1楼:中地数媒
三门峡盆地浅层地下水化学环境逐渐退化,尤其是近10余年来,城市区地下水化学环境迅速恶化。地下水宏量组分,fe离子,no-
3,总硬度,tds的迅速升高是地下水化学场退化的主要标志。地下水化学环境主要受水文地质条件和人类活动等因素的控制和影响。
4.2.3.水文地质条件对地下水化学系统演化的控制作用
由三门峡盆地浅层地下水化学特征的时空演化规律可知,地下水循环及包气带岩性、厚度控制着水化学系统的演化方向。
(1)地下水的补径排对地下水化学环境演化的控制作用
地下水的补给、径流、排泄条件对地下水化学系统演化具有明显的控制作用。补给条件好,水循环速度快的地区,水质硬化程度低;反之,补给条件差,径流缓慢区,地下水硬度高,且硬化发展快。硬化带的分布和发展与地下水流向相一致,从(图4.
10)明显地看出地下水硬化带南北向延伸,与该区域的地下水径流方向基本一致,而且水硬化10年来的发展方向是顺地下水流向由南向北伸展。
(2)包气带岩性对地下水化学环境演化的控制和影响
水和污染物质只有通过包气带才能补给浅层地下水,因此包气带的性质直接控制了浅层地下水的污染化速度和程度。污染物随入渗水沿着包气带介质孔隙下渗直到含水层的整个运移过程中,介质层对入渗水的污染物质具有一定的吸附、积累、转化和降解的能力。天然介质层的吸附降解能力因性质不同而异。
黏性土吸附降解能力大于砂性土的降解能力。黄土状亚粘土、亚粘土、中细砂的吸附降解能力依次降弱。
为研究区内包气带的净化作用,对青龙涧河岩性做了净化分析。青龙涧河河床岩性由砂砾石组成,其中夹有薄层黏性土和泥质粉细砂层,对防止地下水污染起着十分重要的作用。取靠近青龙涧河且埋深较大的地下水水质与河水水质对比分析可知(表4.
4),重金属在渗透过程中可完全被净化,对各种污染物的净化能力均达到90%以上,而总硬度,no-
3的含量反映净化率不明显。
4.2.3.2 人为活动对地下水化学系统演化的控制作用
(1)污水灌溉对地下水环境演化的影响
污水灌溉是三门峡市郊区农业发展的既成事实。污水灌溉可以利用和处理城市废水资源,但由于污灌管理混乱,污水灌区的盲目灌溉,已造成地下水污染,并有加剧的趋势。nh+
4是常见的污染物离子,可用其含量来表征污水灌溉对地下水造成的污染。
表4.4 青龙涧河垂直净化分析成果表 单位:mg/l
nh+4随污水渗入土壤后,一般要经历挥发、植物吸收、离子交换及二级氧化等各种化学、生物反应,其中离子交换过程是首先发生的,而且是一个非常重要的环节。其反应式为
断陷盆地地下水环境演化与水文地球化学模拟——以三门峡盆地为例
这是一个瞬间就能达到平衡的离子交换反应,其结果是污水中的部分被土壤吸附,土壤表面的一部分ca2+被置换到水溶液中,这些被置换到水溶液中的ca2+将随着渗水进入地下水中,造成地下水硬度升高(庞良等,2004)。
(2)开采对地下水化学系统演化的影响
大量开采地下水,不仅引起地下水动力条件变化,也造成水文地球化学条件改变,某些新的水文地球化学作用的出现,是导致某些地区地下水水质恶化的重要原因。国内外许多水源地,在开采过程中出现的溶解性总固体、总硬度及铁、锰离子含量的增高和ph值降低等现象,这主要是由于含水层疏干,氧化作用加强所造成的。因为在开采过程中,随着地下水水面下降,氧气进入含水层被疏干的地带,促使岩层中硫、铁、锰,以及氮的化合物的氧化作用加强,特别是硫氧化细菌的出现,更加剧了金属硫化物的氧化过程。
如分布较广泛的黄铁矿(fes2),在还原环境下很稳定,几乎不溶于水,但在氧化环境下则易于溶解,即
断陷盆地地下水环境演化与水文地球化学模拟——以三门峡盆地为例
此作用可形成一种强酸性环境(ph可达2~3),溶解了岩层中原来不溶解或不易溶解的化合物(如土层中经常存在的钙、镁、铁、锰的化合物),致使地下水中铁、锰、镁,以及硫酸根离子含量大大增加,地下水的溶解性总固体、总硬度亦随之升高。此外,地下水过量开采而呈疏干状态时,由于好氧菌降解有机物而释出so2-
4,ca2+,mg2+,渗入地下水,亦会引起硫酸盐硬度的增高。
此外,长期超量开采地下水导致地下水位持续下降,改变了地下水的补给、径流特征,激发增加了河流对地下水的补给量,污染河流补给地下水从而使地下水遭受污染,盆地内三门峡市区、陕县市区是地下水开采最集中的地区,也是地下水污染最严重的地区。
综合以上研究,盆地区地下水水化学场演化规律及主要影响因素如下:
1)盆地区地下水化学场已发生显著变化。地下水水化学场演化是水文地质条件和地下水位持续下降,地下水超量开采作用的结果。
2)盆地区地下水化学环境不断退化。研究区地下水化学场演化以地下水中no-
3,总fe,总硬度,tds,so2-
4等化学组分升高为特点。地下水化学场演化主要受水文地质条件、污染河流、污水灌溉、大规模开采地下水、环境污染等因素的控制和影响。
3)地下水水化学场的演化是人类活动的结果,表现为随人类活动强度变化而变化,近10余年来,随着区内工农业的发展,地下水水化学退化呈现不断增加的趋势。
浓缩作用引起的地下水化学特征演变?
