重庆典型岩溶地下水系统水文地球化学特征研究
第35卷第4期2014年4月
环 境 科 学ENVIRONMENTAL SCIENCE
Vol.35,No.4Apr.,2014
重庆典型岩溶地下水系统水文地球化学特征研究
杨平恒1,2,3,卢丙清4,贺秋芳1,3,陈雪彬1,3
(1.西南大学地理科学学院,三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆 400715;2.国土资源部岩溶动力学重点实验室,
桂林 541004;3.国土资源部岩溶生态环境?重庆南川野外基地,重庆 408435;4.重庆市地质勘查开发局南江水文地质工程地质队,重庆 401121)
摘要:以重庆青木关岩溶地下水系统为例,分析了地下水系统入口地表水和出口地下水两年的水文过程、物理化学及部分δD、δ18O 数据,目的是掌握地下河系统地球化学在时间及空间上的特征及变化规律.结果表明,研究区地下水系统流量受降雨的影响存在丰水期和枯水期,地下水中化学组分在岩溶含水层运移的过程中受水岩作用、人类活动和雨水稀释作用的共同影响,并表现出较为明显的时间和空间规律性.地下河系统入口的地表水δD、δ18O 值分布于重庆大气降水线的下方,地表水蒸发作用强烈,且旱季δD、δ18O 值重于雨季,存在明显的季节效应;出口地下水的δ18O、δD 值较入口偏负,且相对稳定,认为雨水主要是以通过落水洞直接灌入和通过岩溶非饱和带扩散流等两种形式转换为地下水.关键词:岩溶;地下水系统;水文地球化学;δ18O;δD;青木关
中图分类号:X143 文献标识码:A 文章编号:0250?3301(2014)04?1290?07 DOI :10.13227/j.hjkx.2014.04.012
收稿日期:2013?08?21;修订日期:2013?10?22
基金项目:2011年度重庆市国土房管局科技计划项目;岩溶动力学
重点实验室开放基金项目(KDL2012?08);中央高校基本科研业务费专项(XDJK2012B005);国家自然科学基金项目(41103068);重庆市院士专项(cstc2013jcyjys20001)
作者简介:杨平恒(1983~),男,博士,副教授,主要研究方向为岩溶
环境学,E?mail:balacne@https://www.sodocs.net/doc/949627707.html,
Hydrogeochemical Characteristics of a Typical Karst Groundwater System in Chongqing
YANG Ping?heng 1,2,3,LU Bing?qing 4,HE Qiu?fang 1,3,CHEN Xue?bin 1,3
(1.Key Laboratory of Eco?environments in Three Gorges Reservoir,Ministry of Education,School of Geographical Sciences,Southwest University,Chongqing 400715,China;2.The Karst Dynamics Laboratory,Ministry of Land and Resources,Guilin 541004,China;3.Field Scientific Observation &Research Base of Karst Eco?environments at Nanchuan in Chongqing,Ministry of Land and Resources,Chongqing 408435,China;4.Nanjiang Hydrogeological &Engineering Geology Brigade,Chongqing Bureau of Geology and
Minerals Exploration,Chongqing 401121,China)
Abstract :The two?year hydrologic process,hydrochemistry,and a portion of δD,δ18O of both the surface water at the inlet and the groundwater at the outlet,were investigated to identify the spatial and temporal variations of hydrogeochemistry in the Qingmuguan karst groundwater system.Research results show that there are wet and dry periods in the groundwater system owing to the striking influence of seasonal rainfall.The evolution of the chemical compositions in the groundwater is significantly influenced by the water and rock interaction,anthropogenic activities and rainwater dilution.The variations of the chemical compositions in the groundwater exhibit obvious spatiality and temporality.The δD and δ18O of the surface water beneath the local Meteoric Water Line of Chonqing indicate that the surface water is strongly evaporated.Furthermore,the δD and δ18O of the surface water are more positive in the dry period than in the wet period,showing a distinct seasonal effect.The δD and δ18O of the groundwater are quite stable and much negative compared with those of the surface water,which suggests that the rainwater recharge the groundwater via two pathways,one directly through sinkholes and the other via the vadose zone.
Key words :karst;groundwater system;hydrogeochemistry;δ18O;δD;Qingmuguan
水是生命之源、生产之要、生态之基,是自然系统中最积极、最活跃的要素之一,在国民经济建设中发挥着不可替代的作用.重庆市地下水天然资
源量为160.66亿m 3·
a -1,其中岩溶地下水资源量为118.33亿m 3·a -1,占地下水资源量的73.65%[1].重庆市碳酸盐岩分布在36个区县,总面积达3.3×104km 2,约占土地面积的40%,主要集中于渝东南、渝东北和都市经济圈的各区县,其中已知岩溶地下河总数约380条,总长约2155km [2].近年来重庆市经济社会迅速发展,对水资源的需求不断扩大,一些岩溶地区的地下水受到严重的污染,地下水中各种污
染物质的浓度呈逐年上升的趋势,水质在逐年恶化,呈现污染源多样化,污染由点向面发展,有机污染
与无机污染并存等特点[3],直接影响到当地人民群众的身体健康,逐渐成为制约重庆经济社会发展的瓶颈因素.
4期杨平恒等:重庆典型岩溶地下水系统水文地球化学特征研究
岩溶地下河系统水文地球化学动态是地下水在降水、径流、岩性、地质构造等自然因素及人类活动因素[4~9]影响下,随时间和空间变化而演化的过程,它反映了岩溶地下河系统中水化学的形成和迁移变化规律.由于蒸发和凝结等作用,自然界中水体在运移的过程中发生不同程度的同位素分馏,导致各种水体中的δD、δ18O具有不同的特征值,故δD、δ18O被广泛地应用在大气降水、地表水和地下水及其之间的相互转化的研究中[10~17].作
为对地下河系统外界影响因素的反映,地下水物理、化学指标及δD、δ18O的动态变化特征,是了解自然因素和人为因素对地下河系统影响程度的一个重要手段,是研究岩溶地球化学的一个重要途径.
本研究以重庆典型岩溶地下水系统———青木关地下河为例,对该地下河系统入口地表水和出口地下水的水文过程、水化学组分及δD、δ18O等水文地球化学信息进行分析,旨在掌握地下河系统水文地球化学在时间及空间上的特征及变化规律,为宝贵的岩溶地下水资源开发和利用奠定理论基础.1 研究区概况
青木关地下河系统位于川东平行岭谷区重庆境
内的华蓥山帚状褶皱束缙云山山脉南延段,行政位
置处于沙坪坝区、北碚区和璧山县的交界处.区内
碳酸盐岩地层主要由下三叠统嘉陵江组(T1j)厚层
块状灰岩、白云岩、白云质灰岩夹角砾状灰岩,及
中三叠统雷口坡组(T2l)白云质灰岩、白云岩及泥
灰岩,夹角砾状灰岩及灰绿、黄绿色页岩组成.碳酸
盐岩地层被两侧上三叠统须家河组(T3xj)灰色长石
石英砂岩及煤层包围.碳酸盐岩地层为背斜核部,须
家河组地层为背斜两翼.由于岩性差异,导致背斜成
山,向斜成谷,表现为“一山二岭一槽”的典型岩溶
槽谷地貌.区内地势呈北高南低,碳酸盐岩地层内发
育有一条自NNE向SSW流动的地下河,直线距离
长约7.4km(图1).该地下河起源于流域北端甘家
槽洼地南缘的岩口落水洞(海拔约530m),流域面
积约13.4km2.地下河沿途不断接受两侧地表水通过落水洞灌入以及裂隙的补给.地下河主要在流域
南端的姜家泉以泉水的形式(海拔约320m)出
露[18],注入青木溪,最终流入长江.
1.地层界线及代号;
2.落水洞;
3.洼地;
4.青木关地下河展布及出口;
5.泉点;6地表水流向;7.地表分水岭;8.气象站;9.地物名
图1 研究区水文地质示意
Fig.1 Sketched map of hydrogeology at the study site
研究区地下河岩溶管道介质的平均直径2.27 ~2.72m[19],但其储水空间占整个研究区地下空间的比例不到10%;而岩溶非饱和带扩散流(裂隙)含水介质形态非常发育,其比例达90%以上[19,20],在水资源的存储和调节上起到了非常重要的作用.
