基于水化学和氢氧同位素特征的小屯煤矿充水条件研究

充分辨识小屯煤矿充水条件是矿区防排水工作布置的关键。在梳理矿区水文地质结构的基础上,利用水化学和氢氧同位素方法分析了矿区不同含水层地下水的化学类型与水化学组成特征,辨识了不同含水层地下水与矿井水之间的水力联系,探讨矿井可能的充水来源。结果表明:以三叠系夜郎组玉龙山段岩溶裂隙含水层为代表的地下水主要表现为以HCO~-_3、Ca~(2+)为主要水化学组成,水化学类型为HCO_3-Ca型,且地下水中NO~-_3浓度偏高、较为富集重同位素,而矿井水表现为高浓度SO~2-_4、Na~+、TDS等水化学组成特征,水化学类型为SO_4·HCO_3-Na型,且矿井水中NO~-_3浓度普遍偏低、氢氧同位素组成偏轻,与二叠系长兴-大隆组、龙潭组等裂隙水水化学和氢氧同位素组成近似;小屯煤矿仍主要以二叠系长兴-大隆组、龙潭组等为主要充水含水层,两者之间水力联系密切,而局部通道可能受到上覆三叠系夜郎组玉龙山段岩溶裂隙水的影响。     

青弋江流域宣芜段氢氧稳定同位素特征

青弋江流域宣芜段为皖江经济带重要组成部分,了解该地区的地表水和地下水的补径排关系,可以为后续水资源的合理开发利用提供基础资料和理论依据。该文通过分析56组地下水样和7组地表水样的氢氧稳定同位素特征,发现地表水和地下水最终来源于降水补给。泉水在出露地表之前,与围岩发生了同位素交换作用。井水普遍受到一定程度的蒸发作用,导致井水氢氧稳定同位素发生一定程度的分馏。水库水受蒸发效应影响显著。地表河水显示出混合效应。     

京津冀西北典型流域地下水化学特征及补给源分析

为揭示京津冀西北典型流域地下水循环特征,运用环境同位素和水化学技术等方法分析张家口市不同流域水体氢氧同位素特征、水化学特征及时空变化特征、地表地下水转化关系。结果表明：地表水化学类型主要为HCO₃-Mg·Na和HCO₃·Cl-Na型;地下水化学类型不同时期表现出不同的类型,水化学类型更为多样,主要以HCO₃-Mg·Na型、HCO₃·Cl-Na型、HCO₃·Cl-Na·Mg为主。地表河水和地下水中离子均主要来源于岩石风化作用;张北和桑干河流域地下水中离子偏向于蒸发浓缩作用控制。张家口市各流域地表地下水δ¹⁸O、δD组成较为接近,表明了当地地表水和地下水均受到大气降水的补给。大气降水和地表河水对地下水的补给比例均值分别为37.74%和62.26%,以地表河水的补给为主要方式。     

双河洞流域氢氧同位素特征及其指示意义

为了探究喀斯特区域地表水与地下水的相互转化关系及水-岩作用特征,以双河洞流域为研究对象,分别在2018年12月和2019年6月对流域地表水与地下水进行监测采样。运用数理统计、Piper三线图、回归分析等方法对水样的氢氧同位素组成和水化学特征进行分析。结果表明：（1）旱季和雨季流域内地表水、地下水优势阳离子以Ca²⁺和Mg²⁺为主,优势阴离子以HCO₃^-为主;水化学类型为Ca²⁺·Mg²⁺-HCO₃^-型。（2）流域内氢氧同位素具有季节变化特征,表现为雨季高、旱季低;流域沿程有着复杂的转换关系,池武溪上游以地下水补给地表水为主,池武溪中游至下游地表水与地下水交替补给。（3）流域氘盈余值呈现出旱季低雨季高的季节差异,在水-岩作用的影响下与当地大气降水的氘盈余值变化特征相反,而且水-岩作用强烈的区域与流域洞穴密集分布的特点相对应。     

