人工回灌条件下的水岩作用室内实验研究

人工回灌过程中所发生的水岩作用是影响含水层地下水环境质量的重要因素。本次采用室内实验技术对人工回灌过程中的水文地球化学作用和各主要离子的来源进行了分析。结果表明：人工回灌过程中地下水中的Na＋不仅受混合作用的影响,还伴随有相应的阳离子交换反应和含Na矿物的溶解反应等,而且回灌过程对原始地下水中的Na＋、Cl-有稀释作用;K＋主要受到钾长石矿物溶解的影响;人工回灌过程中存在石膏、方解石等矿物组分溶解,并且介质中的含锰矿物和含铁矿物发生了溶解反应。     

人工回灌过程中的水-岩相互作用模拟

人工回灌过程中所发生的水-岩相互作用是影响回灌层位地下水环境质量的重要因素。采用室内实验和水文地球化学模拟等技术对人工回灌过程中的水-岩相互作用机理进行了分析。研究结果表明：受混合作用影响,随着回灌水比例的增加,混合水中TDS质量浓度降低,水化学类型由Cl·HCO₃-Na型水逐渐转变为HCO₃·Cl-Na·Ca型水;受水-岩作用影响,在同一混合比例条件下,随着水-岩作用的进行,混合水中TDS质量浓度升高,各主要离子质量浓度呈现升高的趋势,但只有回灌水比例占10%时,混合水TDS质量浓度才大于原始地下水（涨幅约5%）。实验介质溶解于水的离子中,Ca²⁺、Mg²⁺和HCO^-₃主要来源于碳酸盐矿物的溶解, Na⁺主要来自岩盐的溶解。在人工回灌过程中,发生的水-岩相互作用主要包括方解石、白云石、钾长石、岩盐、CO₂的溶解和伊利石的沉淀。其中:钾长石溶解量与伊利石沉淀量、碳酸盐矿物溶解量与CO₂溶解量的相关性较强,其相关系数分别为1.00和0.78（显著性水平为0.05）;硅酸盐矿物反应量和回灌水比例之间的相关系数为0.97（显著性水平为0.01）,相关性极强;而碳酸盐矿物反应量和回灌水比例之间的相关系数为0.52（显著性水平为0.01）,相关性较弱。上述相关性分析为确定人工回灌过程中的水-岩相互作用机理、地下水中主要离子组分的来源途径以及定量分析人工回灌对含水层介质的影响提供了依据。     

人工回灌对地下水水质影响的室内模拟实验

人工回灌过程中的水岩相互作用机制较为复杂,目前有关评价人工回灌过程对地下水化学场影响范围和影响程度的研究还十分缺乏。以上海市某人工回灌试验场为例,采用室内模拟实验手段,对人工回灌过程中地下水主要溶质组分的变化趋势及其相关水岩反应进行分析。实验结果表明:回灌过程中,地下水的主要离子成分主要受混合作用、阳离子交换吸附作用及含水层矿物相(方解石、白云石、钾长石)溶解作用的影响;受回灌过程中地下厌氧环境向好氧环境发展的影响,含水介质中的As、Cr、Fe等元素存在溶出趋势,回灌后As-Fe元素的变化量表现出较好的相关性;随着回灌时间的增加,地下水水质的影响范围逐渐扩大,其水化学类型由初始的Cl-HCO3-Na型逐步向Cl-HCO3-Na-Ca型转变。     

基于反向地球化学模拟的地下水形成作用: 以安徽省泗县为例

在了解安徽省泗县水文地质条件基础上,分析了区域水文地球化学特征及类型,探讨了其空间分布特征。根据开采条件下的地下水动力场条件,选择了3条模拟路径,采用PHREEQC软件进行了水文地球化学模拟研究,定量分析了地下水的形成机理及演化。结果表明,路径Ⅰ发生了岩盐、石膏以及伊利石的溶解,高岭土、石英、白云石、萤石发生了沉淀;钙蒙脱石、方解石不参与反应,NaX解吸,CaX_2被吸附;路径Ⅱ发生了岩盐、石膏、伊利石、石英等的溶解以及钙蒙脱石、方解石的沉淀,NaX解吸,CaX_2被吸附;路径Ⅲ发生的反应基本与路径Ⅰ相同,不同之处在该路径上的白云石发生了溶解,其原因可能是地下水在径流过程中溶解CO_2,使其继续溶解白云石以及受沉淀滞后的影响。研究结果表明地下水开采条件下,泗县地下水化学组分主要受到了岩盐和石膏等矿物的溶解作用、钙钠离子交换作用以及钙蒙脱石、方解石沉淀作用的控制。     

地热水与回灌水混合的地球化学模拟——以冰岛Laugaland低温热田为例

地热回灌是解决地热田开发利用中热储压力下降的一个有效办法．用地球化学方法模拟了在Ｌａｕｇａｌａｎｄ低温（９５℃）地热田回灌过程中可能发生的化学作用．在模拟中考虑了石英等矿物的化学动力学因素．模拟结果表明：在用地热尾水回灌时,虽然混合水对于石英等矿物是饱和的,但由于它们沉淀速度很慢,在实际中不会产生沉淀．至于产生的较少的方解石沉淀,其全部或至少一部分是模型为使混合水达到对于方解石理论上的平衡而产生的．如果用地下水回灌,地下水中的镁将会和地热水中的二氧化硅形成较多的含镁硅酸盐沉淀．     

