)，在下砾质黏土下部为0.11 ~ 0.36 mg/kg(干土)。水溶性NH4-N在上部砂质黏土中为19.6 ~ 41.6 mg/L(干土)，在下部砾石中为2.3 ~ 4.1 mg/kg(干土)。
土壤特性决定了氮的动力学。在排水良好的土壤中，入渗相当大，因此硝化速率高，反硝化作用可能不显著。土壤深度控制地上施氮和硝态氮淋溶之间的时间滞后，它影响土壤氮转化的时间跨度[17.］．
橡胶坝建成后，地下水位由砂卵石层上升至砂粘土层(图)3(一个)）.水溶性和在包气带中，随着地下水位的上升，溶入地下水，因此，浓度和逐渐增加。地下水位也受季节变化的影响。部分砂质粘土层处于干湿交替状态，加速了硝化作用。的一部分被转换为在氧化的大气中，导致地下水中氨氮的减少浓度进一步增加。这一过程受地下水位、水位和水过渡区岩性的影响。由于地下水浅层埋深的关系，地表氮到达地下水的时间较短，并加快了氮的增加速度［22.］．
NO的变化3.- n和NH4-该区域的N主要分为两个阶段：2000年至2006年，河流大量补充地下水，以及3.- n和NH4-N地下水主要受到河水质量的影响，呈现抑郁症。随着地下水桌子上升，河水随着地下水而逐渐变得越来越多地。2007年后，和曝气区和地球表面的浓度浓度的主要原因是NO的浓度3.- n和NH4-地下水中的氮。
6.3。地下水TDS变化分析
地下水中TDS的浓度受岩石类型和特征、补给水性质、人类活动、水岩相互作用和蒸发等因素的控制。洛河南岸(1、2、3号观察井位置)和北岸(4、5、9号观察井位置)的岩性分布相同，受人类活动的影响相似，因此，TDS浓度不同的主要原因可能主要与地下水埋深不同有关。地下水蒸发量受埋深、岩性和气象条件的影响，蒸发量一般随埋深越浅而增大。
洛阳盆地平原面积采用双结构，上层是砂质粘土，下层是沙子和砾石。当地下水台上升到砂岩层时，由小颗粒组成，毛细管高程和地下水蒸发均增加。
在南阳市白河建设四级橡胶坝系统前后进行了地下水蒸发模拟研究[23.］．这一地区的水文和气象条件与漯河相似。四座橡胶坝建成后，蒸发损失达到502万m3.，大约是大坝建设前蒸发量的3倍。观测井1、2、3井位于第一梯田和第二梯田，区域地下水埋深5 ~ 15 m。4号井、5号井、9号井位于伊洛河冲积平原。地下水埋深0.3 ~ 4 m。洛河南岸的蒸发量明显大于北岸。在强蒸发条件和干湿季节变化引起的水岩相互作用下，橡胶坝建成10年来，TDS浓度明显增加。由于地下水埋深较浅，人类活动排放的地表污染物进入含水层的时间较以前建造的橡胶坝短。这可能是TDS浓度增加的另一个原因。
7.结论
研究表明，2000 - 2008年在漯河建设的5座橡胶坝对地下水环境产生了很大的影响。随着2000年第一个橡胶坝的建设和随后的4个大坝的建设，地下水开采引起的地下水超采问题几乎完全得到缓解。早在2004年，一些地方的地下水位就上升了30米。TH, TDS和NO的浓度3.河水开始补充地下水后，-N显著减少。
2007年，在橡胶大坝建成7年后和而吸附在包气带中的氨氮则转化为含水层。因此，氨氮的浓度4- n,没有3.这个区域的-N升高了。2010年开始，洛河南岸的TDS在砂质黏土层强烈蒸发和水岩相互作用的作用下增加。随着地下水位的上升，人类活动排放的污染物到达含水层的时间比以前缩短了。这也是为什么TDS, NH浓度4- n,没有3.- n增加。
开发合理控制地下水资源管理的手段，防止地下水超采，应是该地区地下水研究的重点。
利益冲突
关于论文的出版不存在利益冲突。
作者的贡献
Shaogang Dong和Baiwei Liu是Cofirst作者，他们同样为论文中的工作做出了贡献。
致谢
基金资助:国家重点基础研究发展计划项目(no. 201430724);国家科技支撑计划项目(2014CB138802);国家自然科学基金项目(41002129,31060076,41261009,40901029)。
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