基于人工降水入渗的热带海岛表面砂土层水质变化特征

珊瑚砂是热带海岛表层土的重要物质组成,开展大气降水入渗通过表面砂土层的水化学研究是正确认识和评估海岛地下水质的前提。本研究于2017年8月采集了我国热带海岛3种不同样地的典型表层砂土(编号D1、D2和D3),基于人工降雨模拟试验,分析了其基本理化参数变化特征。在此基础上,综合水化学相图、Visual MINTEQ水文地球化学模拟、碱基交换指数(IBE)计算和Gibbs图解等方法,揭示了渗流通过不同砂土层的水样化学变化特征及主要控制过程。结果表明:①表面砂土盐碱化程度高,入渗通过D1、D2和D3的水样pH范围分别为7.92~8.81、7.86~9.30和7.82~9.35,明显高于大气降水的均值6.0,其电导率分别从48.50、89.90、77.60 mS/cm降到了131.4、111.6、98.4μS/cm;②入渗通过D1、D2和D3的水样中许多微量元素浓度值随降雨淋洗会逐渐减小,其中Al、As、B(D1和D2)、Cr、Fe、Pb较难溶于水,应该引起重视;③D1、D2和D3储存的水中主要离子浓度大小为:Na^(+)>Mg^(2+)>Ca^(2+)>K^(+)和Cl^(–)>SO^(2–)_(4)>HCO^(–)_(3)>NO^(–)_(3)>CO^(2–)_(3)>Br^(–)>F–,其水化学类型随降雨淋洗均由Cl-Na水变为HCO_(3)^(-)Na·Ca·Mg水;④控制通过砂土层水样水质的水化学机制包括:碳酸盐、氯化物和硫酸盐矿物的溶解和沉淀,以及降水入渗过程中Na^(+)与K^(+)、Ca^(2+)与Mg^(2+)之间的交换作用。该研究对于指导热带海岛地下水资源的合理开发与利用,保障海岛居民用水安全及生态系统维护具有重要的科学意义。