地下水化学成分形成的主要影响因素全解
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第三章地下水中的无机化学成分地下水是一种复杂的溶液,地下水中含有70多种元素,地下水中的无机化学成分,按其存在形式和数量可分为四组:(1)大量组分一般含量大于100mg/L,主要是常规的离子形式,Cl-、SO2-4、HCO-3、CO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等,另外H+、、NH4+、NO2-、NO3-、H3SiO4-Fe3+、Fe2+等也列入大量组分。
大量组分决定水化学类型。
(2)微量组分一般含量小于10mg/L,常见的是Br、I、F、B 、Mo 、Li 、Cu、Pb 、Zn、P、As、Sr、Ba 、Ni 、Co等数十种。
微量组分不决定水化学类型。
(3)放射性组分U 、Th、Ra、Rn等。
(4)气体组分N2、O2、CO2、CH4、H2S、H2等。
第一节地下水中的大量组分一、氯离子(Cl-)1、迁移性能Cl-具有很强的迁移性能,其原因有三个方面:(1)不形成难溶化合物,Cl-离子与水中大量组分的阳离子(K、Na、Ca、Mg)所形成的化合物溶解很大,例如,30o C时,CaCl2=1020mg/L,NaCl=361.5mg/L,MgCl2=553mg/L。
(2)不被胶体所吸附。
(3)不被生物所吸附。
2、分布规律地下水中的Cl-含量从几mg/L至100mg/L以上均有。
地下水中的Cl-含量随地下水矿化度的增高而增高。
在高矿化度水中,占阴离子首位,形成氯化物水。
3、来源主要有三个方面:(1)有机来源:三废水、化肥、农药、动物及人类的排泄物。
(2)无机来源:盐矿、含盐的沉积物、岩浆岩中含Cl矿物、火山喷出物等。
(3)大气降水:二、硫酸根(SO42-)1、迁移性能迁移性能较强,仅次于Cl -。
SO 42-的迁移性能受下列四个因素控制: (1)水中SO 42-易与Ca 2+、Ba 2+、Sr 2+等离子形成难溶盐。
(2)热带潮湿地区土壤中的Fe(OH)2-、Al(OH)22+胶体可以吸附SO 42-。
中国地质大学(北京)2002年硕士研究生入学考试试题试题名称:水文地质学基础试题代码:610一、名词解释(每题4分,共24分)持水度含水层上层滞水水力梯度地下水均衡岩溶水二、判断正误(正确打7,错误打x,每题2分,共10分)1.含水层的渗透系数越大,该含水层越富水。
()2.并不是多孔介质的孔隙度越大给水度也越大。
()3.多孔介质中的渗透速度不等于地下水的实际流速。
()4.地下水位动态变化完全取决于地下水补给量的大小。
()5.所有隔水层都是不含水和不透水的岩层。
()三、以下图(a)、(b)、(c)所示为三个含水层剖面示意图,假定地下水为稳定运动,试绘出各自的地下水位(水头)曲线示意图。
(6分)四、简述地下水化学成分的主要形成作用。
(15分)五、简述地下水资源的特征。
(15分)六、试论述地下水开发利用过程中的问题。
(30分)//ZZ//Z/Z/Z/ZZZZ/ZZZZ/Z/////////ZZ/Z/ZZZ/Z试题三图(a)%%么«%;“*Hi用//////////,///////////////////////////////oo°01%。
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•…・・J・・・•**•*试题三图(b)中国地质大学(北京)2004年硕士研究生入学考试试题试题名称:水文地质学基础试题代码:415一、解释概念(每题5分,共30分)1.孔隙度2.承压水3.毛细水4.溶滤水5.溢流泉6.岩溶二、分析解释(每题10分,共50分)1.达西定律2.脱碳酸作用3.裂隙水的基本特点4.地下水系统5.地下水补给资源及其供水意义三、画出下面降雨入渗条件下河间地块剖面的流网(画出流线、等水头线,标出钻孔中的水位。
