青藏高原北部典型冰川流域化学风化研究

青藏高原生态环境对气候变化的响应是全球变化研究关注的重点问题。地表风化与气候变化之间具有紧密的联系,因此对冰川流域硅酸盐岩风化以及黄铁矿氧化进行定量研究可为理解高原气候变化提供关键性认识。本文以青藏高原北部祁连山典型冰川流域—老虎沟流域为研究对象,通过分析流域河水及降水的水化学和氢氧同位素,研究了冰川径流来源,河流溶质来源以及水文条件对溶质的影响,流域化学风化速率以及黄铁矿氧化对化学风化碳汇效应的影响。利用同位素径流分割得到地下水、冰川融水以及大气降水对冰川径流的贡献分别为18.2%、58.3%和23.5%,并进一步通过溶质产生模型讨论了冰川河流量对溶质的影响。通过反演模型计算得到碳酸盐岩、硅酸盐岩、蒸发岩和降水对河水阳离子的贡献分别为59.1%、20.1%、8.3%和12.5%,蒸发岩、降水和融雪、黄铁矿对SO₄^2-的贡献分别为14.4%、8.0%、77.6%。最终估算得到碳酸盐岩和硅酸盐岩的风化通量分别为50.8 g/s和7.8 g/s,相应的CO₂吸收速率分别为24.4 t/(km²a)和5....     

赣江上游河流水化学的影响因素及DIC 来源

对赣江上游38 处水体采样点的水化学特征和溶解无机碳稳定同位素的分析, 发现其总溶解质浓度较低, 其中, 阳离子以Na⁺、Ca²⁺ 为主, 阴离子以Cl^- 和HCO₃ ^- 为主, Si 的浓度较高, 表征了典型硅酸盐地区河流的水化学组成特征。通过海盐校正分析得出, 研究区大气降水对河水溶解质的贡献率为11.5%, 扣除降水的贡献部分, 利用主成分分析的方法, 计算得出赣南流域受硅酸盐岩风化作用强烈, 同时由于受附近盐矿的影响, 蒸发盐岩的风化作用显著。另外, 根据δ¹³C 溶解无机碳DIC 的测量值约为-8.35‰~-13.74‰, 平均为-11.65‰, 利用质量平衡计算得出, 研究区DIC 的主要来源, 约68.5%来自于土壤CO₂, 31.5%来自于碳酸盐矿物的溶解, 进而得出流域岩石化学风化过程消耗的土壤CO₂ 为2.11×105 mol/yr·km², 来自碳酸盐本身的HCO₃ ^-含量为9.6×104 mol/yr·km²。由于地理位置和流域环境以及人为因素的差异, 各支流DIC 来源的比例亦有所差异。     

玉龙雪山周边典型河流雨季水化学特征分析

2009 年5~10 月在玉龙雪山周边典型小流域白水河、三束河、哥吉河采集河水样品,水化学分析结果表明,三条河流河水均呈现弱碱性,主要离子组成表现为富集Ca²⁺+Mg²⁺和HCO₃^-+SO₄^2-,且以Ca²⁺和HCO₃^-为主,各类离子存在显著季节变化。离子来源分析表明,玉龙雪山周边小流域河水雨季主要受降水和岩石风化影响,大气降水对河水主要常规离子Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-的贡献率为分别为23.44%,9.66%,3.10%,17.81%,10.48%。研究区碳酸盐岩的风化产物是河水离子组成的主要控制因素。     

龙滩水库表层水体CO_2分压和水化学特征

为了探究喀斯特地区岩溶水库水体化学特征和CO_2源/汇机制,于2016年7月16日和2017年1月7日,在龙滩水库采集了水样,测定水样的理化指标,计算水体CO_2分压和CO_2扩散通量。研究结果表明,在2016年7月16日(丰水期),表层(0～20 cm深度)水体CO_2分压为64.50～294.22 Pa,平均值为171.48 Pa;在2017年1月7日(枯水期),表层水体CO_2分压为339.72～575.05 Pa,平均值为466.77 Pa。在7月16日,水体CO_2分压分别与电导率和总溶解固体物含量显著正相关,在1月7日,其与碱度显著正相关;在两个采样日,水体CO_2分压都分别与pH、氧化还原电位显著负相关。丰、枯水期的水体CO_2分压都处于过饱和状态,水体CO_2向大气中迁移,即此时水体为大气CO_2的源。在7月16日,水库中水体CO_2扩散通量为2.73～28.95 mmol/(m~2·d),平均通量为14.94mmol/(m~2·d);在1月7日,其为34.16～61.61 mmol/(m~2·d),平均通量为49.07 mmol/(m~2·d)。     