研究区属于亚热带湿润季风型气候,多年平均降水量为1250mm,多年平均气温为18.5℃.土地利用类型主要为林地,占流域面积的82%,主要分布在山坡两侧;水田面积占流域面积的6%,主要分布在流域上游的甘家槽洼地;旱地面积占流域面积的8%,主要分布在上中游的洼地内或其边缘的坡地上.区内土壤覆盖以地带性黄壤和非地带性石灰土为主.
在研究区内人类活动以农业活动为主.由于历史原因,曾经开采过小型煤矿.
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环 境 科 学35卷
2 研究方法
2.1 野外仪器在线记录
在姜家泉出口安装WGZ?1型光电数字水位计(重庆华正水文仪器有限公司)实时监测水位,精度为1mm,根据经验公式[19]将水位换算成流量.在甘家槽洼地设有HOBO小型自动气象站(美国ONSET 公司),观测区内的降雨量,精度为1.0%.
2.2 野外水样采集和保存
选取地下河系统入口岩口落水洞地表水和出口姜家泉地下水为研究载体.岩口落水洞地表水主要来自大气降水、甘家槽洼地水田排水(来源于大气降水)及洼地周边居民的生活废水.每月于岩口落水洞和姜家泉采集水样,雨季适度加密取样,并避开雨天.阴离子水样采样方法:将水样装于洁净的1L 聚乙烯样瓶中;阳离子水样取样方法:将水样装于洁净的60mL聚乙烯样瓶中,加1∶1硝酸溶液若干滴,调pH<2.δD和δ18O水样采样方法:在水下装满10mL离心管,使离心管内不留气泡,用胶带纸密封.所有水样在采集当日内运至实验室,4℃保存直到测试.
2.3 测试分析方法
电导率、pH值和水温由HQ40d便携式多参数水质分析仪(美国Hach公司)野外现场测定,精度分别为1μS·cm-1、0.01和0.1℃.阴离子测试方法参考文献[21].NO-3测定采用紫外分光光度法, SO2-4测定采用硫酸钡比浊法,PO3-4测定采用钼酸铵比色法,使用仪器为UV2450紫外?可见分光光度计(Shimadzu公司);Cl-测定采用硝酸银滴定法; HCO-3采用碱度试剂盒(德国Merck公司)现场测定.所有阳离子使用ICP?OES Optima2100DV (PerkinElmer公司)检测,仪器1h内相对标准偏差≤0.5%.
δD和δ18O值用连有Gas BenchⅡ装置的Delta V plus测定.δD值的测定方法:取200μL水样加入样品反应试管中,在2%H2+He的混合气体和25℃的条件下,用Pt棒作为催化剂平衡40min,H2气在He气流的载带下去除水汽后,进入质谱仪进行测定分析;每隔5个样品,放置一组有2种国际标准和5种不同δD值的工作标样;样品与国际标准和实验室工作标准同时测定分析;同位素值表示为相对于V?SMOW.重复样品的分析显示外精度为<1‰.δ18O值的测试方法:取200μL水样加入样品反应试管中,在2%CO2+He的混合气体环境下和25℃条件下,使水汽平衡18h,CO2在He气流的载带下,除去水汽,进入质谱仪进行分析;每隔5个样品,放置一组有2种国际标准和5种不同δ18O值的工作标样.样品与国际标准和实验室工作标准同时测定分析;同位素值表示为相对于V?SMOW,样品分析内精度优于0.2‰,重复样品的分析测试显示外精度<0.5‰.
以上室内测试工作在西南大学岩溶环境实验室完成.
3 结果与分析
3.1 降雨和水文过程
图2为2007年4月~2009年4月期间青木关地下河系统地下河入口地表水及出口地下水水文地球化学过程.根据气象站记录的降雨量数据统计, 2007年4月~2009年4月研究区的总降雨量为2306mm,其中2007年4月~2008年4月的降雨量为1273mm,2008年4月~2009年4月的降雨量为1033mm.从图2还可以看出,研究区降雨比较集中的时段在4~11月,尤其是6~9月,这4个月的降雨量占全年降雨量的50%以上,研究区的这种降雨时间分布充分体现了季风气候的特点.
地下河入口和出口的流量存在丰水期和枯水期两个不同的水文阶段,其中丰水期约占全年流量的80%以上.另外,虽然地下河入口的流量小于同期出口的流量,但二者的变化趋势基本一致(图2).
综合以上降雨量和地下河系统流量的特点,表明地下河系统流量对降雨的响应具有及时、迅速的特点.
3.2 地下河系统入口地表水与出口地下水的地球化学动态变化
3.2.1 水物理化学特征对比分析
包括K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO-3、NO-3、SO2-4、Cl-在内的常量成分是地下水中分布最广、含量最高的8种离子,在很大程度上决定了地下水的物理性质和化学特征.在岩溶区高钙弱碱性的环境下,这些离子的相对含量和绝对含量随着水文地质条件和其他外界环境的变化而变化,从而形成各种不同的水质特点.
水温:岩口落水洞处由于是地表水,其水温受气温影响大,表现为夏秋季节高,冬春季节低(图2),与当地气温变化规律一致.而姜家泉为地下水,水温常年基本稳定在18.5℃左右(图2),与当地的年均气温基本一致,表明姜家泉为浅层岩溶地下水,也反
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4期杨平恒等:
重庆典型岩溶地下水系统水文地球化学特征研究图2 2007年4月~2009年4月青木关地下河系统入口地表水及出口地下水水文地球化学过程
Fig.2 Hydrogeochemical processes of surface water at the inlet and groundwater at the outlet from April,2007to April,2009
映了研究区岩溶含水层具有较强的调蓄功能.
pH 值:岩口落水洞处为7.14~7.84,均值为
7.49;姜家泉pH 值变化为7.05~7.72,均值为7.33(表1).总体上姜家泉的pH 值要低于岩口落水洞处的值(表1、图2),主要是因为地下水在运动的过程中不断接受溶有土壤CO 2的扩散流补给.地下
河入口和出口的pH 值还表现为旱季高,雨季低,这很可能也与土壤CO 2浓度有关,因为雨季气温高,
土壤中的微生物呼吸作用强烈,产生了大量的CO 2,
雨水经土壤淋滤,溶解了呼吸作用产生的CO 2的缘故.
K +:岩口落水洞处的变化较大(图2),变化范3
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围为1.65~13.29mg ·L -1,其均值为6.23mg ·L -1(表1);姜家泉变化相对较为稳定(图2),变化范
围为1.42~4.94mg ·L -1,其均值为3.64mg ·L -1(表1).
Na +:岩口落水洞处的浓度明显要高于姜家泉
(图2),二者的均值分别为7mg ·L -1
和4.03
mg ·L -1(表1).
K +、Na +主要来源于生活废水和农业施肥,岩
口落水洞处汇集甘家槽洼地大部分的人畜废水和农业施肥残余组分,而甘家槽洼地及其附近为流域内人畜和水田最集中处.因此,岩口落水洞处K +、Na +
含量高,下游浓度低,表明K +、Na +随地下水快速
的运移过程中可能是一个稀释的过程.
Ca 2+、Mg 2+、HCO -3:这3种离子主要是碳酸盐
岩溶解的产物.岩口落水洞处Ca 2+、Mg 2+、HCO -
3浓度均值分别为97、11.37和242mg ·L -1(表1),而姜家泉的浓度均值分别为117、15.23和321mg ·L -1(表1),后者比前者分别高了20.6%、
33.9%和32.6%.说明由于基岩的溶解,地下水中这些与碳酸盐岩溶解有关的离子在地下水的运动过程中,不断接受围岩溶解的成分而富集.另外,从图
2中可以看出,Ca 2+和HCO -3浓度在夏季相对较低,主要受季风气候的影响,受雨水的稀释作用表现得尤为明显[22].
表1 水物理化学统计信息1)
Table 1 Statistics of physical and chemical data
指标地表水(岩口落水洞)
地下水(姜家泉)
最小值最大值平均值最小值最大值平均值pH 值7.84
7.14
7.49
7.05
7.72
7.33
水温7.326.318.115.420.118.5K +
1.6513.296.231.424.943.64Na +
2.2015.107.00
1.42
5.92
4.03
Ca
2+
4312997
80142117Mg 2+7.6314.7411.3711.1519.0415.23HCO -3140
336
242
195
372
321
SO 2-
425.35114.07
54.319.83
121.1240.90NO -
31.1016.733.6915.8443.77
22.29Cl
-
1.14
10.82
6.34
0.33
27.07
9.46
电导率
619337493775
444612
1)单位:电导率:μS ·cm -1,水温:℃,其他离子和元素:mg ·L -1
SO 2-4:岩口落水洞处SO 2-4
的浓度比姜家泉高(图2),二者的均值分别为54.31mg ·L -1和40.9
mg ·L -1(表1).其主要是原因可能是岩口落水洞上游甘家槽洼地两侧须家河组地层中分布着一些废弃
的煤洞,且其地下水(SO 2-4
浓度>200mg ·L -1)源源不断地补岩口落水洞的地表水.
