引黄调水对汾河上游水环境的影响研究

Taiyuan is one of the most water-shortage cities in China. For recovering the destroyed groundwater resource, the water transfer project from the Yellow River to Taiyuan had been established, annually transfering 320 million t water. Recently, the Yellow River was polluted that makes the emergency of illuminating the impacts of transferred water to water environment in the intake area. The intake area of the Fen River is focused in the research. Hydrological measurements, isotope hydrology and hydrogeochemistry methods, statistical analyses and models will be employed. Ion contents, 2H/18O compositions, organic materials (TOC, DOC, UV254 and DBP)distribution will be decided. The interaction between stream and aquifer will be studied. In distinct physical geography settings, the hydrological processes, such as saturated/unsaturated infiltration and bank infiltration, and pollutants migration will be discussed in deep. Further, the impact of water transfer on those issues will be analyzed. The research will discover the influences of the project on the water environment of the Fen River intake area. It is significant for water resource protection in Taiyuan and would be helpful to improve the understanding of the issue relating to the impacts of human activities on water cycle and water environment in a basin.

太原市是严重缺水的城市之一。为了恢复被长期过量开采而破坏的地下水资源，兴建了引黄入晋工程通过汾河天然河道每年向太原市输送黄河水3.2亿m3以满足用水需求。近年来黄河出现污染，查明调入的黄河水对受水区水环境的影响十分迫切。本研究以汾河引黄河段为典型区域，综合水文观测、同位素水文学，水文地球化学、统计分析以及数值模型模拟等多种研究方法，分析河水和地下水中离子含量、2H和18O组成、有机物（TOC、DOC、UV254和环境激素DBP）分布，研究河水与地下水水量交换模式，探讨不同自然地理环境下饱和/非饱和渗水、河岸入渗调蓄等情形地下水水化学变化和污染物运移问题，并讨论引水活动的影响。本研究将揭示引黄入晋工程调水对汾河受水区水环境的影响，对太原地区水资源保护有重要意义，有助于加深对人类活动影响下流域水循环和水环境问题的理解。

为解决山西缺水问题国家兴建了引黄入晋工程。近年来黄河上游污染较严重，水质出现明显退化。在该工程运行十余年后，黄河水对受水区汾河水环境的影响引起了广泛的科学兴趣，也成为公众广泛关注的问题。本研究综合水文观测、水文地球化学分析、模型模拟等手段研究了如下问题：（1）河流-含水层系统水量交换时空模式；（2）引水行为对局部地下水系统流场和水化学特征的影响；（3）引水行为对含水层中污染物质分布、运移的影响及预测。研究结果表明，引入的黄河水水量十几倍于上游汾河来水水量，混合水在整个受水河段上补给地下水，对汾河流域地表水和地下水水文过程和水环境产生了巨大的影响。黄河水引入汾河后使整个受水河段的平均水位、流速和流量明显增高，目前受水河段已经达到均夷化。黄河水在汾河旱季引入汾河，雨季（七月到八月）和冬季（一月到二月）暂停调水。这种调水行为导致汾河自然水文过程彻底改变。原先雨季高水位，旱季低水位的水文过程特点，反转为旱季高水位，雨季低水位的状态。整个水文年内河流向含水层以饱和输水的方式排泄地下水，河岸带地下水水位受控于河水水位变化。研究河段存在两个明显的渗漏段：一是宁化古城上游，另一个是川湖屯到潘家湾段。在这两个明显的河流渗漏区，河流得到支流补给流量仍然明显减少。汾河水和黄河水属于偏碱性的弱氧化态水。黄河水混入汾河导致混合河水可溶盐和有机物含量大幅度增大，其中EC值增大两倍左右，而DOC含量增高约26%，UV254含量增大约24%。黄河水混入汾河后，汾河水主要离子组成由Ca-HCO3型变为Na-Cl•SO4型，接近黄河水。暂停调水的时期内，汾河水各项水化学特征可恢复。黄河水的同位素组成与受水区河水接近，混合后没有明显的改变汾河水同位素组成。支流汇入对汾河受水河段干流水化学特征存在稀释作用。混合作用、以及混合中发生的矿物溶解和沉淀、冬季河流结冰释盐过程是控制混合区内水化学演化的主要作用。河水对河岸带地下水水化学特征的影响十分明显，对河谷边缘附近地下水的水化学特征影响不明显。河岸带含水层内地下水的流动方向存在往复变化，河水和河岸带地下水的交换是双向过程，受到调水行为控制。雨季河水DBP含量均已超过标准限值，这与雨季的冲刷和夏季温度增加有关。河水入渗过程中有机物多被吸附在岩土颗粒表面，造成地下水较地表水有机物含量偏低。黄河水的注入引起河流沉积物质和微生物群落组成和结构产生明显变化。