河南鸡冠洞洞穴水对极端气候的响应及其控制因素研究

为揭示洞穴水地球化学动态的变化特征及其控制因素,从2009年10月至2013年12月对黄土高原东南缘河南西部栾川县鸡冠洞洞穴水的水化学指标进行了4个完整水文年的动态监测.结果表明:1鸡冠洞洞穴水的化学类型主要是HCO-3-Ca2+-Mg2+和HCO-3-Mg2+-Ca2+型,阴离子中HCO-3占80%以上,阳离子中Ca2+、Mg2+是优势离子,地下河常年处于溶蚀状态,池水、滴水处于沉积状态.2鸡冠洞洞穴滴水、池水可以很好地响应外部气候环境的变化,其地球化学指标具有显著的季节效应.3Ca2+、Mg2+、SO2-4能够敏感地响应极端气候事件引起的年际降水量变化,Ca2+、Mg2+、SO2-4浓度洪涝年升高,干旱年降低.HCO-3主要受CO2浓度控制,对极端气候事件响应不明显.4鸡冠洞地下河中Ca2+、Mg2+、HCO-3、SO2-4浓度波动幅度较小,且无明显的季节变化规律.对2010年和2013年的极端降水事件响应不明显.     

人类活动影响下水化学特征的影响: 以西江中上游流域为例

对西江中上游3个代表性断面进行一个完整水文年每月3次的观测和取样,利用水化学、流量等数据,探讨自然过程和人为活动影响下的河流水化学演化过程.对研究区116个水样的水化学特征进行分析.研究区的类型为HCO-3-Ca2+型,化学风化类型主要属于岩石风化,Ca2+和HCO-3是主要的阳离子和阴离子,反映了岩溶地区河水化学特征主要受碳酸盐岩溶解影响.Na+、Mg2+、Ca2+、Cl-主要受自然条件控制,人类活动影响对其影响不大.K+、NO-3、SO2-4、HCO-3不同程度地受到人类活动的影响并且显示出不同的影响途径.本研究对我国南方季风区河流水化学变化、水质特征、下游珠江物质输送通量的影响、水质保护具有重要意义.     

云南鹤庆西山岩溶地下水主要离子雨季和旱季对比及来源分析

鹤庆西山岩溶地下水是当地居民的主要生活用水来源,本文综合运用统计学分析方法对地下水主离子的雨季和旱季变化特征及其来源进行了研究。结果表明,研究区岩溶地下水主要补给来源为大气降水,TDS介于113.3~180.76mg/L属弱矿化度水,总硬度(Ca2++Mg2+)介于38~53 mg/L之间属于极软水。HCO-3和(Ca2++Mg2+)分别占主要阴阳离子的79.6%~95.5%和75%~94%,按照O.A.阿列金分类法研究区水质为HCO3-Ca·Mg型水。Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-4及HCO-3均未出现季节性变化,Na+与NO-3为丰水期枯水期,K+出现异常为丰水期枯水期。参照我国及世界卫生组织饮用水标准,锰矿黑龙潭泉受人为活动的影响较大,不宜长期饮用;其他地区主要离子浓度不会对人体产生危害。     

青藏高原湖泊小流域水体离子组成特征及来源分析

对青藏高原咸水湖蓬错、昂仁金错、打加错,淡水湖打加芒错、达格架温泉及各湖入湖支流阴、阳离子组成进行了分析.咸水湖阴离子以HCO-3、SO2-4为主,阳离子以Na+为主,属HCO3-SO4-Na和HCO3-Na型水;各湖支流及淡水湖阴离子以HCO-3或SO2-4为主,阳离子以Ca2+或Mg2+为主,属HCO3-Ca、HCO3-Ca-Mg、HCO3-Mg-Ca、HCO3-SO4-Ca、SO4-HCO3-Ca型水;达格架温泉阴离子以HCO-3为主,阳离子以Na+为主,属HCO3-Na型水.咸水湖主要受蒸发-结晶作用控制,各湖支流及淡水湖主要受碳酸盐岩风化控制,达格架温泉主要受热水-花岗岩作用控制.碳酸盐矿物沉淀时Ca2+优先Mg2+被移除,导致咸水湖具有较高的Mg2+/Ca2+比值.在阳离子组成端元贡献中,碳酸盐岩贡献最大(54%~79%),硅酸盐岩(13%~29%)和蒸发盐岩(4%~23%)次之,大气输入(3%~7%)最小.     

