地下淡水驱替咸水过程中水文地球化学作用的试验研究

选取鲁北地区浅层粉土、浅层地下咸水及大气降水为供试材料,进行室内淡水驱替咸水试验,分析地下淡水驱替咸水过程中水化学成分形成、演化过程,探讨内陆浅层咸水区地下淡水驱替咸水过程中发生的水文地球化学过程.试验结果表明：1驱替过程中,含水介质粘土矿物含量高,电导率≤0.83 ms/cm,粘土矿物＂膜效应＂使离子组分发生浓缩现象.2驱替过程中,白云石处于沉淀状态,岩盐处于溶解状态;电导率〉1.00 ms/cm,方解石处于沉淀状态;电导率≥6.22 ms/cm,石膏处于平衡状态.临界离子强度为0.20~0.25 mol/L,Mg/Ca-Na阳离子交换作用显著.电导率〉12.00 ms/cm,离子交换吸附作用显著.研究表明,内陆浅层咸水区淡水驱替咸水过程中发生复杂的水化学作用,主要包括吸附作用、离子交换作用、溶滤作用、脱白云岩化作用及混合作用.

淮北煤田太原组灰岩水水文地球化学形成作用及反向模拟研究

随着浅部煤炭资源开采殆尽,华北型隐伏煤田的煤炭开采正逐步向深部发展,破坏了地下水系统原有平衡,以致水文地质条件复杂化,从而使深部地下水动力条件和水化学特征发生改变。通过对淮北煤田石炭系太原组灰岩(简称"太灰")含水层地下水化学常规组分进行离子比例分析和主成分分析,探讨该含水层地下水水文地球化学形成作用及其控制因素,并选取淮北煤田南部的临涣矿区太灰含水层为研究示范,应用PHREEQC软件对其进行了反向水文地球化学模拟。研究结果表明:淮北煤田太灰含水层主要水文地球化学形成作用类型为溶滤溶解(包括方解石、白云石、石膏溶滤溶解和黄铁矿氧化)和阳离子交替吸附作用;反向水文地球化学模拟定量分析与离子比例以及主成分定性分析结果基本一致。随时间的延续,采动后淮北煤田南部太灰含水层溶滤溶解作用逐渐减弱,阳离子交替吸附作用逐渐增强,而北部太灰含水层因地层埋藏普遍较浅表现出与之相反的现象。淮北煤田南部太灰含水层水文地球化学形成作用受构造影响表现出较为明显的空间差异;而北部太灰含水层水文地球化学形成作用程度受其径流影响,表现出由东向西逐渐增强的特征。淮北煤田南部的临涣矿区太灰含水层反向水文地球化学模拟验证了水文地球化学形成作用及其空间差异性。

混合作用下地表水的水文地球化学效应研究

分析黄陵县境内混合前沮河、建庄川河和混合后沮河水化学组分特征的基础上,采用Cl^-质量守恒法对沮河与建庄川河的混合比例进行了计算,并结合Gibbs图和矿物饱和指数对地表水混合过程中发生的水文地球化学作用进行了阐释。研究结果表明:受混合作用的影响,汇入建庄川河后的沮河水中TDS、K^+、Na^+、Ca^(2+)、Mg^(2+)、Cl^-含量相对于汇入前沮河水明显上升,SO_4^(2-)含量明显下降,水质变差。混合河水中建庄川河水与沮河水的混合比例分别为69.26%和30.74%。Gibbs图显示混合前沮河、建庄川河和混合后沮河的水化学组分主要受岩石风化和人类活动的共同影响。在沮河水与建庄川河水混合过程中,由于方解石沉淀和石膏溶解及其影响下的去白云石化等水文地球化学作用形成了低Ca^(2+)、Mg^(2+),高SO_4^(2-)的Na-Mg-Cl型水。

