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滹沱河冲洪积扇是太行山山前平原区水文地质单元的一部分,是为石家庄市工农业生产供水的主要地下含水层,由于经济快速发展和人类活动的影响,水资源紧缺和地下水质污染已成为该地区面临的严峻问题之一。地下水一旦受到污染,对其治理和恢复的难度和代价都是十分巨大的,甚至在短时期内完全恢复是不可能的。因此,如何保护地下水资源免受污染或尽可能地少受污染就显得十分重要。地下水脆弱性评价就是针对这一目的所进行的基础性地质工作,它根据不同的水文地质条件,结合人类的各种活动因素,通过适宜的评价理论和方法,区分出不同地区地下水的脆弱程度,评价地下水潜在的易污染性,圈定脆弱的地下水范围,为有效地保护地下水资源提供科学依据。因此,开展滹沱河冲洪积扇地下水脆弱性研究对地下水资源的合理开发利用和管理具有重要的实际意义,对人与自然和谐相处具有深远的影响。该区以前开展的地下水脆弱性评价主要是利用DRASTIC方法,选择某几项主因子建立指标体系来进行评价。由于指标选取和权重的分配上人为因素影响很大,不同研究者或者同一研究者多次的评价结论存在很大的差异,导致对该区地下水污染防护性的认识不清,急需通过独立于DRASTIC评价指标体系之外的其它新方法来进行脆弱性评价。环境同位素作为地下水循环的指示剂,具有提供关于地下水脆弱性信息的独特潜力,其优点是用一项综合指标来替代人为建立指标评价体系的过程,基本消除了人为因素对评价体系的影响。
本文利用同位素方法并结合污染物分布规律对滹沱河冲洪积扇浅层地下水脆弱性进行研究,识别地下水污染的潜在高脆弱区。利用同位素3H和3H/3He测定了年轻地下水年龄,利用3H/3He划定了样品现代水含量,利用稳定同位素δ18O-δD关系识别了地下水补给来源和地下水优先补给,并把地下水年龄确定为地下水脆弱性评价的一项综合指标。从固有脆弱性影响因素角度,选取地下水位埋深、渗透系数两个指标来验证地下水年龄评价的脆弱性结论。从特殊脆弱性影响因素角度,选取NO3-和Cl-的污染分布来辅助证明根据地下水年龄评价的脆弱性结论的合理性。取得的主要认识和结论如下:
(1)3H/3He和3H同位素数据测年结果表明,滹沱河冲积扇浅层地下水年龄普遍小于30a,均为现代水补给。地下水年龄由山前至平原沿地下水流动的方向逐渐增大。
(2)稳定同位素18O和D确定地下水补给来源以及识别优先补给表明,地下水主要来源为大气降水,同时也受地表水和山前地下水的补给影响;优先补给主要发生在地下水年龄较小的山前地区。
(3)基于同位素地下水年龄方法和现代水含量方法评价滹沱河冲积扇的结论相一致,即总体上地下水脆弱性由山前到平原沿区域地下水流方向逐渐降低。石家庄漏斗区处于局部地下水流系统的排泄区,脆弱性相对于周边地区偏高。
(4)选用地下水位埋深、渗透系数两个固有脆弱性影响因素,以及NO3-、Cl-离子的污染分布两个特殊脆弱性影响因素验证得出:基于同位素方法评价的滹沱河冲积扇地下水脆弱性结论是合理的。
本文的创新点体现在:利用环境同位素技术评价地下水的脆弱性是一种新的尝试,引进该方法在滹沱河冲积扇区的首次应用获得了较好的结果,并得到其他评价方法的佐证,为该方法在国内其他地区的应用提供了范例。