20分)四、阐述影响降雨入渗补给地下水的因素(25分)五、论述人类影响下地下水动态的基本类型并分析其成因(25分)中国地质大学(北京)2005年硕士研究生入学考试试题 试题名称:水文地质学基础试题代码:415一、请指出下列相关概念的区别(每题6分,共30分)1.孔隙度、孔隙比2.潜水、承压水3.蒸发、蒸腾4.溶滤作用、浓缩作用5.非均质性、各向异性二、填空(每题6分,共30分)1.含水层从外界获得补给的方式包括2. ___________________________________ 溶解了大量CO 2的地下水在温度或压弓时将发生脱碳酸作用。
地球化学与地下水解读地下水的成因与演化地球化学与地下水:解读地下水的成因与演化在我们生活的地球上,地下水是一种至关重要的资源。
它不仅为我们提供了饮用水,还在农业灌溉、工业生产等方面发挥着重要作用。
然而,你是否想过地下水是如何形成的?它又经历了怎样的演化过程?这就需要我们从地球化学的角度来深入探究。
地球化学,简单来说,就是研究地球中化学元素的分布、迁移和转化规律的科学。
而地下水的形成与演化,与地球化学过程密切相关。
地下水的成因主要有两种类型:渗入成因和沉积成因。
渗入成因的地下水,通常是大气降水通过地表的渗透作用进入地下形成的。
当雨水降落到地面后,会沿着土壤和岩石的孔隙、裂隙向下渗透。
在这个过程中,水会与周围的岩石和土壤发生一系列的地球化学反应。
比如,水中的二氧化碳会与岩石中的碳酸钙发生反应,使碳酸钙溶解,从而增加水中钙离子和碳酸氢根离子的浓度。
此外,水还会溶解岩石中的其他矿物质,如钾盐、钠盐等,使地下水的化学成分变得更加复杂。
沉积成因的地下水,则是在沉积盆地中,由于沉积物的压实和脱水作用形成的。
在沉积过程中,沉积物中的水分会被逐渐挤出,形成地下水。
这种地下水的化学成分,往往受到沉积物来源和沉积环境的影响。
除了成因,地下水的演化过程也十分复杂。
地下水在地下的流动过程中,会不断地与周围的岩石和土壤发生相互作用,从而导致其化学成分和物理性质发生变化。
首先,地下水的水化学类型会发生改变。
例如,在富含石灰岩的地区,地下水通常为碳酸氢钙型水。
随着地下水的流动,当它遇到石膏层时,会发生硫酸盐化作用,水化学类型可能转变为硫酸钙型水。
其次,地下水的温度和压力也会影响其演化。
随着地下水深度的增加,温度和压力逐渐升高,这会使得一些矿物质的溶解度发生变化,从而改变地下水的化学成分。
此外,人类活动也对地下水的演化产生了重要影响。
过度开采地下水会导致地下水位下降,使得地下水与岩石的接触时间缩短,从而影响地下水的化学成分。
同时,工农业生产中的废水排放、化肥和农药的使用等,也会使地下水中的污染物含量增加,威胁地下水的质量和安全。
初一地理地下水作用解析地下水是指自然界中处于地下含水层中的水。
它是地表水和大气水经过渗透和渗流作用进入地下而形成的。
地下水对地球上的水循环、生态环境以及人类的生产和生活都有着深远的影响。
下面将对地下水的形成、作用以及影响进行解析。
一、地下水的形成地下水主要来源于降水和地表径流水,它们通过渗透和渗流进入地下,形成地下水。
降水是指大气中由水蒸气凝结而成的水滴以雨、雪、露、霜等方式降落到地面上。
地表径流水则是由于地面无法渗透或渗透能力较差,导致降水不能完全被土壤吸收,而形成的地表流水。
当降水或地表径流水渗透到地下时,它们会被土壤或岩石中的空隙吸收。
这些空隙可以是岩石中的裂缝、岩洞,或者是土壤颗粒之间的间隙。
在土壤中,地下水被称为土壤水;在岩石中,地下水被称为岩石水。
二、地下水的作用地下水在地球的生态环境中起着重要的调节作用。
首先,它是生态系统的一部分,为植物提供生长所需的水分。
在干旱地区或长时间无降水时,地下水是维持植物生命的重要水源。
此外,地下水还在一定程度上维持着湖泊、河流和沼泽等水域的水量供给,保持了水生态系统的平衡。
其次,地下水还对地表地貌的形成和变化起着重要作用。
它通过溶蚀作用和沉积作用来改变地表地貌。
在溶蚀作用中,地下水中的溶解物质与岩石发生反应,溶解出岩石中的矿物质,从而形成洞穴、溶洞等地下地貌。