贡嘎山海螺沟水化学主离子特征及其控制因素

在系统采集贡嘎山海螺沟水样的基础上,综合运用描述性统计、相关性分析、Gibbs图、阴阳离子三角图和主成分分析法,对水化学主离子特征及其控制因素进行了分析。结果表明:Ca2+和HCO3-分别平均占阳、阴离子总量的78.63%和67.28%;源头区总溶解固体含量(TDS)与雨水的含量相当,全流域TDS平均值为128.36 mg/L;海螺沟流域水化学类型为Ca2+—HCO3-。在源头区,由于冰雪融水对径流量补给量较大,大气降水的输入作用对源头区水体化学离子的组成具有一定的影响。从全流域看,岩石的化学风化是海螺沟水化学主离子来源的主要控制因素,蒸发-结晶和大气降水的作用影响较小。而碳酸盐岩的风化则是海螺沟流域岩石风化的主要类型。     

珠江三角洲滨海小流域离子化学特征及来源分析

在分析中山大学滨海小流域水循环综合试验基地内雨水、河水和地下水离子组分的基础上,讨论了该小流域内水体离子化学组分的特征及来源。结果显示:①河水中TDS变化范围为28.97～44.64 mg/l,平均值为33.90 mg/l;在离子化学组成中,阳离子以Na++K+为主,阴离子以Cl-和HCO3-为主;雨水中TDS的变化范围为0.88～26.07 mg/l,平均值为8.42 mg/l,离子含量变化幅度较大;地下水TDS变化范围为39.49～113.16 mg/l,均值为58.11 mg/l,约为流域河水的2倍,雨水的7倍;②海盐沉降中Ca2+、Mg2+、Na+、K+、SO42-的贡献率:雨季分别为6%、60%、47%、2%和15%,旱季分别为3%、41%、54%、2%、9%;③硅酸盐风化中,雨季:(Ca/Na)sil=0.31,(Mg/K)sil=0.21;旱季:(Ca/Na)sil=0.36,(Mg/K)sil=0.27;CO2消耗率为12.4 t/(km2.a);④河水中的NO3-和(SO42-)res主要来源于大气酸沉降,且具有旱季含量低、雨季含量高的特点;⑤R1潜水井受到一定程度的NO3-污染,NO3-的...     

慕士塔格山卡尔塔马克冰川补给径流与非冰川补给径流水化学特征及主控因素研究

2016年7~8月对慕士塔格山卡尔塔马克冰川补给径流与非冰川补给径流进行了采样分析,通过统计分析、主成分分析、Piper图、Gibbs图、正演模型等方法分析了冰川补给径流和非冰川补给径流的水化学特征及其主控因素。结果表明：冰川补给径流和非冰川补给径流两种水体均呈碱性,水化学类型皆为Ca²⁺-SO₄^2--HCO₃^-,但冰川补给径流和非冰川补给径流的pH值、EC和TDS均存在显著差异（p<0.05）,主要离子浓度间均存在极显著差异（p<0.01）。冰川补给径流中所有离子具有同源性,而非冰川补给径流NO₃^-显示出与其它离子来源不同。正演模型结果显示,大气输入、硅酸盐风化、碳酸盐风化和蒸发岩溶解对冰川补给径流和非冰川补给径流中离子浓度的贡献率分别为10.47%、0.55%、65.61%、23.37%和1.52%、19.57%、60.37%、18.54%。在冰川补给径流中,碳酸盐风化对径流中离子浓度的贡献占主导地位,蒸发岩溶解占次要地位;在非冰川补给径流中,碳酸盐风化亦占主要支配地位,而硅酸盐风化占次要地位。两者差异的原因是硅酸盐风化相比蒸发岩溶解更难进行,冰川补给径流中水岩相互作用时间较短,故硅酸盐风化贡献率较低;而非冰川补给径流经过更充分的水岩相互作用,故硅酸盐风化贡献率较高。其成果可为西部地区水资源管理应用提供参考。     

