基于水化学和氢氧同位素的泰安城区岩溶地下水补给来源及演化过程

泰安市城区岩溶地下水较丰富,是重要的地下水供水水源地.基于泰安城区岩溶水和地表水的水化学和氢氧同位素(δD、δ¹⁸O和³H)特征,结合Gibbs图解、主要离子比值,揭示岩溶地下水补给来源、补给年代、循环更新能力及主要的水-岩作用演化过程.结果表明,区内岩溶地下水阳离子以Ca²⁺和Na⁺为主,阴离子以HCO₃^-和SO₄^2-为主,K⁺、NO₃^-、Cl^-、Na⁺和SO₄^2-的变异系数较大,空间差异性较强,Ca²⁺和HCO₃^-的含量较稳定.水化学类型复杂多变,主要为HCO₃·SO₄-Ca型、HCO₃·Cl-Ca型和HCO₃     

草原流域地下水化学时空特征及环境驱动因素——以内蒙古巴拉格尔河流域为例

为查明内蒙古草原流域地下水水化学特征、成因及其环境意义,选择巴拉格尔河流域为研究对象,以Piper三线图、Gibbs图、主成分分析法（PCA）和内梅罗指数法等对2018~2019年丰水期、枯水期46处92个浅层地下水水样进行分析.结果表明：研究区地下水呈现弱碱性环境,属于淡水,枯水期多数离子含量高于丰水期,空间分布整体呈现出西高东低的特点;地下水水化学类型多样,以HCO₃^–-Ca²⁺·Na⁺型占主导,HCO₃^–-Ca²⁺型、HCO₃^–--Ca²⁺·Mg²⁺型、HCO₃^–-Na⁺型和HCO₃^–-Ca²⁺·Na⁺·Mg²⁺型等多种共存;不同河段枯水期水化学差异不显著,但丰水期地下水离子具空间特征,地下水化学成分来源变化复杂;地下水化学离子主要受岩石风化作用控制,Ca²⁺、Mg²⁺主要来源于碳酸盐、硅酸盐和蒸发岩的溶解,其中碳酸盐占主导,Na⁺、K⁺来自岩盐的溶解;地下水级别较好水居多,其次为较差和良好,极差、优良水占比最小,总体水质偏好;碳酸盐岩石风化、水岩溶滤作用和人类活动是研究区地下水化学特征演化的主要驱动因素.研究成果可为区域草原生态环境保护与恢复、水资源开发利用及流域生态水文研究提供技术参考与依据.     

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     

黄土高原中部浅层地下水化学特征及影响因素

通过采集黄土高原中部沿黄流域57个浅层地下水水样,采用定性（Gibbs模型、Na端元和离子相关关系）和定量（正向演替模型）分析方法探究了该地区地下水水化学特征、沿程变化规律和控制因素.结果表明,黄土高原中部沿黄流域浅层地下水均呈弱碱性;优势阴阳离子分别为HCO₃^-和Na⁺;水化学类型以HCO₃-Ca-Mg为主,占40%.研究区地下水主要离子自北向南变化趋势有所差异,其中Cl^-浓度保持动态稳定,SO₄^2-、HCO₃^-、Mg²⁺和Na⁺浓度沿程增加,而NO₃^-、Ca²⁺和K⁺浓度沿程降低,矿产资源开发是研究区地下水SO₄^2-重要来源,而强烈的阳离子交替吸附作用是引起Na⁺富集的重要因素.研究区地下水溶质来源主要受岩石风化作用控制,以硅酸盐岩石风化为主;大气输入、人类活动和岩石风化对地下水溶质的相对贡献分别为5%±3%、6%±13%和89%±13%.此外,下垫面因素改变、人类活动以及气候变化通过改变地下水补给与排泄等过程直接或间接的影响了地下水水量和水质.本研究结果将为黄河流域和其他类似地区当前和未来的地下水质量管理项目提供参考.     

