（地质工程专业论文）定边县周台子地区地下水水化学演化规律研究.pdf

摘要 定边县为第二批全国生态农业示范县，县政府拟在周台子地区建立县级农业示范 区。周台子地区地下水资源量比较丰富，调节能力强，能够满足示范区的供水量需求， 但是该区地下水水质极其复杂，大部分地区地下水水质不适合人畜饮用和植物生长需 要。因此，对周台子地区的地下水水化学特征及其形成规律的研究，就成为该地区示范 区建设与发展的决定性环节。本文在分析水文地质特征的基础上，对周台子地区地下水 水化学演化规律以及开采条件下的劣质水体迁移进行了研究。 通过现状地下水主要化学成分的分析，研究区地下水水化学特征呈现明显的区域变 化规律，即第四系潜水与白垩系环河组地下水的矿化度从南东部的小于l g l ，向北西迅 速增加到3 9 l ，水化学类型由南部小范围的h c 0 3 型过渡到北西部的c 1 、s 0 4 型，阳离 子以n a 、m g 为主，地下水主体为c l s 0 4 n a 型、c l s 0 4 h c 0 3 n a 型、c l h c 0 3 - n a 型水。运用水文地球化学理论，对研究区第四系和白垩系环河组地下水化学演化 分别进行了水文地球化学质量平衡模拟与分析，结果表明：地下水以岩盐、钾盐、石膏 的溶解为主，即第四系地下水水化学的形成主要是溶滤作用和蒸发浓缩作用共同作用的 结果，白垩系环河组地下水水化学主要受溶滤作用和阳离子交换作用的影响。 结合地下水水化学成分分布特征及演化规律，依据灌溉用水水质要求划定了地下水 开采的宜井区段，制定了水资源开采方案，对开采过程中劣质水体的迁移进行了三维数 值模拟，分析了开采条件下劣质水体迁移的影响：劣质水体的范围向南部迁移，有所扩 大，主要是水质不太适宜开采区向南、向北迁移，范围有较大幅度增加，而水质不适宜 开采区、水质适宜开采区的范围都有所减小。从整体地下水化学环境而言，是在向好的 方向发展。劣质水体范围的扩大影响部分宣井区水质，在开采过程中需要加强水质监测。 关键词：周台子地区，水化学演化规律，劣质水体，质量平衡模拟，质点迁移 s t u d yo nt h ee v o l u t i o no f c h e m i c a lc o m p o s i t i o no ft h ew a t e ri nt h e z h o u t a i z ia r e ai nd i n g b i a nc o u n t y a b s t r a c t d i n g b i a nc o u n t yi s t h es e c o n db a t c ho fn a t i o n a l e c o a g r i c u l t u r e d e m o n s t r a t i o n c o u n t i e s t h er u r a lc o u n t y g o v e r n m e n tp l a n s t os e t u p ac o u n t y l e v e la g r i c u l t u r a l d e m o n s t r a t i o nz o n ei nz h o u t a i z i a c c o r d i n gt ot h ea c t u a lm i n i n gc o n d i t i o n sa n df m d i n g sw e f i n dt h a tt h eg r o u n d w a t e rs t o r a g ei sr i c ha n dt h ea b i l i t yt or e g u l a t ei sl a r g ei nt h i sa r e a s ot h e g r o u n d w a t e rc a nm e e tt h en e e do ft h ed e m o n s t r a t i o na r e a h o w e v e r t h eg r o u n d w a t e rq u a l i t y i se x t r e m e l yc o m p l e xa n di ti sn o to n l ys u i t a b l ef o rt h el i v eo fh u m a n sa n da n i m a l s ，b u ta l s o t h eg r o w t ho fp l a n t s t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho ft h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o na n dt h ef o r m a t i o n l a wo ft h eg r o u n d w a t e rh a sb e c o m ead e c i s i v ep a r tf o rt h er e g i o n a ld e v e l o p m e n t t h i sp a p e r i n t r o d u c e st h eo r d o