地下水化学组成的时空聚类分析与多级嵌套水流系统识别

• 作者: 李舒 杨佳雪 李小倩 张俊 潘国芳
• 来源期刊: 地质科技通报
• 学科: 地球科学
• 关键词: 多级嵌套地下水流系统 聚类分析 水化学 季节变化
• 年，卷（期）: 2022,（1）
• 所属期刊栏目: “地下水流系统理论、模拟方法与应用”专辑暨庆贺张人权教授90华诞
• 页码范围: 309-318
• 页数: 10页
• 分类号: P641
• 语种: 中文
• DOI: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0028

摘要

水文地球化学是识别地下水流系统的重要方法,然而区域尺度上多级嵌套地下水流系统的复杂性使地下水化学组成的分析和解释难度增加.以鄂尔多斯北部盆地湖泊集中区典型的胡同察汗淖地下水流系统为例,基于丰水期和枯水期3个期次不同深度地下水样品的物理化学数据,应用时空聚类与主成分分析方法,揭示地下水化学组成的空间分布特征、变化规律及其作用机制,分析水化学时空聚类结果对多级嵌套地下水流系统划分的可行性.该聚类结果将地下水样品分为3类,其中C1为以Na-HCO3型为主的深层地下水,具有偏负的氢氧同位素组成(δD＜ 70‰,δ18O＜ 9‰)和极低浓度的NO3;C2为Ca-HCO3为主的浅层地下水,具有偏正的氢氧同位素组成(δD＞ 70‰,δ18O＞9‰)和高浓度的NO3-;而C3呈无优势阳离子、δD和δ18O变化范围大且显著线性相关等深、浅地下水混合特征.呈南北条带分布在苏贝淖-胡同察汗淖排泄区的C2和部分C3水化学组成有一定的季节变化.研究验证了研究区受地形和湖泊排泄控制的浅层局部和深层区域地下水流系统的空间分布,识别了苏贝淖胡同察汗淖排泄区受浅循环和深循环共同影响的强烈作用带,证明了水化学时空聚类方法识别多级嵌套地下水流系统的可行性.