NO -3:姜家泉和岩口落水洞处分别为22.5
mg ·L -1和3.85mg
·L -1(表1),前者约为后者的6倍,说明地下水在运移的过程中不断富集,其可能的
来源是沿途不断接受农业施肥、土壤硝化作用产生的NO -3随土壤水下渗进入地下河,并指示地下河水
可能受到一定程度的硝酸盐污染[23].
Cl -:岩口落水洞处、姜家泉的浓度变化趋势基
本一致,但总体上前者比后者低(图2),其均值分别为6.34mg ·L -1和9.46mg ·L -1(表1),说明地下水
在运移的过程中不断富集.
电导率:是衡量水体导电性的综合指标,是水体中电解质数量的表征,电解质愈多,往往电导率越
高,反之亦然.姜家泉的电导率高于岩口落水洞处
(图2),二者均值分别为612μS ·cm -1和493
μS ·cm -1(表1).这主要是因为地下水在含水层运移的过程中,溶解了大量围岩中的碳酸盐岩可溶性组分,同时接受含有地表农业活动产生的高浓度营
养成分扩散流的补给.受夏天雨水的稀释作用的影响,岩口落水洞和姜家泉6、7月的值较低,冬春季
较高(图2).
3.2.2 δD 和δ18O 值的对比分析
Craig [13]通过研究发现大气降水中δD 和δ18O
之间存在密切的线性关系,全球平均大气降水线的方程为δD =8δ18O +10,被称为全球大气降水线.全球各地大气降水氢氧同位素组成的线性关系因各自然环境及气候条件的不同,而表现出不同的斜率和
截距.郑淑蕙等[14]于1983年给出了中国现代大气降水线方程为δD =7.9δ18O +8.2,随后有学者研究
了不同地区的大气降水氢氧同位素的关系[16,17].研究区地表水δ18O 值的变化范围在-3.23‰
4
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4期杨平恒等:重庆典型岩溶地下水系统水文地球化学特征研究
~-6.61‰,平均值为-4.65‰,δD值的变化范围在-19.26‰~-41.60‰,平均值为-30.57‰.δD 和δ18O值主要集中于重庆大气降水线(δD=8.3δ18O +15.46)[11]的右下方,其拟合而成的线性方程为δD=5.63δ18O-4.41的直线(蒸发线),相关系数r =0.92(图3).这主要是由于蒸发作用所致,特别是2007年10月后(旱季)的数据,这表明地表水经历了不同程度的蒸发.另外从图3可以看出,δD、δ18O 值从8月至次年1月逐渐变大,表明在旱季由于地表水很少有雨水补给,水体未得以快速更新,导致地表水停留久,其水体大量蒸发,进而引起地表水的δD与δ18O同位素的季节效应非常明显.
图3 地表水、地下水中δD和δ18O值的关系
Fig.3 δD andδ18O of surface water vs.groundwater
而地下水的δD和δ18O值相对于地表水较稳定,δD值的变化范围在-46.08‰~-49.86‰,平均值为-48.13‰,δ18O值的变化范围在-7.08‰~ -7.95‰,平均值为-7.41‰.δ18O和δD值大致落在重庆大气降水线的两侧(图3),表明地下水基本未发生蒸发或发生蒸发作用的强度较小.另外,地下水的δ18O和δD值比地表水明显偏负(图3),表明地下水接受强烈蒸发作用后的地表水的补给较少.结合流量衰减法[19]和示踪试验[20]的结果,可以推断出研究区地下水主要存在两种主要的补给方式:一是降雨形成的地表径流快速通过落水洞灌入地下河,二是雨水快速通过土壤层渗入岩溶非饱和带的裂隙中,以扩散流的形式补给地下河,而很少接受滞留地表较长时间的地表水补给.
4 结论
(1)研究区存在丰水期和枯水期两个水文阶段,地下河系统含水介质的特征决定了地下河流量对降雨的响应具有及时、迅速的特点. (2)地下水中化学组分在岩溶含水层运移的过程中受水岩作用、人类活动和雨水稀释作用的共同影响.与碳酸盐岩溶解有关的离子表现出两种效应:一是在岩溶管道的运移过程中,不断地接受围岩溶解的成分而富集,二是在雨季叠加了稀释效应; K+、Na+和SO2-4在岩溶管道地下水的运移过程逐步被稀释;NO-3和Cl-在地下水运移的过程中不断富集.
(3)地表水中δD和δ18O值分布于重庆当地大气降水线的右下方,表明地表水蒸发作用强烈,且旱季地表水中δD和δ18O值比雨季明显偏正,存在明显的季节效应;地下水δD和δ18O值分布于重庆当地大气降水线的两侧,且比地表水明显偏负,表明地下水基本未接受经过强烈蒸发的地表水的补给,而主要是来自降雨快速通过落水洞集中灌入及岩溶非饱和带扩散流的补给.
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3124?3131.
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一 岩溶地貌的特征
一岩溶地貌的特征 岩溶地貌发育完美、典型、具代表性，并有许多特色。基本特征主要表现在五个方面。 碳酸盐岩的制约作用 碳酸盐岩是岩溶地貌赖以发育的物质基础。碳酸盐岩的岩石性质及结构构造(组合特征) 是影响岩溶地貌发育的最重要因素。 从岩石类型看，广西的岩溶地貌基本上都属于碳酸盐岩地貌。主要是由上古生代中泥盆纪至下二叠纪及中生代三叠纪各种沉积类型的碳酸盐岩地层发育而成。仅在局部(如桂东北资江流域、桂西百色盆地、桂东南桂平麻洞白石山、博白沙河的花石山、藤县、容县都峤山和北部湾海域) 分别可见到少量的由中生代白垩纪—新生代早第三纪钙质及含碳酸盐岩成分 的红色碎屑地层形成的红层岩溶地貌—丹霞地形和新生代第四纪期间由珊瑚礁形成的生物礁 岩溶地貌。 碳酸盐岩岩性的差异，导致岩溶发育强弱不一，岩溶地貌类型各异。纯碳酸盐岩(灰岩、白云岩、白云质灰岩及灰质白云岩) 一般发育为全岩溶地貌(峰丛洼地及峰林平原)；不纯的碳酸盐岩或间互夹层型碳酸盐岩发育为半岩溶地貌(丘岭谷地、丛丘谷地、缓丘台地及缓丘平原等)。纯度高的碳酸盐岩岩溶化程度高，岩溶发育强烈，岩溶地貌特征显著。 碳酸盐岩的结构构造(组合特征) 不同，岩溶地貌类型不一样。全广西4个碳酸盐岩岩溶 层组组合类型分别发育形成为全岩溶地貌及半岩溶地貌两个不同的地貌类型。即：全碳酸盐岩组合(纯碳酸盐岩组)形成的是全岩溶地貌；间层组合(碳酸盐岩夹非碳酸盐岩组)、互层组合(碳酸盐岩与非碳酸盐岩互层岩组)及夹层组合(非碳酸盐岩夹碳酸盐岩组)形成的是半岩溶地貌。 与气候的密切关系 气候是塑造岩溶地貌的主要外营力。气候对岩溶地貌发育、形成的影响，主要有四个方面：一是降水量，特别是有效降水量，是造就岩溶气候形态的最主要因素。典型岩溶峰林地貌区(如广西)现代年平均降水量最少也在1200毫米左右。二是温度，直接的与间接的对岩溶 地貌发育起控制作用，温度的增加使溶蚀的化学反应速度大大提高。在潮湿热带亚热带气候作用下，地貌多以负向形态(封闭洼地和岩溶谷地平原)为主，广西及其邻近也区便是一个典型的例子。三是在潮湿热带亚热带的土壤中含有大量的(含量较之大气往往要高出数十倍的) 二氧化碳，使之具有强烈的溶蚀能力，而这种溶蚀速度的最大值往往又是出现在土壤和石灰岩的接触带附近，因此，覆盖及半覆盖型岩溶地貌，尤其是岩溶峰林平原区普遍都存在着双层剥蚀—表层地表水的溶蚀侵蚀及土层与岩石界面的土下溶蚀，从而大大地加速了岩溶地貌发育与演化的过程。四是土壤本身的一些属性，如酸碱度、碳酸钙含量等皆和气候有关，它们也在一定程度上影响溶蚀作用的强度。 广西地处低纬度地区，气候炎热多雨，湿润系数大于1。自晚白垩纪以来，广西总体上 一直属于湿润热带亚热带，有利于岩溶地貌发育。在晚白垩纪一早第三纪时，内陆湖盆发育，基本上处于亚热带南部，植被以针、阔叶混交林及常绿落叶阔叶混合林为主，林下喜湿热、喜水蕨类繁盛，湖盆及岩溶空间普遍沉积或堆积湿热环境成因的并富含淡水轮藻、介形虫等化石的红层和红色岩溶岩系(如溶积钙质泥岩、溶积钙屑灰岩及溶积钙砾岩等)。此时期为广西岩溶峰林地貌形成的初始时期。晚第三纪(喜山期构造运动)以后，气候变化比较复杂，干与湿、冷与热交替变化频繁，在晚第三纪及第四纪中更新世出现了2个湿热化气候的高峰期，
我国地下水污染现状及防治对策知识分享
我国地下水污染现状及防治对策 1.1.前言 地下水是我国经济社会可持续发展不可缺少的物质基础，如今，随着我国人口的迅猛增加和经济的法则发展对水资源的需求量也在日益增加，全国水资源量27940亿，其中地下水水资源量为8840亿，占总水资源量的1/3。在我国当前的用水结构中，地下水雄踞一端，占据了全国总供水量的20%，饮用水供水量的70%，农田灌溉水量的40%，工业用水量的38%，并且这种用水结构短期内不会改变。 然而，我国地下水体的保护.安全情况并不乐观，污染比较严重，并且呈现日益增加的趋势。所以我们有必要了解我国地下水污染概况，熟悉其污染途径和污染成因，从长远利益出发，坚持可持续发展，制定科学的防治对策，让我过的水体结构更加科学，地下水更加安全，能够长远的造福人类。 1.2.我国地下水污染现状 由于人口的增长和社会经济的快速发展，对水资源的需求量也大幅度增长。近30年来，我国地下水的开采量以每年25亿的速度递增，全国有400个城市开采地下水。有些城市基本上是依靠地下水来满足对水资源的需求。根据国土资源部发布的《我国主要城市和地区地下水水情通报(2005年度)》，2005年在具备系统统计数据的171个地下水漏斗中，漏斗面积扩大的就有65个，占到了统计数的38%，面积扩大了6736，仅河北沧州第Ⅲ承压含水层漏斗面积就扩大了2089，最大水位埋深达到10m。由此导致了湿地消失、植被死亡和土地沙漠化等严重的生态灾难，以及地面沉降、岩溶塌陷、海水入侵等自然灾害的频频发生。 目前，我国地下水污染呈现由点到面、由浅到深、由城市到农村的扩展趋势，污染程度日益严重。全国195个城市监测结果表明，97%的城市地下水受到不同程度污染，40%的城市地下水污染趋势加重；北方17个省会城市中16个污染趋势加重，南方14个省会城市中3个污染趋势加重。在一些地区，地下水污染已经造成了严重危害，危及到供水安全。例如，辽宁省海城市污水排放造成大面积地下水污染，附近一个村因长期饮用受污染的地下水，多数人患上当地未曾有过的特殊病症，造成160人因饮用受污染的地下水而亡；淮河安徽段近5000范围内，符合饮用水标准的浅层地下水面积仅占11%；由于地水的严重污染，淄博日供水量51万立方m的大型水源地面临报废，国家大型重点工程——齐鲁石化公司水源告急；在首都北京，浅层地下水中也普遍检测出了具有巨大潜在危害的DDT、六六六等有机农药残留和尚没有列入我国饮用水标准的单环芳烃、多环芳烃等“三致”(致癌、致畸、致突变)有机物。 地下水超采与污染互相影响，形成恶性循环水污染造成的水质性缺水，进一步加剧了对地下水的超采，使地下水漏斗面积不断扩大，地下水水位大幅度下降；地下水位的下降又改变了原有的地下水动力条件，引起地面污水向地下水的倒灌，浅层污水不断向深层流动，地下水水污染向更深层发展，地下水污染的程度不断加重。日益严峻的地下水环境问题已经成为自然、社会、经济可持续发展的制约因素。 1.3.地下水污染的途径 地下水污染途径指污染物从污染地进入地下水中所经过的路径。除了少部分气体，液体污染物，可以直接通过岩石空隙进入地下水外，大部分污染物会随补给地下水的水源一道进