sb a s i ng e o l o g i c a lf e a t u r e sa n dh y d r o g e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，f r o mw h i c h w eu n d e r s t a n dt h er e g i o n a lc o n t e x to ft h i sa r e a , a n dh o wt om i g r a t et h ep o o rq u a l i t yw a t e ra r e i n t h ez h o u t a i z ia r e a a c c o r d i n gt ot h es t u d yo ft h ew a t e rc h e m i s t r yc h a r a c t e r i s t i c so ft e s td a t a , t h es a l i n i t yo f t h eq u a t e r n a r yl o o s ep o r o u sa q u i f e ra n dt h ec r e t a c e o u sc e n t r a lr i v e rg r o u pe l a s t i cr o c kp o r e f i s s u r ea q u i f e ri n c r e a s e sf r o ml e s st h a nlg li nt h es o u t he a s tt o3 9 li nt h en o r t hw e s t q u i c k l y , t h ec h e m i c a lt y p e sr a n g ef r o mt h es m a l ls o u t h e r nh c 0 3 - t y p e t ot h en o r t hw e s tc 1 ， s 0 4 - t y p e , a n dt h ec a t i o ni sn 如m g - b a s e d , t h es u b j e c ti sc 1 s 0 4 - n at y p e ，c 1 s 0 4 。h c 0 3 - n a t y p e ，c 1 h c 0 3 - n at y p ew a t e r w eu s et h eh y d r o g e o c h e m i c a lt h e o r y t oc a l t yo u th y d r o l o g i c a l m a s sb a l a n c es i m u l a t i o no ft h eh y d r o g e o c h e m i c a lq u a t e r n a r ya n dc r e t a c e o u s ，c e n t r a lr i v e r g r o u pe v o l u t i o no fg r o u n d w a t e rg e o c h e m i s t r yi nt h es t u d ya r e a t h er e s u l t ss h o wt h a t ：t h e a q u i f e ri sb a s e do nr o c ks a l t , p o t a s s i u ms a l t ，g y p s u md i s s o l u t i o n a l lt h e s es h o wt h a tt h e f o r m a t i o no fq u a t e r n a r yg r o u n d w a t e rc h e m i c a li st h er e s u l to ft h ei n t e r a c t i o no fl e a c h i n go f s o i la n de v a p o r a t i o n t h ec e n t r a lr i v e rg r o u po fc r e t a c e o u sg r o u n d w a t e rc h e m i c a li s a f f e c t e db yl e a c h i n go fs o i la n dc a t i o ne x c h a n g e w ef o r m u l a t e dar e a s o n a b l ew a t e rm i n i n gp r o g r a mw h i c hi sb a s e do nad e 印s t u d yo f t h ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ee v o l u t i o nl a wo ft h eg r o u n d w a t e rc h e m i c a l c o m p o s i t i o n w ea l s os i m u l a t e dt h ep a r t i c l em i