水文地球化学和环境同位素方法在地下水咸化中的研究与应用进展

地下水是十分宝贵的水资源,而过度开采地下水引起的地下水咸化已成为一个世界性环境问题。水文地球化学和环境同位素等分析方法已经广泛应用于此类问题的研究。地下水咸化成因有很多,不同地区的咸化过程也不尽相同,其中沿海地区由海水入侵引起的地下水咸化问题得到广泛关注。总结了沿海地区地下水咸化的研究进展,在了解地下水咸化过程中主要的水文地球化学作用的基础上,梳理了水文地球化学和环境同位素方法在研究地下水咸化成因与演化等方面的研究成果,并展望了水文地球化学和环境同位素方法在地下水咸化问题中的应用前景,认为该方法可以为地下水盐分来源和咸化特征研究提供重要支撑。

顾北煤矿煤系砂岩裂隙水水文地球化学特征及其成因分析

采用水化学测试、统计分析、水文地球化学分析等方法,对顾北煤矿4个主采煤层顶板的76组砂岩水样进行系统研究,查明了各煤层顶板水的水化学作用类型,并对其成因进行了详细分析。研究结果表明:在顾北煤矿煤层埋藏条件和水化学环境控制下,13-1煤层为Cl-Na型,以溶滤和阳离子交替吸附作用为主;11-2煤层为HCO3·Cl-Na型,以溶滤作用为主;6-2煤层为SO4·HCO3-Na型,以脱硫酸和阳离子交替吸附作用为主;1煤层为HCO3·Cl·SO4-Na型,以溶滤溶解作用为主。研究成果可为查清含水层富水性和地下水径流特征提供指导,进而为制订矿山防治水决策提供重要依据。

假角山背斜区岩溶地下水水文地球化学特征研究

以重庆假角山背斜地下水系统为例,分析地下水的水化学组分及δD和δ18O同位素的数据,目的是掌握假角山背斜区岩溶地下水的水文地球化学特征。结果表明:研究区的地下水类型主要为SO4-HCO3-Ca-Mg和SO4-HCO3-Ca型水。δD、δ18O地下水样点分布于重庆大气降水线附近,地下水径流交替快,水岩作用程度偏弱,说明研究区地下水主要以大气降水补给为主,补给方式主要有洼地汇集后顺着裂隙入渗或快速顺土壤层以扩散流方式入渗,为进一步研究假角山背斜岩溶地下水资源的合理开发利用提供依据。

淮北煤田邹庄煤矿太灰水水化学特征及成因分析

随着煤炭浅部资源逐渐枯竭,淮北煤田邹庄煤矿的煤炭开采正逐步向深部发展,导致深部地下水系统原有平衡被破坏。为保证安全开采,同时确保矿井涌突水发生后能快速识别突水水源,需对太灰水的水文地球化学特征进行系统研究。采用Gibbs图、离子比例系数、主成分分析等方法进行分析,探讨邹庄煤矿深部太灰含水层水文地球化学形成作用。结果表明:太灰水呈弱碱性,TDS变化范围为1520 mg/L~1674 mg/L,属微咸水,水化学类型为Na-HCO 3-Cl型;Gibbs图分析显示太灰水形成主要受岩石风化的影响;离子比例系数和主成分分析得出离子来源受控于溶滤溶解作用和阳离子交替吸附作用。以方解石溶解为主,还包括少量的岩盐溶解、石膏溶解及硫化物氧化溶解。在地下水径流过程中与围岩发生的阳离子交替吸附作用,其类型为地下水中Ca 2+交换围岩中Na+。

滨海水库沉积物盐分释放水化学特征变化

以北大港水库为研究区,通过野外实地采样和批试验相结合的方法,对滨海水库库水和沉积物混合后盐分和各主要离子指标的变化规律进行分析,探究库水和沉积物之间的水文地球化学作用,揭示水库咸化机理。结果表明:库水和沉积物在混合条件下,沉积物中的盐分会释放到库水中,各水化学指标能够快速地达到平衡;各采样点溶解性总固体(TDS)均先快速增加,而后盐分释放达到平衡,平衡后TDS释放量整体呈现出水库下游采样点>水库上游采样点的规律;Na+和Cl-是库水和沉积物水文地球化学作用过程中发生变化的主要离子,Na^(+)、Cl^(-)最大释放量分别为7597.25 mg/kg和11097.00 mg/kg。在库水和沉积物相互作用中各采样点的Na^(+)、K^(+)、Mg^(2+)、Ca^(2+)和SO_(4)^(2-)发生着不同程度的增加或减少,Cl^(-)均有所升高,HCO_(3)^(-)略有降低;除HCO_(3)^(-)和Ca^(2+)外,其他离子的变化均呈现水库下游采样点>水库上游采样点的规律。