重庆市铜锣山地区岩溶塌陷分布规律及成因分析
第13卷 第4期2015年8月南水北调与水利科技S outh -to -North W ater Transfers and Water Science &Techn ology V ol.13N o.4A ug.2015水文地质与工程地质收稿日期:2014-09-25 修回日期:2015-04-28 网络出版时间:2015-07-23 网络出版地址:http://w w https://www.sodocs.net/doc/949627707.html,k https://www.sodocs.net/doc/949627707.html,/kcms/detail/13.1334.T V.20150723.1118.002.h tm l 基金项目:重庆市国土房管局2011年度地质灾害防治专项资金资助项目(120301) 作者简介:谢晓彤(1986-),男,河南洛阳人,工程师,主要从事水工环地质相关的研究工作。E -m ail:x iexiaotong cqdky@https://www.sodocs.net/doc/949627707.html, D OI:10.13476/https://www.sodocs.net/doc/949627707.html,ki.nsbdqk.2015.04.032 重庆市铜锣山地区岩溶塌陷分布规律及成因分析 谢晓彤1,2,李少荣1,2,廖云平1,2,杨 乐1,2,彭海游1,2,阳 畅1,2 (1.外生成矿与矿山环境重庆市重点实验室(重庆地质矿产研究院),重庆400042; 2.煤炭资源与安全开采国家重点实验室重庆研究中心,重庆400042) 摘要:重庆市主城辖区内铜锣山地区可溶岩主要分布在铜锣峡背斜和南温泉背斜中心地带,以三叠系下统嘉陵江组、中统雷口坡组碳酸盐岩为主,岩溶发育的主要特征为顺层性、垂直分带性和不均匀性,上覆土层为透水-阻水型二元结构盖层。研究区内地面塌陷主要为自然状态下岩溶坍塌及人类工程建设活动引发的塌陷两种,自然条件下塌陷为个别产生,人为因素导致的塌陷则成群出现,塌陷群的分布特征主要受可溶岩的分布、岩溶发育程度和塌陷诱发因素的控制。研究区岩溶塌陷分布主要集中于:(1)槽谷中地势低洼地带;(2)出露岩层为可溶碳酸盐岩且岩溶发育的地区;(3)土层覆盖层厚度3~10m 的地区;(4)地下水位急剧下降地区。地面塌陷成因为“潜蚀软化-渗透破坏-负压吸蚀”致塌。此外,隧道开挖切穿含水层导致地下水位迅速下降是诱发地面塌陷的关键环节。 关键词:重庆市铜锣山;二元土层结构;岩溶塌陷;成因分析 中图分类号:P642 文献标志码:A 文章编号:1672-1683(2015)04-0751-05 Analysis on distribution and formation of the karst collapse in Tongluoshan of Chongqing XIE Xiao -tong 1,2,L I Shao -rong 1,2,L IA O Y un -ping 1,2,Y AN G Le 1,2,PEN G H ai -y ou 1,2,Y A NG Chang 1,2 (1.Chongqing K ey L abor ator y o f Ex ogenic M iner aliz ation and M ine Env ir onment ,Chong qing I nstitute of Geology and M iner al R esour ces ,Chongqing 400042,China; 2.Chongqing Resear ch Center of State K ey L abor ator y o f Coal Resour ces and S af e M ining ,Chongqing 400042,China)Abstract:K arst ro cks in T o ng luoshan o f Cho ng qing city ar e mainly distr ibuted in the heartland of the T o ng luox ia A nticline and Nanw enquan A nt icline,and are mostly the carbonate o f t he L ower T riassic Jialing jiang For matio n and M iddle T riassic Leiko upo For matio n.T he kar st r ocks H dev elo p alo ng t he st rata lay ers unev enly and are char acter ized by v ertical zonatio n,and t he over ly -ing str at um o n the karst ro cks has a Hdual st ructur eH consist ing of the upper permeable lay er and low er imperv ious layer.T w o types o f karst collapse dominate in t he study ar ea including the natural co llapse and man -made co llapse,and the nat ur al collapse occur s independently w hile t he man -made co lla pse usually occurs in g r oups.T he distr ibution o f kar st co llapse is affect ed by the distr ibut ion of kar st rock,kar st development,and inducing facto rs.Ka rst collapse in T ongluo shan o f Cho ng qing city is ma inly located in(1)low -ly ing ar eas in the tro ugh v alley;(2)carbonate outcrops w ith karst development;(3)ar eas cov er ed by so il layer s wit h thickness o f 3to 10meters;and(4)areas with sig nificantly decreasing gr oundw ater levels.H G ro und collapse in study ar ea is mainly caused by “H subsur faceH erosion and H softeningH -H seepage failureH -H negative pr essureH abso rption ”.M o reov er,sudden decline in g ro undwater levels resulted from tunnel excav ation thro ug h aquifer is the key o f collapse develo pment.Key words:T ongluoshan of Chong qing;Dual soil layer st ructur e;karst collapse;g enetic analy sis 岩溶塌陷已成为妨碍岩溶区经济、社会发展的一个重要 问题[1]。前人研究表明,岩溶塌陷的成因主要包括重力致 塌、溶蚀致塌、渗透致塌、负压吸蚀致塌等[2],不同地区由于 地质环境和致塌因素的差异,岩溶塌陷成因各不相同[3]。近 年来由于地下工程建设日益增多,尤其是大量公路、铁路隧道的修建,重庆市主城辖区范围内铜锣山地区地下水水位疏降,产生了岩溶地面塌陷等一系列地质环境问题[4]。尤其是地面塌陷不仅破坏农田且对当地居民生命财产造成安全隐患,社会矛盾突出[5]。而针对研究区进行的岩溶塌陷相关研究还比较少。本文通过研究区岩溶塌陷现场调查及塌陷形成?751?
