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.     

硫酸参与的湿热流域化学风化对河流水化学影响研究综述

河流水化学组成可以提供反映流域内岩石化学风化过程及河流离子来源等生物地球化学的信息。化学风化是全球碳循环的重要环节,湿热流域的水热条件可以促进流域岩石化学风化。硫酸和碳酸一样可以作为侵蚀介质参与流域岩石的化学风化,硫酸参与的湿热流域碳酸盐类化学风化可释放CO₂,但其参与的硅酸盐类化学风化对大气CO₂没有显著影响,故若不考虑硫酸作用将会导致对岩石化学风化作用下大气CO₂消耗通量的高估。水化学组成受到流域岩石化学风化的影响,通过对河流水化学组成和溶解无机碳（DIC）稳定同位素组成（δ¹³C）的分析可以确定河流水化学类型并揭示硫酸对流域岩石化学风化的定量影响。目前关于硫酸对河流水化学影响的研究逐渐增多,未来关于小流域尺度上硫酸对河流水化学的影响、硫酸影响下河流CO₂的脱气过程以及人类活动对河流水化学的影响等方面需要更多关注。     

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.     

伊洛河流域河水来源及水化学组成控制因素

伊洛河是黄河中游南岸重要支流,由伊河和洛河在洛阳偃师汇合而成.流域上游矿产资源开采活动较多,下游城镇密集,工农业活动分布广泛.为探究不同类型人为活动对伊洛河流域河水水化学组成的影响,分别在丰水期(8月)和平水期(12月)采集伊洛河流域干流和支流河水样品,借助水体氢氧同位素组成和阴阳离子组成的时空分布特征,阐明水体来源以及水化学组成控制因素,说明人为活动的影响途径和方式.结果表明:①洛河干流河水丰水期和平水期δD和δ~(18)O均值分别为-56‰和-7.9‰以及-55‰和-8.1‰,伊河干流河水丰水期和平水期δD和δ~(18)O均值分别为-49‰和-6.9‰以及-53‰和-7.8‰,丰水期和平水期河水主要接受当地大气降水补给;②洛河及伊河干流河水水化学类型均为HCO_3-SO_4-Ca-Mg型,丰水期干流河水Ca~(2+)和HCO~-_3当量浓度占比低于平水期,而丰水期SO_4~(2-)当量浓度占比则高于平水期,显示丰水期较多硫酸盐输入;③碳酸和硫酸参与流域内碳酸盐岩和硅酸盐岩风化过程,洛河流域碳酸盐岩风化较明显,伊河流域硅酸盐岩风化较明显;④伊洛河流域人为输入影响表现在上游河水水化学组成受到金属矿产采选活动影响,下游河水水化学组成受工业废水和城镇生活污水的影响;⑤伊洛河流域上游和下游两种不同类型人为活动是河水硫酸盐硫同位素组成空间上变化的重要原因,上游河水硫酸盐硫同位素组成偏负,证实来自硫化物矿物氧化过程产生的硫酸盐贡献较大,进而间接证实硫酸参与岩石化学风化过程.下游河水硫酸盐硫同位素值偏正,与工业废水和城镇生活污水有关.     

不同地质背景下河流水化学特征及影响因素研究:以广西大溶江、灵渠流域为例

2013年5月至2014年4月,对漓江上游两个具不同地质背景的地表河流域进行一个完整水文年的观测和采样,探讨河流水化学的季节性变化特征和主要影响因素.结果表明,无论是碳酸盐岩占一半的灵渠流域,还是仅占9%的大溶江流域,其水化学类型均为Ca-HCO_3型,HCO_3~-和Ca~(2+)是主要的阴阳离子.河水的主要离子浓度整体表现为冬高夏低的特征,主要受流量变化的影响.Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-主要源自流域内碳酸对碳酸盐岩的风化溶解,同时存在硫酸风化碳酸盐岩和硅酸盐岩风化的贡献.此外,相较于灵渠,大溶江流域上游具较强侵蚀性外源水对下游碳酸盐岩的侵蚀,增加了碳酸盐岩风化对河流水化学的贡献.而K~+、Na~+、Cl~-、NO_3~-、SO_4~(2-)主要受大气降水和人类活动的影响,相较而言,灵渠流域受人类活动影响更为显著.     