旱季不同土地利用类型下岩溶碳汇效应差异

为研究不同土地利用类型下碳酸盐岩溶蚀对土壤CO2消耗量的差异,在2013年11月至2014年5月选取了柏树湾泉、兰花沟泉和后沟泉这3个岩溶泉进行水化学分析及野外监测.结果表明,在上覆植被为林地的柏树湾泉域,泉水的HCO-3浓度最高,草地与耕地下的兰花沟泉次之,耕地为主的后沟泉最低.柏树湾泉的HCO-3主要来自于碳酸对碳酸盐岩的溶蚀,Ca2++Mg2+与HCO-3的摩尔比接近0.5,而兰花沟泉和后沟泉的HCO-3则主要来源于硫酸和硝酸对碳酸盐岩的溶蚀,Ca2++Mg2+与HCO-3的摩尔比远远大于0.5.柏树湾泉域由于凋落物的输入以及土壤透气性差,土壤CO2更容易溶于下渗水并与碳酸盐岩反应,而兰花沟泉和后沟泉的耕地由于土壤疏松,土壤CO2更容易以土壤呼吸的形式返回到大气中.因此,为准确评估岩溶碳汇作用,需要研究不同土地利用类型下碳酸盐岩对CO2消耗量的差异.     

东莞石马河流域水化学特征时空差异及来源辨析

石马河流域对东江饮用水源地城镇供水具有重要战略意义.为研究石马河水化学特征,分别于2012年2月、6月和11月采集石马河河水水样共39个,分析测定了水体主离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-4和HCO-3)及营养盐(PO3-4、NO-3和NH+4)浓度,探讨了水化学组成的时空差异、控制因素并对其来源进行了初步辨析.结果表明,水化学组成的时空差异显著,不同时期的河水TDS及营养盐平均浓度排序为11月2月6月;河水阴离子以HCO-3为主,2月和11月时,河水阳离子以Na++K+为主,为HCO-3-Na+水,6月时则以Ca2+为主,为HCO-3-Ca2+水;营养盐浓度在空间上的差异主要受人类活动导致N、P废水排放影响,3个时期的石马河出水口处(R7)N∶P为18.4,有利于浮游植物的生长,河道出现了富营养化的现象;Gibbs图显示,2月和11月的河水主离子受蒸发岩溶解的影响较为显著,而蒸发岩和碳酸盐岩风化共同控制6月的水化学组分;海盐沉降对石马河河水物质的贡献率较小;部分Na+、Mg2+、Cl-和SO2-4来自化肥的施用和工业废水的排放;NH+4-N、PO3-4-P和NO-3-N主要分别来源于家禽养殖废水和生活废水.     

亚热带典型岩溶区地表溪流水文地球化学昼夜变化及其影响因素研究

为了解岩溶区地表溪流水文地球化学的昼夜变化过程及其影响因素,于2013-07-09～2013-07-14期间,在广西壮族自治区融安县官村地下河出口(G1)和下游雷崖村(G2)设置两个监测点同时展开了为期5 d的高分辨率昼夜监测工作,每15min监测水温(T)、pH、溶解氧(DO)和电导率(Spc),每2 h进行人工采样工作,样品测试Ca2+、HCO-3和NO-3等主要离子以及δ13CDIC.结果发现:1 G1和G2点都是HCO3-Ca型水,但是两个监测点表现出不同的水文地球化学昼夜变化过程;2监测期间官村地下河出口(G1)的物理化学参数和主要离子(Ca2+、HCO-3和NO-3等)基本上保持稳定,而雷崖监测点(G2)的物理化学参数(T、pH、DO、Spc)和Ca2+、HCO-3和NO-3离子表现出有规律的昼夜变化特征;3 G2监测点的溶解无机碳(DIC)和δ13C值表现出相反的昼夜变化特征,DIC在白天下降晚上升高而δ13C值白天上升晚上下降,并表现出较好的负相关关系(相关系数为-0.87,P<0.01).结果表明,水生植物的光合作用和呼吸作用、水温以及脱气作用共同影响岩溶区地表溪流水文地球化学的昼夜变化,控制了岩溶地表溪流内部物质循环过程.     

吐鲁番市地表水水化学特征变化分析

在将1958年吐鲁番市地表水质检测资料与2013—2014年实地检测结果对比的基础上,综合运用数学统计、三角组分图、Gibbs图等方法,分析研究了吐鲁番市地表水化学特征的变化情况.结果表明,2013—2014年吐鲁番市地表水较1958年相比,TDS、硬度上升幅度超过一倍,SO2-4、Mg2+、Na+均上升,HCO-3、Ca2+下降.水化学类型由HCO-3型转变为HCO-3-SO2-4型;离子中Ca2+、HCO-3、TDS三者之间具有显著相关性转变为SO2-4、K++Na+、和TDS之间相关性显著;地表水在1958年主要受岩石风化作用的影响,而在2013—2014年受蒸发结晶作用的控制更加地显著,且受人为作用的影响明显地增强.     