g r a t i o ni nt h em i n i n gp r o c e s s t h er e s u l ti s t h a tt h ep o o rw a t e ra r e ae x p a n d e di nt h ew e s tp a r to ft h es t u d ya r e a , j u s ta l o n gt h em a i n d i r e c t i o no ft h eg r o u n d w a t e rf l o w t h ep o o rq u a l i t yw a t e rw i l ln o te n t e rt h es c o p eo ft h e p r o d u c t i o nw e l la n dw i l ln o t a f f e c tt h e q u a l i t yo ft h em i n i n gw a t e r m e a n w h i l e ，t h e e x p l o i t a t i o no fg r o u n d w a t e rh a sl i t t l ee f f e c to ng r o u n d w a t e rf l o wc o n d i t i o n s i tw i l ln o tc a u s e t h ec h a n g eo ft h eg r o u n d w a t e rc h e m i c a le n v i r o n m e n t , a n dh a v en 0e f f e c to nt h eg r o u n d w a t e r c h e m i c a le v o l u t i o n t h e e c o l o g i c a le n v i r o n m e n ti nt h es t u d ya r e ai sf r a g i l e ，a n dt h e g r o u n d w a t e rr e s o u r c e sa l ev e r yv a l u a b l e t h e r e f o r e ，t h eg r o u n d w a t e rr e s o u r c e sa n dt h ew a t e r e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o ns h o u l db e 西v e na d e q u a t ea t t e n t i o n ，a n dt h e ya lem u s tb ei m p l e m e n t e d w i t ht h eg r o u n d w a t e rr e s o u r c e sd e v e l o p m e n ts i m u l t a n e o u s l y k e y w o r d s ：t h ez h o u t a i z ia r e a ，e v o l u t i o no fw a t e rc h e m i s t r y ，p o o rq u a l i t yw a t e r ，m a s s b a l a n c es i m u l a t i o n ，p a r t i c l em i g r a t i o n i i i 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。学校 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许 论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所等机构将本学位论 文收录到中国学位论文全文数据库或其它相关数据库。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：查鱼垫 一指导教师签名：么硷 弘i o 年么月万日哆刀。年么月扩日 西北大学学位论文独创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西 北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的 同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：杏最螺 如，口年多月节日 西北大学硕士学位论文 1 1 选题依据和研究意义 第一章绪论 水不仅是一种不可替代、不可缺少的宝贵的自然资源，也是人类生存和发展最为重 要的环境因素之一。一方面，水资源本身在时空上分布很不均匀，各地水资源的质和量 也有很大的差别；另一方面，人类活动对水资源系统可能产生重大影响，如工业、农业 和城市的发展过程伴随的水资源开采利用程度的加大，虽然人类从中获得了巨大的利 益，但由于水资源的过量开采和废污水的任意排放等导致了一系列环境问题，特别是有 关地下水量减少和水质下降的问题，这都严重影响水资源的可持续发展与利用。 