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     

雅鲁藏布江流域水化学时空变化及其控制因素

为研究雅鲁藏布江全流域水化学特征及其控制因素,2016年先后采集雅鲁藏布江干流及其支流丰、平、枯三个水期水样212个,综合运用数理统计、Piper三线图、Gibbs模型和离子比等方法,分析了全流域河水的水文地球化学特征,并探讨了流域的水化学演化规律.结果表明,河水中阳离子均以Ca²⁺、Na⁺和Mg²⁺为主;阴离子以HCO₃^-和SO₄^2-为主;TDS平均值为204.51mg/L,矿化度较低;水化学类型以HCO₃·SO₄（SO₄·HCO₃）-Ca·Mg（Mg·Ca）型水为主;雅鲁藏布江主干河流内的主要离子含量变化存在波动且季节性变化显著.空间上,河水中绝大多数离子遵循着先增大后减少的趋势;水化学样品均分布在Gibbs模型左中部,说明该流域水化学离子组成受岩石风化作用控制;主成分分析及相关分析表明雅鲁藏布江流域水化学组分受人为影响作用控制,方解石、白云岩的风化及硫酸溶解也起到非常重要的作用.流域三个水期的重金属元素的含量绝大多数能满足地表水I类水体的要求.     

拉月曲流域地表水水化学特征及其影响因素

为深入研究藏东南拉月曲流域地表水水化学特征及其影响因素,在研究区采集地表水样品25组、收集雨水样品2组。运用Piper三线图、Gibbs模型、Ca/Na和TDS对数关系模型及相关性分析等方法对测试结果进行分析。结果显示：23组样品中,4种阳离子Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺的平均值分别为13.90、1.43、1.65和1.56 mg/L,5种阴离子HCO₃^-、SO₄^2-、NO₃^-、Cl^-、F^-的平均值分别为27.57、14.88、2.92、5.40和0.24 mg/L,pH位于7.05～7.96,水体呈弱碱性。2组雨水样品中,4种阳离子Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺的平均值分别为1.94、0.01、0.12和0.18 mg/L,5种阴离...     

盐城地区地下水溶质来源及其成因分析

位于淮河下游典型冲海积平原区的盐城,地下水具有开发利用程度高,浅层水显著咸化的特点．在浅层地下水空间采样的基础上,通过各要素空间分布、Pipper、水化学侵蚀模式和富集因子法,研究离子的主要来源及其成因,探讨人类活动的作用．结果表明：（1）浅层地下水中溶解性总固体（TDS）范围为211～3 790 mg·L^-1,其中,微咸水样品占30.28%．阴、阳离子浓度顺序分别为：HCO₃^->Cl^->SO₄^2->NO₃^-和Na⁺>Ca²⁺>Mg²⁺>K⁺,但从Ⅰ、Ⅱ类水至Ⅴ类水中,随TDS值增大,居支配地位的阴、阳离子分别由HCO₃型向Cl/SO₄型和Ca型向Na型演化．（2）初始的Ⅰ、Ⅱ类水体中,Na⁺应主要源于钠长石的风化侵蚀,而Ca...     

合浦盆地西部地区地下水水化学特征及形成机制

北海市是地下水支撑社会经济发展的典型滨海城市,研究该区水化学特征及形成机制,对服务水资源科学管理和海岸带生态环境保护具有重要意义.通过北海市合浦盆地西部地区地下水调查、水样采集与分析,综合运用水化学和同位素理论和方法揭示了控制地下水水质的主要水文地球化学过程.结果表明,地下水具有低pH值和低矿化度的显著特征.孔隙水水化学类型以硝酸型水为主,Na⁺和Cl^-浓度沿径流方向明显增加;裂隙水以Ca-HCO₃、 Ca-Cl·HCO₃、 Ca·Na-HCO₃和Na-Cl·HCO₃型为主.地下水受大气降水补给,水文地球化学过程主要受到水岩相互作用、阳离子交换作用和人类活动的综合影响.Na⁺、 K⁺和Cl^-主要来源于蒸发盐岩和硅酸盐岩,Ca²⁺、 Mg²⁺、 HCO₃^-和SO₄^2-     

