【導(dǎo)讀】1．了解淶源盆地地下水資源分布情況。2．通過分析已有水文地質(zhì)調(diào)查資料，查明了淶源盆地地下水補(bǔ)給、徑流和排泄的基本信息。4．對水質(zhì)演化進(jìn)行初步分析并得出結(jié)論以及提出相關(guān)建議。[1]竇妍,2020,鹽池地區(qū)地下水化學(xué)成分演化規(guī)律研究[碩士thesis],長安大學(xué).淶源盆地位于保定西部太行山區(qū)。由于地形地貌和氣候等原因，淶源盆地地。通過對淶源盆地內(nèi)地下水系統(tǒng)的劃分，可以更好。起到一定的幫助作用。新構(gòu)造以導(dǎo)水為主，老構(gòu)造以阻水為主。向向斜核部，故西北部地表水分水嶺與地下水分水嶺也趨于一致。認(rèn)為淶源盆地為一個地表水與地下水分水嶺基本一致的封閉盆地。其中孔隙水含水系統(tǒng)分布于盆地內(nèi)，主要由新生界構(gòu)成，富水性較好；裂。的地下水化學(xué)特征進(jìn)行了探討。近年來，淶源盆地地下水中TDS、Mg2+、HCO3-、SO42-離子的濃度有所升高，而Ca2+、K++Na+和Cl-離子的濃度有所降低。件與巖性構(gòu)造是影響該區(qū)的地下水水化學(xué)成分的主要原因。

　　

【正文】 統(tǒng)計結(jié)果 （ 2020 年） 單位： mg/L 監(jiān)測項目 谷家莊 北石佛村 紅泉村 牌坊村 石片村 張家莊 中莊 金家井 平均值 TDS 458 477 360 321 393 604 387 415 426. 87 游離 CO2 7. 26 4. 13 3. 36 3. 63 12. 8 5. 61 1. 65 4. 57 5. 38 Ca2+ 46. 4 78. 4 32. 3 48. 8 34. 5 96. 2 46. 6 36. 8 52. 5 Mg2+ 31. 1 24 40. 2 40. 3 43. 9 26. 3 28. 8 40. 7 34. 41 K++Na+ 21. 57 1. 94 0. 72 0. 27 0. 66 27. 6 1. 81 2. 81 7. 17 HCO3— 254 272 240 281 272 307 230 250 263. 25 Cl— 4. 2 20. 5 4 13 7 17. 2 4. 5 7. 1 9. 69 SO42 38. 2 10. 8 29 10. 2 23. 1 85. 5 10. 6 5. 32 26. 59 對比調(diào)查區(qū) 2020 年和 2020 年兩次取樣結(jié)果，根據(jù)表 41（ 2020 年）與表 42（ 2020 年）可以發(fā)現(xiàn)隨著時間的推移調(diào)查區(qū)地下水的 TDS 與游離 CO2和 Mg2+、 HCO SO42離子的濃度有所升高，而 Ca2+、 K++Na+和 Cl離子的濃度有所降低。 中國地質(zhì)大學(xué) (北京 )2020 屆本科畢業(yè)論文 15 4. 1. 2 地下水化學(xué)類型 調(diào)查區(qū)大部分采樣點(diǎn)水化學(xué)類型為 CaMgHCO3 型，上莊村、張家莊、古道為CaMgHCO3SO4 型，龍門取樣點(diǎn)水化學(xué)類型出現(xiàn)異常為 NaSO4Cl 型，如圖 42 所示。說明了灰?guī)r（及白云巖）的溶濾是形成地下水化學(xué)成分的主要原因。淶源北部地區(qū)大部分取樣點(diǎn) Mg2+含量高于 Ca2+含量， Na+、 K+ 含量都很低。 圖 42 水化學(xué)類型三線圖（ 為北部地區(qū)， 為南部地區(qū)） 地下水化學(xué)特征由地下巖性、徑流速度、補(bǔ)給條件、排泄條件、地球水化學(xué)反應(yīng)特征、人類活動等因素決定 (尹詩琪 等 ., 2020)。通常情況下，地下水中的 HCOSO42 、 Cl和 TDS 從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)呈現(xiàn)增加的趨勢。