典型华北型煤矿区主要充水含水层水文地球化学特征及控制因素

地下水形成、演化过程中控制因素不同所造成的水化学组分的差异性是矿井涌水水源识别的基础,为揭示矿井主要充水含水层水化学作用及控制因素,以位于太行山东麓的典型华北型煤矿区——鹤壁矿区为研究对象,采用统计分析、Piper三线图、Gibbs图、离子相关性分析与主成分分析法对矿区122个地下水水化学资料进行了分析研究。结果表明鹤壁矿区主要充水含水层中地下水的化学组分主要受岩石的风化作用控制。奥灰水主要水化学类型为HCO_3-Ca·Mg型,水中Ca~(2+)、Mg~(2+)主要来自碳酸盐岩(方解石和白云石)的溶解。二灰水主要水化学类型为HCO_3·SO_4-Ca·Mg型或SO_4·HCO_3-Ca·Mg型,其中Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-的主要来源于碳酸盐岩的溶解,SO_4~(2-)来自硫酸盐岩的溶解作用和黄铁矿的氧化作用。砂岩水主要水化学类型为HCO_3-Na型,Na~+、Cl~-与HCO_3~-主要来自盐岩的溶解和硅酸盐矿物的风化作用。八灰水既有HCO_3-Ca·Mg型和HCO_3·SO_4-Ca·Mg型,也有HCO_3-Na型,Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_~3-和SO_4~(2-)的来源与二灰水一致,Na~+和Cl~-可能来自盐岩的溶解作用以及砂岩水与八灰水的混合作用。     

基于层次聚类法的柳江煤矿对地下水水质影响分析

煤矿开采过程中的矿井涌水与人为疏水均在不同程度上改变区域地下水循环模式,最终改变地下水水质。以柳江盆地地下水为研究对象,基于层次聚类分析与离子比例法探讨柳江煤矿对当地地下水水质的影响。利用层次聚类分析可将地下水分为三类(A、B、C类),三类水主要阳离子均为Ca~(2+)、Mg~(2+)。A类水阴离子以SO_4~(2-)为优势阴离子,最高达707.3 mg/L,主要沿盆地中心煤系地层分布;B类水以HCO_3~-为主要阴离子,分布于盆地东西两侧;C类水以较高的NO_3~-为特征,最高达537.2 mg/L(以NO_3~-计),集中分布于盆地南部花岗岩-变质花岗岩出露区。离子比例法与Q型聚类分析探讨水中SO_4~(2-)及其他主要化学成分,表明地下水中SO_4~(2-)主要来自煤系地层中硫化矿物的氧化作用,通过顶底板导水裂隙进入其他含水层,同时促进含水层中的溶滤作用与阳离子交替吸附作用。NO_3~-含量高的C类水除了其本身引起的水质恶化以外,一旦进入封闭含水层,可在还原状态下作为氧化剂促进硫化矿物的氧化作用,从而可能进一步引起地下水水质的恶化。     

池州西南地区地下水质量与污染

利用池州西南地区水文地质调查工作所取得的数据,采用单因子评价法和综合质量评价法进行地下水质量与污染评价。评价结果显示,潜水含水层Ⅳ类水占85%,Ⅴ类水占15%;承压含水层Ⅳ类水占26%,Ⅴ类水占74%,均无可直接饮用(Ⅰ-Ⅲ类水)的地下水。该区潜水及承压水层大部分( 95%)受到了中度及重度污染,其中潜水层主要受到硝酸盐、亚硝酸盐和氨氮污染,而承压水层主要超标指标为铝、铁等。池州市西南地区地下水污染形势较为严峻,应尽快完成地下水污染防治规划,有效保护池州市地下水资源与环境。     

坪桥工业矿废渣影响下的典型裸露型岩溶水文地球化学特征与控制因素研究

岩溶水是贵州省生产、生活及城市发展的重要资源保障。贵州省丰富的锰矿开采对岩溶水水质安全构成了较大威胁。本文以坪桥工业园区工业废渣堆场为主要研究对象。在历史资料收集的基础上,通过野外现场水文地质和在水文地球化学调查、环境分析、环境监测以及环境地球化学分析的基础上,利用水化学分析技术,结合Piper三线图分析、离子组合比、Gibbs图分析和环境模型等方法,对坪桥工业园区的水文地球化学组分和污染特征进行了分析研究,研究结果表明:(1)工业矿废渣对左侧地下河的影响较大,SO_4~(2-)是地下水TDS的主要贡献者,是水体中的主要阴离子之一;(2)在碳酸盐地质背景下,受工业矿废渣的影响,水体化学类型呈多元化,区域内多数水体的水化学类型由最初的HCO_3~--Ca~(2+)型演化为SO_4~(2-)-Mg~(2+)、Ca~(2+)型;(3)研究区水体的水化学组成、变化及起源机制具有一致性,主要受岩石矿物风化溶解的控制,但地下水和部分地下河出口水的SO_4~(2-)、Ca~(2+)和Mg~(2+)可能有其他来源。     