奎屯河流域地下水及沉积物化学组分特征对氟释放的影响

新疆奎屯河流域是典型的原生高氟区。运用数理统计、定性与定量分析结合的研究方法,研究奎屯河流域沉积物化学组分相关性、地下水及沉积物化学组分特征及水-土系统中氟的释放机理。结果表明:奎屯河流域沉积物F含量与沉积物Mg、Ca、Mn、Fe、Cu、As含量呈正相关关系;水-土系统中氟离子经过矿物溶解-沉淀、络合-解离等水文地球化学作用,不断改变赋存状态;相同深度下,氟含量受到水文地球化学作用、土壤腐殖质等的影响,改变赋存环境,地下水氟含量随沉积物氟含量的增大呈先增大后减小趋势。

人工回灌条件下的水岩作用室内实验研究

人工回灌过程中所发生的水岩作用是影响含水层地下水环境质量的重要因素。本次采用室内实验技术对人工回灌过程中的水文地球化学作用和各主要离子的来源进行了分析。结果表明:人工回灌过程中地下水中的Na+不仅受混合作用的影响,还伴随有相应的阳离子交换反应和含Na矿物的溶解反应等,而且回灌过程对原始地下水中的Na+、Cl-有稀释作用;K+主要受到钾长石矿物溶解的影响;人工回灌过程中存在石膏、方解石等矿物组分溶解,并且介质中的含锰矿物和含铁矿物发生了溶解反应。

河南省某大型水源地岩溶水水化学及同位素特征

河南省某岩溶水源地是该市大型供水水源地,近年来,在水源地岩溶水周边水井中检出了微量重金属,引起有关部门和水文地质工作者的高度关注。查明水源地岩溶水的补给来源、补给途径及其与上覆第四系含水层的关系,识别重金属污染风险,成为保护该水源地的重要任务。根据水源地开采井水化学及同位素取样分析结果,对水源地地下水化学组分的水文地球化学过程及补给来源进行了初步研究。研究表明,水源地岩溶水中的宏量阳离子组分主要来自碳酸盐岩中文石、方解石、白云石的溶解;水源地岩溶水的主要补给来源是北部山区的大气降水;不同水井之间水化学及同位素存在较大差异,主要是由于水井开采深度和补给过程差异造成的;水源地某些水井中Cl-离子和NO-3离子浓度较高,表明可能受到了上部第四系含水层或地表人类活动的影响,应引起有关部门的重视。

青海省柴达木盆地西缘七个泉地区水文地球化学特征

通过对地下水水化学特征分析和水文地球化学作用研究可以对区域水资源合理利用和优化配置具有指导意义。本文利用柴达木盆地西缘七个泉地区地下水分析结果,采用Gibbs图解法、离子比例系数法以及Piper三线图法对研究区地下水水化学特征以及主要水文地球化学作用进行研究。研究结果表明:研究区阳离子主要以Na^+为主,阴离子主要以Cl^-为主,水化学类型主要为Cl^-Na型,研究区地下水化学组分主要受蒸发浓缩作用控制,Na^+和Cl^-主要来源于岩盐溶解作用、阳离子交换作用和硅酸盐岩溶解。

