地下水主要组分水化学异常识别方法对比：以柳江盆地为例

地下水化学组分的异常识别是构建水化学背景值及开展人类活动影响程度识别量化的重要基础.以往提出的基于5种水化学图的主要组分异常识别方法取得了良好效果,但是该方法考虑的水化学图种类过多,计算复杂.为简化水化学图法,本文以柳江盆地为例,尝试采用Durov图替代5种水化学图,对地下水主要组分进行异常识别.为此,分别对比分析了水化学图与数理统计法组合出的7种异常识别方法的剔除效果,并进行方法可靠性检验.结果表明,数理统计法与水化学图法结合识别地下水异常相对于两者单独使用可以取得更好的识别效果;其中3σ准则+5种水化学图法和3σ准则+Durov图法对地下水主要组分异常识别效果最好;并证实采用Durov图可以有效替代5种水化学图进行地下水主要组分的异常识别,既保留了水化学识别异常的科学性,又大大简化了异常识别计算的过程.     

基于自组织映射(SOM)算法的地下水污染源反演

根据污染物浓度监测数据进行地下水污染源反演是一类典型的地下水逆问题,通过对地下水污染源位置与强度的确定有助于提高地下水污染治理与修复的效果。提出一种基于自组织映射(SOM)算法的地下水污染溯源模型的替代模型的构建方法,并通过数值算例研究了SOM替代模型中训练数据样本数目和神经元数目的最优组合,以得到能够准确地表征地下水污染源强信息与观测数据之间联系的最优替代模型。算例研究结果表明:基于SOM算法的替代模型作为一种快速反演算法,在应用于地下水污染源反演问题时能有效减少计算量,并能以较高的精度对地下水污染源进行快速识别,具有良好的稳定性和鲁棒性。     

地下水环境背景值研究进展的分析与建议

在论述地下水环境背景值研究的有关基本概念以及中国地下水环境背景值现状的基础上,同时对比多种地下水环境背景值的计算方法,指出了中国地下水环境背景值研究中存在的问题,并提出在采样点的布置过程中,处理异常值的过程中,选择环境背景值范围的过程中,需要对有关水文、环境地质条件的变化,数理统计方法的应用等进行进一步的研究,为地下水水质的准确评价和水化学研究提供可靠的依据,为中国的地下水环境背景值研究提供切实的参考价值。     

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.     

乌苏里江流域左岸地下水水化学特征成因解析

为明晰三江平原水环境特征,以乌苏里江流域左岸地下水为研究对象,通过对44组地下水样品进行水化学组分测试及水化学特征分析,探讨氧化还原条件对地下水水化学组分的控制作用,并利用反向水文地球化学模型解释地下水水化学组分的变化规律。结果表明:(1)乌苏里江流域左岸地下水呈弱酸性,浅层地下水阴离子以HCO_3型、Cl-HCO_3型和Cl-SO_4型为主,阳离子以Ca-Mg型、Ca-Mg-Na型和Ca-Na型为主,而深层地下水阴离子以HCO_3型为主,阳离子以Ca-Mg型为主;(2)地下水离子组成受岩石风化过程和大气降水因素的影响,浅层地下水中Na~+主要来源于岩盐的溶解,深层地下水中Na~+主要来源于钠长石的风化溶解,地下水中发生了阳离子交换作用,主要为Ca~(2+)和Mg~(2+)置换Na~+进入地下水中;(3)地下水处于弱氧化或还原环境,pH值与Eh值共同控制着氧化还原环境,反硝化作用显著;(4)水文地球化学模拟结果显示,浅层地下水中氧化-还原反应显著,地下水处于弱氧化环境时,水中铁锰矿物主要以游离态Fe~(2+)、Mn~(2+)存在,深层地下水处于较稳定的弱氧化-还原环境中,Eh值是控制地下水中Fe、Mn含量的主要因素。该研究结果可为三江平原东部乌苏里江流域左岸区域水土环境利用与保护、农业商品粮基地可持续发展提供依据。     

雷州半岛地下水水化学特征及成因分析

地下水是雷州半岛的重要供水水源.以雷州半岛地下水为研究对象,采集并测试了47个地下水样品中的常规水化学组分,综合运用Gibbs图解法、Piper三线图、离子比例法等分析方法,研究该区域地下水中主要离子的来源及其控制因素.结果 表明:研究区地下水中主要阳离子和阴离子分别为Na+和HCO3-;浅层孔隙水水化学类型以Cl· ...     