北疆地区的水化学组成特征及其影响因素

流域尺度上的水化学组成特征和来源会受到何种因素的影响和限制,是研究区乃至全球环境变化的焦点问题,需要综合考虑不同地表要素和环境下的天然水体来揭示其答案。本文选择北疆地区的三大水系（伊犁水系、准噶尔水系、额尔齐斯水系）开展水化学组成研究,以期认识中亚造山带中部干旱环境下典型水系的水化学组成特征、成因及其影响因素。本研究利用已采集的北疆三大水系天然水样品及其水化学组成分析数据,同时系统收集了北疆及其周边地区文献资料,并与其他中纬度地区和国际典型气候带地区进行了综合对比。综合数据分析结果表明,北疆水系的河流溶解性固体总浓度（TDS值）普遍高于中国季风区和湿润地区河流,也高于世界平均水平;水体的主要阴阳离子分别以Ca²⁺和HCO₃^-占主导地位;主量离子间相对浓度与中国东部季风区河流类似,也与世界大部分以碳酸盐岩风化为主导的河流相似。岩石风化作用在水化学成因上对北疆大部分地区都占据主导地位;进一步定量的结果发现,不同来源对天然水溶质贡献量大小的顺序为：蒸发岩溶解>碳酸盐岩风化>硅酸盐岩风化>大气降水,证明了蒸发岩溶解和碳酸盐岩风化的主导地位。对比硅酸盐岩风化与碳酸盐岩风化,北疆水系的中低地形区硅酸盐岩影响更大,海拔较高的山地地区则碳酸盐岩影响更大。区域降水、水热组合、径流、岩性等因素都对水化学过程产生重要的影响,但与温度的关系不明显,与流域物理侵蚀过程及其季节变化等的关系尚不明确,需要开展进一步的研究工作。     

蒙古国中北部地表水离子化学特征及其主要成因北大核心CSCDCSSCI

资料匮乏区地表水化学特征调查是区域环境研究的基础,也是识别气候变化、地质构造等环境因素与径流过程相互作用的有效途径。基于2013年和2014年实测的离子化学数据,利用Gibbs相关分析及离子关系对比等经典地质化学分析方法,对蒙古中北部主要湖泊和河流离子化学特征及其主要控制因素进行分析。结果表明:该地区地表水体呈弱碱至碱性,河水中TDS平均值约为114.0 mg/L,并具有明显的空间差异。Ca^(2+)和HCO_3^-普遍为该区地表水体中的优势离子;地表水体中离子主要来源于岩石风化过程,且以碳酸盐和硫酸盐矿物的风化作用最为强烈。该区目前地表水体水质呈良好状态,但硝酸盐呈一定的积累态势,因此人类活动对该区域水质的影响需要引起高度重视。     

柴达木盆地西北部库拉木勒克萨伊河—阿拉尔河流域水化学特征分析

运用水文地球化学常用分析方法,对柴达木盆地西北部库拉木勒克萨伊河—阿拉尔河流域进行了系统研究,分析了河水中主要离子特征、控制机制及其来源。结果表明:该流域为低矿化度、天然弱碱性淡水;河水类型主要为重碳酸盐型水,部分为氯化物型水;河水中主要离子的化学特征受控于岩石风化作用,流域蒸发作用逐渐显露,阿拉尔河蒸发作用较明显。河水中主要离子来自于岩盐、钾盐、硬石膏、白云石和方解石的风化溶解,并且受到少量溶解于河水中硅酸盐矿物的影响。     

蒙古国中北部地表水离子化学特征及其主要成因

资料匮乏区地表水化学特征调查是区域环境研究的基础,也是识别气候变化、地质构造等环境因素与径流过程相互作用的有效途径。基于2013年和2014年实测的离子化学数据,利用Gibbs相关分析及离子关系对比等经典地质化学分析方法,对蒙古中北部主要湖泊和河流离子化学特征及其主要控制因素进行分析。结果表明:该地区地表水体呈弱碱至碱性,河水中TDS平均值约为114.0 mg/L,并具有明显的空间差异。Ca~(2+)和HCO_3~-普遍为该区地表水体中的优势离子;地表水体中离子主要来源于岩石风化过程,且以碳酸盐和硫酸盐矿物的风化作用最为强烈。该区目前地表水体水质呈良好状态,但硝酸盐呈一定的积累态势,因此人类活动对该区域水质的影响需要引起高度重视。     

西藏纳木错东部湖水及入湖河流水化学特征初步研究

对西藏纳木错东部湖区中不同点位的湖水和周边不同位置的入湖河流进行取样,水化学分析结果表明:在主要阴阳离子组成中,Na+和Ca2+分别是湖水和河水的主要阳离子,分别占其阳离子总量的72.4%和71.9%.而湖水和河水的主要阴离子都是Hco3-,分别占其阴离子总量的71.9%和91.2%.从水化学的控制影响因素来看,纳木错湖水主要受蒸发-结晶作用控制,而河水则主要受岩石风化作用影响,其中碳酸盐和硅酸盐的风化影响最为重要,其次是部分蒸发岩的溶解,而区域内湖水蒸发与大气海盐传输也有一定的贡献.     