农业活动干扰下地下水无机碳循环过程研究

为准确识别浅层地下水污染来源及污染过程,选择我国北方某集约化蔬菜种植基地浅层地下水作为研究对象,借助水化学组成、氢氧同位素以及溶解性无机碳(DIC)碳同位素组成,探讨浅层地下水来源以及DIC来源和迁移转化特征.结果表明:浅层地下水阳离子以Ca²⁺和Mg²⁺为主,阴离子以HCO₃^-和SO₄^2-为主,沿地下水流向,水化学类型由HCO₃^?-Ca²⁺-Mg²⁺型转变为HCO₃^--SO₄^2--Mg²⁺-Ca²⁺型;浅层地下水δD组成范围为-69.6‰~-52.7‰,均值为-63.5‰,δ¹⁸O组成范围为-9.29‰~-6.80‰,均值为-8.45‰.大气降水是浅层地下水重要补给来源,靠近河水的浅层地下水还接受地表水的补给;浅层地下水δ¹³C_DIC组成范围为-11.76‰~-5.85‰,均值为-10.43‰.浅层地下水DIC来源包括土壤CO₂、碳酸盐矿物以及有机质分解.河水DIC侧渗对局部浅层地下水DIC碳同位素造成影响,化学肥料引起的酸性物质参与碳酸盐矿物风化作用以及浅层地下水CO₂去气作用对地下水δ¹³C_DIC组成产生影响,在利用DIC碳同位素识别地下水污染来源时需要引起重视.     

雅鲁藏布江上游夏季水化学特征及来源解析

为探究雅鲁藏布江上游干支流的无机水化学特征,于2020年8月在雅鲁藏布江上游河源和河流段采集干支流水样,分析了水体主要离子的化学组成和空间变化规律,并对离子来源进行了解析.结果表明,雅鲁藏布江上游干支流水体中的阴离子以HCO3、SO42为主,分别占阴离子总量的71.11％、23.16％;优势阳离子为Ca2+、Na+,分...     

采煤驱动下神东矿区地下水化学特征及成因

为查明神东矿区地下水化学特征,使用Piper三线图、Gibbs图、主成分分析法、改进内梅罗指数法等对23个地下水水样进行分析.结果表明,研究区地下水呈弱碱性,化学类型从上游HCO₃^--Na⁺为主导型,逐渐过渡为下游HCO₃^-·SO₄^2--Na⁺·Ca²⁺主导、Cl^--K⁺·Na⁺、F^--K⁺·Na⁺等多种类型共同存在.地下水化学类型主要受蒸发浓缩和岩石风化控制,HCO₃^-主要来源于碳酸盐的溶解,Ca²⁺、Mg²⁺主要来源于硫酸盐岩的溶解,Cl^-来源于岩盐的溶解和生活用水的污染,SO₄²来源于岩盐溶解,NO₃^-主要来源于生活用水和人畜排便.整体水质良好,个别地区存在一定程度的离子富集现象.研究成果可为当地水资源的高效利用,生态环境的保护与恢复提供理论支撑与参考.     

杭州G20减排措施对大气水溶性离子特征的影响

利用2016年颗粒物及水溶性离子采样数据,研究了杭州G20峰会减排措施对大气中无机水溶性离子特征的影响.结果表明,杭州G20峰会减排措施对大气水溶性离子的质量浓度、组成结构、酸碱性等皆存在明显影响.减排措施实施使大气颗粒物和水溶性离子质量浓度下降,受影响的离子主要是NO₃^-、SO₄^2-、NH₄⁺、NO₂^-,其中NO₃^-、SO₄^2-质量浓度的下降使NH₄⁺、Ca²⁺、Cl^-成为浓度前3位的离子.SO₄^2-、NO₃^-、NH₄⁺、Ca²⁺粒径分布呈单峰型,其中SO₄^2-、NO₃^-、NH₄⁺峰值出现在0.65~1.10mm,Ca²⁺峰值出现在5.80~9.00mm,Na⁺、Cl^-、K⁺呈双峰分布,峰值皆出现在3.30~4.70mm和0.65~1.10mm,Na⁺两峰值相当,K⁺、Cl^-在0.65~1.10mm峰值较高.减排措施实施使大气中主要无机盐从NH₄NO₃、（NH₄）₂SO₄、NH₄Cl转变为NH₄Cl、NaCl、KCl,大气颗粒物碱性总体增强.本文研究成果对采取措施改善空气质量具有指导作用.     