而在沉积作用中,地下水会携带着溶解的矿物质沉积在地表形成各种各样的地质景观,如峡谷、冲沟等。
最后,地下水还对人类的生产和生活起着至关重要的作用。
它是地下水资源的重要组成部分,为人类提供饮用水、灌溉水、工业用水等。
在水资源短缺的地区,地下水的开发利用成为保障人类生产和生活需求的重要途径。
此外,地下水还被广泛应用于矿产资源的开采,如煤矿、石油等。
三、地下水的影响地下水作为地球上重要的水资源之一,其开发和利用对生态环境产生了不可忽视的影响。
首先,过度开采地下水可能导致地下水位下降,造成地下水资源的丧失。
《水文地质学基础》历年硕士入学考试题-中国地质大学(武汉)一、解释概念(每题5分,共 30分)1.孔隙度2.承压水3.毛细水4.溶滤水5.溢流泉6.岩溶二、分析解释(每题10分,共 50 分)1.达西定律 2.脱碳酸作用3.裂隙水的基本特点4.地下水系统5.地下水补给资源及其供水意义三、画出下面降雨入渗条件下河间地块剖面的流网(画出流线、等水头线,标出钻孔中的水位。
20分)四、阐述影响降雨入渗补给地下水的因素(25分)五、论述人类影响下地下水动态的基本类型并分析其成因(25分)1. 孔隙度2. 给水度3. 渗透系数4. 持水度5. 承压水1. 松散岩层的孔隙度越大,渗透系数越大。
()2. 达西定律的适用范围为层流。
()3. 再进行地下水流数值模拟中,所有河流均要处理为一类边界。
() 4.地下水运动的实际速度大于其渗透速度。
()5.包气带均质土的颗粒越粗,毛细上升高度越大。
() 6.稳定流抽水试验不能求出含水层的给水度或储水系数。
() 7.从地下水系统的观点看,从地下水系统中抽水是地下水系统的输入。
1()8.地层的透水性越好,则越富水。
()9.超量开采地下水不是造成地面沉降的唯一原因。
() 10.地表水(河、渠等)的横断面的湿周是一条等水头线。
() 11.隔水层是绝对不透水的。
()12.地下水动态变化是由于地下水接受补给作用的结果。
() 13.多孔介质的渗透率大小不仅与介质特性有关,而且与流体的性质有关。
()14.天然条件下影响松散岩层孔隙度的关键因素是颗粒的大小和分选性。
()15.包气带中水分总是从高处向低处运动。
()1、简述潜水含水层和承压含水层水文地质特征及其差异。
2、简述地下水资源的特点。
1、试论述山前冲洪积扇水文地质特证。
(25分)2、试论述由于不合理开采使用地下水引起的环境问题。
(20分)一、名词解释(每题4分,共24分)持水度含水层上层滞水水力梯度地下水均衡岩溶水二、判断正误(正确打 , ,错误打,,每题 2分,共10分)含水层的渗透系数越大,该含水层越富水。
地下水水文地球化学地下水是地球上存在的一种重要的水资源,对于水文地球化学的研究有着重要的意义。
本文将从地下水的形成、组成和水文地球化学的相关研究内容进行阐述。
地下水是指位于地下的水体,主要来源于降雨和地表径流的渗透,并经过多种地质和地球化学过程的作用而形成。
地下水在地下岩石中通过孔隙和裂隙储存,并与岩石中的矿物质发生相互作用,形成了独特的水文地球化学特征。
地下水的组成主要包括水分子、溶解质和悬浮物。
水分子是地下水的基本组成部分,溶解质包括无机盐、有机物和气体等,而悬浮物则主要来自于地下岩石的颗粒物质。
地下水的组成对于水文地球化学的研究有着重要的影响。
水文地球化学是研究地下水的化学特征和地球化学过程的学科。
它主要包括地下水的水化学特征、地下水的起源和演化、地下水与岩石的相互作用等内容。
通过对地下水的水化学特征的研究,可以了解地下水的来源、地下水的运移、地下水的质量等信息,对于地下水资源的合理开发和利用具有重要的指导意义。
地下水的水化学特征主要包括pH值、电导率、溶解氧等指标。
这些指标可以反映地下水的酸碱性、盐度和含氧量等信息。
地下水的pH 值反映了地下水的酸碱性,通常在7左右为中性。
地下水的电导率反映了地下水中溶解物质的含量和种类,电导率越高,溶解物质的含量越多。
地下水的溶解氧反映了地下水中氧气的含量,溶解氧的含量越高,地下水的水质越好。
地下水的起源和演化是地下水研究的重要内容之一。