岩石风化对三峡库区农业小流域水化学特征的影响

通过对三峡库区典型农业小流域-重庆涪陵王家沟小流域为期一年的水质系统监测,明确了流域主要离子组成,分析了小流域的水化学特征和主要离子来源.结果表明,该流域水化学类型为Cl-—Ca2+型;大多数离子的含量随采样点、季节、水体类型的不同而有显著性差异;Gibbs图、阴阳离子三角图分析结果表明,该流域水体离子组成受岩石风化的影响比较显著,且阴离子可能主要来自于岩盐溶解和碳酸盐的风化,而岩盐溶解也是控制流域阳离子的主要机制,硅酸盐矿物的风化侵蚀作用也存在一定影响;主成分分析得出对该流域水体离子组成影响最大的可能是碳酸盐(其中H2CO3风化碳酸盐岩过程比H2SO4风化作用更为显著),其次是岩盐、硅酸盐,农业活动和居民生活也有一定影响.     

池武溪流域溶解无机碳特征及影响因素分析

溶解无机碳及其碳同位素(δ13CDIC)是指示物质来源及生物地球化学特征和反映碳在陆地水循环过程中的重要手段。为了研究池武溪流域内地下水、地表水的溶解无机碳及碳同位素的变化特征和影响因素,文章于2019年6月、2019年12月对采样点进行监测。结果表明:池武溪流域水化学类型为HCO_3-Ca型或HCO_3-Ca·Mg型;流域DIC含量及δ13CDIC具有明显的季节变化特征,具体表现为枯水期大于丰水期,丰水期δ13CDIC比枯水期更偏负;枯水期和丰水期时硫酸和硝酸不同程度参与碳酸盐岩风化过程并使δ13CDIC偏正。     

韩江流域河水地球化学特征与硅酸盐岩风化——风化过程硫酸作用

流域岩石化学风化是全球碳循环的重要环节之一,硅酸盐岩风化过程消耗大气CO_2,是在地质时间尺度上调节大气CO_2浓度的重要机制。本工作在对我国东南花岗岩地区流经典型的硅酸盐岩地质背景河流——韩江流域河流水化学组成研究的基础上,分析和定量计算了河流水体主要物质来源,并对硫酸参与岩石风化和碳循环过程的作用进行了分析,进而对韩江流域岩石风化速率及其大气CO_2消耗通量进行了估算。结果表明,韩江流域河流主离子组成主要来源于硅酸盐岩和碳酸盐岩风化,并计算得出约41%的硫酸根离子来自于大气降水;流域碳酸盐岩的风化速率为21.7 t/(km~2·a),硅酸盐岩为18.9 t/(km~2·a)。硫酸参与岩石风化提供的离子贡献占流域岩石风化提供总离子量的65.9%;流域风化带来的CO_2消耗速率被高估了约61%。     

柳江流域柳州断面水化学特征及无机碳汇通量分析

用河流水化学的离子组成特征来揭示流域化学风化过程及其碳汇效应成为了当前全球变化研究的一个重要方面.对2013年1月至12月柳州段河水每月2~3次采样分析,结果表明,水化学类型为舒卡列夫分类法中的HCO3-Ca型,离子组成以Ca2+和HCO-3为主,这主要体现了流域内碳酸盐岩溶解对河水水化学特征的控制作用.河水的主要离子质量浓度表现出明显的季节变化特征,总体上冬季最高,秋季和春季次之,夏季最低.其中Ca2+和HCO-3离子质量浓度受稀释效应和CO2效应的共同作用,表现为夏季最低,秋季最高;其它离子的质量浓度变化受稀释效应、农业活动或两者的共同作用的影响.对河水的化学计量分析表明碳酸和硫酸共同参与了流域碳酸盐的风化,并且δ34S的值为7.65‰~8.55‰,通过分析SO2-4可能主要来自矿床硫化物的氧化和大气酸沉降.为了准确估算岩溶碳通量,运用化学质量平衡法,估算出[HCO-3硫酸]/[HCO-3]=28.26%,在扣除硫酸作用产生的无机碳(HCO-3)的基础上,运用水化学-径流法估算出柳江柳州断面无机碳通量(以CO2计)为8.95×105t·a-1.并且通过分析碳通量与流量和HCO-3之间的关系,表明河流流量是影响岩溶碳通量的主控因素.     