基于稳定同位素的海河源区地下水与地表水相互关系分析

对海河流域源区的丰、枯水期降水、地下水、河水进行取样测试,分析了海河源区不同水体氢氧稳定同位素组成及水化学的时空分布特征,同时运用同位素二元混合模型对典型采样点地表水地下水间的相互作用进行了定量分析。结果表明：① 丰水期地下水及地表水δD和δ¹⁸O及总溶解性固体(TDS）表现出显著的空间差异性,而枯水期只有地下水的同位素组成及水化学特性表现出空间差异。②研究区的地下水水化学类型以Ca-HCO₃·SO₄、Ca-HCO₃型为主,丰水期河水与地下水化学类型较为相似,枯水期地下水化学类型与同时期的河水及大气降水的水化学类型存在显著的差异,说明枯水期地表水与地下水之间的转化关系不明显。Gibbs分析结果表明,控制海河源区水体化学性质的主要影响为岩石风化作用。③枯水期地下水受其他水体影响较弱,而丰水期河水及大气降水对地下水具有显著的补给作用,3个源流区中西源的地表河水对地下水影响最显著。     

塔里木河流域地表水水化学空间特征及控制因素研究

通过对塔里木河流域地表水主要离子浓度及矿化度(TDS)的检测,分析其水化学空间特征及控制因素。研究表明:塔里木河流域地表水体中阳离子以Na+为主,阴离子以Cl-+SO42-为主。水化学组成通过层序聚类分析(HCA)分为4种水化学类型:阿克苏河、和田河、开都河水化学类型分别为Ca-Mg-SO4-HCO3、Na-Mg-SO4-HCO3、Mg-Ca-HCO3型,塔里木河水化学类型自上而下由Ca-Mg-SO4-HCO3向Na-Mg-Cl-SO4转化。研究区水化学受岩石风化控制:阿克苏河、和田河受碳酸盐岩风化控制,同时硅酸盐岩风化作用明显;开都河受控于碳酸盐岩风化;塔里木河上游受石膏和泻盐风化控制,下游受岩盐和泻盐风化控制。研究还发现塔里木河中下游河水因蒸发产生的TDS增加量非常显著。     

新疆喀什河流域水化学时空变化特征及灌溉适应性评价

喀什河是伊犁河的三大支流之一,了解流域水质状况对于伊犁地区生态保护具有重要意义。通过分析喀什河流域水化学组成及其成因,并以此为基础对河流进行灌溉适宜性评价。通过2018年7月—2021年7月期间采集喀什河河水水样289组、泉水水样5组、井水水样30组,应用数理统计、Piper三线图、Gibbs图、离子比例关系等方法,探讨了喀什河流域水化学的时空变化特征和控制因素,并采用USSL图、Wilcox图对河水进行灌溉适宜性评价。结果表明：（1）喀什河流域各水体均呈现弱碱性,井水和泉水的溶解性总固体及电导率（EC）略大于河水,各水体水化学类型均为Ca2+-HCO3-型。（2）岩石风化是流域内各水体离子来源的主要控制因素,且各水体离子来源主要受碳酸盐岩风化作用的影响。（3）河水离子质量浓度短时间序列平缓变化表明,2018—2021年干流离子浓度因冰雪融水和降水的稀释作用强弱而变化,4—7月较低,8月—次年3月较高;空间变化上离子质量浓度随海拔的增加而降低。（4）河水的水质为优秀,可直接用作灌溉用水,但2021年的EC略有上升的趋势。研究结果可为喀什河谷水资源可持续利用、科学开发治理提供依据。     

天山哈密榆树沟流域春洪期水化学特征及其控制因素研究

2013年4月26日-5月2日,逐日采集哈密榆树沟流域下游榆树沟水文站点的河水样。综合运用描述性统计、相关性分析、Gibbs图、阴阳离子三角图示法,对主要的化学离子、pH值、电导率EC、总可溶性固体TDS进行了分析。结果表明:榆树沟流域春洪期径流水体呈弱碱性;HCO3-、Ca2+是阴、阳离子中最主要的离子,Ca2+质量浓度占阳离子总数的74.31%,HCO3-质量浓度占阴离子总数的82.07%;水化学类型为HCO3--Ca2+;径流中主要离子组成、TDS、EC、pH值受即时径流量的调节作用不大,岩石的风化作用是水化学主要离子来源的主要控制因素,其中主要来源于石灰岩等碳酸盐岩的风化。     

