北京市潮白河冲洪积扇地下水流动和更新模式的水化学和同位.docxVIP

北京市潮白河冲洪积扇地下水流动和更新模式的水化学和同位素标记翟远征1, 2，王金生1, 2（1. 北京师范大学水科学研究院，北京100875；2. 地下水污染控制与修复教育部工程研究中心，北京 100875）摘要：通过踏勘调研和采样分析（测试项目包括地下水的水温、DO、EC、ORP、pH、TDS、八大离子、2H、18O、3H和14C等），用水化学和同位素示踪法揭示了北京潮白河冲洪积扇地下水的流动模式和更新演化规律.地下水化学特征表明，研究区地下水的水化学类型由上游的Ca-Mg-HCO3型逐渐过渡到下游的以Na-HCO3型主，表现出明显的时间累积效应.降水和地下水中的D和18O组成特征表明，降水是研究区地下水的主要补给来源，在补给过程中受蒸发作用影响强烈.地下水中18O组成、3H年龄和14C年龄等的空间分布特征表明，研究区地下水的流动和更新过程主要存在局部流和区域流两种模式，其中前者主要存在于山前平原区和浅层地下水（均为潜水）中，以垂向流动为主，地下水具有很强的更新能力；后者主要指整个研究区的深层（承压含水层）地下水流系统，该水流系统的主径流方向为密云→怀柔→顺义→通州，以侧向水平径流为主，局部垂向入渗作用明显，地下水参与现代水循环微弱，径流途径较长，地下水更新能力很弱.关键词：潮白河冲洪积扇；地下水流系统；水文地球化学；环境同位素；地下水更新；地下水演化北京市位于华北平原北端，全境属于海河流域，而该地区是目前我国水资源压力最大的地区之一[1].近百年以来，北京市地下水的形成过程、地下水资源的空间分布和更新演化规律均发生了巨大变化. 尤其是近50年以来降水量的明显减少，加上人类开采地下水引起包气带厚度增加，从而导致降水入渗补给过程发生变化. 而且，北京的降水时空分布不均，降水主要集中在每年的7~9月. 这些因素导致北京市的水资源安全面临诸多问题与挑战，进而使其成为世界上严重缺水的大城市之一.潮白河作为海河北系的重要支流（介于北运河和蓟运河之间，均属海河流域）和北京市主要的供水水源，是流经北京的第二大河，流域范围在北京市境内覆盖了密云县和怀柔区的绝大部分、延庆县的西北部、顺义区的中东部和通州区的东部等地区（），市内流域面积5688km2，其中山区和平原区分别为4605km2和1083km2.潮白河冲洪积扇地下水系统在行政区划上位于北京市境内东北部，涉及北京市密云县、怀柔区、顺义区和通州区四个区县的部分地区，地理位置上处于39°40.4′~40°27.6′N和116°28.2′~117°1′E之间，呈南北向长条状展布（），面积为1847km2，在地表水流域范围的基础上在平原区延伸出70%. 研究区北端的东北、北和西北部均环山（俗称北山，属燕山山脉），南端与广阔的华北平原腹地相连（），地形由北向南倾斜，平均坡度1.1‰左右.该区是北京市区和密（云）怀（柔）顺（义）通（州）卫星城镇主要的供水水源地，供水量占北京市自来水供水量的约1/3. 目前该地区地下水源地有11个，包括1980年建成的供水能力达1.6108m3/a的市水源八厂（北京市目前最大的供水来源之一）和所在区县的自来水供水水源地（如顺义区水源二厂和三厂、通州水厂等），供水能力为1.2108m3/a的北京怀柔应急备用地下水水源地，以及华能电厂、燕京啤酒厂和东方化工厂等大耗水量企业的地下水源地等.本次研究通过实地踏勘调研和对研究区各水体（主要是地下水）中水化学和同位素组成的采样分析，刻画了地下水的流动特征和模式，并进一步揭示了北京市平原区潮白河冲洪积扇地下水的更新模式和演化规律. 该研究将有助于实现对北京市地下水的科学管理和有利于实现本地区水资源的可持续利用.1水文地质条件该地下水系统的水文地质条件主要受由潮白河第四纪冲洪积物交错沉积的冲洪积扇控制，总的沉积规律是从山前至平原沉积厚度由薄变厚，含水层由单层逐渐过渡为多层（单层和多层的分界线见，垂向水文地质条件见），颗粒粗厚度大，且地下储水空间大，赋水和补排条件良好，地下水资源丰富（单井出水量一般可达3000~5000m3/d），天然状态下水质优良. 目前的开采层地下水类型主要为第四系孔隙水，水位埋深自上游（山前）至下游（平原区腹地）由深变浅，其中上游密云地区平均埋深为15~30m，中下游的怀柔和顺义地区为5~15m，下游的通州地区为5~10m（2008年地下水位高程分布见）. 地下水资源补给量季节和年际变化均较大，平水年份约5~8108m3/a，近30年来最小的为2.7108m3/a（1983年），最大的为12.4108m3/a（1994年），后者是前者的4.6倍.研究区地下水主要接受大气降水、河流、灌溉水入渗等补给以及来自山区的侧向补给，其中大气降水为最主要的补给来源. 地下水流场在垂向上总的起伏变化与当地地形地貌的变化一致，即