马鬃山区基岩裂隙水系统水循环过程与黑河中、下游平原区的水力联系

本项目以我国甘肃省马鬃山地区为研究区，开展基岩裂隙水系统水循环交替模式及其与和黑河中、下游平原区之间水力联系的研究。力图通过野外水文地质调查、现场水文地质试验和测试获取地下水分布、动态、水化学等信息，以地下水环境示踪剂（氢、氧、碳稳定和放射性同位素、惰性气体、CFC等）作为水文环境变化的标记，结合地质、构造、环境变化分析、模拟计算等手段，探讨干旱地区不同水文地质单元基岩裂隙水垂直与水平方向上水量迁移转化规律、物质传输、作用过程、循环模式和演化方向等科学问题。研究成果不仅可为西北地区水资源可持续开发利用、为黑河流域水资源统一调配与管理、生态环境恢复和建设提供科学依据，对推进我国基岩裂隙水研究进程、完善基岩裂隙水系统理论也将具有重要科学意义。

摘要：本项目属国家自然科学基金委重大研究计划“黑河流域生态-水文过程集成研究”中的培育项目之一。2010年获得批准，研究周期为3年。研究区范围是位于西部河西走廊以北、黑河下游平原以西的马鬃山地区。项目的研究目标是：揭示研究区基岩裂隙水形成、循环交替规律；模拟研究区区域地下水的流场；回答马鬃山区地下水和地表水对东部平原区的补给问题。按照研究计划，开展了覆盖研究区大范围的综合水文地质调查、取样、水文地质试验和地下水流数值模拟等一系野外和室内研究工作，主要研究内容包括：地下水化学、同位素、气体地球化学研究；地下水动态研究；包气带渗透性能研究；岩体渗透性能研究；地下水系统分析；水文地质概念模型研究；地下水流模拟计算；沟谷洪流测量及流量估算等。该项目获得的主要认识和结论是：（1）研究区地处戈壁荒原，气候干旱，地下水补给条件很差，具备典型的弱含水、低渗透、低流速基岩裂隙水系统特征；（2）区内地下水以微咸水为主， 地下水的主要化学类型为Cl•SO4-Na和SO4•Cl-Na。自西向东地下水化学组分具有水平分带规律，主要表现在地下水矿化度自西向东逐渐升高；（3）区内浅部地下水属于入渗—蒸发—径流动态型，源自大气降水，为近期入渗补给的地下水，具有水流速度快，更新周期短的特征；而深部基岩裂隙水属于入渗—径流动态类型，深部岩体渗透系数试验数据大多小于10-7m /s，随深度增加，渗透系数值没有明显的变化趋势。深部地下水源自地质历史时期大气降水补给的地下水，14C年龄可达7000～12000年，具有流速缓慢，更新周期长的特点；（4）该区构成了一个具有独立补给、径流、排泄的完整基岩裂隙地下水系统。大气降水是该区地下水系统主要补给来源；主流方向为自西向东，黑河下游平原为其最终排泄区。南部局部区域存在自北向南的地下水径流，河西走廊平原为其局部排泄区。由于受人为影响较小，区内地下水系统长期处于稳定流状态；（5）模拟了区域地下水流场特征，计算了地下水均衡量。模拟结果说明，区内地下水主要为自西向东流动，黑河下游平原区为区域地下水排泄区之一，排入东部平原区的地下水量为1068.74×104m3/a；河西走廊地区为区域地下水的另一个排泄区，排泄量为1178.21×104m3/a；（6）通过沟谷洪流及沟谷过水断面测量，估算得到山区沟谷洪流对东部平原区补给总量为280万m3/a。