丹江流域山区地表水-地下水水化学特征及其影响因素

丹江流域是南水北调中线工程重要水源涵养区,深入研究丹江流域水化学特征及其影响因素,对区域水资源保护及合理利用具有重要意义.通过对丹江流域水样采集与分析,综合运用描述性统计、Piper三线图、Gibbs图、离子比例系数法及氢氧同位素的方法,分析丹江流域水化学特征及其影响因素.结果表明,丹江流域水体整体呈弱碱性,主要水化学类型为HCO3-Ca型,中游离子质量浓度及水化学类型变化频繁.流域水体均受大气降水补给,地表水受蒸发作用影响明显,水化学组分受岩石风化溶解、离子交换和人类活动共同影响. Ca2+和Mg2+源于方解石、白云石及石膏等碳酸盐和硫酸盐矿物溶解,农业活动是水中硝酸盐的主要来源.地表水与地下水频繁转化和支流汇入影响是丹江干流空间分布特征差异化的主要原因.     

基于2H&18O和水化学成分的永定河流域地下水循环特征解析

运用环境同位素和水化学成分作为水循环研究的示踪剂, 揭示了永定河流域中下游地下水 循环特征。通过现场调查并对浅层和深层地下水采样, 进行室内水化学和氢氧同位素组成测定, 分 析了流域内深层和浅层地下水的氢氧同位素和水化学组成的空间分布规律和演化趋势, 揭示了流 域地下水循环特征。结果表明, 降水是山前地下水的主要补给源, 地下水在接受降水的补给后经过 了不同程度的蒸发作用, 山区受蒸发影响较小, 平原区较大, 尤其是平原区浅层地下水呈现出强烈 的蒸发浓缩作用; 水化学特征表现为自西部山区到山前平原至滨海平原, 自浅层到深层, 地下水的 矿化度逐渐升高; 平原区浅层和深层地下水含水层之间存在明显的越流补给现象; 沿海地区未发现 海水入侵现象。     

东寨港流域地表水水化学组成特征及其成因

为研究滨海地区地表水资源和红树林生态系统的水环境,利用水化学分析、数理统计和Gibbs水-岩分析模型等方法对东寨港流域内演丰西河和三江河两条河流水体的水化学组成和氢氧稳定同位素特征进行分析,揭示了演丰西河和三江河河流地表水的水化学组成特征,讨论了该区域地表水的水化学组分变化及其控制因素.结果 表明:演丰西河地表水的水化...     

高寒干旱区地表水与地下水水化学特征及转换关系：以大通河流域为例

全球气候变暖和区域极端气候会导致高寒干旱山区平原降雨失衡、冰川融化和冻土退化,进而改变区域水文循环.其中,地表水与地下水转化关系是高寒干旱区水文循环气候响应的重要科学问题之一.以祁连山南麓大通河流域为研究区,基于119组基本水化学参数和38组氘氧同位素数据,利用多元统计分析和同位素技术,研究了流域地表水与地下水的水化学特征及其相互转化过程.结果表明,流域地表水以HCO₃-Mg·Ca型水为主,受控于岩石风化作用;地下水以HCO₃-Mg·Ca型和Cl·SO₄-Na型水为主,受岩石风化作用和蒸发浓缩共同控制.上游地下水存在少量钙、镁长石的溶解,中游地下水化学组分主要为碳酸盐岩的风化溶解,下游地下水中各离子组分蒸发富集使地下水溶解性总固体升高.风化溶滤、人为活动、原生沉积环境、阳离子交替吸附及其他因素对研究区地表水和地下水化学组分的贡献率依次为39.1%、 15.0%、 12.6%、 13.8%和19.5%.δD和δ¹⁸O同位素测试结果表明,沿地下水流向大通河河水氘氧同位素含量呈富集到贫化的变化趋势,大通河...     