白于山以北潜水含水层野外弥散试验研究

建立地下水溶质运移模型,对地下水中污染因子的运移扩散情况进行预测,是对地下水进行保护和对地下水污染进行控制的关键。地下水溶质运移模型中弥散参数对模型预测结果的精度和准确性有着至关重要的作用。对陕北白于山以北地区潜水含水层污染水体的运移规律进行分析,采用径向收敛流水动力弥散理论方法进行潜水含水层的弥散试验,计算场地潜水含水层的弥散参数。研究结果表明:计算得到的纵向弥散度(a_L)为0.58 cm,横向弥散度(aT)经验推断值为0.116 cm。研究结果可为该地区进一步建立地下水溶质运移模型和制订有效的地下水污染防治措施提供数据参考。     

兖州煤田奥陶系灰岩地下水水化学特征及其形成机理

鲁西南兖州煤田的奥陶系灰岩地下水对煤田深部煤炭开采具有潜在的水害威胁,且为研究区的主要供水水源之一,其水化学特征及形成机理分析,可为该区深部煤炭开采水害防治和地下水资源利用提供依据。经过目的层水样的采集与测试可知,地下水水化学类型以SO_4-Ca-Mg型为主,SO_4~(2-)含量为537~2 296 mg/L,Ca~(2+)和Mg~(2+)的平均含量分别为455.7 mg/L和116.6 mg/L,TDS的范围为961~3 555 mg/L,pH值为6.9~8.0。Ca~(2+)和SO_4~(2-)随TDS的增加而增加,呈良好线性关系,推断TDS的增加主要来自Ca~(2+)和SO_4~(2-)的贡献。由饱和指数(SI)可知,地下水中的白云石和方解石均处于过饱和状态,而绝大部分的水样的石膏饱和指数均小于0,处于不饱和状态。石膏的饱和指数与地下水中TDS呈正相关关系。这些结果表明,在该含水层中地下水运移过程中不断发生水岩相互作用,主要包括石膏溶解、白云石和方解石沉淀或溶解、离子交换等反应。     

延安吴起县地下水中Cr~(6+)分布规律及来源探讨

在严重缺水的陕北吴起地区,白垩系地下水中Cr~(6+)严重超标,其为原生地质环境所致,还是石油开采等污染引起,不能确定,直接影响着该区地下水资源的开发利用。通过专项水文地质调查,系统地采集分析了岩(土)、水样及石油样品,总结分析了该区Cr~(6+)的来源与富集规律。研究结果表明,吴起地区地下水中Cr~(6+)主要来源于区内含水层上覆的土层,其白垩系地下水中Cr~(6+)含量受控于地质结构及地下水循环。大气降水在入渗过程中通过水岩作用将土层中Cr元素带入地下水中,在地下水循环过程中受到氧化还原环境影响富集于不同含水系统中,使得地下水中Cr~(6+)不同程度超标。     

内蒙古程家营盆地地下水水文地球化学特征及其成因

通过水文地质调查、水样采集,结合地下水流动系统、吉布斯图、Piper三线图,对程家营盆地地下水水化学特征进行研究;结果表明,该区地下水呈弱碱性,水质较好,TDS、COD浓度较低,水化学类型为HCO_3-Ca;F~-、Mg~(2+)主要受物质来源和山泉水影响;受水-岩相互作用影响,地下水Na~+、Cl~-、HCO_3~-沿地下水径流方向逐渐升高;SO_4~(2-)、K~+表现出沿地下水径流方向逐渐降低趋势;河流沿岸阶地区域地下水径流速度慢、水位埋深浅,受蒸发浓缩作用影响较强形成高TDS地下水;Ca~(2+)离子随受水温和SO_4~(2-)离子浓度升高而降低。程家营盆地地下水水化学特征研究成果,对该区地下水资源的管理、保护以及可持续开发具有重要意义。     