竞争性阳离子对粉煤灰合成沸石除氨氮的影响

研究了四种竞争性阳离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)对三种改性粉煤灰合成沸石(Na沸石,Ca沸石,Al沸石)除氨氮能力的影响,并测定了合成沸石对四个湖泊水样(太湖、巢湖、洱海、抚仙湖)中氨氮的去除效果。结果表明,与Na+、Ca2+、Mg2+比较,K+对合成沸石除氨氮影响大得多;而前三者的影响大小的顺序为Na+Ca2+Mg2+。在纯水中,或不同竞争性阳离子存在下,或天然湖泊水样中,Al沸石和Ca沸石对氨氮的去除能力均远高于Na沸石。太湖和巢湖主要含Na+和Ca2+;洱海水样主要含Ca2+;抚仙湖水样主要含Ca2+和Mg2+;但四个湖泊水样中K+的浓度均为最低。Al沸石和Ca沸石对四个天然湖泊水样中的氨氮具有良好的去除效果,去除率达77%～90%。     

贵州清水江流域丰水期水化学特征及离子来源分析

对清水江流域丰水期河水离子浓度及组成特征分析表明,流域水化学组成以Ca2+、HCO-3离子为主,其次为Mg2+、SO2-4;TDS均值213.96 mg·L-1,高于世界流域均值.根据海盐校正分析得出,研究区大气降水中海盐输入对流域水化学的贡献率为2.23%,低于世界河流均值3%.Gibbs图结合离子比值分析表明,流域水化学主要受碳酸盐岩风化影响,越往下游硅酸盐岩化学风化贡献越明显,碳酸和硫酸同时参与了流域岩石风化过程.离子来源分析表明,Ca2+、Mg2+、HCO-3离子主要来自于白云石、方解石等碳酸盐岩风化溶解,Na+、K+、Cl-主要来源于硅酸盐岩风化;SO2-4和NO-3主要来源于大气酸沉降和城镇废水输入.人为活动影响分析表明上游工矿企业活动对清水江流域水化学影响明显.     

柳林泉域岩溶地下水区域演化规律及控制因素

柳林泉是山西省著名的十大岩溶大泉之一,丰富的岩溶地下水资源对吕梁地区经济社会发展具有支撑作用,开展岩溶地下水化学演化规律及控制因素研究对于流域水资源可持续利用意义重大.本研究对补给区、径流区、排泄区、深埋区的29个岩溶地下水主要离子组分进行测试分析.结果表明,水温、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Cl~-、HCO_3~-、SO_4~(2-)质量浓度从补给区、到径流区、到排泄区、再到深埋区,随着径流途径增加不断升高. K~+、Na~+、Cl~-主要来源于盐岩的溶解;而Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-、SO_4~(2-)主要来源于方解石、白云石和石膏的溶解.受控于盐岩、石膏的不断溶解,Na~+、C~l-和SO_4~(2-)质量浓度增加幅度大,最大值分别为最小值的50、80和32倍;受去白云化作用的影响,Ca~(2+)、HCO3-质量浓度变化不大,最大值仅为最小值的2～3倍.在补给区、径流区,Na~+、Cl~-质量浓度较低,Ca~(2+)和Mg~(2+)、HCO_3~-为主要阴阳子,但在排泄区和深埋区,Cl~-、Na~+明显超过了HCO_3~-、Ca~(2+)和Mg~(2+),成为最主要的阴阳离子;水化学类型由HCO_3-Ca·Mg型转化为HCO_3·SO_4-Ca·Mg型和HCO_3·SO_4-Ca·Na·Mg型,最终演变为Cl·HCO_3-Na·Ca、Cl·HCO_3-Na型和Cl-Na·Ca型.     