塔里木盆地绿洲带地下水中氟的富集机制

以新疆塔里木盆地绿洲带高氟地下水(F^(-)>1 mg/L)为研究对象,对2016—2018年采集的1326组地下水样品检测数据进行分析,揭示地下水中F^(-)的来源、影响F^(-)富集的驱动因素及高氟地下水对人体的健康危害。结果表明:①单一结构潜水、承压水区潜水、浅层承压水和深层承压水中氟的平均含量分别为1.2 mg·L^(-1)、1.3 mg·L^(-1)、1.1 mg·L^(-1)和0.7 mg·L^(-1),氟含量超过《地下水质量标准(GB/T 14848-2017)》中Ⅲ类水限值1.0 mg·L^(-1)的占比分别为31.6%、51.5%、35.0%和14.8%;②水平方向上,高氟地下水呈环状分布,不同地州存在不同程度氟超标问题;垂直方向上,从承压水区潜水至深层承压水氟平均含量和超标率均呈逐渐降低趋势;③弱碱性地下水环境、高含量HCO_(3)^(-)和Na^(+)及低含量Ca^(2+)为地下水中F^(-)的富集创造了有利条件。不同含水层中F^(-)含量与萤石饱和指数呈显著正相关性,萤石等富氟矿物溶解是地下水中F^(-)的主要来源,是造成高氟地下水的主要驱动机制。方解石等含钙矿物的沉淀、强烈的蒸发浓缩作用、阳离子交换作用及HCO_(3)^(-)与F^(-)的竞争吸附作用对地下水中F^(-)的影响显著,是地下水中F^(-)富集的重要过程。高氟地下水灌溉及浅层地下水越流补给深层地下水也是地下水中F^(-)富集的潜在因素。因此,全面了解地下水中氟富集驱动力对减少和避免氟暴露风险具重要意义。

煤矿开采影响下岩溶地下水化学特征及演化机制研究

黑龙洞泉域位于邯郸市西南部,是北方主要的岩溶泉群之一,也是重要的煤炭开采区,其地下水化学特征是影响邯郸地区水环境质量的重要因素。为充分了解煤矿开采条件下地下水化学特征及演化机制,利用多元统计分析、水文地球化学分析等方法对不同区域(西区、东区)地下水化学特征进行深入分析,并探讨控制地下水化学演化的主导因素。结果表明:研究区地下水中主要阴阳离子组分为HCO_(3)^(-)、Ca^(2+),且东区地下水主要化学组分含量普遍高于西区。西区和东区地下水化学类型主要为HCO_(3)·SO_(4)-Ca·Mg型,而东区地下水SO_(4)^(2-)含量较高,部分水样为SO_(4)·HCO_(3)-Ca、SO_(4)·HCO_(3)-Ca·Mg型。岩石风化作用是控制研究区地下水化学成分的主导因素,且以碳酸盐岩的风化溶解为主,过高的SO_(4)^(2-)含量源于含煤地层中硫化物的氧化、石膏的溶解;离子交换反应也是影响水化学成分的重要过程,且正向离子交换的强度较大;人类活动,尤其是煤矿开采、农业活动,在一定程度上也影响着研究区地下水化学演化过程。研究结果不仅为区内生活、工农业用水安全提供理论支撑,更对密集人类活动影响下北方岩溶区地下水化学成分演化研究具有重要的借鉴意义。

大同盆地高氟地下水的分布特征及形成过程分析

大同盆地是典型的高氟地下水分布区,其分布规律和成因在类似地区具有代表性。在对盆地地下水水化学特征和空间变化特征分析的基础上,深入讨论了高氟地下水的空间分布规律、控制因素及其形成的水文地球化学过程。结果表明,整个盆地浅层孔隙水中的氟质量浓度普遍较高,变化范围为0.29~6.22mg/L,平均值为1.82mg/L。氟质量浓度高值区主要分布于盆地中部和北部,呈现出由盆地边缘至盆地中心,质量浓度趋向于升高的变化规律。强烈的蒸发浓缩作用以及高pH、高碱度、高钠低钙含量的水化学特征有利于氟富集。大同盆地高氟地下水的形成是含氟矿物的溶解、离子交换和蒸发浓缩作用等水文地球化学过程共同作用的结果。

焦作市浅层地下水氟污染及成因分析

通过对焦作市各县(市)区浅层地下水中氟化物含量的分析与评价,从土壤环境、水文地球化学环境、地形地貌等方面对焦作市高氟地下水的污染成因进行了分析,表明焦作市浅层地下水存在三个氟污染带,即高氟区;高氟区的形成是多因素共同作用的结果,其中土壤因素和水文地球化学作用是高氟区形成的主要因素,独特的地貌、气候和人类活动也是高氟区的形成因素。