店埠河流域地表水-地下水水化学特征及其成因分析

巢湖是我国水污染防治的重点水体,但近年来一直处于较高的富营养化水平.以巢湖二级支流店埠河流域内的地表水和地下水为研究对象,测试不同水体水化学组成和氢氧同位素值,综合运用数理统计、Piper三线图、Gibbs图和离子比值等方法,分析其季节性和空间变化特征,探讨地表水和地下水的水化学特征和形成机制.结果表明,①大气降水是店埠河流域地表水和地下水的主要补给来源,地表水的蒸发分馏效应比地下水更显著.不同时期,地表水比地下水更富集氢氧稳定同位素.地表水和地下水中氢氧稳定同位素均呈季节性变化特征,丰水期相对富集,枯水期相对贫化.②店埠河流域地表水和地下水均为弱碱性水,地表水中各离子浓度明显小于地下水,地表水中阳离子以Ca²⁺和Na⁺为主,地下水中阳离子以Ca²⁺为主,水体中的优势阴离子均为HCO₃^-.地表水的水化学类型以HCO₃·Cl-Na·Ca型水为主,地下水以HCO₃-Na·Ca型水为主.③地表水和地下水主要水化学指标浓度具有一定的时空差异性.从丰水期到枯水期,地表水中TDS、K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-和SO₄^2-浓度整体呈现上升趋势.地下水中Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺浓度整体变化不大,略有增加趋势,Cl^-、SO₄^2-和NO₃^-浓度整体呈上升趋势.从上游到下游,地表水中主要水化学指标浓度呈现先减小后增大的趋势,NO₃^-浓度增幅最大.地下水在径流方向上主要水化学指标浓度整体变化不大,但呈现出排泄区大于补给区的规律.④水体水化学特征的形成主要受水-岩作用控制,同时还受到人为因素影响.水-岩作用主要为硅酸盐岩、盐岩和碳酸盐岩等矿物的风化溶解.污水处理厂污水、生活污水和粪肥等污染物已明显改变了局部水体的水化学特征.⑤与2016年相比,地表水中的NO₃^-浓度已有不同程度地减少,当地政府进行的氮污染控制工作已取得一定成效,但仍需在店埠河下游、部分支流（定光河和马桥河）和部分居民点加强对污水及粪肥的污染防控.     

基于水化学和稳定同位素的白洋淀流域地表水和地下水硝酸盐来源

为探究白洋淀流域生活污水河附近地表水和地下水硝酸盐来源,于2014年7月沿着生活污水纳污河——府河采集地表水和地下水.通过分析水化学和氢氧同位素(δ~2H、δ~(18)O)明确地表水和地下水转化关系,并通过硝酸盐氮(δ~(15)N)同位素确定硝酸盐来源.结果表明,河水来源于城市和农村生活污水,同时受蒸发作用影响.浅层地下水受府河、白洋淀和太行山山区地下水侧向补给.浅层地下水硝酸盐超标(世界卫生组织)率为16.7%.受水体自净能力的影响,府河上游硝酸盐浓度大于下游.受区域水流方向的影响,南岸浅层地下水硝酸盐浓度大于北岸.近河和近淀区域浅层地下水硝酸盐主要来自于地表水.此外,土壤、化肥及其点源污染也是地下水硝酸盐的主要来源.城市和乡村居民生活及农业生产活动影响区域地表水和地下水硝酸盐.     