会仙岩溶湿地地下水主要离子特征及成因分析

以我国最大的低海拔岩溶湿地会仙岩溶湿地为研究区,对该区丰水期、平水期和枯水期共采集的27组地下水样品中常规离子进行检测和分析,在分析会仙岩溶湿地地下水主要离子化学特征和不同时期变化基础上,运用单指标污染标准指数法对不同时期地下水进行污染评价,利用多元统计、Gibbs模型和离子比例关系识别地下水主要离子成因.结果表明,研究区内岩溶地下水主要为弱碱性淡水,Ca²⁺和HCO₃^-为优势离子.不同时期地下水主要离子总浓度顺序为：平水期 > 丰水期 > 枯水期,枯水期水质优于丰水期和平水期.地下水中K⁺和NO₃^-主要受含水层空间分布差异影响,Mg²⁺、SO₄^2-、NO₂^-、NH₄⁺和TDS受时空尺度综合作用,Na⁺、Ca²⁺、HCO₃^-和Cl^-为水体中较稳定离子.受碳酸盐岩控制,丰水期、平水期和枯水期地下水化学类型具有高度一致性,HCO₃-Ca水占比分别为77.78%、77.78%和88.89%.地下水主要受SO₄^2-、NO₃^-和NO₂^-污染,NO₃^-出现极严重程度污染样点,SO₄^2-在丰水期和平水期出现较重污染样点.地下水化学组分主要受水岩作用控制,Ca²⁺和HCO₃^-主要来源于方解石风化溶解,少量水点受白云岩、白云质灰岩及硫铁矿控制导致Mg²⁺和SO₄^2-浓度偏高,K⁺、Na⁺、SO₄^2-、NO₃^-和Cl^-部分来源于大气降水,Na⁺和Cl^-部分来源于当地居民生活,K⁺与种植施用的钾肥相关,NO₃^-主要来源是化学肥料.     

珠江源块泽河流域地表水水化学特征及控制因素

块泽河流域属于珠江源区典型的岩溶小流域,同时也是滇东重要的煤炭产区,生态环境脆弱.加强区内水环境研究,对支撑珠江源区生态环境综合治理和水资源科学管理具有重要作用.通过系统采集地表水、岩溶地下水和矿井水样品,运用数理统计分析、相关性分析、离子比值分析以及绝对因子分析-多元线性回归受体模型(APCS-MLR)等方法,对块泽河流域水化学演化特征及控制因素进行了研究.结果表明：块泽河流域地表水pH平均值为7.8,呈弱碱性.阳离子主要以Ca²⁺和Na⁺为主,呈现Ca²⁺>Na⁺>Mg²⁺>K⁺的特征,阴离子主要以HCO^-₃和SO₄^2-为主,呈现HCO^-₃>SO₄^2->NO^-₃>Cl^-的特征.地...     

巴中北部岩溶山区地下水化学特征及演化分析

为研究我国南、北岩溶发育过渡带地下水的水文地球化学特征及形成机制.采集巴中市北部双峰垭地区25组地下水样品,运用描述性统计分析、变异系数、Schoeller图、舒卡列夫分类、Piper图解、Gibbs与离子比例系数等方法对研究区岩溶水化学及分布特征进行分析,并探讨控制地下水化学演化的主要过程.结果表明,研究区南、北地下水存在一定的差异,北区地下水阴阳离子以HCO3-、Ca2+和Mg2+为主,水化学类型以HCO3-Ca·Mg型为主,南区地下水阴阳离子以HCO3-和Ca2+为主,水化学类型以HCO3-Ca型为主;地下水水文地球化学演化过程均受水-岩作用和阳离子交替吸附作用的控制,但对比之下南区蒸发结晶作用比北区更加强烈,北区大气降雨作用更加显著;气候与岩性的差异是导致研究区南、北部地下水化学存在差异的主要原因.     

贵州威宁草海流域地下水水化学特征及无机碳通量估算

贵州威宁县草海是我国最大的岩溶湿地,岩溶地下水是其重要的补给水源和物质来源.本研究在丰水期、枯水期和平水期对草海流域内12处地下水进行了采集并测定,揭示了该流域地下水水化学特征和主要离子来源,并基于水化学径流模数法初步估算了草海流域岩溶碳汇通量.结果表明,草海流域地下水水化学类型以HCO₃-Ca型为主,东南部个别泉点在平水期为SO₄-Ca型.地下水中优势离子均以Ca²⁺、Mg²⁺和HCO₃^-为主,季节上SO₄^2-和Mg²⁺平均质量浓度呈现出平水期 > 枯水期 > 丰水期,NO₃^-平均质量浓度则表现为丰水期 > 枯水期 > 平水期,其他离子季节变化特征不明显.空间上草海北部地下水中Ca²⁺和HCO₃^-质量浓度相对较高,K⁺、Na⁺和Cl^-在西南部地下水中质量浓度较高,东南部地下水中Mg²⁺、NO₃^-和SO₄^2-质量浓度较高.地下水中Ca²⁺、Mg²⁺和HCO₃^-主要受到碳酸盐岩溶蚀的控制,碳酸、硫酸和硝酸均参与了流域内碳酸盐岩的风化,三期大部分地下水中NO₃^-主要受土壤氮和生活污水的影响,东南部地下水NO₃^-则主要受农业活动影响,K⁺、Na⁺、Cl^-和SO₄^2-的来源则无明显时空差异,前3种离子主要受人类活动影响,而SO₄^2-则主要来源于地层中含硫化合物的溶解.研究区外源酸参与流域碳酸盐岩风化具有较高比例,季节上表现为平水期外源酸参与流域碳酸盐岩比例最高,丰水期最低的特征,在扣除外源酸参与流域碳酸盐岩风化的比例后,初步估算草海流域无机碳通量平均约为181.5 t·a^-1,岩溶地下水向草海输送HCO₃^-量平均约为1144.1 t·a^-1.     

