地下水水化學系統分析,地下水流動系統的水化學特徵

2021-03-19 18:20:29 字數 5649 閱讀 6224

1樓:中地數媒

一、水化學系統劃分

地下水是含有氣體成分、離子成分、微量元素、有機質和微生物的一個複雜的溶液。受含水層系統、地下水迴圈特徵的控制,以及地形地貌、水文氣象、土壤植被等水文地球化學環境的影響,在不斷變化著。同時,地下水是各種化學物質的載體,所以在地下水的補給、徑流、排洩(或儲存)過程中,各種元素亦隨著載體而溶濾、遷移,其地下水化學場與地下水動力場相關密切。

地下水含水層系統是在長期地質作用下逐漸形成的。其中的基岩裂隙水含水層亞系統、古近-新近系碎屑岩類孔隙裂隙水含水層亞系統、第四系鬆散巖類孔隙水含水層亞系統,都賦存著質量不同的地下水。地下水系統是各種化學物質強大的搬運者,對元素的遷移、聚集、離散起了巨大的作用。

特別是潛水含水層,它是淺層地下水水化學系統中最活躍的一種因素。

根據含水層系統對地下水化學特徵的形成與控制作用,我們把三江平原地下水劃分成3個水化學系統,即第四系鬆散巖類孔隙水水化學系統、古近-新近系碎屑岩類孔隙裂隙水水化學系統和前第四系基岩裂隙水水化學系統。然後每個系統內再根據遷移交替作用的不同,水化學是否活潑來劃分1~3個亞系統。最後每個亞系統根據原生水化學型別和人為汙染狀況,進一步細劃為子系統(表5-5)。

表5-5 三江平原地下水水化學系統分割槽

這些亞系統之間具有直接或間接聯絡與影響,同時又各自具有自己的水化學特徵。一個水化學系統接受一定的水和物質成分的輸入,然後在系統內發生一些水化學變化,最後將其變為某種水化學的輸出。最主要是系統內部含水層(體)系統是控制地下水水化學成分的輸入、輸出、傳導與功能特徵。

同時本區人為活動影響劇烈,區域性地區改變了天然水化學的傳輸功能。

二、水化學系統特徵

(一)第四系鬆散巖類孔隙水水化學系統

本系統是相對獨立的,與殘丘及山地為隔水或弱透水邊界。在垂向上,系統的底部邊界為古近-新近系泥岩隔水層或弱透水層。系統輸入主要有:

①降水入滲;②豐水期江河水的側向補給;③人工灌溉及渠道入滲。系統的輸出主要有:①枯水期向江河岸邊的透水邊界排洩;②包氣帶水的蒸發;③人工開採地下水。

人類活動對系統影響主要有:一是城區及水稻種植區大量開採地下水,區域性改變了系統的邊界,同時水動力系統發生變化,影響水化學系統也發生變化。二是大面積農業灌溉水的入滲,也影響地下水的數量和質量。

三是工業、農業和生活汙染源星羅棋佈,這些汙染源通過各種渠道向地下水中輸送有毒有害元素和物質,使地下水水化學系統遭受汙染。

系統的內部特點是:巖性以細砂、砂礫石為主,上覆薄層粉質粘土,中夾淤泥層,下伏細砂、砂礫石。介質中化學成分主要為二氧化矽和三氧化鋁,其次為三氧化二鐵、氧化鐵和氧化錳、氧化鈣、氧化鈉、氧化鉀等;微量元素以鈦為最豐,平均達450×10-6;最少為鎘,平均為0.

06×10-6。地下水最古老年齡為2×104 a左右。含水層厚度大,水量豐富,滲透係數多為50~100m/d,但由於水力坡度小,地下水徑流緩慢,所以整個系統相對化學作用不強烈。

系統水化學多為重碳酸型水。淺層地下水受人為活動影響劇烈,地表水入滲、汙水灌溉、大氣降水均可攜帶汙染物進入本系統中,多數地段遭受不同程度的汙染。比如在城區工業汙染、居民點附近有三氮汙染等。

在這個系統內,由淺部(埋深小於10m)、中部(10~50m)到深部(大於50m),地下水的流速向下逐漸減小。因而水力交替遷移的能力減弱,而擴散水流模式則逐漸變得更加明顯。地下水環境也由氧化環境過渡到還原環境;水化學也由活潑區漸變到惰性區。

特別由於淤泥層的存在,使所有化學組分受到吸附和解吸作用。受人為活動因素影響少,水質較好,多為重碳酸鈣型水。但在淤泥層附近,形成高腐殖水和高鐵水,特別是在地下水強烈開採地段,形成氧化區,富集大量鐵錳離子。

由於上層汙染水的垂向補給,使系統內水化學也發生了演化。實際上,在地下水系統中,每種選定的水化學引數都有活潑區,可能活潑區和惰性區,即在活潑水化學區存在惰性水化學小區。這是由於地層中各向異性,離子本身特點,輸入系統控制等決定的。

比如三氮在系統上部都是活潑區,但無汙染源地段它又是惰性區;二價鐵在活潑區處於缺氧區;在包氣帶,可以存在一個氯化物活潑區,其蒸發作用改變氯化物含量。這個包氣帶系統的其餘部分可以形成一個惰性區。

(二)古近-新近系碎屑岩類孔隙裂隙水水化學系統

該型別的地下水埋藏較深,遷移交替作用較弱,因此水化學屬不活潑區。同時由於地下水徑流遲緩,導致一些離子含量較高,形成高鐵水、高氟水、高硬度水。水化學型別為hco3-ca,ph值為7~7.