基于水化学和氢氧同位素的东宫河流域不同水体转化关系研究

为明晰秦皇岛东宫河流域水环境特征,以该流域大气降水、地下水及地表水为研究对象,通过对水化学和氢氧稳定同位素样品测试及特征分析,揭示其时空变化特征及大气降水、地下水和地表水的相互转化关系.结果表明:①东宫河流域地下水（第四系孔隙水、岩溶水、裂隙水）和地表水（河水、泉水）的水化学类型,枯水期较丰水期丰富.丰水期水化学类型主要以HCO₃-Ca型、HCO₃·SO₄-Ca型和HCO₃-Ca·Mg型为主;枯水期水化学类型以HCO₃-Ca型、HCO₃-Ca·Mg型、HCO₃·SO₄-Ca型、HCO₃·SO₄-Ca·Mg型为主.②研究区第四系孔隙水和泉水的离子含量变化受季节影响较大,枯水期离子含量变化较丰水期显著;岩溶水和裂隙水各离子含量变幅较小,基本趋于稳定.岩溶含水层和裂隙含水层中富含石膏,为SO₄2-的主要来源;Na+和Cl-主要来源于易溶解盐NaCl,Ca2+和Mg2+主要来源于方解石的风化溶解.③东宫河流域地下水、地表水及大气降水之间存在密切的水力联系,针对氢氧同位素的组成分析表明,大气降水为地下水和河水的主要来源;不同泉水补给来源存在差异性,泉水主要接受岩溶水补给,同时也受蒸发作用影响;第四系孔隙水接受大气降水和河水的双重补给;裂隙水主要接受山区降水径流补给.研究显示,东宫河流域不同水体中离子含量受降雨量、温度和地质背景等影响,不同水体间联系密切,相互补给排泄.      

龙子祠泉域岩溶地下水水化学特征及成因

龙子祠岩溶水是临汾市工农业生产和城市水源地.查明污染特征及成因,对合理开发利用岩溶地下水资源与泉域生态保护具有重要的意义.本研究以龙子祠泉域岩溶地下水系统为研究对象,通过样品采集与同位素分析,综合运用水化学(Durov图、离子比例、Gibbs图、硫同位素和氢氧同位素)方法分析地下水水化学特征.揭示了龙子祠泉水的水文地球化学特征和环境同位素特征.龙子祠泉域岩溶地下水水化学场从深埋滞留区到补给区到径流、排泄区具有明显的分带性.龙子祠岩溶地下水主要为SO_4·HCO_3-Ca和SO_4·HCO_3-Ca·Mg型水,SO_4~(2-)值为61.6～1 503 mg·L~(-1),均值为481.4 mg·L~(-1),SO_4~(2-)超标比例为70.3%.其SO_4~(2-)主要来源于石膏的溶解和煤系地层FeS_2氧化,其中龙子祠泉水中SO_4~(2-)源于FeS_2氧化的比例为20.2%.依据氢氧、硫同位素得出70%的岩溶地下水不同程度的受到煤矿酸性水的污染.利用Phreeqc软件模拟得出:研究区水化学特征主要受白云石、岩盐和石膏的溶解作用与去白云石化作用.     

珠江源区小黄泥河流域地表水水化学组成特征及控制因素

为研究小黄泥河流域地表水水化学组成特征及离子来源,服务小黄泥河流域水资源管理,系统采集了小黄泥河干流及支流河水和矿坑水样品,综合利用Piper三线图、Gibbs图解、离子比例系数和数理统计等方法,分析了小黄泥河河水的水化学组成、空间分布特征和主要控制因素,并评估了不同来源对溶质的贡献率.结果表明,小黄泥河流域河水pH值...     

巴伊盆地平原区地下水水化学特征及污染源识别

为探明新疆巴伊盆地平原区地下水水化学特征及形成机制并解析污染源,综合运用数理统计、图解法和PCA-APCS-MLR模型等方法,对2022年8月采集的4组泉水样、 20组潜水样和11组承压水样的测试结果进行分析.结果表明,研究区地下水化学类型复杂多样,泉水以HCO₃·SO₄-Na·Ca型地下水为主,潜水以HCO₃·SO₄-Na·Ca型和HCO₃·SO₄-Ca型地下水为主,承压水水化学类型主要为HCO₃·SO₄-Na·Ca型和HCO₃·Cl·SO₄-Na·Ca型;未利用地承压水水化学类型单一(Cl·SO₄-Na·Ca型),耕地及城乡居民用地承压水水化学类型复杂,表明地下水受到人类活动影响;地下水演化过程主要受到水岩相互作用与阳离子交换作用的影响,从泉水至潜水至承压水阳离子交换作用逐渐增强,石膏及硬石膏的风化溶解作用逐渐减弱、岩盐的风化溶解作用逐渐加强;...     