基于“层级阶梯评价方法”的地下水质量与污染评价：以铜川市为例

掌握区域地下水质量及污染状况,对于地下水污染防治、地下水资源保护与管理具有重要作用,尤其是对西部内陆干旱区地下水资源尤为重要。本研究针对陕西铜川市地下水进行了系统采样,通过分析常规指标、无机毒理指标、微量有机指标,利用"层级阶梯评价方法"进行了地下水质量与污染评价。水质评价表明,2011年铜川市浅层水水质相对较差,可作为饮用水源或经适当处理后可做饮用水源的样品占样品总数的60%,不宜作为生活饮用水源的样品占40%。浅层水质量受天然背景和人类活动的共同影响,主要影响指标为总硬度、NO_3~-、TDS、Mg~(2+)、SO_4~(2-);深层水水质相对较好,所有采样点均可作为饮用水源。深层水主要受天然背景影响,主要影响指标为Fe。污染评价表明,浅层水污染等级为1级、2级、3级、4级的样品分别占样品总数的44%、16%、32%、8%,污染主要分布在金锁关以南至川口以北的漆水河河谷地带;而深层水污染等级全部为1级,尚未受到人类污染影响。相比其他评价方法,层级阶梯评价法在区分天然背景和污染对地下水水质影响方面具有明显优势,结合区域背景分析和现场调查认识,能够成为科学掌握地下水水质及污染状况的有效手段。     

纳林河矿区深埋型煤田综合水文地球化学特征研究

为查明纳林河矿区深埋型煤田的矿井水文地球化学特征,开展了各含水层的无机水化学、环境同位素和有机水化学综合研究,结果表明:地表水体和第四系中矿化度均较低,以HCO_3和Ca离子为主,白垩系洛河组水中SO_4和Na离子浓度略有升高,侏罗系含水层中矿化度则显著增加,属于S_O4-Na型水,表明随着地下水埋深的逐渐加大,矿化度逐渐变大,主要离子成分也逐渐增加,水化学类型表现出HCO_3-Ca·Mg→HCO_3-Na→SO_4-Na的变化规律。地表水体中δ~(18)O普遍高于-8.5‰,较富集重同位素,反映地表水受到较强烈的蒸发作用影响;井下水样中δ~(18)O普遍低于-8.5‰,多表现贫重同位素,δD、δ~(18)O值均较低,为深部弱循环特征,在采矿以前为封闭条件较好的滞留型地下水。各含水层中DOM荧光光谱特征差异也非常大,地表水中以类富里酸(Ⅲ区)为主,第四系水中Ⅳ区的荧光峰强度最高,直罗组含水层中则出现了Ⅱ区和Ⅳ区荧光峰的较高值;延安组含水层中荧光强度已不明显。综上所述,开展综合水文地球化学研究,可以更好的区分矿井各含水层水化学特征,为煤矿突水水源判别提供科学依据。     

金能煤业分公司矿井水文地质条件分析

金能煤业分公司矿井地处贺兰山北段山前冲积平原边缘,东临黄河。地表受山洪、黄河、采空塌陷积水等水体影响,地下受基岩中砂岩裂隙含水层、老空区积水危害,矿井水文地质条件复杂。历史上发生过多次突水。在分析研究矿井水文地质特征及充水因素的基础上,认为矿井涌水量主要来源是上水平、上区段采空区泄水及采空区灌浆后下部出水,其次是各含水层充水,再次是生产用水的排泄;煤层开采形成的冒落带、导水裂隙带,基岩裂隙,断层破碎带是主要的充水通道。并提出了切实可行的矿井防治水方法与对策,对金能煤业分公司和神华宁煤集团其他开采石炭-二叠系煤层矿井的防治水工作具有重要意义。     

蓟县盘山地区浅层地下水水质分布特征及影响因素识别

针对天津市蓟县盘山地区官庄镇开展了丰水期(2013年7~9月)与枯水期(2014年3~4月)地下水水质取样与分析。利用多元统计法研究了该区地下水总硬度、SO_4~(2-)、NO_3~-、Cl~-、TDS、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~+和COD_(Mn)等9项指标的季节变化。采用因子分析法对地下水水质影响因素进行了识别,并通过一元线性回归分析识别地下水水质因子与研究区人口密度、耕地比例、禽类养殖、农家院数量和工业产值等之间的相关性,识别出地下水污染来源。结果显示:丰水期水质劣于枯水期水质,溶滤作用和生活污染是研究区水质的主要影响因素,工业污染和商业服务均对该区地下水造成明显影响。     

