化学

（一）实验室简介

国土部地下水科学与工程重点实验室是国土部和中国地质科学院科技创新体系的重要组成部分，是组织我国地下水科学领域高水平基础研究和应用研究、聚集和培养优秀科技人才、开展科技创新和学术交流的重要基地，是代表学术水平、实验水平和管理水平的实验研究基地和学术活动中心。重点实验室依托中国地质科学院水文地质环境地质研究所尖端科研优势，瞄准重大需求和国际地球科学发展前沿，深入研究地下水可持续利用方面的重大前沿基础科学问题和关键科学技术问题，实现地下水可持续利用领域的原始性创新，获取对地下水可持续利用具有战略意义的自主创新成果。通过实验室建设，推进国内、国际科技合作，营造有利于促进人才不断成长并充分发挥创新人才作用的环境，成为“地下水科学与工程重点实验室”和人才培养基地。

（二）2013年度重要科研成果

由实验室承担的重点基础研究发展计划（“973”）项目“华北平原地下水演变机制与调控”中的第三课题“深层含水层系统变异与地下水可更新能力演变机理”，经过近4年的综合研究取得了一定的进展，主要成果如下。

1.深化了水-土复合作用及地面沉降发生机理认识

采用基于比奥固结理论的ADINA有限元分析软件建立了三维地面沉降数值模型，提出了优化的地下水开采层位和控制地面沉降措施。分析了实施封井措施及反复抽水作用下的地面变形效应，提出了耦合效应因子的概念,揭示了抽水和荷载对地面沉降的共同作用规律。通过建立考虑滞后作用的地面沉降阿尔蒙分布滞后模型，对沧州地区地面沉降量进行了模拟预测。分析了在不同加载条件下含水砂层与黏性土层的变形规律，根据典型黏性土样实验结果，确定了压缩量与释水量之间的关系（图40）。

2.编制了华北平原地面沉降分区图

划分了华北平原地下水调控类型分区，为提出各分区地下水调控目标与措施了基础依据。

3.探索了地下淡水-咸水界面移动与驱动机制

开展了咸水下移的驱动机制研究，模拟了在大规模开采形成的水头差、弱透水层和天窗的补给条件下咸淡水下移的过程。建立了咸淡水界面运移数值模型，模拟了弱透水层的吸附解析机制对咸水下移的影响。采用地球物理探测方法对典型地区的地质剖面进行高密度电阻率成像，其反演结果验证了基于T-PROGS建立的水文地质结构模型，为建立典型地区的淡咸水界面运移模型了可靠依据。根据黏性土的化学渗透特性，利用PHREEQC软件通过模拟浅层地下水化学组分的溶解、沉淀和运移，得到了浅层地下水中的降水入渗比例，初步揭示了浅层咸水淡化的部分机理（图41，图42）。

图40 封闭不同含水层开采井地面变形曲线

图41 基于T-PROGS的地质结构模型

图42 单目标与多目标优化后的盐度分布对比

4.证明了越流过程中黏性土存在阻盐效应

通过膜效应室内试验分析了越流机理，通过水化学、同位素的表明膜效应的存在。原状土样对NaCl溶液中离子的截留作用存在一定的旋回变化；水化学方面，分析NaCl溶液中离子的截留过程有三段变化，粘土膜实验前后易溶盐测试，表现出了“滤盐”的性能；同位素方面，离子在膜效应作用下发生分馏，δ³⁷Cl值减小。初步总结了膜效应在浓度、压力、孔隙等因素下的发生规律。

5.认识了复合地下水漏斗演变及地下水可更新能力

对石家庄至沧州剖面深层承压含水层同一地下水样品进行¹⁴C及惰性气体样品分析，通过对比分析地下水¹⁴C年龄与⁴He年龄，获取了可靠的河北平原中部深层承压水的年龄信息，证实了⁴He测年在研究区应用的可靠性，由此初步评估了河北平原深层含水层的更新能力。利用MODFLOW结合井中垂向流测定进行了井内垂向流数值模拟，分析了沧州漏斗区深层地下水开采井中垂向流对开采组成的影响，初步证实了井中渗漏在开采中占有重要比例。