地下水的起源主要包括大气降水、地表水和地下水的补给。
地下水的演化包括地下水的成因、地下水的渗流和地下水的补给等过程。
地下水与岩石的相互作用是地下水研究的另一个重要内容,它包括地下水中溶解物质的来源和地下水与岩石的反应等过程。
地下水的水文地球化学研究在地下水资源的开发和利用中具有重要的意义。
通过对地下水的水化学特征的研究,可以了解地下水的水质状况,从而制定合理的水资源管理措施。
通过对地下水的起源和演化的研究,可以了解地下水的补给途径,从而指导地下水资源的合理开发和利用。
地下水水化学特征地下水是指位于地球表面下方的地下岩石或土壤中的水。
其水化学特征可以通过以下参数进行评估:pH值、电导率、溶解物质含量、总硬度、主要离子含量等。
pH值是地下水的酸碱度,其值一般在6.5-8.5之间。
酸性地下水可能会导致土壤酸化,从而影响植物生长,酸性地下水的原因通常是由于大气降水的酸性物质沉降引起的。
电导率反映了地下水中的溶解物质含量,其值越高说明地下水中的溶解物质越多。
这些溶解物质包括无机盐、氨、有机物等。
高电导率的地下水在农业灌溉过程中可能会导致土壤盐碱化的问题。
溶解物质含量是描述地下水中溶解物种类和含量的指标。
主要包括无机物和有机物。
常见的无机溶解物有硫酸盐、环状硅酸盐、钙镁硬水、氯盐等。
有机物包括溶解性有机物和悬浮颗粒有机物。
不同地区的地下水的溶解物质组成各不相同,这是由地质、地形、降雨等因素决定的。
总硬度是地下水的一种重要性质,它由钙和镁离子引起。
硬度高的地下水在人类生活用水时可能造成管道细喉的堵塞,同时对于工业用水和农业灌溉也有一定的影响。
总硬度可以通过测量钙和镁离子的浓度来计算。
主要离子含量是地下水水化学特征中的关键参数之一、主要离子含量主要包括阴离子和阳离子。
常见的阴离子有氯、硫酸根、硝酸根等,常见的阳离子有钠、钙、镁、铁等。
地下水中离子含量的不同会导致地下水的化学性质和溶解程度不同,从而影响地下水的性质和用途。
除了上述参数外,地下水的水质还受到其他因素的影响,比如地下水年龄、含气状况等。
地下水年龄是指地下水形成的时间,可以通过同位素测定来确定。
地下水年龄的长短和地下水的流动速度有关,同时也受到气候、地形、气泡压力等因素的影响。
含气状况是指地下水中溶解了气体,比如二氧化碳、氧气等。
含气状况对地下水的生物和化学特征有一定的影响。
总之,地下水的水化学特征是通过多个因素的综合作用所决定的。
对地下水水化学特征的评估可以为地下水的利用和管理提供重要依据,同时也有助于地下水资源的保护与合理利用。
例析高氟地下水成因及解决措施1、高氟地下水的成因高氟地下水的形成机理主要来源于两个方面,既:化学环境影响因素和地质环境影响因素。
1.1化学环境影响因素1.地下水的PH值。
当地下水的PH值比较低(呈酸性)的时候,地下水中所含有的氢与氟离子之间会生产氢氟酸,产生的氢氟酸会溶解岩石中所含有的硅酸盐和二氧化硅,进而生产气态的氟化硅,这在一定程度上减少了地下水中的氟含量,减少了氟的聚集;而当地下水的PH值较高(呈碱性)的时候,可以使岩石中赋存的硅酸盐溶于水中。
如果碱金属在地下水中发生水解后,可以使水的碱性大大增强,进而可以使岩层中所含氟硅酸盐溶解,释放出氟,使地下水中氟的含量增多。
2.水中各种离子。
对于地下水中的钙质水分布区而言,其中所含有的氟含量较低,而在钠质水分区中所含有的氟含量则较高。
而就氟而言,其钙盐和钠盐也具有不同的溶解度。
一般情况下,氟化钙和氟化钠在水中的溶解度分别为16mg/L和42×103mg/L。
氟化钠发生水解后,氟会以离子的状态存在地下水中,氟化钙由于本身的溶解度很低,在水中主要以沉淀形式存在,这就使地下水中出现“高钙低氟、高钠高氟”的现象,既如果地下水中的阳离子主要为钙离子的时候,鉴于氟化钙的溶解度,地下水中所含有的氟会很少;而当地下水中的阳离子主要为钠离子的时候,基于氟化钠的强溶解度,氟的含量会大量的富集。
此外,地下水中的所含有的碳酸氢根和碳酸根会与氟化钙发生化学反应,生成碳酸钙或碳酸氢钙,进而加速其水解,也会促使地下水中氟含量的增加。