調(diào)查區(qū) 北部地下水由四周中高山接受大氣降水補(bǔ)給流向中部盆地區(qū)，地下水中 SO4 Cl和 TDS 從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)除個別點(diǎn)異常外均逐漸升高， HCO3濃度沒有明顯變化。南部地區(qū)則以基巖裂隙水為主，各水質(zhì)指標(biāo)沒有明顯的變化規(guī)律。 4. 2 地下水化學(xué)演化分析 反向地球化學(xué)模擬是依據(jù)觀測到的水化學(xué)資料來確定系統(tǒng)中所進(jìn)行的水 巖反應(yīng)，目的是查找出地下水和不同礦物、氣體之間發(fā)生的復(fù)雜反應(yīng)狀況，在合理的條件下給予量化 (王小元 和 劉濤 , 2020)。 PHREEQC 是近年來開發(fā)的描述局部平衡反應(yīng)、動態(tài)生物化學(xué)反應(yīng)的水文地球化學(xué)模 擬軟件，并能夠成功地進(jìn)行溶質(zhì)運(yùn)移情況下復(fù)雜水化學(xué)反應(yīng)模擬。 為了定量地分析地下水水質(zhì)演化及其水中組分的來源，應(yīng)用 PHREEQC 軟件對水質(zhì)演化進(jìn)行了逆向模擬。模擬路徑為淶源北部地區(qū)的紅泉村 劉家嘴 水云鄉(xiāng)，所選樣品為補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)的代表樣品 (表 43)。其中紅泉村、劉家嘴機(jī)井揭露的含水層巖性為冶里組灰?guī)r，水云鄉(xiāng)為第四系松散巖類。 中國地質(zhì)大學(xué) (北京 )2020 屆本科畢業(yè)論文 16 表 43 樣品的水化學(xué)組分含量 (mg/l) 取樣點(diǎn) pH Ca2+ Mg2+ K+ Na+ Cl HCO3 CO32 SO42 F NH4+ NO3 紅泉村 7. 4 32. 3 40. 2 0. 72 0 4 240 0 29 0. 39 0. 03 1. 43 劉家嘴 8. 3 27. 9 46. 8 0. 76 0 6 233 8. 97 19. 1 0. 39 0. 06 5. 79 水云鄉(xiāng) 7. 4 46. 6 39. 9 2. 05 10. 4 21. 5 295 0 29 0. 33 0. 04 7. 22 飽和指數(shù)是確定水與礦物處于何種狀態(tài)的參數(shù)，以符號 “SI”表示。 SI=lg(IAP/K) 式中： SI：沉淀飽和指數(shù)； IAP：離子 活度積； K：特定溫度下礦物的溶度積常數(shù)。 SI0 表示水溶液中該種礦物處于不飽和狀態(tài)， SI0 表示礦物為過飽和狀態(tài)， SI=0表示礦物在水溶液中處于平和狀態(tài)。礦物相的飽和指數(shù)的計算可以顯示水中礦物溶解狀態(tài)，同時對反向模擬的進(jìn)行有重要參考意義。利用 PHREEQC 計算了紅泉村 劉家嘴 水云鄉(xiāng)三點(diǎn)水樣可能存在的礦物相的飽和指數(shù)（表 44）。由表 44 分析可知，水中 (硬 )石膏、螢石、 CO2(g)均未達(dá)到飽和。方解石、文石和白云石處于接近飽和和過飽和狀態(tài)。 表 44 由 PHREEQC 模擬計算的礦物飽和指數(shù) 礦物名稱 分子式 飽和指數(shù)（ SI) 紅泉村 劉家嘴 水云鄉(xiāng) 硬石膏 (Anhydrite) CaSO4 2. 68 2. 9 2. 57 文石 (Aragonite) CaCO3 0. 32 0. 69 0. 01 方解石 (Calcite) CaCO3 0. 17 0. 83 0. 13 CO2(g) CO2 2. 03 8. 96 1. 86 白云石（ Dolomite） CaMg(CO3)2 0. 1 2. 03 0. 55 螢石（ Fluorite） CaF2 2. 19 2. 23 2. 21 石膏 (Gypsum) CaSO4:2H2O 2. 46 2. 68 2. 35 模擬結(jié)果 (表 45)顯示，白云石與方解石的溶解與沉淀是造成該區(qū)水中 Ca2+、 Mg2+濃度變化的主要原因。氟含量變化應(yīng)歸因于巖土中的螢石。