贵州乌都河流域雨季河水水化学特征及其控制因素

乌都河是贵州西部典型的矿业型岩溶山地流域.对乌都河流域干流、支流、泉水和矿井水进行采样分析,通过Gibbs图、Piper图和数理统计分析等方法,研究了乌都河流域水化学特征及控制因素,并计算了不同因子对河水的贡献率.结果表明,乌都河流域水体pH值范围为7.87~8.52,均值为8.14;ρ（TDS）范围为135~243 mg ·L^-1,均值为191.7 mg ·L^-1.天然河水和泉水中阳离子以Ca²⁺和Mg²⁺为主,阴离子以HCO₃^-为主,水化学类型为HCO₃-Ca型;但受矿业活动影响后,部分支流河水中阳离子以Ca²⁺和Na⁺为主,水化学类型过渡为HCO₃ ·SO₄-Ca和HCO₃ ·SO₄-Ca ·Na型.乌都河流域河水离子组分受矿井水排放和阳离子交换作用、碳酸盐岩风化、硅酸盐岩风化和农业施肥这4个因子的影响.矿井水中具有较高浓度的SO₄^2-和Na⁺,是乌都河支流河水中SO₄^2-和Na⁺的主要来源.化学物质平衡法计算表明,碳酸盐岩风化的贡献率为44.12%~86.92%,均值为74.32%;矿业活动的贡献率为3.28%~37.07%,均值为11.61%;碳酸盐岩风化是乌都河流域河水水化学的主控因素,矿业活动对河水水化学组分也有不可忽视的贡献.大气降水、硅酸盐岩风化、农业活动和生活污水的贡献率均值分别为3.75%、4.67%、2.85%和2.81%,对流域水化学的影响有限.     

淮南煤矿区地表水和地下水水化学特征及控制因素

为厘清淮南矿区地表水和地下水水化学特征和控制因素,采集115组地下水和30组地表水样品,基于数理统计、 Piper三线图、 Gibbs图、矿物稳定场图和离子比例系数等方法,分析了淮南煤矿区地表水和地下水的水文地球化学特征,研究了其水化学特征演变规律.结果表明,淮南煤矿区地下水和地表水呈弱碱性,地表水和地下水中优势阴阳离子为HCO^-₃、 Ca⁺和Na⁺.HCO₃-Ca型和HCO₃-Ca·Na·Mg型为地表水和地下水的主要水化学类型.地下水和地表水的水化学特征主要受岩石风化作用控制,阳离子交替吸附和蒸发对其有一定的促进作用.水岩作用以硅酸盐和碳酸盐矿物的溶解为主,碳酸盐岩的溶解制约Ca²⁺、 Mg²⁺和HCO^-₃等离子的变化.地表水和地下水中Cl^-、 SO₄^2-、 NO^-₃     

城镇化进程中新疆塔城盆地浅层地下水化学演变特征及成因

随着经济的发展,新疆塔城盆地地下水开采量持续增大,然而研究区水文地质研究基础薄弱,盆地地下水化学演化趋势及其成因不明,这使得未来的地下水开发利用存在较大风险.本文在对盆地内地下水进行系统采样分析的基础上,基于5种水化学图对地下水化学组分进行异常识别,并对比历史水化学数据,对盆地地下水化学演变进行了深入分析.结果表明:研究区地下水阳离子以Ca~(2+)和Na~+为主,阴离子以HCO~-_3和SO_4~(2-)为主,盆地广泛分布溶解性总固体小于1.0 g·L~(-1)的淡水.从山前淋溶迁移带到地下水径流缓慢的平原区,地下水化学类型由HCO_3-Ca和HCO_3·SO_4-Ca·Mg型过渡到SO_4·HCO_3-Na·Ca型.对比1979年水化学数据,城镇化进程中,由于地下水的过量开采,水位埋深下降,原来的部分排泄区变为径流区,水循环交替加快,致使研究区HCO_3型和SO_4·HCO_3型水分布面明显增加,以硫酸根和氯离子为主的高TDS水化学类型分布面积明显减少.然而在城镇周边人口密集区地下水中水氯离子和硝酸根离子明显升高,地下水TDS和总硬度呈上升趋势,地下水盐化和硬化明显.研究区地下水化学演变主要受潜水流经的含水层介质及地下水流场变化影响,另外排污沟渠污水下渗是影响地下水水质的另一个主要因素.     