湖北省平原岗区地下水环境背景值初步研究

地下水背景值是衡量地下水是否遭受污染的重要依据,确定区域内地下水背景值是评价该地区地下水可持续发展的重要标尺。依据湖北省平原岗区(江汉平原、南襄盆地、汉江夹道)地形地貌、水文地质条件,划分了6个水环境单元,并选取低洼平原孔隙承压水环境单元(I₁)、冲湖积平原孔隙承压水环境单元(I₂)、岗地平原裂隙水环境单元(I₃)3个水环境单元作为研究对象,运用数理统计方法确定其地下水环境背景值。结果表明:(1)区内地下水中较为丰富的阴阳离子为HCO₃^-、Ca²⁺和Mg²⁺,其水化学类型主要为HCO₃-Ca(Mg)型水;(2)整体来看,低洼平原孔隙承压水环境单元(I₁)地下水组分环境背景值最高,冲湖积平原孔隙承压水环境单元(I₂)次之,岗地平原裂隙水环境单元(I₃)最低,地下水各组分环境背景值具有明显的空间差异性;(3)地下水中TDS、SO₄...     

基于贝叶斯模型的地下水风险源污染概率估计方法研究

我国地下水环境风险源点多面广,但风险源周边地下水监测水平较低,尤其是在单个监测点指标异常时,监测数据异常值的来源及风险源造成污染概率的判定方面存在较大不足.为了解决此类问题,提出了基于贝叶斯模型的地下水风险源污染概率估计方法,并以石家庄市某工业集聚区下游一个农灌井中Cr6+含量和CHCl₃含量异常事件为研究案例,计算了指标异常来源于工业集聚区内8个风险源的污染概率.结果表明:①通过结合风险源的建成时间、废水排放量等软数据及对流弥散方程,优化先验概率、似然度以及后验概率求解方法,提出了基于贝叶斯模型的地下水风险源污染概率估计方法.②该工业集聚区下游农灌井中Cr6+含量和CHCl₃含量异常事件的案例应用结果显示,Cr6+含量异常来源于S6风险源的后验概率为76.2%,即Cr6+含量异常最有可能由某无机盐制造业污染源造成;CHCl₃含量异常来源于S1和S3风险源的后验概率分别为32.7%和23.6%,监测点CHCl₃含量异常最有可能由一个或两个化学农药制造业污染源造成.研究显示,建立的地下水风险源污染概率估计方法初步解决了监测数据不足时指标异常的来源识别问题,可用于未开展详细调查前地下水污染来源的快速锁定,也可使后期的地下水污染调查更具有针对性,对地下水污染风险防控具有重要科学意义.      

长江流域安庆段浅层地下水水化学特征及控制因素

浅层地下水为安庆市居民生活用水和工农业生产用水的主要水源,是维持社会经济可持续发展和区域生态环境的重要基础保障.为深入研究安庆市浅层地下水的水化学特征及控制因素,采集了196组浅层地下水水样,综合运用Piper三线图、Gibbs图、离子比值和数理统计方法对安庆市地下水的水化学特征及控制因素进行研究,定量评估不同来源对地下水水化学组分的贡献.结果表明,安庆市浅层地下水呈弱碱性,pH值在5.84～8.38,均值为7.21; ρ（TDS）介于47～1 620 mg·L^-1,均值为324.21 mg·L^-1,阴阳离子主要以HCO₃^-和Ca²⁺为主,水化学类型为HCO₃-Ca型.地下水水化学组分受岩石风化溶滤作用、阳离子交替吸附作用、矿物溶解和沉淀以及人类活动综合影响.Ca²⁺、Mg²⁺和HCO₃^-主要来源于碳酸盐岩和硅酸盐岩的风化溶解作用,Na⁺、Cl^-和SO₄^2-受工业活动和生活污水的排放、K⁺和NO₃^-受农业活动的影响.APCS-MLR受体模型分析进一步揭示地下水水化学组分主要有地质因子、工业因子、农业因子和未知源这4种来源,其贡献率分别为45.35%、14.19%、25.38%和15.08%.地质因子是浅层地下水水化学组分的重要来源,人类活动则加剧了地下水水化学的演变.     