水中 pH 值的變化受到 CO2的溶解與析出的影響。紅泉村到劉家嘴含水層為冶里組灰?guī)r，地下水系統(tǒng)相對封閉。方解石沉淀使得水中 HCO3和 Ca2+濃度降低，石膏沉淀使得 Ca2+、 SO42濃度降低，白云石溶解使得 Mg2+濃度的升高。從劉家嘴到水云鄉(xiāng)段，地下水經(jīng)冶里組灰?guī)r 區(qū)到第四系松散巖類區(qū)而被抽取使用，水中礦物溶解也發(fā)生了改變。由于第四系含水層系統(tǒng)與大氣聯(lián)系相對緊密， CO2 能夠得到補(bǔ)充，水中溶解的 CO2 增加， HCO3濃度升高。方解石的溶解使得 Ca2+濃度升高。含 Na+、 Cl的礦物溶解和陽離子交換導(dǎo)致 Na+、 Cl濃度升高。 同時，通過已有的測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)， F在調(diào)查區(qū)出現(xiàn)富集，與 Na+、 K+、 Cl 、 SO42有很好的正相關(guān)性（相關(guān)系數(shù)大于 0. 9），與 Ca2+、 Mg2+、 HCO3呈負(fù)相關(guān)（相關(guān)系數(shù)小于 0. 6）。國內(nèi)外關(guān)于高氟水的研究表明，水化學(xué)類型與氟含量有密 切的關(guān)系。在堿性和高鹽度條件下，氟從含氟巖石礦物中溶出的強(qiáng)度增加。調(diào)查區(qū)內(nèi)取樣點(diǎn)地下水屬于中性偏弱堿性水，鹽度很低，同時由于 Ca2+、 Mg2+、 HCO3濃度很高，抑制了氟中國地質(zhì)大學(xué) (北京 )2020 屆本科畢業(yè)論文 17 離子的析出， F含量很低。但在龍門與張家莊地下水鹽度很高，出現(xiàn)了 F的富集。因此本區(qū)地下水中的高鹽度可能是氟含量較高的一個重要原因。利用 PHREEQC 對部分取樣點(diǎn)水化學(xué)組分存在形式的計算表明：本區(qū)氟主要以 F形式存在，占氟含量的 90%以上，還以 MgF+、 CaF+、 NaF 等形式存在。一些學(xué)者發(fā)現(xiàn) MgF+和地方氟病的發(fā)病率相關(guān)性比總 F的相關(guān) 性更顯著，且 MgF+含量與 Mg2+濃度呈正相關(guān)關(guān)系，因此在地下水鹽度高且 Mg2+含量也相對較高的地區(qū)應(yīng)予以關(guān)注。 表 45 由 PHREEQC 模擬計算的礦物溶解和沉淀量 礦物名稱 分子式 礦物溶解（ +）和沉淀（ ）（ mol/l） 紅泉村 → 劉家嘴 劉家嘴 → 水云鄉(xiāng) 石膏 (Gypsum) CaSO4:2H2O 7. 56E05 1. 03E04 黑云母 (Biotite) KMg3AlSi3O10(OH)2 1. 03E06 3. 30E05 螢石 (Fluorite) CaF2 7. 35E10 1. 58E06 CO2(g) CO2 4. 33E03 5. 58E03 方解石 (Calcite) CaCO3 1. 24E04 7. 81E04 白云石 (Dolomite) CaMg(CO3)2 8. 56E05 1. 25E04 斜長石 (Plagioclase) Na0. 62Ca0. 38Al1. 38Si2. 62O8 3. 27E06 1. 05E04 鈣 蒙脫石 (CaMontmorillon) Ca0. 165Al2. 33Si3. 67O10(OH)2 1. 50E06 4. 82E05 NaX NaX 2. 03E06 5. 18E04 CaX2 CaX2 1. 01E06 2. 59E04 因此認(rèn)為影響研究區(qū)地下水水質(zhì)演化的因素主要有兩個：研究區(qū)內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造和含水層巖性。地質(zhì)構(gòu)造控制著地下水流場；含水層巖性控制著參與水 巖反應(yīng)的礦物。氮元素主要是通過農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動進(jìn)入地下水環(huán)境中。