2楼:天马行空设计
自然界的岩石、土壤均是多孔介质,在它们的固体骨架间存在着形状不
一、大小不等的孔隙、裂隙或溶隙,其中有的含水,有的不含水,有的虽然含水却难以透水。通常把既能透水,又饱含水的多孔介质称为含水介质,这是地下水存在的首要条件。 所谓含水层是指贮存有地下水,并在自然状态或人为条件下,能够流出地下水来的岩体。
由于这类含水的岩体大多呈层状、故名含水层,如砂层、砂砾石层等。亦有的含水岩体呈带状、脉状甚至是块状等复杂状态分布,对于这样的含水岩体可称为含水带、含水体或称为含水岩组。 对于那些虽然含水,但几乎不透水或透水能力很弱的岩体,称为隔水层,如质地致密的火成岩、变质岩,以及孔隙细小的页岩和粘土层均可戌为良好的隔水层。
实际上,含水层与隔水层之间并无一条截然的界线,它们的划分是相对的,并在一定的条件下可以互相转化。如饱含结合水的粘土层,在寻常条件下,不能透水与给水,成为良好的隔水层;但在较大的水头作用下,由于部分结合水发生运动,粘土层就可以由隔水层转化为含水层。
地下水水化学系统分析
3楼:中地数媒
一、水化学系统划分
地下水是含有气体成分、离子成分、微量元素、有机质和微生物的一个复杂的溶液。受含水层系统、地下水循环特征的控制,以及地形地貌、水文气象、土壤植被等水文地球化学环境的影响,在不断变化着。同时,地下水是各种化学物质的载体,所以在地下水的补给、径流、排泄(或储存)过程中,各种元素亦随着载体而溶滤、迁移,其地下水化学场与地下水动力场相关密切。
地下水含水层系统是在长期地质作用下逐渐形成的。其中的基岩裂隙水含水层亚系统、古近-新近系碎屑岩类孔隙裂隙水含水层亚系统、第四系松散岩类孔隙水含水层亚系统,都赋存着质量不同的地下水。地下水系统是各种化学物质强大的搬运者,对元素的迁移、聚集、离散起了巨大的作用。
特别是潜水含水层,它是浅层地下水水化学系统中最活跃的一种因素。
根据含水层系统对地下水化学特征的形成与控制作用,我们把三江平原地下水划分成3个水化学系统,即第四系松散岩类孔隙水水化学系统、古近-新近系碎屑岩类孔隙裂隙水水化学系统和前第四系基岩裂隙水水化学系统。然后每个系统内再根据迁移交替作用的不同,水化学是否活泼来划分1~3个亚系统。最后每个亚系统根据原生水化学类型和人为污染状况,进一步细划为子系统(表5-5)。
表5-5 三江平原地下水水化学系统分区
这些亚系统之间具有直接或间接联系与影响,同时又各自具有自己的水化学特征。一个水化学系统接受一定的水和物质成分的输入,然后在系统内发生一些水化学变化,最后将其变为某种水化学的输出。最主要是系统内部含水层(体)系统是控制地下水水化学成分的输入、输出、传导与功能特征。
同时本区人为活动影响剧烈,局部地区改变了天然水化学的传输功能。
二、水化学系统特征
(一)第四系松散岩类孔隙水水化学系统
本系统是相对独立的,与残丘及山地为隔水或弱透水边界。在垂向上,系统的底部边界为古近-新近系泥岩隔水层或弱透水层。系统输入主要有:
①降水入渗;②丰水期江河水的侧向补给;③人工灌溉及渠道入渗。系统的输出主要有:①枯水期向江河岸边的透水边界排泄;②包气带水的蒸发;③人工开采地下水。
人类活动对系统影响主要有:一是城区及水稻种植区大量开采地下水,局部改变了系统的边界,同时水动力系统发生变化,影响水化学系统也发生变化。二是大面积农业灌溉水的入渗,也影响地下水的数量和质量。
三是工业、农业和生活污染源星罗棋布,这些污染源通过各种渠道向地下水中输送有毒有害元素和物质,使地下水水化学系统遭受污染。
系统的内部特点是:岩性以细砂、砂砾石为主,上覆薄层粉质粘土,中夹淤泥层,下伏细砂、砂砾石。介质中化学成分主要为二氧化硅和三氧化铝,其次为三氧化二铁、氧化铁和氧化锰、氧化钙、氧化钠、氧化钾等;微量元素以钛为最丰,平均达450×10-6;最少为镉,平均为0.