东华理工大学水文地球化学试卷
2006-2007第一学期《水文地球化学》期末试卷(B)－参考答案班级（）学号（）姓名（） 一、名词解释（每题3分，共21分） 1、盐效应：矿物在纯水中的溶解度低于矿物在高含盐量水中的溶解度，这种含盐量升高而使矿物溶解度增大的现象。 2、阳离子交替吸附作用：在一定条件下，岩石颗粒吸附地下水中的某些阳离子，而将其原来吸附的某些阳离子转入水中，从而改变了地下水的化学成分，这一作用即为阳离子交替吸附作用。 3、氧化垒：在还原条件被氧化条件激烈交替的地段上所形成的地球化学垒。 4、侵蚀性CO2：当水中游离CO2大于平衡CO2时，水中剩余部分的CO2对碳酸盐和金属构件等具有侵蚀性，这部分即为侵蚀性CO2。 5、TDS：指水中溶解组分的总量，它包括溶于水中的离子、分子及络合物，但不包括悬浮物和溶解的气体。 6、硅质水与硅酸水：SiO2含量大于50mg/L的水称为硅质水（1.5分）；在阴离子中，HSiO3-占阴离子首位（按mol%计算）的水称为硅酸水（1.5分）。 7、硬度：是以水中Ca2+和Mg2+来量度，其计算方法是以Ca2+和Mg2+的毫克当量总数乘以50，以CaCO3表示，其单位为mg/L。 二、填空（每题1分，共14分） 1、Fe2+在（酸）性中迁移强，而在（碱）性中迁移弱。 2、地球化学垒按成因可分为（机械）垒、（物理化学）垒、（生物）垒和（复合）垒。 3、碱度主要决定于水中的（HCO-3，CO2-3）的含量。硬度是以（Ca2+，Mg2+）的毫克当量总数乘以50，而暂时硬度是以（HCO-3，CO2-3）的毫克当量总数乘以 50。 4．大气CO2的δ13C平均值是（-7‰），而土壤CO2的δ13C平均值是（ -25‰）。5．标型元素的标型程度取决于（元素的克拉克值）和（它的迁移能力）。 6．弥散作用包括（分子扩散），（对流扩散迁移）和（渗透分散）。 7、SiO2和Na/K地热温度计适用的温度范围分别为（0~250℃）和（150~350℃）。8．近代火山型浅部地下热水的水化学类型为（SO2-4SO2-4 -Cl），而深部地下热水的水化学类型为（Cl-HCO-3）。 9．海水的水化学类型为（Cl-Na），而海成存封水的水化学类型为（Cl-Na -Ca）。 10、水对离子化合物具有较强的溶解作用，是由于水分子具有较强的（介电）效应所致，水的沸点较高，是由于水分子间（氢键）的破坏需要较大的能量。 11、在35℃下，pH=7的地下水是（碱）性。在天然水化学成分的综合指标中，体现水的质量指标的有（TDS，硬度，含盐量或含盐度,电导率），而表征水体系氧化还原环境状态的指标有（COD，BOD，TOC，Eh）。 12、迪拜—休克尔公式的使用条件是离子强度小于（0.1mol/L），而戴维斯方程的使用条件是离子强度小于（0.5mol/L）。 13、空气迁移的标型元素主要决定环境的（氧化还原）条件，而水迁移的标型元素主要决定环境的（酸碱）条件 14、在氮的化合物中，（NO-2，NH4+）可作为地下水近期受到污染的标志，而（NO-3）可作为地下水很早以前受到污染的标志。
喀斯特地貌
喀斯特地貌报告 krast cave 宋柳依 2016级地理信息科学 学号：2016013332 2016年秋季 ［摘要］：1.关于岩溶作用对可溶性岩石的破坏和改造作用和影响喀斯特作用的因素；2.喀斯特地貌发育和演化实在自然界一定时间和空间领域内进行的，它具有由量变到质变的阶段性，同时又居于空间有序的分带性；3.喀斯特地貌类型多样，可分为地表喀斯特地貌和地下喀斯特地貌两大类；4.喀斯特地貌的分布及其景观价值。 ［关键词］：喀斯特；岩溶作用；形成条件；发育理论；形态分析；旅游形象。 前言： 喀斯特地貌是指地下水和地表水对可溶性岩石的化学作用和物理作用及其形成的水文现象和地貌现象。我国是热带喀斯特地貌分布最广、类型最多的国家，亦是世界历史上第一个对喀斯特地貌现象纪录和研究最早的国家。喀斯特地区有许多国民经济建设问题，因此，研究喀斯特地貌的类型与成因及演化一直备受关注，随着新技术的发展与新方法的提出，对喀斯特地貌的研究也一直在逐渐深入。 1，喀斯特作用及其影响因素： 定义：地表水和地下水的化学作用过程（分解和化合）和物理作用过程（流水的侵蚀和沉积，重力崩塌和堆积）对可溶性岩石的破坏和改造作用，叫岩溶作用。
化学作用过程：碳酸盐在纯水中溶蚀速度很微弱，只有当水中含有二氧化碳时，碳酸盐的溶蚀速度才会显著增大。二氧化碳和水化合成碳酸，碳酸再电离成氢离子与碳酸氢根离子，水中的二氧化碳含量越高，氢离子也越多，当含多量氢离子的水对石灰岩作用时，氢离子就会从碳酸钙中离解出的碳酸根离子结合成碳酸氢根离子，分离出钙离子。而上述化学反应是可逆的，所以喀斯特作用不断发展。 影响喀斯特作用的因素： 碳酸钙在水中的溶度和水中的二氧化碳含量有关，水中二氧化碳含量又受温度、气压以及土壤中有机质的氧化和分解等因素控制；另一方面，碳酸钙在水中的溶解度还受岩石的成分、结构和构造的影响。因此，影响喀斯特作用的有气候因素、生物因素和地质因素。 气候因素：气候因素对喀斯特作用的影响主要表现在温度、降水和气压等方面。温度对喀斯特作用的影响比较复杂，温度高，水中二氧化碳含量少，溶蚀作用减弱。降水量多的地区，地表径流量大，地表水和地下水交替条件好，水的溶蚀力强。降水的影响比温度的影响更为显著。而当温度相同时，二氧化碳的分压越大，碳酸钙在水中的溶解度越大。 生物因素：动植物的生长与活动对喀斯特作用也有很大的影响，动植物可供给土壤大量有机质，土壤中的有机质的氧化和分解可产生许多二氧化碳。在高温地区，通过有机质氧化作用，二氧化碳将大量增加，对促进碳酸钙的分解起着重要的作用。藻类的生长能分泌许多溶蚀性酸，对可溶性岩石也有一定的溶蚀作用。 地质因素：影响喀斯特作用的地质因素包括岩石成分、岩石结构和地质构造等三方面。岩石成分是指岩石的化学成分和矿物成分。实验表明，结晶质岩石的晶粒愈小，相对溶解度愈大。岩层的产状核破裂可控制岩溶作用的方向和程度，在断层发育的地方，特别是张性断裂发育的部位，结构松散，空隙大，有利于岩溶作用的增强。 喀斯特地貌的形成：存在可溶性岩石是喀斯特地貌形成的根本条件，大量的碳酸盐岩、硫酸盐岩和卤化盐岩在水化和水解作用下不断溶蚀，并进一步扩大，从而在地表和地下形成了奇特的地貌。 2.喀斯特地貌发育的理论： 喀斯特地貌的发育理论研究，近一个世纪以来被国内外研究者广泛讨论。
水文地球化学试卷
09031123 一、名词解释（每题3 分，共21 分） 1、BOD： 指用微生物降解水中有机物过程中所消耗的氧量，以mg/L 为单位。 2、脱硫酸作用： 在缺氧和有脱硫酸菌存在的情况下，SO4 2- 被还原成H2S 或S2-的过 程。 3、同离子效应： 一种矿物溶解于水溶液，如若水溶液中有与矿物溶解相同的离子，则这种矿物的溶解度就会降低，这种现象在化学上称为同离子效应 4、降水氢氧稳定同位素的高程效应： 大气降水中的18O 和D 含量随着海拔高程的增加而不断下降的现象。 5、酸性垒： 当中性或碱性条件转变为弱酸性和酸性条件或在pH 值急剧降低的地段所形成的地球化学垒。 6、水分子的缔合作用： 由单分子水结合成比较复杂的多分子水而不引起水的物理化学性质改变的现象。7、硅质水与硅酸水： SiO2 含量大于50mg/L 的水称为硅质水（1.5 分）；在阴离子中，HSiO3 -占阴离子首位（按mol%计算）的水称为硅酸水（1.5 分）。 二、填空（每题1 分，共14 分） 1、水对离子化合物具有较强的溶解作用，是由于水分子具有较强的（介电）效应所致，水的沸点较高，是由于水分子间（氢键）的破坏需 要较大的能量。 2、在35℃下，pH=7 的地下水是（碱）性。在天然水化学成分的综 合指标中，体现水的质量指标的有（TDS，硬度，含盐量或含盐度, 电导率），而表征水体系氧化还原环境状态的指标有（COD，BOD，TOC，Eh ）。 3、迪拜—休克尔公式的使用条件是离子强度小于（0.1 mol/L ），而 戴维斯方程的使用条件是离子强度小于（0.5 mol/L ）。