青岛市大沽河流域地下水水化学时空演化及影响因素分析

为探讨滨海流域地下水水化学成分的时空演化规律及影响因素,以青岛市大沽河流域为研究对象,运用数理统计、Piper三线图、Gibbs图解法、离子比例系数等方法对2001~2012年137个地下水样的水化学成分进行系统分析。研究结果表明:流域内地下水以碱土金属Ca~(2+)为优势阳离子,重碳酸根HCO_3~-为优势阴离子,主要离子含量年际变化不大,基本符合枯升丰降的原则,但区域差异较为明显;2001~2012年地下水化学类型由Ca~(2+)—Mg~(2+)—SO_4~(2-)—Cl~-、Ca~(2+)—Mg~(2+)—HCO_3~-—Cl~-型变为Ca~(2+)—Mg~(2+)—SO_4~(2-)—Cl~-、Ca~(2+)—Na~+—HCO_3~-—Cl~-、Na~+—Ca~(2+)—Cl~-—HCO_3~-混合型水;岩石风化作用是区内地下水化学组分的主要控制因素;农业活动中氮肥的过度施用、粪便及生活污水等人为来源的输入则为区内NO_3~-含量较高的主要影响因素。     

重庆温塘峡背斜地表水-地下水-浅层地热水中硫同位素的环境指示意义研究

稳定同位素硫广泛用于示踪地下水、地表水的来源、物质组成以及水-岩作用过程。不同条件下,不同的水体中,硫同位素具有不同的环境指示意义。通过对位于我国西南川东平行岭谷区温塘峡背斜地区地表水(嘉陵江水)、矿坑水、岩溶地下河水(青木关地下河)、岩溶区浅层地下热水(北温泉水和青木关温泉水)的水化学及δ~(34)S-SO_4~(2-)的值的研究,发现嘉陵江水和姜家泉水的水化学组成显示出碳酸盐岩化学风化的特征,浅层地下热水的水化学组成反映了硫酸盐岩化学风化的特征,砂岩矿坑水既没有体现碳酸盐岩的风化也没有体现硫酸盐岩的风化。各水体的SO_4~(2-)含量与δ~(34)S-SO_4~(2-)的值揭示不同水体中硫具有不同的环境来源。嘉陵江水中的SO_4~(2-)含量与δ~(34)S-SO_4~(2-)的值表明其水的来源主要是流经地区的地表水和雨水;研究区砂岩矿坑水中SO_4~(2-)含量与δ34 SSO_4~(2-)的值表明其水是由原有矿坑水、雨水以及地表水组成;青木关岩溶地下河水中SO_4~(2-)含量与δ~(34)S-SO_4~(2-)的值表明青木关岩溶地下河水主要受到岩层、降雨以及农业活动和生活污水的影响;而浅层地下热水中SO_4~(2-)含量与δ~(34)S-SO_4~(2-)的值的示踪则反应了地下热水的储水层的水-岩作用主要是石膏的溶解。     

华北低山丘陵区潴龙河流域地下水水质特征及成因分析

华北低山丘陵地带是华北平原地下水的主要补给区,土地利用类型多样,研究该区地下水水化学特征并把握其水质影响因素对平原区水质保护具有重要意义。选择位于太行山低山丘陵区的潴龙河流域作为研究区,通过野外调查和采样,利用水文地球化学方法,研究不同土地利用类型地下水水质时空分布特征及形成原因。结果表明,低山丘陵区土地利用类型是影响区域水质空间变化的主要原因;方解石和石膏的溶解是造成地下水以HCO_3—Ca和HCO_3·SO_4—Ca型为主的主要原因;与上游自然条件下地下水对比,受人类活动影响较大的区域如村庄化粪池等点源污染和农田面源污染是造成地下水中Cl~-、NO~-_3以及Ca~(2+)浓度升高的主要原因。由于低山丘陵区含水层渗透性较强,因此必须加强对人类活动引起的点源污染的防控。     

山东新巨龙煤矿区场地高TDS地下水水化学特征及成因机制

针对山东巨野新巨龙煤矿区地下水高TDS的现状,基于历史水质资料和取样测试结果,运用Piper三线图、相关性分析、氢氧同位素、Gibbs图解、离子比值与饱和指数等方法,探究其高TDS地下水水化学特征及成因。结果表明:随着建井和煤矿开采,研究区水化学环境发生改变,水化学类型不再是单一的SO₄-Na型,深层灰岩水的类型中出现SO₄·HCO₃-Na和SO₄-Ca·Mg型;研究区高TDS地下水的形成主要是因为含水层水动力条件差,高温水岩作用强,溶滤、蒸发浓缩作用明显,同时存在一定程度的反向阳离子交换作用;地下水体中白云岩和方解石表现为沉淀状态,石膏和盐岩处于溶解状态,是地下水主要成分Na+和SO₄2-的主要来源。研究成果不但为研究矿井水的构成、揭示煤矿区地下水污染及多场耦合的地下水演化过程和成因机制提供依据,还可为煤炭开采水害防治和矿井水处理利用奠定基础。      