我国水资源约为2 6 8 0 k m 3 a ，居世界第4 位，但由于我国人口基数大，按人口平均仍 然是水资源的“贫穷国家 ，同时，水资源在时间分配和空间分布上也很不均匀，造成 部分地区水资源供需矛盾突出。长江流域及以南地区，水资源占全国的8 0 以上，耕 地只占3 6 ，而长江以北地区，水资源占1 8 ，耕地却占6 4 ；在时域上，约7 0 左右 的雨水集中在夏秋季的3 - 4 个月内，且以暴雨为主，大量的雨洪水难以利用，能够利用 的雨水不过百分之十几。我国部分地区由于过度开发利用水资源，加上水资源惊人的浪 费和水体污染加重，加深了水资源的危机，农业和城市缺水十分严重。西北地区就是典 型的缺水区。 我国西北地区气候干旱，降水稀少，蒸发量大，产水量少，水资源平均只有5 3 1 0 4 i r l 3 f l m l l 2 ，不足全国平均数的1 5 。由于降水及地表水与地下水的时空分布极度不均， 水资源量各地贫富差距极大，给地区经济建设与发展带来了严重影响。鄂尔多斯盆地白 于山以南地区的地下水资源比较丰富，而白于山以北的定边平原等地区的地下水资源比 较贫乏，盐环定扬黄工程就是为该区解决生活生产用水的调水工程；该地区地下水资源 不仅在水平方向存在差距，而且在垂直方向( 各含水层的资源量) 相差也非常大。从地 下水水化学角度看，西北地区的地下水质受地形地貌、地层岩性、古地理沉积环境、地 下水循环条件等综合因素的影响，导致地下水水化学类型在空间的分布上呈现出明显不 同，类型复杂多变，加大了开发利用的难度。白于山区不仅水资源量少，更严重的是水 质差，缺少可供饮用、可供灌溉的优质水，是典型的“苦水区 。 定边县地处陕西省西北角、榆林市最西端，位于鄂尔多斯盆地中部白于山分水岭以 北的定边平原，为第二批全国生态农业示范县。定边县物产丰富，历来以“甘草、咸盐、 第一章绪论 皮毛三宝闻名陕北，今又探明有相当储量的石油、天然气，具有相当大的发展潜力； 县境地域辽阔，土地资源丰富，是陕西省地广人稀的大县之一，位居全省第三。全县土 地资源数量大，全县人均土地4 2 亩，比全省人均9 5 亩高出3 4 倍，比全国人均1 2 亩 高出2 5 倍。按现有耕地面积计算，全县人均耕地面积6 3 亩，也大大超过全省和全国 人均水平。定边县土层深厚，宜耕性强，能满足作物一年一熟的要求，全县总土地面积 中种植业适宜地占2 8 0 3 ，林草适宜地占5 4 3 9 ；而且光照充足，光、热、水基本同 季，温差大有利于作物生长和糖分积累。基于优越的土地和光热资源，县政府拟在水资 源条件相对较好的周台子地区建立县级农业示范区。 周台子地区无常年性地表水流，只有短程沟谷，暴雨期不大的短暂洪水径流除沿途 渗漏外，均注入了北部的咸水湖泊；根据开采实际情况和调查结果发现该地区地下水储 存量比较丰富，调节能力强，能够满足示范区的供水需求，但是该区地下水水质复杂， 根据已有水质化验结果，区内大部分地区地下水水质不适合人畜饮用和植物生长的需 要。因此，如何有效地利用地下水水化学成果资料，运用先进的分析研究方法，进行地 下水水化学分布特征与劣质水体迁移规律研究，为合理开发利用地下水资源，促进地区 社会经济和生态环境协调发展，成为一项非常紧迫的工作，具有重要的现实意义。 基于上述原因，紧密配合水资源利用和农业示范区建设，从周台子地区地下水开发 利用中最引人关注的水质问题入手，以“定边县周台子地区地下水化学演化规律研究 为题，在研究该地区水文地质背景的基础上，对其水化学特征与水文地球化学演化规律 和形成机制进行深入探讨，分析开采条件下劣质水体的迁移特点，为地下水的合理开发 利用提供科学依据，为类似条件的其他地区的研究提供借鉴。 1 2 水文地球化学的国内外研究现状 1 2 1 水文地球化学的基本概念 水文地球化学是水文地质学的一部分，是在水文地质学和地球化学基础上发展起来 的一门学科，它是以地下水化学成分的形成和演化，以及各种组分在其中的迁移规律为 研究对象，以地下水中化学组分的形成作用，化学元素及同位素在地下水中的迁移、转 化、富集与分散规律以及地下水气体成分为研究内容的新兴学科。一方面，它的研究是 地下水分布和形成规律研究的一部分，另一方面，它的研究又为阐明水文地质条件，评 价水资源增添了一些有效的方法。它的研究阐明了人类活动对水环境的影响。水文地球 化学的两大基本任务是全面分析地下水中元素和研究地下水的形成过程3 。它的研究任 2 西北大学硕士学位论文 务主要包括：地下水化学成分的来源、时空分布特征及其演变规律；地下水化学成分的 形成租用及其影响因素；化学元素在地下水中的迁移规律；地下水同位素成分的形成、 分布及其水文气球化学应用；地下水中污染组分的迁移、转化规律及污染的治理方法研 究；各种数学、物理及化学的研究方法在水文地球化学中的应用研究。水文地球化学在 查明地下水的补径排条件及阐明地下水成因与水环境演化过程等方面取得了很大的成 功n 1 【2 o 1 2 2 水文地球化学的发展历程与研究现状 “水文地球化学 这一术语1 9 3 8 年提出，随后得到了广泛的认可，到5 0 年代发展 成为一门独立的学科n 1 。在国外，初期，水文地球化学主要用于查明区域水文地质条件， 特别是查明地下水的补给、迳流与排泄条件及阐明地下水成因，在水资源的开发利用方 面取得了一定的成就。