3.蒸发浓缩作用。
如果如果区域水的蒸发量比区域水的降水量大,则会减缓地表水的流动,水流交替缓慢,也减少了盐类的溶解量,使其析出,进而减少了水中氟的含量。
尤其在洼地和河间区域,由于发生蒸发浓缩,使区域形成碳酸钠分布区,这就会使水中的氟含量增加;而在颍泉区北部的区域,由于河网比较分散、稀疏,地下水的动力条件较差,蒸发浓缩作用表现的更为明显。
4.阳离子交替吸附作用。
第六章地下水的化学成分及其形成作用一、名词解释1.永久硬度:指水中钙离子和镁离子与氯离子、硫酸根离子和硝酸根离子结合的硬度。
2.暂时硬度:指水中钙离子和镁离子与碳酸根离子和重碳酸根离子结合的硬度。
3.总硬度:水中所含钙离子和镁离子的总量。
4.混合作用:成分不同的两种水汇合在一起,形成化学成分与原来两者都不相同的地下水,这便是混合作用。
5.地温梯度:指每增加单位深度时地温的增值。
6.溶滤作用:在水与岩土相互作用下,岩土中一部分物质转入地下水中,这就是溶滤作用。
7.浓缩作用:由于蒸发作用只排走水分,盐分仍保留在余下的地下水中,随着时间延续,地下水溶液逐渐浓缩,矿化度不断增大的作用。
8.脱碳酸作用:地下水中CO2的溶解度随温度升高或压力降低而减小,一部分CO2便成为游离CO2从水中逸出,这便是脱碳酸作用。
9.脱硫酸作用:在还原环境中,当有有机质存在时,脱硫酸细菌能使硫酸根离子还原为硫化氢的作用。
10.阳离子交换吸附作用:一定条件下,颗粒将吸附地下水中某些阳离子,而将其原来吸附的部分阳离子转为地下水中的组分,这便是阳离子交替吸附作用。
二、填空1.地下水中含有各种气体、离子、胶体物质、有机质以及微生物等。
2.地下水中常见的气体成分有氧气、氮气、二氧化碳、甲烷及硫化氢等。
3.地下水中分布最广、含量较高的阴离子有氯离子、硫酸根离子及重碳酸根离子等。
4.地下水中分布最广、含量较高的阳离子有钠离子、钾离子、钙离子及镁离子等。
5.一般情况下,低矿化水中常以重碳酸离子、钙离子及镁离子为主;高矿化水则以氯离子及钠离子为主。
6.一般情况下,中等矿化的地下水中,阴离子常以硫酸根离子为主,主要阳离子则可以是钠离子,也可以是钙离子。
7.地下水化学成分的形成作用有溶滤作用、浓缩作用、脱碳酸作用、脱硫酸作用、阳离子交替吸附作用和混合作用。
8.据地下水化学成分的成因类型,可将地下水分为溶滤水、沉积水和内生水。
9.在低矿化水中,阴离子以重碳酸盐为主,阳离子以钙离子、镁离子为主。
地下水的质量特征受哪些因素影响?
地下水的质量特征受以下因素影响:
1. 地质条件:地下水的质量特征与地质条件密切相关。
不同地
质环境中的岩石和土壤会对地下水的质量产生影响。
例如,含有石
灰岩的地质环境可能使地下水富含钙和镁。
2. 水文地质条件:地下水的流动和循环也影响其质量特征。
当
地下水流经不同地质层时,可能会发生地下水的混合或污染现象,
从而影响地下水的质量。
3. 地下水补给来源:地下水的质量特征还受地下水补给来源的
影响。
地下水主要来自降雨、河流水和湖泊水的补给,不同来源的
水可能具有不同的成分和污染物。
4. 人类活动:人类活动也是地下水质量的重要影响因素。
农业、工业和城市化过程中的污染物和化学物质可能通过渗入土层进入地
下水,并影响其质量。
5. 地下水的深度:地下水的深度会对其质量特征产生影响。
浅层地下水可能受到地表活动和污染物的直接影响,而深层地下水通常较为稳定。
综上所述,地下水的质量特征受地质条件、水文地质条件、地下水补给来源、人类活动和地下水的深度等多个因素的影响。
地球化学与地下水研究了解地下水的来源成分和污染过程地下水是地球上重要的淡水资源之一,广泛应用于饮用水、农业灌溉和工业生产等领域。
对地下水的来源、成分和污染过程的研究,有助于科学合理地管理和保护地下水资源,确保人类的生活质量和环境的可持续发展。
一、地下水的来源地下水主要来源于雨水的入渗和地表水的补给。
当降雨发生时,一部分雨水直接流入地表水体如河流、湖泊等,而另一部分则通过渗透、蒸发和蒸腾等作用逐渐渗入地下,形成地下水体。