4、空气迁移的标型元素主要决定环境的（氧化还原）条件，而水迁移的标型元素主要决定环境的（酸碱）条件 5、在氮的化合物中，（NO- 2，NH4 + ）可作为地下水近期受到污染的 标志，而（NO- 3 ）可作为地下水很早以前受到污染的标志。 6、Fe2+在（酸）性中迁移强，而在（碱）性中迁移弱。 7、地球化学垒按成因可分为（机械）垒、（物理化学）垒、（生 物）垒和（复合）垒。 8、碱度主要决定于水中的（HCO- 3，CO2- 3 ）的含量。硬度是以 （Ca2+，Mg2+）的毫克当量总数乘以50，而暂时硬度是以（HCO- 3，CO2- 3 ）的毫克当量总数乘以50。 9．大气CO2 的δ13C 平均值是（-7 ‰），而土壤CO2 的δ13C 平均值是（-25‰）。 10．标型元素的标型程度取决于（元素的克拉克值）和（它的迁移能力）。 11．弥散作用包括（分子扩散），（对流扩散迁移）和（渗透分 散）。 12、SiO2 和Na/K 地热温度计适用的温度范围分别为（0~250 ℃）和（150~350 ℃）。 13．近代火山型浅部地下热水的水化学类型为（SO2- 4 SO2- 4 Cl- ）， 而深部地下热水的水化学类型为（Cl-HCO- 3 ）。 14．海水的水化学类型为（Cl-Na ），而海成存封水的水化学类型为（Cl-Na -Ca）。 三.简答题（每题5 分，共30 分） 1、氧漂移及其影响因素?
重庆喀斯特地区旅游发展分析
重庆喀斯特地区旅游发展分析
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重庆喀斯特地区旅游发展分析-旅游管理 重庆喀斯特地区旅游发展分析 徐中强余玲 作者简介：徐中强（1989-）男，湖北襄阳，硕士研究生，主要从事世界经济地理研究。 通讯作者：余玲（1989-）硕士研究生，主要从事世界经济地理研究。 本文通过对重庆市范围内的喀斯特旅游资源进行分析，系统了解喀斯特地区旅游资源概况，指出当前喀斯特地区旅游发展的主要影响因素，并对重庆喀斯特地区旅游发展提出了较为科学合理的方案和对策。 引言 喀斯特旅游地是以喀斯特地貌景观为主要旅游吸引物的旅游区。喀斯特山区由于环境的封闭性，形成并保留了众多独具魅力的喀斯特自然风光、丹霞地貌景观，是大自然赋予人类的自然遗产，因而成为发展旅游业不可多得的资源宝藏。随着近年来我国旅游业的快速发展，特别是自1999年中国生态环境旅游年推出以来，大众化的生态旅游业快速发展。由于旅游业属于资源型产业，需要依赖地区良好的资源与环境基础,因此喀斯特地区旅游业的发展也就面临着机遇与挑战。本文拟以重庆喀斯特旅游资源发展概况为出发点，找出喀斯特地区旅游发展中存在的问题，最后提出合理化建议。 一、重庆喀斯特旅游发展现状 重庆整个辖区地貌以喀斯特山地为主，并且分布面积很大，占幅员面积的38.9%，主要集中于渝东北和渝东南各区县。各种地貌共生，其上发育的喀斯特天坑、地缝、竖井、洞穴等多种喀斯特景观也都烙上了具有重庆地域特色的标签，
这些形态各异的自然景观也是重庆旅游业发展的重要资源。 重庆市基于喀斯特地貌塑造的自然景观发展起来的旅游景点在全市旅游景点总量上占较大比重，著名有峡谷、溶洞、天坑地缝等景观。其中较为有名的喀斯特景观，北碚的金刀峡，南川的金佛山，奉节的小寨天坑，武隆的芙蓉洞、天生三桥、地缝等喀斯特景观尤为出名；还有中国水量最大的喀斯特峡谷——长江三峡等景观。 二、重庆喀斯特旅游发展存在的问题 （一）喀斯特地区出现石漠化 在碳酸盐岩分布区，喀斯特发育，生境具有干旱、富钙和缺土多石等特点，植被生长缓慢，植被结构和覆盖度低，植被一旦被破坏，生境就急剧恶化，土壤侵蚀加剧，石漠化土地进一步扩大。重庆喀斯特岩石岩性坚硬，抗风化能力强，均为可溶性岩，固体沉积物少，加之喀斯特岩石的固有属性也容易产生石漠化现象。加之，人们随意进行传统的大面积陡坡开荒，耕作习惯落后易造成水土流失，重庆的北碚、酉阳等地的喀斯特景观出现到石漠化的现象，需要人们积极治理。（二）人类活动对喀斯特资源的破坏 由于冶炼、化工等工业的发展和地形原因，重庆是我国南方酸雨危害较为严重的地区。这些污染物与喀斯特岩石发生化学反应已对旅游景点造成危害，比如武隆的芙蓉洞内岩溶与酸性气体发生化学反应，致使岩石发生变化失去原有光泽，因此每年都要定期对这些岩溶进行清洗。重庆市的部分区县由于经济水平落后，在缺乏科学耕作及有效投入的条件下，原始农作方式使得耕地不断向山丘坡地上扩展，损坏了植被和地表景观。 （三）旅游景区不恰当的开发和管理造成的损害
水文地球化学
水文地球化学研究现状、基本模型与进展 摘要：1938 年, “水文地球化学”术语提出, 至今水文地球化学作为一门 独立的学科得到长足的发展, 其服务领域不断扩大。当今水文地球化学研究的理论已经广泛地应用在油田水、海洋水、地热水、地下水质与地方病以及地下水微生物等诸多领域的研究。其研究方法也日臻完善。随着化学热力学和化学动力学方法及同位素方法的深入研究, 以及人类开发资源和保护生态的需要, 水文地球化学必将在多学科的交叉和渗透中拓展研究领域, 并在基础理论及定量化研究方面取得新的进展。 早期的水文地球化学工作主要围绕查明区域水文地质条件而展开, 在地下水的勘探开发利用方面取得了可喜的成果( 沈照理, 1985) 。水文地球化学在利用地下水化学成分资料, 特别是在查明地下水 的补给、迳流与排泄条件及阐明地下水成因与资源的性质上卓有成效。20 世纪60 年代后, 水文地球化学向更深更广的领域延伸, 更多地是注重地下水在地壳层中所起的地球化学作用( 任福弘, 1993) 。 1981 年, Stumm W 等出版了5水化学) ) ) 天然水化学平衡导论6 专著, 较系统地提供了定量处理天然水环境中各种化学过程的方法。1992 年, C P 克拉依诺夫等著5水文地球化学6分为理论水文地球化学及应用水文地球化学两部分, 全面论述了地下水地球化学成分的形成、迁移及化学热力学引入水文地球化学研究的理论问题, 以及水文地球化学在饮用水、矿水、地下热水、工业原料水、找矿、地震预报、防止地下水污染、水文地球化学预测及模拟中的应用等, 概括了20 世纪80 年代末期水文地球化学的研究水平。特别是近二十年来计算机科学的飞速发展使得水文地球化学研究中的一些非线性问题得到解答( 谭凯旋, 1998) , 逐渐构架起更为严密的科学体系。 1 应用水文地球化学学科的研究现状 1. 1 油田水研究 水文地球化学的研究在对油气资源的勘查和预测以及提高勘探成效和采收率等方面作出了重要的贡献。早期油田水地球化学的研究只是对单个盆地或单个坳陷, 甚至单个凹陷进行研究, 并且对于找油标志存在不同见解。此时油田水化学成分分类主要沿用B A 苏林于1946 年形成的分类。1965 年, E C加费里连科在其所著5根据地下水化学组分和同位素成分确定含油气性的水文地球化学指标6中系统论述了油气田水文地球化学特征及寻找油气田的水文地球化学方法。1975 年, A G Collins 在其5油田水地球化学6中论述了油田水中有机及无机组分形成的地球化学作用( 汪蕴璞, 1987) 。1994 年, 汪蕴璞等对中国典型盆地油田水进行了系统和完整的研究, 总结了中国油田水化学成分的形成分布和成藏规律性, 特别是总结了陆相油田水地球化学理论, 对油田水中宏量组分、微量组分、同位素等开展了研究, 并对油田水成分进行种类计算, 从水化学的整体上研究其聚散、共生规律和综合评价找油标志和形成机理。同时还开展了模拟实验、化学动力学和热力学计算, 从定量上探索油田水化学组分的地球化学行为和形成机理。 1. 2 洋底矿藏研究