贵州施秉白云岩喀斯特区水化学和溶解无机碳稳定同位素特征

对贵州施秉白云岩喀斯特世界自然遗产地49个水点进行采样,分析地表水和地下水水化学特征及控制因素,并探讨溶解无机碳(DIC)稳定同位素的分布特征和来源.结果发现,研究区地表水和地下水p H值呈中性到碱性,溶解质较低,水中阳离子以Ca2+、Mg2+为主,阴离子以HCO-3为主,水化学类型为重碳酸-钙镁型(HCO3-Ca·Mg).北部上游页岩分布区外源水水中Cl-、NO-3、SO2-4的比重相对白云岩区喀斯特水水点的高,Si的含量也明显高于白云岩地区喀斯特水;外源水的SIc和SId值为负,而流经白云岩区后均大于0.水化学数据表明研究区水化学受降水和人为活动影响很小,Gibbs图显示水中离子组成主要受岩性的控制.研究区喀斯特地表水中δ13CDIC值变化范围为-8.27‰~-11.55‰,平均为-9.45‰,地下水的δ13CDIC值范围为-10.57‰~-15.59‰,平均为-12.04‰,地表水δ13CDIC值比地下水偏重.DIC的δ13CDIC值在杉木河支流上整体表现为河流上游相对于下游偏轻,而杉木河干流上河水DIC的δ13CDIC值的变化则比较复杂.根据同位素质量平衡,利用DIC的δ13CDIC实测值,计算了喀斯特区地下水DIC来自土壤CO2和白云岩矿物溶解的比例,计算结果为51.2%来自于土壤CO2,矿物本身的贡献约为48.8%.     

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。     

滦河流域上游地区主要河流水污染特征及评价

在水资源管理与污染控制的研究过程中,进行水质特征分析与评价具有重要意义.本研究选取滦河流域上游地区29个监测站点,在2010年对河流溶解氧、氨氮、高锰酸盐指数等14项指标进行监测,并分别采用了单因子评价法、综合污染指数法、分级评价法、内梅罗污染指数法、模糊综合评价法及水质标识指数法6种方法对该地区主要河流水污染特征进行分析及评价.结果表明,水质标识指数法比较适于滦河流域上游地区河流的评价.单因子水质标识指数显示,该地区的主要污染物为总氮、氨氮、总磷和高锰酸盐指数,基本呈现富营养化状态;29个站点中小东区水质最差,达到劣Ⅴ类水质,且出现黑臭现象;波罗诺、窑沟门、下板城和平泉4个站点水质最好,均达到Ⅰ类标准;在河流总体评价中,柳河污染最为严重.根据评价结果将所有监测站点分为达标和未达标两类,并应用主成分分析和多元线性回归进行分析,结果表明达标站点和未达标站点的污染物的最大贡献者分别是生活污水和工业废水.研究结果对指导滦河流域水污染防治及水资源管理具有重要意义.     

洛阳盆地浅层地下水化学特征及其演化特征分析

在系统采集并分析洛阳盆地浅层地下水样品的基础上,综合描述性统计、相关性分析、运用Piper三线图、Gibbs模型以及离子比例系数等方法,对洛阳盆地浅层地下水化学特征及其形成机理进行了分析和探讨。结果表明:HCO~-_3和Ca~(2+)分别是研究区浅层地下水中优势的阴、阳离子;HCO_3-Ca和HCO_3-Ca·Mg型为主要地下水化学类型;浅层地下水TDS和总硬度的平均浓度相对较低,平均值分别为450.5 mg/L和329.3 mg/L。本区浅层地下水化学特征的形成主要受到岩石风化作用的影响,地下水水质成分主要来自于碳酸盐岩和硅酸盐岩等矿物的长期风化溶解。同时,逆向阳离子交换作用也在一定程度上影响着浅层地下水化学的形成。     

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.     

北京市南口地区浅层地下水水化学时空变化特征分析

根据对北京市南口地区浅层地下水水质监测结果,综合运用数学统计方法、Piper三线图示法,对该区浅层地下水水化学特征时空变化进行研究.结果表明,研究区浅层地下水化学类型相对比较简单,以HCO3-Ca·Mg型水为主;地下水季节变化对水化学类型空间变异性影响不大;浅层地下水中主要离子成分变化趋势基本相同,在枯水期和丰水期离子...     