地下水的形成过程具有一定的复杂性,受到地质、地貌、气候和水文等多种因素的影响。
二、地下水的成分地下水的成分主要由水分子和溶解的无机盐、有机物等组成。
其中,水分子是地下水的基本组分,占据了绝大部分比例。
溶解的无机盐包括钙、镁、钠、钾等,而有机物则包括有机酸、悬浮物等。
地下水中的成分种类和含量受地质和水文条件的影响较大,不同地区的地下水成分也存在一定的差异。
三、地下水的污染过程地下水污染是指地下水中溶解、悬浮或生物性物质的种类和含量超过了环境质量或饮用水卫生标准,从而对人类健康和生态环境造成危害的现象。
地下水污染的过程涉及到多个环节,主要有以下几个方面:1.点源污染:包括工业废水、生活污水、农业排水等。
这些污染物可以直接进入地下水体,对地下水质量产生直接影响。
2.非点源污染:主要是由于农业、城市建设、森林伐木等活动导致的大量化肥、农药和其他化学物质的使用,进而通过渗透和径流逐渐进入地下水体中。
3.自然来源:地下水污染也可以源于天然的地球化学作用,如地下岩石的溶解、地下水与地下矿床接触等。
地下水污染的程度和范围取决于多种因素,包括地下水流动速度、排放量、污染物的性质以及地下水系统的特征等。
四、地下水研究的重要意义地球化学与地下水研究对于我们准确了解地下水的来源、成分及其污染过程具有重要的意义。
首先,研究地下水的来源有助于我们对地下水的形成过程进行深入理解,为准确预测地下水资源的分布和可持续利用提供科学依据。
地下水化学成分形成的主要影响因素地下水化学成分形成的主要影响因素有四大类:分别是自然地理因素、地质因素和水文因素、生物因素和人为因素,下面将详细分析并举例说明其主要的影响因素。
一.自然地理因素包含地形;水文;气候(气象/降水/气温/蒸发)。
(1)地形:影响水交替条件,而水交替条件又影响水的化学成分和矿化度。
地形切割强烈,水的交替条件就好,有利于淡水的形成。
反之,则形成高矿化度的咸水或盐水。
如山区形成碳酸型水,而平原易形成硫酸水或氯化物型水(2)水文:密集的水文网有利含水层的水交替条件。
盐分的带出及淡潜水的形成。
在水文网稀疏的条件下,地下水径流受阻,从而使潜水矿化度增高。
(3)气候①气象②降水大气降水能使地下水的储存量、矿化度和化学成分发生明显变化。
降雨对地下水化学成分的影响,可以分为直接与间接两种作用方式,所谓直接方式,是指雨水中的化学组分,通过包气带直接入渗补给地下水;间接方式,是指雨水在经过包气带并与岩土发生复杂的物理化学作用过程中进入地下水。
实际上,地下水化学成分的变化,是在上述两种过程中共同完成的只不过在降雨为pH值过低的酸雨时与岩土的作用更强烈,地下水化学成分的变化更深刻罢了。
i.据苏州市某厂周围1984年检测的浅层地下水中SO42-含量和水的化学类型,由资料看出,硫酸型水广泛分布,面积约为五平方公里,其中C8井点矿化度为2.21克/升,总硬度高达50.7德国度,为全市之冠;尤其是距该厂北侧30米左右的C5、C3。
井孔点(为浅钻孔,水位埋深1米),地下水中SO42-含量居然高达2.63 一2.494克/ 升,矿化度达到4.93 一5.21 克/ 升,总硬度为2 5.2一4 1.6德国度,明显的与该厂经常排放高浓度的SO42-所形成的酸雨有密切关系,地下水中的SO42-含量如此之高,与酸雨中的高含量的SO42-的直接入渗有关,也是酸雨中高浓度的H+与本区浅部土层中丰富的铝硅酸盐( 100克土中含有SiO2 +A l2O3达到80克左右) 强烈作用的结果。
ii.因子F3[2]的得分表现为地下水小于地表水,在马鞍山收费站和胡家湾最高,这两个点属于地表河流系统,说明岩溶地下水中的Na+、Cl-受到地表水体中溶质的影响.然而,由表3.1的分析可知,金佛山地区的大部分岩溶地下水样品中Na+、Cl-并不高,基本与大气降水接近,可以认为其主要来自大气降水。
③气温关中盆地气温对地下水富集氟离子的影响。
地下水中的氟主要来源于基岩"土壤中的含氟矿物"呈吸附态的氟和氟络合物!但是氟由固相转入液相,由吸附态变为解析态,其迁移转化过程和量受到多种因素的影响,其中温度的影响阐述如下:图2表示了10~12月份地下水水温与F离子含量关系图。