地下水污染现状及分布
地下水污染在我国大中城市不同程度地存在，其中，近一半的城区地下水污染呈加重趋势，并从点状污染有向带状和面状污染发展。一些大城市的中心地带和郊区的地下水排泄区，地下水污染最严重，部分城市浅层地下水已不能直接饮用。地下水污染表现为北方城市重于南方城市的特点，主要分布在华北平原、松辽平原、江汉平原和长江三角洲等地区。 《中国地下水污染状况图》以国家地下水质量标准（GB/T 14848-93）为依据，将人类活动影响下的地下水质量现状与天然条件下的地下水质量“背景值”相对照，确定地下水污染超标组分，按照单要素评价与多要素综合评价相结合的原则编制而成，反映了城市地下水污染程度和污染组分二方面内容。地下水污染程度分为污染严重、污染中等和污染较轻三级,反映的地下水污染组分包括硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮、铅、砷、汞、铬、氰化物、挥发性酚、石油类、高锰酸盐指数等指标。 东北地区重工业和油田开发区地下水污染严重。东北地区的地下水污染，不同地区有不同特点。松嫩平原的主要污染物为亚硝酸盐氮、氨氮、石油类等；下辽河平原硝酸盐氮、氨氮、挥发性酚、石油类等污染普遍。 华北地区地下水污染普遍呈加重趋势。华北地区人类经济活动强烈，从城市到乡村地下水污染比较普遍，主要污染组分有硝酸盐氮、氰化物、铁、锰、石油类等。此外，该区地下水总硬度和矿化度超标严重，大部分城市和地区的总硬度超标。 西北地区地下水受人类活动影响相对较小污染较轻。西北地区地下水污染总体较轻。内陆盆地地区的主要污染组分为硝酸盐氮；黄河中游、黄土高原地区的主要污染物有硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、铬、铅等，以点状、线状分布于城市和工矿企业周边地区。 南方地区地下水局部污染严重。南方地区地下水水质总体较好，但局部地区污染严重。西南地区的主要污染指标有亚硝酸盐氮、氨氮、铁、锰、挥发性酚等，污染组分呈点状分布于城镇、乡村居民点，污染程度较低，范围较小。中南地区主要污染指标有亚硝酸盐氮、氨氮、汞、砷等，污染程度低。东南地区主要污染指标有硝酸盐氮、氨氮、汞、铬、锰等，地下水总体污染轻微，但城市及工矿区局部地域污染较重，特别是长江三角洲地区、珠江三角洲地区经济发达，浅层地
环境水文地球化学 第一篇 第一次作业
1.地下水的主要组成成分是什么？ 答：地下水是组成成分复杂的溶液，近八十种天然元素以离子、原子、分子、络合物和化合物等形式存在于地下水中，有些已溶解和活动于地下水中的有机质、气体、微生物和元素同位素的形式存在。这些可溶物质主要是岩石风化过程中，经过水文地球化学和生物地球化学的迁移、搬运到水中的地壳矿物质。 地下水中溶解的无机物主要组分（即浓度>5mg/L）为：HCO3-、Cl-、SO42-、Na+、K+、Ca+、Mg2+、SiO2。占地下水中无机物成分含量的90-95%，决定着地下水的化学类型。 地下水中有机组分种类繁多，主要有：氨基酸、蛋白质、糖（碳水化合物）、葡萄糖、有机酸、烃类、醇类、醚类、羧酸、苯酚衍生物、胺等。各种不同形式的有机物主要由C、H、O组成，这三种元素占全部有机物的98.5%，另外还存在有少量的N、P、K、Ca等元素。 地下水中常见溶解气体有：O2、CO2、CH4、N2、H2以及惰性气体Ar、Kr、He、Ne、Xe等。 微生物成分主要有三种类型：细菌、真菌和藻类。微生物在地下水化学成分的形成和演变过程中起着重要的作用。地下水中存在各种不同的细菌。有在氧化环境中的硝化菌、硫细菌、铁细菌等喜氧细菌;有在还原环境的脱氮菌、脱硫菌、甲烷生成菌、氨生成菌等。这些微生物活动可以发生脱硝酸作用、脱硫酸作用、甲烷生成作用和氨生成作用等还原作用，也可以发生硫酸根生成、硝酸根生成和铁的氧化等作用等，从而导致地下水化学成分的相应变化。 2.举例论述络合作用有何环境意义？ 答：地下水中大多数金属能与配体形成各种各样的络合物，这些络合物可能是电中性的，也可能是带正电或者带负电。金属络合作用对环境的意义在于：络合物的溶解度是影响金属形态迁移的重要因素；重金属离子与不同配体的配位作用，改变其化学形态和生化毒性，如铝离子(毒性很强)、有机铝络合物(毒性很弱)的生物毒性相差很大;络合作用影响络合剂的性质，如配位体的氧化还原性、脱羧及水解等;有些络合物可以通过化学絮凝、活性炭吸附或离子交换等方法容易地从水中去除。但有些重金属形成螯合物后很难用常规办法去除，影响水处理中对重金属的排除效率;络合作用会加速金属的腐蚀，比如氯离子和氨的作用。 3.胶体的稳定性和ζ电位有什么关系？研究胶体的ζ电位有何环境意义？ 答：ζ电位是胶体稳定性的一个重要指标，因为胶体稳定是与离子键的经典排斥力密切相关的。ζ电势的降低会使静电排斥力减小，致使粒子之间范德华力占优势，从而引起胶体的聚沉难和破坏。故研究ζ电势的变化规律是十分重要的。 4.地球化学垒和水文地球化学分带形成的原因是什么？ 答：地球化学垒是正在表生带内,因为短间隔内化学元素迁徙环境显然变迁,迁徙强度突然削弱而招致某些化学元素浓集的地段；水文地球化学分带是地下水化学成分和水中总溶解固体沿着水平或者垂直方向呈现有规律的带状分布和变化的现象。故它们共同形成成因都是地下
岩溶地貌的分类
岩溶地貌的分类 地表岩溶地貌 在地表岩溶作用过程中，可形成一系列独特的地貌，主要地貌形态有： 1、石芽与溶沟地表水沿可溶蚀岩石的节理裂隙进行溶蚀与侵蚀，形成纵横交错的凹槽称为溶沟，凹槽之间残存的突起岩石称为石芽。溶沟与石芽的相对高差一般不超过 3m，是地表岩溶化初期阶段的产物，也见于其他岩溶形态表面。地表大片石芽溶沟丛生称溶蚀原野。 2、石林与岩溶漏斗 石林是由密集林立的锥柱状、锥状、塔状岩体组成的地貌景观。期间多为溶蚀裂隙，隙窄而直，坡壁上部有平行的溶沟，以云南的路南石林最为典型。一般认为它是土壤水沿质纯厚层缓褶皱石灰岩表面及节理裂隙溶蚀产生的，是由石芽进一步发展而成的。 岩溶漏斗是呈碟状或倒锥状的封闭洼地。直径一般在几米到百米，深几米到十几米，常成群出现，是岩溶区的特征性形态之一。 石林与漏斗大致形成于同一个岩溶发展阶段。 3、峰林、峰丛与溶蚀洼地 峰林是成群分布的山体基部分离的石灰岩山蜂群，峰体相对高差100—200米，坡度很陡，一般在45度以上。峰林的分布常与地质构造有关。我国广西的桂林、阳朔，贵州的安顺、独山、邱北等地均发育有典型的峰林地貌。 峰丛是一种山峰基部相连的峰林，峰与峰之间常形成“U”形的马鞍地形。与峰林的主要区别是峰丛山峰间基部相连的高度比例大于上部分开部分，而峰林则相反。峰丛之间常发育溶蚀洼地、漏斗及落水洞。峰丛主要分布在广西西部及西北部与云贵高原的边缘部分。 溶蚀洼地是与峰丛、峰林同时期形成的一种负地貌类型。平面形态为圆形或椭圆形，长轴多沿构造线而发育。溶蚀洼地与漏斗的主要区别在于，前者规模较大，底部较平坦，其内可发育溶蚀漏斗，并覆盖有溶蚀残余物，可以耕种；后者多为不规则的圆形，底部平坦面积小。溶蚀洼地常与峰丛共生，构成峰丛-洼地组合形态，在我国的广西西北部和云贵高原的斜坡地带常可见到。 4、孤峰与溶蚀平原 孤峰（也称残丘）是兀立在溶蚀平原或盆地上的孤立灰岩山峰。孤峰进一步遭受溶蚀、侵蚀，当其相对高度更小，仅有十数米时，被称为石丘。 溶蚀平原（也称坡立谷）是指比溶蚀洼地更为宽广的地面平坦的溶蚀地形。底部平坦，覆盖着溶蚀残余的红土，有的地方还覆盖着冲积层，局部散布着炎热能够孤峰和石丘。我国广西的黎塘、贵县等地区的溶蚀平原最为典型。 5、盲谷、断头河与干谷在岩溶区，有的河流突然终止于石灰岩壁，有时又会从岩壁的另一侧流出。前方没有出口的河流称为盲谷；而由岩壁下流出或由地下河补给的地表河流。则称为断头河。地表河因水流转入地下，所遗留的高于地下水位的干涸河道称为干谷。断续的地表河、盲谷、湖沼和干谷组成岩溶区地表特有的水系。 6、落水洞与竖井落水洞是消泄地表水的近于垂直的或倾斜的洞穴，常作为连通地表水与地下河的通道，是流水沿垂直裂隙进行溶蚀、侵蚀作用并伴有塌陷而形成。落水洞进一步发展，崩塌作用加剧，就可形成一种垂向深井，称之为竖井。竖井也可由洞穴顶板塌陷而成。有时竖井可以看到暗河的水面。 地下岩溶地貌 地下岩溶地貌主要是溶洞河和地下河。