青藏高原尼洋河流域化学风化的季节变化特征和影响因素

流域风化是理解大陆岩石化学风化对全球气候变化的反馈机制的重要途径,目前的研究集中在大河流域,小流域特别是高寒地区流域化学风化的影响因素尚不确定。本文选择岩性相对单一、人为活动干扰少的青藏高原尼洋河流域为研究对象,开展一个水文年的采样分析,阐明高寒地区流域岩石化学风化的季节变化特征及其影响因素。研究结果显示：尼洋河河水离子主要来源于碳酸盐岩风化和硅酸盐岩风化,对河水中阳离子贡献量分别达到60%和29%,风化速率分别为0.20—19.00 t?km^?2?month^?1和0.09—0.80 t?km^?2?month^?1,年平均值分别为11.90 t?km^?2?a^?1和4.38 t?km^?2?a^?1。在一个水文年内,碳酸盐岩风化明显受到季节变化的影响,而硅酸盐岩风化对季节变化的响应不明显,总体表现为雨季风化速率增加,旱季风化速率降低。地表径流是控制尼洋河流域化学风化的重要因素,径流增大,促进碳酸盐岩和硅酸盐岩风化,但岩石的溶解动力特征会限制径流对风化速率的促进作用。碳酸盐岩溶解速率大,径流增大能持续有效促进碳酸盐岩风化;而硅酸盐岩溶解速率小,随着径流量增大,风化速率增速降低。温度升高能有效促进尼洋河流域的岩石风化,提高岩石矿物的溶解速率。温度也能通过影响径流变化,间接影响流域的风化。位于高寒地区的尼洋河流域气候因素之间相互影响,也影响着物理风化和化学风化。为此,在高寒地区流域展开监测周期更长、采样密度更高的工作,将有助于更好地理解气候因素对风化作用的影响规律。     

贵州草海水化学特征及离子来源分析

为明确草海水体化学的时空分布特征,揭示水-岩作用以及人类活动对水化学的影响,分别在枯水期和丰水期对草海湖水、河水及地下水进行系统采样,并通过Piper、Gibbs等水文地球化学方法分析水化学控制因素和主要离子来源。结果表明,草海水化学类型主要为HCO_3-Ca和HCO_3-SO_4-Ca-Mg型。HCO_3~-、Ca~(2+)为优势离子,分别占总阴离子、总阳离子的48%和44%,有明显河水与地下水输入特征。草海水化学过程主要受方解石、白云石等碳酸盐类风化和人为活动影响,同时还伴随有蒸发盐岩和硫酸盐岩(石膏和硬石膏)的溶解。草海水体HCO_3~-、Ca~(2+)、Mg~(2+)主要来自方解石和白云石等碳酸盐矿物风化,SO_4~(2-)主要来源于硫酸盐岩溶解,K~+、Na~+、Cl~-、NO_3~-主要受城市生活污水和农业面源污染影响。主成分分析显示碳酸盐岩、硫酸盐岩和硅酸盐岩等水-岩作用对草海水化学的贡献率约为51%,城镇生活污水、蒸发作用及生物作用的贡献率约为37%。     

武汉长江新城地下水化学特征及成因分析

为研究武汉地下水水化学特征及形成原因,以长江新城为研究区,于2019年7-9月采集地表水和地下水样品,对区内地下水和地表水进行测试分析.基于水化学结果,运用数理统计、离子比值分析、矿物饱和指数等方法,揭示了长江新城的水化学演化过程和主要离子来源.结果表明,区内地下水阳离子以Ca²⁺为主,阴离子以HCO₃^-为主,地下水和地表水的补给来源密切相关.地下水主要受岩石风化作用控制,同时还受一定程度的蒸发浓缩作用影响,主要离子来源受碳酸盐岩溶解沉淀控制,也存在硅酸盐岩和蒸发盐岩风化溶解作用的影响.地下水受生活污水和农业肥料施用影响较大.     

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.     

北江流域水化学时空变化及化学风化特征

为了研究我国南方湿润地区河流水化学时空变化特征及控制因素,选择珠江流域第二大水系的北江为研究对象,通过分析2015年6月（汛期）和12月（非汛期）干流和支流河水基本水质参数及主量离子,利用化学计量法及质量守恒法定量评估了自然过程及人类活动共同影响下的流域化学风化特征及其通量.结果表明:①北江河水主量离子浓度非汛期高于汛期.岩石的区域分布和矿山活动构成了河水离子浓度和水化学类型的空间异质性,其中北江干流和支流连江为Ca-HCO₃型,而支流滃江则以Ca-SO₄型为主.②岩石对北江流域化学风化贡献率依次为碳酸岩（78.44%）>硅酸岩（14.43%）>降水源（5.42%）>蒸发岩（1.71%）.基于碳酸岩是北江径流水化学的主要控制因素,滃江流域的矿山开采活动加速了碳酸岩的风化,其对北江流域化学风化的贡献为7%.③汛期与非汛期的碳酸岩风化速率分别为7.49和5.29 t/（km2·月）,年化学风化速率为87.63 t/（km2·a）.研究显示,由于受水热条件、流域面积以及岩性的影响,北江流域年化学风化速率略大于西江流域,远高于东江以及全球流域化学风化平均值,北江对整个珠江流域的风化贡献较大.      