二十世纪六十年代，水文地球化学的研究领域拓宽很快，着重研究 地下水在地壳层中所起的地球化学作用。1 9 8 1 年，s t u r mw 在他的专著中较系统地提供 了定量处理天然水环境中各种化学过程的方法，1 9 9 2 年，cp 克拉依诺夫等在著作水 文地球化学中把水文地球化学分为理论水文地球化学和应用水文地球化学两个部分， 理论水文地球化学全面阐述了地下水化学成分的形成、迁移并把化学热力学引入水文地 球化学的研究中来，应用水文地球化学论述了水文地球化学在生活用水、工业用水、找 矿、地震预报、防治地下水污染、水文地球化学预测及模拟中的应用口3 。随着计算机的 发展，水文地球化学中一些非线性问题得到很好的解决，水文地球化学数值模拟技术也 得以发展和成熟h 吲。 在国内，水文地球化学的研究主要集中在对水化学时空场的形成及其影响因素和水 化学组分演化规律的的研究上。沈照理( 1 9 8 6 ，1 9 9 3 ) 等在水文地球化学基础一书中 详细讲述了地下水的化学成分的形成与特征。王东胜等( 1 9 9 7 ) 应用质量平衡模拟理论对 石家庄平原地下水化学成分进行了水岩作用模拟，阐明了该地地下水化学分带性的形成 机理膪1 。马振民、刘立才、陈鸿汉、沈照理( 2 0 0 2 ) 对山东泰安岩溶水系统地球化学演化 规律进行了研究，结果表明，控制和影响岩溶水化学环境演化的主要因素是由岩溶水的 超量开采引起的地下水动力场的改变和岩溶塌陷，人类活动与岩溶水化学环境的快速退 化也存在密切关系。 在西北地区的鄂尔多斯盆地，许多学者都从不同角度进行了研究：李云峰，徐中华， 冯建国等依据水文地球化学理论对大量水化学资料进行分析，在水化学形成规律和分类 3 第一章绪论 方面对鄂尔多斯盆地白垩系地下水进行了研究，对鄂尔多斯盆地地下水含水系统进行了 划分国3 。高文冰第一次对鄂尔多斯盆地中的白垩系环河组地下水从水一岩作用方面进行 了水文地球化学模拟，定量的分析研究了盆地中的白垩系环河组地下水演化过程，为盆 地水文地质模型的建立及地下水资源的开发利用提供了依据口1 。杜龙明、郭三民、金有 生等以水文地球化学理论为指导，分析研究了盐池定边地区的水化学场的地质背景及形 成机理，并从水文地球化学角度提出了鄂尔多斯盆地地下水开发利用的新思路n 1 1 。李云 峰、徐中华、王玮等对鄂尔多斯白垩系自流水盆地的水化学形成规律进行了研究，得出 了盆地地下水化学的成因n 刳。李云峰、王疆霞、王玮等人对白于山地区白垩系地下水的 劣质成因进行了探讨n 引。李云峰、李金荣、侯广才等从水文地球化学角度对鄂尔多斯盆 地南区的补径排关系进行了研究，得出盆地中地下水补给区位于盆地的东部地区和西南 部地区，向盆地中心地带泄出，最终经由马莲河排出盆地的结论，加深了鄂尔多斯盆地 地下水源汇认识等基本问题n 叼。谢延玲在收集分析靖边县水文地质及水化学资料的基础 上，首次对该地区进行了降水、地表水、地下水相结合的水化学成分演化规律的研究n 钔。 1 2 3 水文地球化学的研究方法 地下水化学的形成和演化是一个复杂的水岩相互作用的过程，这其中包含着很多问 题的多个方面，因此，我们了解它的形成和演化的方法，也存在着多样性。我们常用的 方法主要有以下三种：自然历史分析法、分类法、实验及计算机模拟法。 自然历史分析法是水文地球化学中最早也是应用最广的一种方法，这种方法使我们 了解地下水化学的形成成为可能。 分类法在按水化学成分进行地下水系统划分方面应用最为广泛。 实验模拟法主要应用于研究地下水化学成分的形成和演化过程，这一方法是在热力 学和化学动力学的基础上建立起来的，需要借助水文地球化学模拟的手段来完成，这是 一种新型的方法，还处于发展完善阶段。 在地下水水文地球化学研究的过程中，三种方法发挥着各自的作用，我们要很好的 结合三种方法，把三种方法有机结合，在运用自然历史分析法和分类法分析水文地质特 征的基础上，建立起合理的水文地球化学模型，通过模拟筛选出符合实际情况的结果， 再通过分析得出正确的地下水的水文地球化学规律，指导我们的生产生活实践。 近年来，随着计算机技术的飞速发展，地下水地球化学模拟也得到了很大的发展， 计算机数值模拟越来越受到水文工作者的关注，国外学者认为这种模拟能够从化学角度 4 西北大学硕士学位论文 准确的描述出水岩反应系统中的化学反应机制。 现阶段，水文地质学中常用的模拟软件主要有w a t e q 4 f 、m i n t e q a 2 、e q 3 6 、p h r e e q c ， 其中，e q 3 6 和p h r e e q c 的应用范围最为广泛，相对e q 3 6 ，p h r e e o c 除了未能应用p i t z e r 方程式模拟较高离子强度溶液之外，软件对问题的定义更为简单，在用户友好性、数值 稳定性、兼容性、数据格式的直观性和灵活性方面更胜一筹，因此，很多地质工作者都 选择p h r e e q c 作为水文地球化学模拟的软件。水文地球化学模拟的方法主要有：组分平 衡分布( e q u i l i b r i u ms p e c i a t i o n ) 计算，质量平衡( m a s sb a l a n c e ) 模拟，化学反应 途径( r e a c t i o np a t h ) 模拟，物质运输( m a s st r a n s p o r t ) 模拟等。