亚磷酸盐在硝酸根溶液中的光氧化过程及影响因素

亚磷酸盐(HPO₃^2-,H₂PO₃^-,+3价)是磷生物地球化学循环中的还原态形式,其在水环境中的光氧化过程可能是亚磷酸盐转化的重要途径之一.以300W汞灯为光源,研究了环境浓度(1μmol/L)的亚磷酸盐在NO₃^-溶液中的光氧化过程,探讨了NO₃^-浓度、溶液pH值、环境中普遍存在的离子(Cl^-、SO₄^2-、HCO₃^-、Fe³⁺、Mn²⁺)及腐殖酸对亚磷酸盐光氧化过程的影响.结果表明,亚磷酸盐在NO₃^-溶液中的光氧化反应符合准一级动力学规律,当NO₃^-浓度由0增至120μmol/L时,其速率常数由0.020h^-1增至0.271h^-1;酸性溶液(pH = 4)有利于亚磷酸盐在硝酸根溶液中的光氧化,水环境中SO₄^2-及Cl^-对光氧化过程存在弱抑制,而HCO₃^-对光氧化过程产生较强的抑制作用.Fe³⁺促进了亚磷酸盐在NO₃^-溶液中光氧化过程,而Mn²⁺则是抑制作用.腐殖酸的加入对亚磷酸盐光氧化过程存在抑制作用.活性氧猝灭剂(异丙醇,叠氮化钠)的加入大大抑制了亚磷酸盐的光氧化过程,表明亚磷酸盐光氧化过程中,活性氧的产生对其光氧化起到关键作用.模拟太湖水样中亚磷酸盐的减少量与正磷酸盐的增加量一致,证明亚磷酸盐光氧化产物是正磷酸盐.     

西沙永兴岛大气降水化学特征及来源分析

于2013年对南海西沙永兴岛雨水进行采集,分析了其主要阴阳离子,利用PMF模型对不同离子组成的来源进行解析并运用TrajStat软件模拟后向气团轨迹污染物来源区域的分析.结果表明,永兴岛降水离子浓度顺序为：Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-和Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、NH₄⁺、K⁺.Na⁺和Cl^-是降水中主要的阴阳离子,表现出海洋性降水的特征.SO₄^2-、Mg²⁺、K⁺主要来源于海水,但SO₄^2-也受化石燃料燃烧等影响,而K⁺可能受生物质燃烧的影响.Ca²⁺主要来源于土壤,少数来源于其他影响.NO₃^-主要来源于化石燃料燃烧释放,而NH₄⁺有多种来源,包括内陆人为活动的排放和海洋本身有机物降解过程释放的影响.根据Redfield比,可以初步计算出降水中NO₃^-和NH₄⁺对南海新生产力的贡献约为4.8%~13.5%.后向气团轨迹表明,永兴岛降水的离子来源区域相对复杂,包括我国东北地区、南方区域,以及马来西亚等国家、地区的影响,或者来源于南海局地的影响.     

邢台市秋季PM2.5及水溶性离子污染特征

为研究邢台市秋季PM_2.5污染特征,于2017年10月15日~11月14日在邢台市区对PM_2.5样品进行了采集,并对其中水溶性离子（包括Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-、NH₄⁺、Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、K⁺）进行了分析.结果显示,观测期间邢台市ρ（PM_2.5）平均值为（130.0±74.9）μg/m³,其中水溶性离子质量浓度为（69.8±11.4）μg/m³,占ρ（PM_2.5）的53.3%,NO₃^-、SO₄^2-和NH₄⁺为主要离子,占水溶性离子比例达到了89.7%. 当污染加重,水溶性离子质量浓度随ρ（PM_2.5）增大而升高,且NO₃^-、NH₄⁺及SO₄^2-占比亦逐渐升高,但其他离子占比随之下降,Ca²⁺尤为明显,表明ρ（PM_2.5）升高时主要受二次无机转化影响;观测期间SOR（硫转化率）与NOR（氮转化率）的平均值分别为0.36和0.25,表明秋季SO₂与NO₂转化速率较强,二次无机污染严重,另外SOR及NOR与温度及相对湿度呈正相关,且SOR对二者更为敏感;邢台市秋季PM_2.5呈弱碱性,NH₄⁺主要以（NH₄）₂SO₄和NH₄NO₃的形式存在;ρ（NO₃^-）/ρ（SO₄^2-）平均值为2.13,表明移动源对秋季大气颗粒物的来源贡献较大;PMF分析结果表明,二次转化源、燃烧源及扬尘源为邢台市秋季PM_2.5中水溶性离子的主要来源.     