在枯水期,温度较低的情况下,地下水温在7~18℃波动,而高氟地下水温主要集中在13~16℃,最大值出现在13.5~14.5℃。
一般情况下,水温高时有利于含氟矿物的溶解和呈吸附态氟的解析,有利于氟在水中富集。
这是因为水温高,氟离子的活性增强,岩石"土壤表面的呈吸附态的氟易于解离,并在水中富集; 同时岩石"土壤等的含氟的化合物溶解度增大,导致水中的氟含量升高!但从图中可以看出,在16~18℃范围内,虽然地下水温度较高,但氟离子的含量却相对较小,这是因为在温度较高时,离子的活性增强,其他离子的溶解对氟离子起到了抑制作用。
这也说明水温主要是起到促进含氟矿物及呈吸附态氟的解析和溶解,并不是水中氟含量高的主要因素,只是引起地下水中氟离子含量高的一个有利因素。
④蒸发关中盆地蒸发对地下水富集氟的影响。
高氟地下水形成的首要条件是具有供氟能力强的氟源,包括基岩和土壤中的含氟矿物,以及呈吸附态的氟和氟络合物。
由关中盆地氟病区分布图可以看出,轻病区处大部分位于渭北黄土台塬处及河流高级阶地区,包气带主要为黄土或黄土状亚粘土,垂直节理发育,大气降水垂向入渗,土质上疏下实,溶滤作用强烈,包气带中可溶性氟含量较高,该区域水力坡度较大,侧向径流条件较好,潜水位埋深较深,地下水中的氟主要来自水—岩界面间的含氟矿物的溶解与溶滤; 中病区位于二三级阶地处,水力坡度变缓,侧向溶滤作用更加明显,地下水中的氟含量变高; 重病区主要位于构造洼地处,该区域水位埋深浅,蒸发浓缩作用强烈,地下水中的氟随着毛细带上升,受到某些矿物的吸附而滞留在包气带中,随着降雨的入渗,水—岩界面间的含氟矿物通过溶滤作用进入地下水中。
图6反映了土壤样本的不同深度处的可溶性氟含量的大小。
图7 表示氟含量与不同的水文地球化学地段间的关系。
从图6中可以看出,0~0.2m包气带土壤中的可溶氟含量随着深度的增加而增加,基本上在0.2m左右可溶氟的含量最高,说明0.2m以下的包气带可溶性氟主要来自表层,溶滤作用使得可溶性氟在包气带中向下迁移; 而XAT001土壤表层的可溶性氟含量最大,说明表层土已受到了污染。
可溶性氟的含量总体上呈减少趋势,0.2~0.5m处的包气带土壤可溶性氟的含量基本上变化很小,说明0.2~0.5m为可溶性氟的吸附带,由于吸附作用的存在使得可溶性氟向水中迁移的量减小,但溶滤作用促进土壤中可溶性氟向地下水中氟转化的总方向并未改变。
图7则说明,PTW004、FCW001和PTW001位于冲洪积扇处,该处水力坡度大"水循环交替积极,以溶滤作用为主,地下水中的氟含量普遍较低; 而淋溶—蒸发地段位于黄土塬和高级阶地处,氟含量的升高主要是因为侧向溶滤作用的加强。
由于受到洛河的稀释作用,D004、D001 两点的氟含量相对较小; 强烈蒸发地段位于卤泊滩的塬面洼地处,该地段水位埋藏较浅,水流滞缓,以蒸发浓缩作用为主。
图6和图7则说明了氟向地下水中的迁移主要取决于溶滤作用,而地下水中氟的聚集主要取决于蒸发浓缩作用。
二.地质因素和水文地质因素:包含地质构造;土壤、岩石的矿物成分和水—岩作用时间(地下水流速)地质及水文地质条件对地下水化学成分的形成在一定程度上起着决定性的作用,这主要表现在地形地貌、岩层性质、地下水循环条件及埋藏的不同,其化学成分往往有很大的差别。
在新生界含水岩组的地下水中,水化学成分在空间上的变化较大,在盐池南北分水岭以东地区,地下水水力坡度大,径流较好,水交替作用强烈,地下水类型以HCO3·SO4水为主,分水岭以西地区,地下水水力坡度小,水化学类型通常为SO4·Cl型水。
罗汉洞含水岩组的地下水化学类型以SO4·Cl水为主。
该含水岩组在盐池南北分水岭以东多被薄层第四系覆盖,在盐池县周围的新生界和罗汉洞组的TDS含量均较高,在盐池南北分水岭以西大部分地区被薄层第四系和第三系双重覆盖,在研究区的西南部两个含水岩组的含量都有明显的减小。
另外两个含水岩组SO42-和Cl-的含量分布特征在盐池县城周围以及研究区的西南部都有相似的分布特征。