内陆浅层咸水区水动力参数变异过程试验研究

选取鲁北平原区浅层粉土、浅层咸水和大气降水为供试材料,进行室内雨水-咸水驱替试验,研究驱替过程中的含水介质渗透性变化特征,探讨内陆浅层咸水区水动力、水文地球化学过程对水文地质参数变异影响。试验结果表明:雨水驱替咸水饱和土柱过程中,盐分突变,渗透系数由开始的6.49×10-4 cm/s最终降至2.28×10-4 cm/s,并维持相对稳定;第188d后,咸水再次驱替土柱,且完全穿透土柱后,含水介质孔隙度由开始的43.02%大约降至39.73%;在雨水驱替过程中,水温变化对渗透系数波动性变化的影响较为显著。研究认为,内陆咸水区含水介质黏土矿物含量高,黏粒大量膨胀和释放、扩散及Ca/Mg-Na的离子交换作用引起孔隙度降低是造成含水介质的渗透性下降的主因,咸雨水驱替过程中渗透性的变化具有不可逆性。含水介质水文地质参数的变异对于内陆浅层咸水形成和演化有重要影响。

新疆喀什噶尔河下游平原区地下咸水中碘形态及碘富集成因

新疆喀什噶尔河位于典型的干旱-半干旱区,河流下游平原区地下水溶解性总固体(TDS)和碘含量异常,严重威胁当地用水安全.以喀什噶尔河下游平原区为研究区,通过对地下水水化学特征、Cl/Br摩尔比、氢氧稳定同位素、赋存环境与水文地球化学作用的分析确定该区地下咸水中碘的分布与碘富集的影响因素.结果表明,研究区地下水碘含量变化范围为<0.40~435.00μg/L(均值为123.50μg/L),其中潜水和承压水碘含量均值分别为58.75μg/L和188.25μg/L,高碘水占比分别为25.0%和75.0%,水化学类型主要为Cl·SO_(4)型和SO_(4)·Cl型.地下水TDS变化范围为3079.13~15249.50 mg/L,主要为中性至弱碱性咸水(87.5%),其次为盐水(12.5%).碘元素的存在形态主要为I^(-)(87.5%),其次为IO_(3)^(-)(12.5%),且无共存形态,亚氧化环境和亚还原环境分别利于碘元素以IO_(3)^(-)和I^(-)形态存在.高TDS、细粒岩性、平缓的地势、地下水浅埋条件及碱性环境均有利于地下水碘的富集.潜水碘富集主要受蒸发浓缩作用和蒸发岩溶解作用的影响,承压水碘富集主要受还原条件下含铁矿物的溶解和冲积-湖积物的影响.Cl^(-)与Cl/Br摩尔比值表明高碘潜水受到一定程度蒸发浓缩作用的影响.

内陆浅层咸水区渗透性变异过程

选取鲁北平原区浅层粉土、浅层咸水和大气降水为供试材料,进行室内雨水-咸水驱替试验,研究驱替过程中的含水介质渗透性变化特征,探讨内陆浅层咸水区水动力、水文地球化学过程对含水层渗透性变异影响.试验结果表明:雨水驱替咸水饱和土柱过程中,随雨水注入,盐分突变,渗透系数由开始的6.49×10-4 cm/s最终降至2.28×10-4 cm/s,并维持相对稳定;第188天后咸水再次驱替土柱,且完全穿透土柱后,含水介质孔隙度由开始的43.02%降至39.73%;在雨水驱替过程中,驱替液黏滞性变化是影响渗透系数变化的因素之一.研究认为,内陆咸水区含水介质黏土矿物含量高,水化学与水动力学条件发生变化,Ca/Mg-Na的离子交换作用、黏粒大量膨胀和释放、扩散引起孔隙度降低是造成含水介质的渗透性下降的主因,咸雨水驱替过程中渗透性的变化具有不可逆性.含水介质水文地质参数的变异对于内陆浅层咸水形成和演化有重要影响.