崇明岛浅层地下水化学特征及其影响机制

为探究长江口浅层地下水化学特征及其影响机制,选择崇明岛为研究对象,采集22个浅层地下水样本和3个地表水样本,检测11项水化学指标及氢氧同位素.利用描述性统计分析、Arc GIS空间分析、Piper图解和离子比例系数等分析方法,分析研究区浅层地下水化学类型与离子空间分布,讨论控制浅层地下水化学演化过程的主要因素和离子来源,探究地表水与浅层地下水的水力联系.结果表明:崇明岛浅层地下水pH在7.30~7.94之间,整体呈中性硬水,36%为极硬水,围垦地区浅层地下水矿化程度较高;浅层地下水化学类型有13种,以HCO₃-Ca水为主,占样本数的27%,主要分布在崇明岛中部、西南部;从西部到东部阴离子由HCO₃-向Cl-过渡,阳离子由Ca2+向Na+过渡,在围垦区,浅层地下水化学类型以Cl·HCO₃-Na为主.研究显示,水-岩作用、阳离子交换作用和人类活动是影响崇明岛浅层地下水化学特征的主要影响因素,浅层地下水与地表水水力联系紧密.      

乌蒙山重点地区地下水水化学特征及成因分析

乌蒙山区是中国西南贫困连片分布区,水资源短缺问题已成为制约当地生态环境建设和社会经济发展的重要因素。本文选取乌蒙山重点地区赫章县和纳雍县作为研究区,采用描述性统计、Piper三线图、相关性分析和离子比例系数法对地下水化学特征及成因进行了分析。结果表明:(1)Ca~(2+)和Mg~(2+)为地下水中主要阳离子,HCO-3和SO2-4为地下水中主要阴离子,微量元素检出率较高,部分含量超标。HCO3·SO4-Ca型、HCO3-Ca型、HCO3·SO4-Ca·Mg型为主要地下水水化学类型;(2)碳酸盐的溶解作用和硫化物的氧化作用是地下水中两种主要的水文地球化学过程,共同决定了地下水的离子构成和水化学类型,部分地区还存在石膏和岩盐的溶解,人类活动对地下水也有一定的影响。     

泾河支流地表水地下水的水化学特征及其控制因素

为研究泾河支流(黑河流域)的水化学特征及其控制因素,2014~2015年先后采集枯水期及汛期地表水和地下水的水样242个,综合运用Piper三线图、相关性分析和Gibbs图等方法,分析了黑河流域水化学特征,并探讨了黑河流域的水化学演化规律.结果表明,研究区水体均呈弱碱性,2014年枯水期地表水和地下水阳离子以Na+为主,分别约占阳离子总量的56%和58%;阴离子以SO_4~(2-)为主,分别约占地表水和地下水阴离子总量的33%和39%;其它3个时期主要地表水和地下水组成阴阳离子均以HCO_3~-和Na~+为主,约占阴离子和阳离子总量的44%~46%和42%~56%.枯水期地表水TDS在上中游波动较大,汛期地表水和地下水的TDS由上游到下游沿河道逐渐增加.由枯水期到汛期,地表水的水化学类型由Na-Mg-Cl-SO4型转变为Ca-Mg-HCO3型,地下水由Mg-Cl-SO_4型转变为Ca-Na-HCO_3型.水化学样品点大部分分布在Gibbs图左中上部,说明流域水化学离子形成主要受岩石风化和蒸发-浓缩作用的影响,而人类活动对水化学的影响在枯水期较汛期更显著.     

渭河流域关中段地下水硝态氮来源解析

为定性及定量识别地下水中氮的污染来源及迁移转化特征,本文在水化学分析的基础上结合氮氧稳定同位素技术及SIAR模型对渭河流域关中段地下水补给来源、地下水中氮污染特征进行了判断.结果表明,渭河流域关中段地下水的主要水化学类型为HCO₃-Ca+Mg型,地下水由降水快速入渗补给和地表水入渗补给.地下水氮污染以硝态氮形式为主,在所采集的34个地下水水样中,硝态氮含量的变化范围为0.154~36.717mg/L,平均含量为6.17mg/L,其中硝态氮含量超过Ⅲ类地下水标准的采样点共有2个,超标率为5.9%.氮循环的主导作用为硝化作用.地下水δ¹⁵N-NO₃^-含量的变化范围为+6.08‰~+16.42‰,δ¹⁵O-NO₃^-含量的变化范围为+9.38‰~+12.514‰,硝态氮污染主要受到人类活动的影响,土壤有机氮、粪便及污废水和大气沉降是地下水硝态氮的主要贡献者,平均贡献率分别为44.65%、40.03%和15.32%.