由此可以看出,该含水岩组地下水的主要来源为新生界含水岩组里补给。
环河含水岩组的地下水总体由南向北径流,且净流滞缓,水力坡度约为1.7%,水质较差,由于地下水流缓慢,水化学类型变化不明显,以SO4·Cl型和SO4·HCO3为主。
(1)地质构造:断裂使岩石发生破坏并形成裂隙,由于断裂构造发育很深,这样沿着这些深大断裂从深部涌出热的,有时带气体的矿水,甚至卤水,从而使浅部地下水化学成分发生急剧变化。
(2)土壤等自然因子对岩溶水的影响F2[2]因子的得分值表明: 值较高的水样点( 如蓬莱林$知音山庄和碧潭泉) 基本都位于金佛山下土壤层较厚的地方 3 说明土壤等自然因素对金佛山岩溶水中的HCO3-和Mg2+具有决定性影响.土壤是一个巨大的碳库,全球土壤碳容量是森林的2~3倍,土壤中CO2含量超过大气的10倍,其溶于水,形成HCO3-,成为地下水中HCO3-的主要来源。
(3)水—岩作用时间(地下水流速)从因子F1[2]的得分值来看,从地表水到地下水,得分值逐渐增大,特别是深部来源( 如金佛山温泉) 的水中各种离子质量浓度都较高,反映了大气降水来源补给的地下水经过充分的水(岩作用后沿裂隙、断裂运移,并在地表出露,意味着在因子F1[2]上具有高载荷的离子受到水—岩作用时间长短等的控制。
三.生物因素(1)植物:使水富集微量元素;选择性地吸收离子①植物的蒸发:干旱条件下,植物蒸发量大,引起潜水矿化度提高。
②植物选择吸收离子,改变水的PH值和化学类型。
例如盐生植物吸收Cl-③植物的有机残骸影响土壤的酸碱度,从而影响潜水的PH值和水化学类型。
例如针叶林产生酸性水,PH值可达到4,阔叶林产生碱性。
④植物根放出的CO2降低土壤的pH值,并促使很多矿物质转入溶液。
在土壤溶液和潜水中,HCO3-含量取决于土壤中的CO2(2)微生物:脱硫细菌;硝化细菌主要是起催化作用,不影响反应方向,但影响反应速率。
例如:在含石膏的灰岩地层里,约470m深处,发现了硫酸盐还原菌;在含油地层1000m深处、在海相地层2700m深处(压力为3*107pa)、在无烟每层500m深处,发现了硫酸盐还原菌。
四.人为因素:灌溉,排污,农药、肥料使用:地下水硬度增高,污染物含量增大,改变地下水化学类型。
1.人工开采地下水对潜水化学成分的影响及原因①.开采区含水层的矿化度提高。
原因是潜水位下降,包气带加厚,充氧作用加强,氧化作用加强,使不溶解的硫化物转化为可溶硫酸盐,并被水所溶滤,矿化度提高。
②.在海或盐湖附近开采淡水,有可能使盐水由海或盐湖进入含水层,使淡水被盐化。
③.开采时,由于同一含水层或含水层的盐水侵入,使地下淡水矿化度提高。
2.人工开采地下水时对承压水化成分的影响①开采承压地下水时,形成降落漏斗,在漏斗范围内压力降低,使水流从高压流向低压时,由于减压,从水中逸出CO2,析出铁和碱金属的碳酸盐沉淀,导致水化学成分变化(减压脱气) .②开采承压地下水时,由于承压水位下降低时,使隔水层和上覆岩层的静水压力降低,造成粘土层有效压力增加而产生压实作用,使粘土中的水进入含水层,引起水化学成分变化。
③开采承压地下水时,区域性大降落漏斗的形成,(直径可达几十公里),可以把它看作一个特殊的排泄窗口,使下部含水层的水的导入,而引起地下水矿化度的增高(越流渗透)。
3.实例1: 一供水井,井深91.5米,含水层为含黄铁矿的绢云母片岩。
连续抽水13个月,水位下降36.5米,在这个期间内,水中SO42-浓度在13mg/l左右。
停抽4个月后,再次抽水时,第一天的水样中,SO42-=1330mg/l, Fe2+不断降低,pH值升高。
这种现象出现的原因是(1)由于水位下降很大,所以形成了一个漏斗区;在漏斗区内,原来的含水层变为包气带,因绢云母片岩中的黄铁矿被氧化,其反应如下:7O2 + 2FeS2+ 2H2O = FeSO4 + 2H2SO4(2)停抽期间,水位逐渐恢复,使第一次抽水所形成降落漏斗区又主充满了水,黄铁矿氧化所产生的SO42-和H+进入水中,溶解FeSO4结果,在漏斗区内形成一个SO42-,Fe2+,H+浓度的局部污染晕。