在水文地球化学 模拟方面，国外学者开展了大量工作，取得了丰硕的研究成果，我国在这方面的研究相 对滞后，但近年来有了很大发展。水溶液组分平衡分布计算主要是根据热力学模型和水 质分析资料，确定当地下水中溶解组分间的络合反应达到平衡状态时，各组分存在形式 的浓度，进而对地下水相对所感兴趣矿物的饱和度进行计算。根据计算结果，可对矿物 在给定水溶液环境下的溶解或沉淀趋势进行判定，这是水文地球化学模拟的最基础模 拟。质量平衡模拟和化学反应途径模拟主要用来对地下水流动途径上发生的化学反应进 行研究，前者在于对量的把握，后者则着重于对变化过程的模拟，前者是水文地球化学 模拟的反演过程，用于追根，后者是正演过程，用于预测，这两种方法使用的前提是对 研究区的水文地质条件有深入的了解，从而对地下水系统中可能发生的化学反应有基本 的认识，物质运输模拟实际上是化学反应路径模拟的一个特例。 国内学者在质量平衡模拟的理论和方法上有了较为系统和细致的研究。本文就是利 用前人的理论方法对定边县周台子地区进行研究，得出该地区的水化学演化过程。 1 3 研究内容、方法和技术路线 1 3 1 论文的主要研究内容 本论文以定边县周台子地区为研究对象，在深入分析其地质、水文地质条件和水化 学资料的基础上，对地下水水化学成分变化规律进行研究，通过质量平衡模拟分析地下 水化学场的演化规律，通过质点迁移模拟分析开采条件下劣质水体的迁移过程及其带来 的影响。最终通过对水化学的研究为地下水资源的开发利用提供依据，同时可为类似地 区的研究提供借鉴。 本文的主要研究内容如下： 1 、分析研究区的地质及水文地质条件，查明研究区的地下水补径排特征及其赋存 5 第一章绪论 条件； 2 、分析研究区第四系及白垩系地下水的水化学资料，研究区内地下水主要化学元 素的分布规律； 3 、选取有代表性的水流路径，利用p h r e e q c 软件对研究区地下水进行水文地球化 学模拟的质量平衡模拟，根据模拟结果分析地下水运移过程中的矿物演化，并定量分析 运移过程中矿物的溶解( 沉淀) 量； 4 、分析研究区地下水水化学成分的形成作用； 5 、依据主要水化学离子的变化规律和灌溉用水水质要求划分地下水宜井区；构建 研究区地下水流数值模拟模型，利用m o d p a m 软件对开采过程中地下水劣质水体的迁移 进行模拟，分析开采条件下劣质水体迁移带来的影响。 1 3 2 论文的研究方法与技术路线 论文的研究方法和技术路线紧密围绕文章的中心内容展开： 1 、收集前人的气象、地质、水文地质、水化学分析资料及研究成果； 2 、野外调研、采集和分析试样品，野外调研主要包括：水井调查、水位测量、开 采量调查、灌溉区分布调查等，分析试样品主要包括地下水水质简分析、水质全分析， 岩土的颗粒分析、易溶盐分析等； 3 、分析研究区资料，编制一系列相关分析图件，找出区内地下水主要元素的分布 规律，分析其影响因素，结合灌溉用水水质要求划分水质宜井区； 4 、利用p h r e e q c 软件进行水文地球化学模拟，分析模拟结果； 5 、基于研究区地下水流数值模拟模型，利用m o d p a m 软件对开采过程中地下水劣 质水体的迁移进行模拟，分析劣质水体迁移带来的影响并制定相应的预防措施； 6 、综合研究，得出最终结论。 具体技术路线如下( 图1 1 ) ： 6 西北大学硕士学位论文 图l 1 技术路线图 7 第二章研究区自然地理地质概况 第二章研究区自然地理地质概况 2 1 自然地理条件 定边县地处陕西省西北角、榆林市最西端，位于鄂尔多斯盆地中部白于山以北地区， 是黄土高原与内蒙古鄂尔多斯荒漠草原过渡地带，地理坐标为东径1 0 7 。1 5 l 1 0 8 。2 2 ， 北纬3 6 。4 9 - - 3 7 。5 3 。东南与陕西省靖边县、吴旗县相连；西南与甘肃省华池县、环县 相接；西北与宁夏回族自治区盐池县毗邻，东北与内蒙古鄂托克前期、乌审旗相邻，系 陕、甘、宁、蒙四省区交界地。县境内省道、国道、高速公路横纵相连，县城西距宁夏 河东机场1 5 5 公里，中太铁路( 宁夏中卫一山西太原) 也即将兴建。 定边县县境地域辽阔，南北长1 1 8 k m ，东西宽9 8 k i n ，总面积6 9 2 0 k m 2 ，居全省第 三位。中部白于山横豆东西，辐射南北，将全县分为两大地貌类型( 图2 1 ) ：南部为 白于山区丘陵沟壑区，占总面积的5 27 8 ：北部为毛乌素沙漠南缘风沙滩区，占总面 积的4 72 2 。全县海拔1 3 0 3 一1 9 0 7 m 。 圈2 1 兜边晏艟啊 定边属温带半干旱大陆性季风气候。主要特点是：春多风、夏干早、敢阴雨、冬严 寒，日照充足，雨季迟且雨量年际变化大，年平均气温7 9 ，年平均日照2 7 4 33 h ，年 平均降雨量3 1 69 r a m ，年平均无霜期1 4 1 d 左右，绝对无霜期l l o d 。 境内河流有十字河、安川河、石涝河、新安边河、红柳河、八里河( 内流河) ，均 发源于白于山区。 