06×10-6。地下水最古老年龄为2×104 a左右。含水层厚度大,水量丰富,渗透系数多为50~100m/d,但由于水力坡度小,地下水径流缓慢,所以整个系统相对化学作用不强烈。
系统水化学多为重碳酸型水。浅层地下水受人为活动影响剧烈,地表水入渗、污水灌溉、大气降水均可携带污染物进入本系统中,多数地段遭受不同程度的污染。比如在城区工业污染、居民点附近有三氮污染等。
在这个系统内,由浅部(埋深小于10m)、中部(10~50m)到深部(大于50m),地下水的流速向下逐渐减小。因而水力交替迁移的能力减弱,而扩散水流模式则逐渐变得更加明显。地下水环境也由氧化环境过渡到还原环境;水化学也由活泼区渐变到惰性区。
特别由于淤泥层的存在,使所有化学组分受到吸附和解吸作用。受人为活动因素影响少,水质较好,多为重碳酸钙型水。但在淤泥层附近,形成高腐殖水和高铁水,特别是在地下水强烈开采地段,形成氧化区,富集大量铁锰离子。
由于上层污染水的垂向补给,使系统内水化学也发生了演化。实际上,在地下水系统中,每种选定的水化学参数都有活泼区,可能活泼区和惰性区,即在活泼水化学区存在惰性水化学小区。这是由于地层中各向异性,离子本身特点,输入系统控制等决定的。
比如三氮在系统上部都是活泼区,但无污染源地段它又是惰性区;二价铁在活泼区处于缺氧区;在包气带,可以存在一个氯化物活泼区,其蒸发作用改变氯化物含量。这个包气带系统的其余部分可以形成一个惰性区。
(二)古近-新近系碎屑岩类孔隙裂隙水水化学系统
该类型的地下水埋藏较深,迁移交替作用较弱,因此水化学属不活泼区。同时由于地下水径流迟缓,导致一些离子含量较高,形成高铁水、高氟水、高硬度水。水化学类型为hco3-ca,ph值为7~7.
5,地下水tds为0.5g/l左右。人为活动影响因素少,地下水基本没有污染。
(三)前第四系基岩裂隙水水化学系统
本系统由基岩风化裂水水质亚系统和构造裂隙水水质亚系统组成,含水介质为花岗岩、火山岩、砂岩,地下水溶滤这些岩石形成重碳酸钙水。
(1)风化裂隙水水化学亚系统
在亚系统上部,地表以下0~10m区间,岩石风化裂隙发育,连通性较好,大气降水入渗后经短途径流,最后以泉的形式排泄沟谷中。因此亚系统上部交替迁移作用较强,水化学处于活泼区,多数离子均不超标,且人为污染仅限于一些居民点。在亚系统的下部,岩石风化裂隙逐渐减弱,交替迁移作用缓慢,水化学呈惰性区,铁锰含量也增高。
(2)构造裂隙水水化学亚系统
构造裂隙水,赋存于前第四系基岩的构造裂隙中,各项化学指标均适中,tds多小于0.35g/l,水化学类型为hco3-ca或hco3-ca-mg型。该水化学系统交替作用较强,参与水文循环积极,且循环深,距离远,最终排泄到风化裂隙水中或第四系松散岩类孔隙含水层中。
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