天山乌鲁木齐河流域山区水化学特征分析

2006、2007 年在乌鲁木齐河流域山区,沿河源冰川区到中游山区的6 个水文站点(1 号冰川、空冰斗、总控、巴拉提沟、跃进桥和后峡)定期持续采集径流样品,对流域山区河流水化学组成、演化过程及影响因素进行了分析。结果表明,所有径流样品的离子组成均为Ca²⁺－HCO₃^-－SO₄^2- 型,呈弱碱性。河源区冰川径流中TDS和EC均值总控> 1 号冰川> 空冰斗,其中1 号冰川径流峰值最大。与河源区相比,上中游3 个水文站径流离子含量、TDS和EC明显增高。通过Piper 图显示,上中游径流水化学类型与河源区相似,表明整个流域山区径流水化学形成过程存在相似原理。结合Gibbs 图和离子比值进行分析,得出碳酸盐、黄铁矿和长石类矿物风化是水化学组成的控制因素。上中游径流中Mg²⁺和SO₄^2- 离子浓度比例有所增长,表明流域演化过程中含S矿物的氧化作用对径流离子组成的贡献率逐渐增加。     

南京市一次霾污染过程中水溶性离子分布特征

使用MARGA离子在线分析仪ADI 2080对2017年12月27日~2018年1月5日南京市PM_2.5化学组分进行连续采样分析,结合气象要素和大气环境监测数据,探讨了霾污染过程中水溶性离子的时间分布特征及其来源特征.结果表明：霾日中南京水溶性离子浓度为121.41μg/m³,是洁净日的3.2倍.霾污染过程中水溶性离子平均浓度大小顺序为NO₃^- > SO₄^2- > NH₄⁺ > Cl^- > K⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺,SNA离子占总水溶性离子浓度的91.97%.霾日中水溶性离子日变化均为三峰型,洁净日中Cl^-、SO₄^2-和NH₄⁺的日变化为单峰型,Ca²⁺为双峰型,K⁺、Mg²⁺为三峰型.随着空气污染状况的加重,总水溶性离子在PM_2.5中的占比不断减少,空气质量为优时占比95.93%,严重污染时为63.25%.霾日中随着污染加重,NH₄⁺占总离子的比例稳定在23%左右,SO₄^2-占比缓慢减小,NO₃^-占比不断增大.NOR、SOR的日变化在霾日呈双峰型分布,洁净日则较为平稳.观测期间的水溶性离子主要来源有二次转化、煤烟尘、扬尘以及生物质燃烧.     

庐山三级分档雾水化学特征的对比分析

为研究庐山冬季不同粒径雾滴化学成分特征,于2015年和2016年在庐山开展冬季云雾物理化学特征的很高综合观测实验,利用主动式分档雾水采集器（three-stage CASCC）共采集44组3级粒径雾滴的雾水样品,其分档空气动力学直径为4~16μm（S3级）,16~22μm（S2级）和>22μm（S1级）.用850professional IC型色谱仪（瑞士万通）分析雾水中的水溶性离子浓度,讨论3级分档雾水化学特征和不同粒径雾水中各离子组分的来源及相关性.结果表明,2015年和2016年庐山冬季3级雾水多呈酸性,2016年酸性更强,pH值与雾滴的粒径大小有依赖性关系,4~16μm的小雾滴酸性更强.雾水中主要离子有Ca²⁺,NH₄⁺,SO₄^2-,NO₃^-和Cl^-.NH₄⁺,SO₄^2-,NO₃^-主要集中在4~16μm的小雾滴中,受海洋和土壤源的影响比较小,主要是人为活动所导致,2015年雾水Cl^-主要受人为源的影响,2016年人为输入显著降低,主要受海洋源影响.Mg²⁺,Ca²⁺主要集中在>22μm的大雾滴中.SO₂、NO_x排放逐年降低导致2016年雾水中SO₄^2-和NO₃^-浓度明显小于2015年.