周台子地区位于定边县北部滩地区，毛乌素沙漠南部边缘，距县城1 5 k m ，西接宁 夏盐池县，北邻内蒙鄂托克前旗二道川，分别与定边镇、盐场堡乡、白泥井镇相毗邻。 地理坐标为东经1 0 7 。3 5 2 0 ”1 0 7 。4 3 2 6 ”、北纬3 7 。4 0 2 4 ”3 7 。4 4 7 5 7 ”， 西北大学硕士学位论文 总面积6 5 k i n 2 。周台子乡境内西有靖王高速公路、3 0 7 国道以及中卫一太原铁路通过， 新开通的“二海”路东西横贯全乡、沟通四邻，乡村之间为沙石道路，现已基本实现村 村通公路、通电话，移动、联通网站信号覆盖全乡，交通、通信条件较为便利( 图2 2 ) 。 县政府规划的农业示范区位于研究区的西南部，农业示范区分为东、西两块，总面 积1 18 8 k m 2 ，研究区与农业示范区位最及范围详见图2 3 。 圈2 2 研究区位置及变通泰件圈 圈2 o 研究区与示范区位置及范围图 第二章研究区自然地理地质概况 2 2 气候与水文特征 2 2 1 气候特征 周台子地区地处黄土高原和鄂尔多斯高原的过渡地带，属半干旱大陆性季风气候 区，具有春季风沙、初夏早、秋初阴雨、冬严寒的特点。据定边县气象站1 9 8 7 - - 2 0 0 7 年2 1 年的观测资料，多年平均气温9 0 。c ，多年平均降水量3 2 2 8 m m ，多年平均蒸发度 2 2 9 0 3 m m ( 1 9 8 7 - - 2 0 0 2 年e 2 0 蒸发皿资料平均) ，多年平均相对湿度5 1 ，多年平均无 霜期1 4 1 d 、绝对无霜期l1 0 d ，多年平均日照时数2 7 4 3 3 h ，最大冻土深度1 0 8 m 。 区内气温和相对湿度年内变化较大，月平均最高气温出现在7 月份为2 3 ，最低气 温出现在1 月份为零下7 。c ，相差3 0 ；月平均最大相对湿度出现在8 月份为6 6 ，最 小相对湿度出现在4 月份为3 9 ，相差2 7 ( 图2 - 4 ) 。降水量、蒸发度年内分配极不 均匀，连续最大四个月( 六至九月份) 的降水约占全年降水量的7 2 ，连续最大四个月 ( 六至九月份) 的蒸发约占全年蒸发度的4 9 ( 图2 5 ) 。 区内降水量、蒸发度年际间呈丰、平、枯交替的周期性变化规律，降水量丰枯极值 比为2 5 2 倍，蒸发度丰枯极值比为1 4 3 倍；降水量与蒸发度多年变化相对平稳，总体 呈现缓慢增加趋势，平均每1 0 年降水量增加8 0 m m 、蒸发度增加6 3 4 m m ( 图2 6 ) 。 2 2 2 水文特征 区内无常年性地表水流，只有短程沟谷，暴雨期不大的短暂洪水径流除沿途渗漏外， 均注入了北部的咸水湖泊。研究区南部的白于山区发育有十字河、安川河、石涝河、新 安边河、红柳河、八里河( 内流河) 等河流，但对区内地下水均无补给作用。 2 3 地质、地貌特征 2 3 1 地质构造 周台子地区位于祁吕贺山字型脊柱东侧的伊陕盾地，为新华夏一级沉降带中心部 位，构造作用微弱，是相对稳定的区域构造部位。区内地层走向近于南北，为一套向西 微偏北缓倾的岩层；在这一层缓倾的岩层内，只发育有零星且规模很小的以压性及压扭 性为主的错断，尚未发现较大的断层和褶皱( 图2 7 ) 。 1 0 第二章研究区自然地理地质概况 2 2 气候与水文特征 2 2 1 气候特征 周台子地区地处黄土高原和鄂尔多斯高原的过渡地带，属半干旱大陆性季风气候 区，具有春季风沙、初夏早、秋初阴雨、冬严寒的特点。据定边县气象站1 9 8 7 - - 2 0 0 7 年2 1 年的观测资料，多年平均气温9 0 。c ，多年平均降水量3 2 2 8 m m ，多年平均蒸发度 2 2 9 0 3 m m ( 1 9 8 7 - - 2 0 0 2 年e 2 0 蒸发皿资料平均) ，多年平均相对湿度5 1 ，多年平均无 霜期1 4 1 d 、绝对无霜期l1 0 d ，多年平均日照时数2 7 4 3 3 h ，最大冻土深度1 0 8 m 。 区内气温和相对湿度年内变化较大，月平均最高气温出现在7 月份为2 3 ，最低气 温出现在1 月份为零下7 。c ，相差3 0 ；月平均最大相对湿度出现在8 月份为6 6 ，最 小相对湿度出现在4 月份为3 9 ，相差2 7 ( 图2 - 4 ) 。降水量、蒸发度年内分配极不 均匀，连续最大四个月( 六至九月份) 的降水约占全年降水量的7 2 ，连续最大四个月 ( 六至九月份) 的蒸发约占全年蒸发度的4 9 ( 图2 5 ) 。 区内降水量、蒸发度年际间呈丰、平、枯交替的周期性变化规律，降水量丰枯极值 比为2 5 2 倍，蒸发度丰枯极值比为1 4 3 倍；降水量与蒸发度多年变化相对平稳，总体 呈现缓慢增加趋势，平均每1 0 年降水量增加8 0 m m 、蒸发度增加6 3 4 m m ( 图2 6 ) 。 2 2 2 水文特征 区内无常年性地表水流，只有短程沟谷，暴雨期不大的短暂洪水径流除沿途渗漏外， 均注入了北部的咸水湖泊。研究区南部的白于山区发育有十字河、安川河、石涝河、新 安边河、红柳河、八里河( 内流河) 等河流，但对区内地下水均无补给作用。 2 3 地质、地貌特征 2 3 1 地质构造 周台子地区位于祁吕贺山字型脊柱东侧的伊陕盾地，为新华夏一级沉降带中心部 位，构造作用微弱，是相对稳定的区域构造部位。