岩溶地下河水化学对城镇化进程的时序响应

利用25年地下水观测与遥感解译数据研究地下河对城镇化进程的水化学时序响应,结果表明,随着城镇化的进行,地下河的矿化度逐渐上升;水化学类型时序演变从枯水期单一的HCO_3·SO_4-Ca·Mg型和丰水期HCO_3-Ca·Mg型向HCO_3·ClCa型、HCO_3·SO_4-Ca型、HCO_3-Ca和HCO_3·SO_4-Ca·Mg型等多类型演化,快速城镇化时期水化学类型多变.受地表降水输入影响,地下河枯水期与丰水期[Mg2+]/[Ca2+]和[HCO_3~-]/[SO_4~(2-)](摩尔比)变化较大,城镇化前地下河水化学受水岩相互作用、农业活动和酸雨入渗共同影响,两者均值分别为0. 86和29. 34; 2001年城镇化后农业活动和酸雨输入贡献减少,丰水期城镇化输入(居民生活和工业排污)明显增加,两者出现突变特征,分别降低至0. 38与6. 01. 1990～1995、1996～2010和2011～2015年不同时期的主要地球化学敏感阳离子分别为Ca~(2+)及Mg~(2+)、Na~+和NH_4~+,阴离子则分别为HCO_3~-、HCO_3~-及SO_4~(2-)和Cl~-.地下河对城镇化进程的水化学响应具有明显的阶段性和时序性.     

黔西拖长江流域水化学演化特征及驱动因素

拖长江为黔西典型的矿业型岩溶山地小流域,研究其水化学演化特征及驱动因素,对当地经济社会发展和水资源科学管理均具有重要的意义.通过采集拖长江流域河水、泉水和矿井水样品,利用水化学图解、数理统计和绝对因子分析-多元线性回归受体模型(APCS-MLR),研究了拖长江流域河水溶质来源及其对河水水化学组分的贡献.拖长江流域河水pH值为7.30～8.31,TDS值为40～520 mg·L^-1,TDS主要由Ca²⁺、 Na⁺、 HCO^-₃和SO₄^2-贡献.河水优势阳离子为Ca²⁺和Na⁺,优势阴离子为HCO^-₃和SO₄^2-,水化学类型从HCO₃-Ca过渡为HCO₃-Ca·Na和HCO₃·SO₄-Ca·Na型;矿井水主要为HCO     

小浪底水库水沙调控期滨河湿地地下水与河水转化关系

以小浪底水库下游武陟湿地为研究区,综合运用数理统计、水文地球化学和同位素技术相结合的方法,研究了小浪底水库水沙调控期滨河湿地地下水与河水转化关系.结果表明,小浪底水库调水调沙期间下游水体阳离子以Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺为主,阴离子以HCO₃^-为主.调水调沙初期河水水化学类型为HCO₃-Na·Ca·Mg型,地下水水化学类型为HCO₃-Ca·Mg·Na型;调水调沙中期和末期河水均为HCO₃·SO₄-Na·Mg型,地下水均为HCO₃-Na·Mg型.水库水沙调控过程中,水体的水化学组分从受碳酸盐和硅酸盐矿物溶解的共同作用过渡到以碳酸盐岩溶解为主.随着调水调沙的进行,河水与近岸带地下水的氢氧同位素组成逐渐富集,表明河水来源于上游水库表层水和大气降水,地下水则受到河水与大气降水的共同补给.在上游来水与水文地质条件等因素影响下,滨河湿地地下水与河水之间的转化主要发生在近岸带（距离河岸0~100 m内）,表现为河水补给地下水,随着调水调沙的进行,河水对地下水的补给增强.