人類生產(chǎn)活動也造成了局部 pH值、硫酸根離子濃度和氯離子濃度異常。 中國地質(zhì)大學(xué) (北京 )2020 屆本科畢業(yè)論文 18 5. 結(jié)論 與建議 結(jié)論 淶源盆地本身就是一個較為封閉 的地下水系統(tǒng)。根據(jù)淶源盆地地下水補(bǔ)給、徑流和排泄的特點(diǎn)，將淶源盆地地下水系統(tǒng)分為兩個亞含水系統(tǒng)，分別為孔隙水含水系統(tǒng)和裂隙溶隙水含水系統(tǒng)。二者之間存在著水力聯(lián)系，能夠進(jìn)行相互補(bǔ)給。 通過對淶源盆地內(nèi)地下水的采樣分析， 認(rèn)為影響研究區(qū)地下水水質(zhì)演化的因素主要有兩個：研究區(qū)內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造和含水層巖性。地質(zhì)構(gòu)造控制著地下水流場；含水層巖性控制著參與水 巖反應(yīng)的礦物。氮元素主要是通過農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動進(jìn)入地下水環(huán)境中。 將 2020 年與 2020 年的水質(zhì)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)在調(diào)查區(qū)內(nèi)地下水的 TDS、 Mg2+、 HCOSO42離 子的濃度有所升高，而 Ca2+、 K++Na+和 Cl離子的濃度有所降低。 建議 通過對本區(qū)進(jìn)行的水文地質(zhì)調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段本區(qū)水資源存在諸多問題需抓緊解決。在此提出幾點(diǎn)建議： 建立完善的水位、水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)。 禁止新建、擴(kuò)建開采地下水的建設(shè)項目。對已有開采項目，要限量開采。投資建設(shè)污水處理廠。 關(guān)閉自備井，規(guī)劃新的水源地，對工業(yè)區(qū)進(jìn)行規(guī)劃。 加強(qiáng)節(jié)水宣傳工作， 推進(jìn)節(jié)水型社會的建設(shè)。 中國地質(zhì)大學(xué) (北京 )2020 屆本科畢業(yè)論文 19 致 謝 轉(zhuǎn)眼間大學(xué)四年的生活即將結(jié)束，回想起來大學(xué)生活是那樣的美好 ，在某些程度上自己任然沒有充分利用好這四年的時間， “學(xué)海無涯 ”，等到結(jié)束的時候才能發(fā)覺自己的渺小，還有好多東西沒有學(xué)到、領(lǐng)悟，但畢竟大學(xué)四年使我在生活上，學(xué)習(xí)上，思想上有了質(zhì)的飛躍。因此，我向所有關(guān)心和幫助過我的老師、同學(xué)、朋友和親人，致以最誠摯的謝意。 這篇論文是我本科四年的總結(jié)和積累，在此呈現(xiàn)。此文得以完成，要感謝我的導(dǎo)師畢二平 教授的耐心指導(dǎo)，感謝研究生 馬劍飛耐心教會我學(xué)習(xí)工作方法。 感謝我的親人，在你們的支持和呵護(hù)下是我能進(jìn)入地質(zhì)大學(xué)，并且順利完成學(xué)業(yè)，是我精神的支柱。 感謝在百忙之中參與評閱論文和參 加答辯的各位專家。 感謝中國地質(zhì)大學(xué)（北京），感謝水資源與環(huán)境學(xué)院，你們?yōu)槲覄?chuàng)造并提供了如此優(yōu)越的學(xué)習(xí)環(huán)境，使我度過這段美好的大學(xué)生活。 中國地質(zhì)大學(xué) (北京 )2020 屆本科畢業(yè)論文 20 參考文獻(xiàn) [1]阿里木吐爾遜 ,2020,壩基巖 水化學(xué)作用的水文 地球化學(xué)模擬 :大壩與安全 ,+15. 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