涧河上下游水质质量评价及相关关系分析

根据2015年伊洛河盆地地下水污染调查成果,盆地内部涧河流域自上游义马市至下游洛阳市段地表水和地下水水质均较差,涧河上下游共6组水样,其中包括一组地表水样,按照《区域地下水污染调查评价规范》(DZT0288-2015)进行水质质量评价,仅有一组评价为IV类水,其余五组皆为V类水。选取总硬度、溶解性总固体、pH、EC、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~+、Cl~-、SO_4~(2-)、HCO_3~-、NO_3~-、F~-12个常规水质指标进行单因素方差分析,显著性P值=0.9340.05,说明6组数据均数间的差异性较小,即涧河上下游水质不存在明显变化,涧河上游水质差是影响下游水质差的关键因素。     

群矿开采条件下山西潞安矿区的地下水流场变化

煤炭开采导致区域含水层结构破坏,已经严重影响了区域地下水循环演化态势,是煤矿区地下水资源短缺的根本原因。本文以山西长治盆地潞安矿区为例,通过野外调查、相似材料模拟实验和数值模拟手段,分析了群矿开采驱动下含水层结构破坏对地下水流场的影响。通过砂槽模拟试验结果和数值模拟结果进行对比验证,结果表明:1)煤层开采形成采动裂隙发育基本限制在完整基岩内,使得隔水底板黏土岩发生弯曲变形,承压含水层水位下降形成层间疏干区,对第四系潜水含水层流场影响甚微,潜水水位没有明显下降;2)隔水层有效厚度变薄的局部地区,由于采动裂隙切穿隔水层,导致该区潜水含水层消失;3)采煤造成的类似"溯源侵蚀",引发原本隔离的地下水系统间的地下水袭夺现象,矿井水补给量有所增加。     

毕节市北部岩溶地下水水文地球化学特征

我国西南地区赋存丰富的岩溶水资源,这些水资源是当地居民生产生活用水的主要来源。以贵州省毕节市北部海子街镇及其邻区岩溶地下水为研究对象,通过分析常规水化学组分和氢氧同位素,确定研究区岩溶水的补给特征,识别岩溶水主要组分的物质来源和判断发生的水岩相互作用过程。结果显示:研究区地下水水化学类型主要为HCO_3—Ca型、HCO_3·SO_4—Ca型和HCO_3—Ca·Mg型。阴离子以HCO_3~-和SO_4~(2-)为主,而阳离子以Ca~(2+)和Mg~(2+)为主,部分水样N_3O~-和SO2-4含量偏高。氢氧同位素分析显示,研究区地下水以当地大气降水补给为主。补给入渗的大气降水与碳酸盐岩、石膏和盐岩矿物发生反应致使岩溶水化学组分以HCO-3、SO_4~(2-)、Ca~(2+)和Mg~(2+)为主,而生活污水、农业药物和采矿活动导致地下水中NO_3~-和SO_4~(2-)含量增加。相应成果可为当地地下水资源的开发和管理提供科学依据。     

蒙陕接壤区浅埋煤层矿井水水化学特征及来源分析

为研究蒙陕接壤区浅埋煤层开采下矿井水水化学特征与来源,通过采集研究区内的矿井水、不同含水层地下水及地表水样,综合利用水化学特征研究、数理统计、离子比例系数法以及氢氧同位素,探究该区矿井水水化学特征及其形成作用。基于此,对研究区矿井水的主要来源进行了识别。结果表明,矿井水与第四系萨拉乌苏组、侏罗系直罗组和延安组地下水水力联系紧密。矿井水主要离子形成受水-岩作用影响,主要阴阳离子来源于硅酸盐矿物与方解石的溶滤作用;受到反向阳离子交换作用影响,使矿井水中Na⁺含量高于浅部地下水;混合作用对矿井水水化学成分形成影响较小。矿井水受延安组、直罗组地下水与萨拉乌苏组地下水共同补给,三者在矿井水补给水源中所占比例分别为86.39%、1.59%与12.02%。研究成果可为该区的矿井水害防治与水资源处理利用提供依据。