西南喀斯特流域水化学空间变异性分析

本文以后寨河流域为研究对象,基于地统计学分析方法,研究喀斯特地区含量较高的四种离子(HCO_3~-、Ca~(2+)、SO_4~(2-)、Mg~(2+))的空间变异特征。结果表明:选取的离子都呈正空间自相关性,其中SO_4~(2-)和Ca~(2+)的空间集聚作用更显著。由于离子来源和影响因素的不同,离子的自相关程度和变程范围有所不同,由C0/(C0+C)比值判断,HCO_3~-、Ca~(2+)和SO_4~(2-)为中等强度空间相关,Mg~(2+)表现为强相关且变程较小,结构性因素对Mg~(2+)作用更为显著。离子在一定的距离内都表现为各向同性,超出该距离,受到岩性、构造、人类活动等因素的影响,则表现出了明显的各向异性特征。     

崇左响水地区岩溶地下水主要离子特征及控制因素

以崇左响水地区为研究区域,于2016年丰水期、枯水期、平水期在研究区内采集210个地下水样品并测定,分析岩溶地下水的主要离子化学特征和季节变化,运用多元统计分析法研究地下水主要离子的控制因素.结果表明,研究区岩溶地下水为弱碱性淡水,优势离子均为Ca~(2+)、HCO_3~-为主,分别占全部阳离子和阴离子的75%、70%以上,K~+、Na~+、Cl~-和NO_3~-平均质量浓度表现为丰水期平水期枯水期,Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-、SO_4~(2-)、p H值、TDS、TZ+和TZ-未出现明显的季节性变化.受碳酸盐岩地层的控制,地下水化学类型以HCO_3~-Ca型为主,丰水期和平水期少部分水点为HCO_3·Cl-Ca和HCO_3·SO_4-Ca型水,平水期出现Cl·NO_3-Ca型水,枯水期可见HCO_3~-Ca·Mg型水,反映出少部分水点受地层中白云岩和铁质泥岩溶解、人类源NO_3~-和Cl~-的影响.地下水中Ca~(2+)、HCO_3~-主要来源于碳酸盐岩灰岩的溶解,Na~+、Cl~-、K~+、NO_3~-来源于大气输入与人为活动的贡献,Mg~(2+)、SO_4~(2-)来源于地层中白云岩、铁质泥岩溶解.地下水化学成分主要受水岩相互作用的控制,碳酸盐岩含水层中的地下水主要受碳酸盐岩溶解因子控制,村庄和人口密集区的地下水主要受大气输入与人为活动因子控制.     

岩溶易旱区地下水水文地球化学特征及其控制因素——以兴仁县为例

地下水是岩溶易旱区极其重要的水资源,是当地生态环境和人类生存的基本保障。通过收集整理岩溶易旱区兴仁县地下水水化学数据,分析与研究,发现岩溶易旱区地下水的溶解组分主要来源于碳酸盐岩的溶蚀,水化学类型主要为HCO_3-Ca型和HCO_3-Ca·Mg型,部分地区由于受到岩层中石膏夹层溶解的影响,水化学类型为HCO_3·SO_4-Ca·Mg型。地下水中Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-等离子受流经区域地层岩性和水-岩相互作用的影响,表现出显著的区域性特征,属自然来源;K~+、Na~+、Cl~-、NO_3~-等指标与人类活动关系密切,SO_4~(2-)受水-岩相互作用和人类活动共同影响。岩溶易旱区地下水水文地球化学容易受到人为活动的干扰且日趋明显,降低人为活动对岩溶地下水的影响是确保岩溶易旱区地下水环境及饮水安全的关键。