区内地层走向近于南北，为一套向西 微偏北缓倾的岩层；在这一层缓倾的岩层内，只发育有零星且规模很小的以压性及压扭 性为主的错断，尚未发现较大的断层和褶皱( 图2 7 ) 。 1 0 西北大学硕士学位论文 东 = 篡墨，彳“q 鐾 癌 ”、1 n 2 4 9 矿i 1 。o 、。 ，一。 f 厂f 33456789l o1 l 、一5 月 1 0 掣d o o m 矗3 0 0 耋2 5 8 2 0 0 1 5 。 j ! j 圈2 4 定边县气象站气沮、相对湿度年内分配曲线 日降m 晕 一1 j 6 i i ；| l j - i ：j 睡 5 定边县气晕站阵水量、蒸发度年内分配直方圈 圈2 - - 6 定边县气象站历年降水量、燕触变化曲战 第二章研究区自然地理地质概况 2 2 气候与水文特征 2 2 1 气候特征 周台子地区地处黄土高原和鄂尔多斯高原的过渡地带，属半干旱大陆性季风气候 区，具有春季风沙、初夏早、秋初阴雨、冬严寒的特点。据定边县气象站1 9 8 7 - - 2 0 0 7 年2 1 年的观测资料，多年平均气温9 0 。c ，多年平均降水量3 2 2 8 m m ，多年平均蒸发度 2 2 9 0 3 m m ( 1 9 8 7 - - 2 0 0 2 年e 2 0 蒸发皿资料平均) ，多年平均相对湿度5 1 ，多年平均无 霜期1 4 1 d 、绝对无霜期l1 0 d ，多年平均日照时数2 7 4 3 3 h ，最大冻土深度1 0 8 m 。 区内气温和相对湿度年内变化较大，月平均最高气温出现在7 月份为2 3 ，最低气 温出现在1 月份为零下7 。c ，相差3 0 ；月平均最大相对湿度出现在8 月份为6 6 ，最 小相对湿度出现在4 月份为3 9 ，相差2 7 ( 图2 - 4 ) 。降水量、蒸发度年内分配极不 均匀，连续最大四个月( 六至九月份) 的降水约占全年降水量的7 2 ，连续最大四个月 ( 六至九月份) 的蒸发约占全年蒸发度的4 9 ( 图2 5 ) 。 区内降水量、蒸发度年际间呈丰、平、枯交替的周期性变化规律，降水量丰枯极值 比为2 5 2 倍，蒸发度丰枯极值比为1 4 3 倍；降水量与蒸发度多年变化相对平稳，总体 呈现缓慢增加趋势，平均每1 0 年降水量增加8 0 m m 、蒸发度增加6 3 4 m m ( 图2 6 ) 。 2 2 2 水文特征 区内无常年性地表水流，只有短程沟谷，暴雨期不大的短暂洪水径流除沿途渗漏外， 均注入了北部的咸水湖泊。研究区南部的白于山区发育有十字河、安川河、石涝河、新 安边河、红柳河、八里河( 内流河) 等河流，但对区内地下水均无补给作用。 2 3 地质、地貌特征 2 3 1 地质构造 周台子地区位于祁吕贺山字型脊柱东侧的伊陕盾地，为新华夏一级沉降带中心部 位，构造作用微弱，是相对稳定的区域构造部位。区内地层走向近于南北，为一套向西 微偏北缓倾的岩层；在这一层缓倾的岩层内，只发育有零星且规模很小的以压性及压扭 性为主的错断，尚未发现较大的断层和褶皱( 图2 7 ) 。 1 0 第二章研究区自然地理地质概况 2 2 气候与水文特征 2 2 1 气候特征 周台子地区地处黄土高原和鄂尔多斯高原的过渡地带，属半干旱大陆性季风气候 区，具有春季风沙、初夏早、秋初阴雨、冬严寒的特点。据定边县气象站1 9 8 7 - - 2 0 0 7 年2 1 年的观测资料，多年平均气温9 0 。c ，多年平均降水量3 2 2 8 m m ，多年平均蒸发度 2 2 9 0 3 m m ( 1 9 8 7 - - 2 0 0 2 年e 2 0 蒸发皿资料平均) ，多年平均相对湿度5 1 ，多年平均无 霜期1 4 1 d 、绝对无霜期l1 0 d ，多年平均日照时数2 7 4 3 3 h ，最大冻土深度1 0 8 m 。 区内气温和相对湿度年内变化较大，月平均最高气温出现在7 月份为2 3 ，最低气 温出现在1 月份为零下7 。c ，相差3 0 ；月平均最大相对湿度出现在8 月份为6 6 ，最 小相对湿度出现在4 月份为3 9 ，相差2 7 ( 图2 - 4 ) 。降水量、蒸发度年内分配极不 均匀，连续最大四个月( 六至九月份) 的降水约占全年降水量的7 2 ，连续最大四个月 ( 六至九月份) 的蒸发约占全年蒸发度的4 9 ( 图2 5 ) 。 区内降水量、蒸发度年际间呈丰、平、枯交替的周期性变化规律，降水量丰枯极值 比为2 5 2 倍，蒸发度丰枯极值比为1 4 3 倍；降水量与蒸发度多年变化相对平稳，总体 呈现缓慢增加趋势，平均每1 0 年降水量增加8 0 m m 、蒸发度增加6 3 4 m m ( 图2 6 ) 。 2 2 2 水文特征 区内无常年性地表水流，只有短程沟谷，暴雨期不大的短暂洪水径流除沿途渗漏外， 均注入了北部的咸水湖泊。研究区南部的白于山区发育有十字河、安川河、石涝河、新 安边河、红柳河、八里河( 内流河) 等河流，但对区内地下水均无补给作用。 2 3 地质、地貌特征 2 3 1 地质构造 周台子地区位于祁吕贺山字型脊柱东侧的伊陕盾地，为新华夏一级沉降带中心部 位，构造作用微弱，是相对稳定的区域构造部位。区内地层走向近于南北，为一套向西 微偏北缓倾的岩层；在这一层缓倾的岩层内，只发育有零星且规模很小的以压性及压扭 性为主的错