长江中下游典型硅酸盐岩流域自然风化与人类活动影响下的水化学特征-以抚河流域为例

抚河汇流于中国第一大淡水湖鄱阳湖,也是长江中下游的重要支流,其河流水化学组成代表了典型的硅酸盐岩地区河流风化特征。本研究于2019年1月对抚河流域进行了系统的采样分析,通过离子的主成分分析、离子比值分析等方法对流域河水水化学空间变化、控制因素和主要离子来源进行了研究。结果表明,K~+、Na~+和HCO_3~-为抚河流域水体的主要阳离子和阴离子,分别占总阳离子和总阴离子的67.0%和61.4%。TDS平均值为49.51 mg/L,低于世界河流平均值。控制流域水化学特征的主要因素是硅酸盐岩风化,同时也受降雨补给和水分蒸发的影响,其中海洋来源占总的河流比例为7.35%。Cl~-、HCO_3~-、SO_4~(2-)主要受农业化肥、工业污染及市政排放等影响,且不同地段的来源具有显著差别。由上游至下游,河流水化学中SO_4~(2-)、Cl~-不断增加,表明受人类活动的影响较大。     

喀斯特流域水化学特征及水-岩作用分析——以后寨河流域为例

本文选取后寨流域作为研究对象,基于对水体中主要离子的主成分分析和离子比值分析,研究丰枯期水化学特征及水-岩作用程度。研究表明,水体中各离子的主成分荷载值和站点得分能够辨识流域内主要水化学成分及水-岩(T_2g~2、T_2g~3)作用特征,丰水期主成分反映碳酸盐岩可溶性和水动力条件组合的影响,枯水期主成分反映蒸发岩和水动力条件组合的影响。水流作用强的石灰岩地区,管道发育,水流变化迅速,水体中离子浓度低。随着白云岩含量增加或水流作用减弱,水体中离子含量增大。枯水期从上游至中下游水流作用减弱,蒸发作用增强。     

石羊河流域多水体酸根离子特征及影响因素

2014年7月~2015年6月在石羊河流域采集降水、地表水及地下水样品,使用离子色谱仪分析获取样品主要酸根离子含量,研究石羊河流域不同水体酸根离子特征、季节分异及其影响因素.结果显示：石羊河流域不同水体均呈弱碱性,酸根离子组成以SO₄^2-和HCO₃^-为优势离子,分别占酸根离子总量的38.68%和33.49%;不同季节水体酸根离子浓度差别较大,春季水体中酸根离子浓度最高,夏季最低,地下水季节变异小于地表水;地表水和地下水的酸根离子浓度都呈现出从上游到下游递增的规律,地表水酸根离子浓度大大低于地下水.碳酸盐的风化及蒸发岩溶解是酸根离子的主要来源,人类活动对石羊河流域水体已造成轻度污染.     

成都市地表水天然水化学变化特征及影响因素

为揭示大型城市对地表水天然水化学的影响,于2019年春开始对长江上游岷、沱江流域成都段河流进行了每月采样监测,同时采集成都市57个污水处理厂进出口水样,测试所有样品的主要离子等水化学参数,并与搜集的历史岷、沱江数据对比.结果表明,成都地表水天然水化学目前仍是中-低矿化度水,水化学类型为重碳酸盐钙组水,是流域碳酸盐岩风化作用决定的天然水化学特征,同时受硅酸盐和蒸发岩风化的影响.成都地表水天然水化学表现出明显的月变化特征,即枯水期主要离子和矿化度质量浓度高而丰水期质量浓度低,反映出点源影响特征;空间上城市下游主要离子和矿化度高于城市上游,而且支流流域高于干流流域,反映出明显的城市影响.模拟计算等进一步分析显示,城市活动是成都地表水天然水化学变化的主要驱动因素,表现在污水排放对水体Cl^-和Na⁺升高的显著贡献,和人为酸性气体排放导致的水体总硬度/碱度>1.对比岷、沱江20世纪60年代天然水化学数据说明,目前水体Cl^-/Na⁺比已显著升高,尽管水体尚未出现天然水化学性质的根本变化,但已表现出一定的盐渍化趋势.作为距长江源头最近的特大型城市,成都市对长江水系天然水化学的影响及其环境效应值得进一步关注.