5,地下水tds為0.5g/l左右。人為活動影響因素少,地下水基本沒有汙染。

(三)前第四系基岩裂隙水水化學系統

本系統由基岩風化裂水水質亞系統和構造裂隙水水質亞系統組成,含水介質為花崗岩、火山岩、砂岩,地下水溶濾這些岩石形成重碳酸鈣水。

(1)風化裂隙水水化學亞系統

在亞系統上部,地表以下0~10m區間,岩石風化裂隙發育,連通性較好,大氣降水入滲後經短途徑流,最後以泉的形式排洩溝谷中。因此亞系統上部交替遷移作用較強,水化學處於活潑區,多數離子均不超標,且人為汙染僅限於一些居民點。在亞系統的下部,岩石風化裂隙逐漸減弱,交替遷移作用緩慢,水化學呈惰性區,鐵錳含量也增高。

(2)構造裂隙水水化學亞系統

構造裂隙水,賦存於前第四系基岩的構造裂隙中,各項化學指標均適中,tds多小於0.35g/l,水化學型別為hco3-ca或hco3-ca-mg型。該水化學系統交替作用較強,參與水文迴圈積極,且迴圈深,距離遠,最終排洩到風化裂隙水中或第四系鬆散巖類孔隙含水層中。

地下水流動系統的水化學特徵

2樓:中地數媒

在地下水流動系統中,任一點的水質取決於輸入的水質、流程、流速、流動過程中遇到的物質及其可遷移性以及流動過程中經受的各種水化學作用(王大純等,1995)。地下水在流動過程中會對流經的岩土進行溶濾,增加水中的水化學成分,水徑流途徑和滯留時間愈長,從含水介質中溶濾的成分便愈多,沿流線方向,地下水的可溶性固型物(礦化度)逐漸增加,水化學型別也隨之從重碳酸鹽型逐漸變為硫酸鹽型,再轉換為氯化物型,呈現出明顯的分帶。見圖5-12。

在洪積扇地下水流動系統中的積極交替帶和緩慢交替帶,因流程和迴圈速度上的差異,使得它們水化學特徵有著明顯的差異。這種差異以及兩帶排洩方式的不同,是造成含水系統中水化學垂向和平面分帶的重要原因之一。

積極交替帶:大部分地下水由河水滲漏轉換而來,徑流途徑短,水迴圈快,溶濾的物質少,水化學型別主要為重碳酸鹽型,礦化度低,即使在溢位帶礦化度通常也小於1g/l,成為乾旱盆地內珍貴的淡水資源,滋養著溢位帶周圍的綠洲。積極交替帶大體與山前傾斜平原分佈範圍相當,形成低礦化重碳酸鹽型水分佈帶。

大型洪積扇的積極交替帶規模大,延伸距離長,所代表的低礦化重碳酸鹽型水分佈頻寬,而小型洪積扇或扇間窪地則要窄的多。

緩慢交替帶:地下水徑流途徑長,水迴圈緩慢,與岩土介質作用時間長,溶濾的物質較多,以硫酸鹽型水為主,沿流線方向逐漸變為氯化物型水,到盆地中心,礦化度一般可達十餘克/升至百餘克/升,向上越流排洩於沖積平原和湖積平原中的潛水含水層。緩慢交替帶上部,徑流途徑相對較短,以硫酸鹽型水為主,越流排洩於沖積平原潛水含水層,形成硫酸鹽型水帶,分佈在低礦化重碳酸鹽型水分佈帶外圍。

水迴圈緩慢的下部,地下水徑流途徑長,水迴圈緩慢,以氯化物型水為主,到盆地中心則成為高礦化度的氯化物型水,水頭高於地表,向上越流補給潛水含水層或向鹽湖排洩,形成大片氯化物型水分佈區,併成為鹽湖鹽分堆積的主要**之一,因此,在進行鹽湖鹽分均衡計算時,必須考慮地下水流動系統的鹽分聚集作用對鹽湖化學堆積的影響。見圖5-17。

圖5-17 新疆準噶爾盆地南緣第四系水型別分佈圖

在地下水流動系統中,地下水化學成分呈現出有序的時空變化,是西北諸多內陸盆地內呈現水化學分帶的重要的內在原因。雖然水化學分帶性也受表層潛水的蒸發濃縮作用和地表水匯入狀態的影響,但總的水化學分帶的格局受控於地下水流動系統對水化學物質搬運、聚集的分帶作用。因此,通過地下水流動系統水化學特徵分析,認識內陸盆地內水化學分帶特徵,對於合理利用地下水資源,瞭解土地含鹽量分佈對植被生態的影響,以及鹽湖資源的合理利用有重要的理論意義和實用價值。