陕西黑河流域地下水水化学特征

2017年在秦岭黑河流域7个采样点进行地下水样品采集。通过综合分析、Gibbs图、Piper三角图、主要离子比值法、主成分分析法得出黑河地下水化学成分的特点、水化学类型及其成因。结果表明：阳离子的主要组成成分是Ca²⁺，HCO₃^-是阴离子的主要组成成分，黑河流域地下水化学类型为HCO₃^-- Ca²⁺和SO₄^2--HCO₃^--Ca²⁺型。Gibbs图分析得出该地下水化学离子组成受岩石风化作用控制；Piper三角图、主要离子比值法、主成分分析及相关分析表明，地下水化学组分主要受方解石、白云岩等碳酸盐岩矿物的风化溶解，同时伴有硫酸溶解碳酸盐岩，受硅酸盐岩的溶解控制作用较小。     

流域化学风化与河流水化学研究综述与展望

工业革命以来大气CO2浓度不断上升,其源汇机制和时空变化成为学界关注的焦点。岩石特别是硅酸盐类岩石的化学风化是全球生物地球化学循环的重要碳汇。控制化学风化速率的因素较为复杂,各因素作用的机理和重要性还不完全明确。源于人类排放的H2SO4普遍参与到化学风化过程中,这加快了流域化学风化的速率,但这一过程对碳汇效应的影响机理尚缺乏足够的研究。当前河流水化学研究中用来判断河水化学类型及离子来源的方法可分为定性和定量两类,前者有Gibbs图法、三角图法和端元图法等;后者包括质量平衡法和同位素示踪法等。目前对影响流域化学风化速率因素的研究多侧重于对单一环境要素与风化速率之间响应关系的分析,在今后的研究中有必要介入更为严谨的数理统计方法;有关硫酸参与流域化学风化过程的研究成果还较少,随着酸雨现象日趋严重,这一课题的重要性日渐突出;在短时间尺度上碳酸盐岩化学风化的碳汇效应不可忽视,今后应加强对其研究。     

祁连山浅山区降水化学的环境意义北大核心CSCD

通过连续收集降水样品对祁连山浅山区民乐县大气降水特征及水汽来源进行研究,运用相关分析和主成分因子分析,探讨了2013年5月27日至2014年7月7日祁连山民乐地区降水常量离子的化学特征。结果表明:研究时段内降水离子浓度由大到小依次为Ca^(2+)>SO_4^(2-)>NH_4^+>Cl^->Na^+>NO_3^->Mg^(2+)>K^+,其中Ca^(2+)和SO_4^(2-)是高浓度离子,阳离子总浓度远远高于阴离子总浓度。降水pH平均值为7.44,降水电导率的变化范围为4.0μs·cm^(-1)~940.0μs·cm^(-1),平均值为167.93μs·cm^(-1)。Ca^(2+)离子和SO_4^(2-)离子分别占阳离子和阴离子总浓度的47%和44%。各阴阳离子随季节变化表现出明显的波动趋势,冬、春季节降水极少时阴阳离子浓度较高,而在夏季降水较多时各离子浓度较低。冬春季频繁的沙尘暴活动造成大气陆源气溶胶浓度升高,且该时段降水量少,因此降水离子浓度升高。相关分析和主成分因子分析结果表明,祁连山浅山区民乐县的降水化学离子主要来源于陆源物质,农业生产和人类活动产生的气溶胶是次要来源。     

黑河流域水体化学特征及其演变规律

通过对干旱地区内陆河流域黑河的降水、地表水、地下水样的水体进行化学分析, 得出以下初步的结论: 大气降水的共同特征是矿化度低, 但离子含量和化学组成在流域上、中、下游不近相同; 地表水体化学特征分异规律为高山冰雪寒冷带、高山草甸带、山地森林灌丛带、山地草原带、荒漠草原带; 地下水体化学特征分异规律为山区裂隙水及山前砾石带重碳酸盐带, 山前冲、洪积、湖积平原硫酸盐带, 荒漠区及积盐洼地氯化物带。