中国典型岩溶发育区域划分
Advances in Geosciences地球科学前沿, 2018, 8(4), 845-851 Published Online August 2018 in Hans. https://www.sodocs.net/doc/949627707.html,/journal/ag https://https://www.sodocs.net/doc/949627707.html,/10.12677/ag.2018.84092 Typical Zone Division of Karst Development in China Xianfa Cao1,2, Hailing Li1 1College of Civil Engineering and Architecture, Guilin University of Technology, Guilin Guangxi 2Guangxi Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Guilin Guangxi Received: Jul. 27th, 2018; accepted: Aug. 12th, 2018; published: Aug. 20th, 2018 Abstract Determining the typical area of karst development in China would provide positive reference for theoretical research of engineering geology in karst areas in China. By quantitative or semi-quantitative analyzing on the distribution characteristics, climatic conditions and formation lithology of carbonate rocks in China, regional difference characteristics of karst development in carbonate rock regions in China are evaluated, and finally the representative karst zone in China is reasonably and theoretically delineated and demonstrated. Results show that: the pure Carbo-nate rocks in southwest of China in tropical and subtropical climate zones which are very favora-ble for karst development, distribute continuously and massively, and therefore can be consi-dered as the most typical karst area. This is also a very explanation that karst morphology devel-ops completely. Especially, karst in the zone including Guangxi Zhuang Autonomous Region, southeast and northeast of Guizhou Province, and southeastern of Chongqing Municipality, is the most representative karst region in southwest of China because of its purest carbonate rocks. Keywords Carbonate Rocks; Karst Area; Representative Karst Zone 中国典型岩溶发育区域划分 曹贤发1,2，李海玲1 1桂林理工大学土木与建筑工程学院，广西桂林 2广西岩土力学与工程重点实验室，广西桂林 收稿日期：2018年7月27日；录用日期：2018年8月12日；发布日期：2018年8月20日
水文地球化学习题讲解学习
水文地球化学习题 第一章 第二章水溶液的物理化学基础 1．常规水质分析给出的某个水样的分析结果如下（浓度单位：mg/L）： Ca2+=93.9；Mg2+=22.9；Na+=19.1；HCO3-=334；SO42-=85.0；Cl-=9.0；pH=7.2。求： （1）各离子的体积摩尔浓度（M）、质量摩尔浓度（m）和毫克当量浓度（meq/L）。 （2）该水样的离子强度是多少？ （3）利用扩展的Debye-Huckel方程计算Ca2+和HCO3-的活度系数。 2．假定CO32-的活度为a CO32- =0.34?10-5，碳酸钙离解的平衡常数为4.27?10-9，第1题中的水样25℃时CaCO3饱和指数是多少？CaCO3在该水样中的饱和状态如何？ 3．假定某个水样的离子活度等于浓度，其NO3-，HS-，SO42-和NH4＋都等于10-4M。反应式如下： H+ + NO3- + HS- = SO42- + NH4＋ 问：25℃和pH为8时，该水样中硝酸盐能否氧化硫化物？ 4．A、B两个水样实测值如下（mg/L）： 组分Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-NO3- A水样706 51 881 310 204 4 5．请判断下列分析结果（mg/L）的可靠性，并说明原因。 组分Na+K+Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-CO32-pH A水样50 6 60 18 71 96 183 6 6.5 B水样10 20 70 13 36 48 214 4 8.8 6．某水样分析结果如下： 离子Na+Ca2+Mg2+SO42-Cl-CO32-HCO3-含量(mg/l) 8748 156 228 928 6720 336 1.320 试计算Ca2+的活度(25℃)。 4344 含量（mg/l）117 7 109 24 171 238 183 48 试问： （1）离子强度是多少？ （2）根据扩展的Debye-Huckel方程计算，Ca2+和SO42－的活度系数？ （3）石膏的饱和指数与饱和率是多少？ （4）使该水样淡化或浓集多少倍才能使之与石膏处于平衡状态？ 8．已知温度为298.15K（25℃），压力为105Pa（1atm）时，∑S=10-1mol/l。试作硫体系的Eh-pH图（或pE-pH图）。 9．简述水分子的结构。 10．试用水分子结构理论解释水的物理化学性质。 11．温、压条件对水的物理、化学性质的影响及其地球化学意义。 12．分别简述气、固、液体的溶解特点。