地下水化學系統水化學特徵

3樓:中地數媒

三江平原各含水層溶質組分及其含量存在著較大差別,但其水化學型別卻存在共同特徵。即無論是第四系鬆散巖類孔隙水水化學系統或古近-新近系碎屑岩類裂隙孔隙水水化學系統,還是前第四系基岩裂隙水水化學系統,從陰離子組分來看,均是以hco-

3型水為主,so2-

4與cl-型水僅在區域性地區分佈。從陽離子組分來看,第四系鬆散巖類孔隙水以鈣鎂型水為主,古近-新近系碎屑岩裂隙孔隙水以鈣鈉為主,前第四系基岩裂隙水以鈣型為主。各水化學系統的水化學特徵如下。

一、第四系鬆散巖類孔隙水水化學特徵

三江平原第四系鬆散巖類孔隙水其水中陰離子以hco-

3為主,含量一般為60~300mg/l;陽離子主要為ca2+,含量為25~400mg/l;其次為mg2+,含量為10~100mg/l,na+含量為10~40mg/l,部分井孔水中cl-的含量在34~68mg/l之間。從地下水中主要陰、陽離子變化來看,主要是含量相對變化,而無明顯規律性;從地下水化學型別來看,橫向無明顯分帶性。

區內地下水水化學型別有hco3-ca-na、hco3-ca、hco3-ca-mg、hco3-ca-mg-na、hco3-cl-ca、hco3-so4-ca、cl-ca-mg、cl-hco3-ca-mg 8種主要型別,且以hco3-ca-mg型水為主。hco3-ca-mg型水呈區域性分佈,hco3-ca型水主要集中分佈於友誼縣和富錦市西南部地區;hco3-ca-na主要分佈於建三江農管局-大興農場一帶;在沿江地帶及居民點與城區,存在著cl型、hco3-so4型、hco3-cl型地下水,是由於人為的活動造成的,其他型別的水均呈小面積的零星分佈。在垂向上,地下水型別基本一致,水中主要離子含量變化也不明顯,反映出主要是入滲、儲存過程,而遷移特徵很不明顯。

三江平原地下水中腐殖酸含量高,水質多為低礦弱酸性軟水,tds一般小於0.5g/l,且大部分地區地下水tds在0.20~0.

75g/l間;僅在少部分井孔中水tds在0.5~1.0g/l之間。

ph值為6.5~7.5,總硬度為1.

45~4.29mmol/l。在垂向上,上段含水層中地下水tds和總硬度高於下段;ph值及總鹼度上段小於下段。

此外,還必須指出,在人為活動的強烈作用影響下,由於人為的汙染,正在改變著地下水的化學組分和水化學型別,使淺層地下水的化學特徵發生變化,如cl型、so4型及其與hco3複合型地下水的出現就是人為汙染所致。

二、古近-新近系碎屑岩裂隙孔隙水水化學特徵

該系統內的地下水中,重碳酸根含量一般為67~290mg/l,鈣離子含量15~53mg/l,鈉離子含量14~76mg/l。水化學型別為hco3-na、hco3-ca型。地下水tds為0.

2~0.48g/l,ph值為6.30~7.

65,總硬度為19.97~89.16mg/l,總鐵含量1.

6~11.2mg/l。

地下水水化學特徵,明顯受含水層特徵制約,故以河流相沉積為主,含水介質顆粒較粗,徑流條件較暢通的近山前地帶,水化學型別呈現為重碳酸鈣和重碳酸鈣鈉型,tds為0.20~0.48g/l,ph值7左右,總硬度53.

50~89.16mg/l,總鐵含量1.6~5.

6mg/l;而以湖相沉積為主,含水層具顆粒細,層次多,含泥質;徑流條件相對較差的近凹陷腹部地區,地下水形成過程主要表現為陽離子鈉與鈣的交替吸附作用和遷移過程的富集作用。地下水水化學型別為重碳酸鈉型,tds為0.27~0.

33g/l,ph值6.60~7.65,呈弱酸性—弱鹼性,總硬度19.

97~69.90mg/l,總鐵含量2.4~11.

2mg/l。

三、前第四系基岩裂隙水水化學特徵

地下水水化學型別為hco3-ca、hco3-na-ca型。ph值為6.3~7.

3,tds為0.05~0.40g/l,硬度為5.

36~142.9mg/l,總鐵含量小於0.28mg/l。

天然地下水化學組分的形成作用

大氣降水和地表水在進入地表以下之前,已經含有某些物質,在進入地下包氣帶和飽水帶與岩土接觸後進一步發生變化。所以,地下水的化學成分與原來補給水的化學成分有著很大的不同。4.2.2.1 溶濾作用 在水與岩土相互作用下,岩土中一部分物質轉入地下水中,這就是溶濾作用。溶濾作用的結果,使岩土失去一部分可溶物質...

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