峰峰矿区东部地下水水文地球化学模拟

应用离子比例系数法分析了峰峰矿区东部地下水化学成分特征,结合含水层岩性条件,为水文地球化学模拟中“可能矿物相”的确定提供依据;采用PHREEQC软件对含水层中水-岩作用进行水文地球化学模拟,模拟计算出饱和指数,通过质量平衡模拟计算水-岩作用过程中主要矿物相的转化量。结果表明:方解石和白云石处于饱和状态,在适当的条件下会沉淀,而岩盐、石膏处于未饱和的状态,在适当的条件下将继续溶解。沿地下水流路径,从五矿奥灰水-一矿奥灰水-一矿副井水,地下水系统中白云石、岩盐、石膏溶解,方解石沉淀,且发生了阳离子交换作用。研究矿井水中水-岩相互作用,初步探讨废弃矿井水文地球化学演化机制,对分析矿井水文地球化学演化的影响因素有重要作用。      

高放废物处置库甘肃北山野马泉预选区地下水化学特征及水-岩作用模拟

在高放废物处置库场地选择和性能评价中,地下水化学特征是最重要的因素之一。文中以野外水文地球化学调查资料为基础,应用水文地球综合分析方法和地下水地球化学模拟技术,探讨中国高放废物处置库甘肃北山野马泉预选区地下水化学特征、时空分布规律及水岩作用机理。主要结论是:野马泉地区地下水以咸水为主, 具有高矿化的特征,水化学类型以Cl·SO4 Na和SO4·Cl Na型为主,pH值大多在7~8 之间;地下水化学成分显示出明显的分带特征;地下水对石盐和石膏欠饱和,对黄铁矿以及铝硅酸盐过饱和;方解石、钠长石在补给区地下水中呈不饱和状态,在排泄区地下水中呈饱和状态。由水岩作用模拟可知,沿水流路径地下水溶解岩石中的钠长石、黑云母、石盐等矿物,溶解二氧化碳,沉淀析出方解石、伊利石和萤石等矿物;发生明显地下水蒸发作用、二氧化碳溶解作用和Ca2+/ Na+离子交换作用, 说明溶滤、沉淀、离子交换和蒸发浓缩作用是区内地下水化学行为的控制因素。     

花岗岩型干热岩体与不同注入水体相互作用研究

增强型地热系统(EGS)开发过程中,需要注入循环水体完成提热,但水体注入后与干热岩体反应会产生矿物溶解（或沉淀）,破坏人工储层,影响地热能开发。本文以河北马头营区花岗岩型干热岩为研究对象,与该地区地下水、海水、纯水反应,并结合Phreeqc水文地球化学模拟,分析水岩相互作用后干热岩体的矿物变化与注入水体的化学成分变化规律。研究结果表明,不同注入水体与干热岩进行水岩作用,会产生不同类型的矿物溶解与沉淀,海水最终沉淀量较地下水低,主要原因是海水与干热岩体反应生成了具有吸附能力的沸石;适当减少海水中Cl-含量,将处理过的海水作为循环水体将具有强大的潜力和效益。     

人工回灌过程中地下水微生物群落变化

人工回灌过程中,回灌水的注入使目的含水层地下水环境发生变化,微生物条件也会随之改变,从而影响地下水环境质量及水文地球化学作用。以上海市某人工回灌试验场为例,在分析人工回灌过程中水化学演化特点的基础上,应用DGGE技术对场地回灌过程中地下水中的微生物群落结构变化进行研究,为评价人工回灌对地下水水质安全的影响提供科学的理论依据。结果表明:人工回灌作用使目的含水层地下水中的Eh值及DO质量浓度升高,分别由64.0 mV、1.12 mg/L升至534.4 mV、1.44 mg/L;同一位置处微生物群落结构与原始地下水状态的相似性随时间降低;同一时刻距离回灌井越远的监测井的微生物群落结构越接近于原始地下水状态。随着回灌的进行,目的含水层地下水中优势菌属(种)共有7种,其中Rubrivivax gelatinosus和Candidatus Accumulibacter phosphatis clade IIA str.的反硝化能力以及Rhodoferax ferrireducens对Fe³⁺的还原能力,对地下水水化学组分产生影响。     

碳酸盐岩热储对湖水回灌的响应

回灌式开采是目前普遍提倡的保持热储压力、减缓水位下降、实现地热资源可持续开发利用的有效手段之一。外源水回灌是近年来探讨的新思路,是易于回灌的碳酸盐岩储层的优选方案。本文针对天津东丽湖地区蓟县系雾迷山组白云岩热储,通过开展储层条件下水-岩相互作用实验,探讨了未处理湖水回灌的可行性和热储层的地球化学响应。结果表明,未经处理湖水回灌后,其TDS显著降低,说明发生了沉淀,经计算沉淀量为142.6 mg·L-1,相当于矿物质量增加了0.09%。反应初期阶段,斜长石发生溶解,释放出K、Ca、Na等碱金属和SiO₂等组分;导致溶液中白云石、方解石和钾长石过饱和而沉淀析出;随着反应进行,不全等溶解沉淀作用使部分白云石发生溶解,而方解石持续沉淀;伊利石是反应过程中形成的主要黏土矿物,其对储层结构的影响取决于其形状。基于现有实验结果,认为未处理湖水直接回灌对白云岩热储的影响较小,不会破坏储层结构     

川滇高原斜坡地带峡谷区岩溶水化学特征及演化规律

岩溶地下水不仅作为重要的生活和生产用水水源,而且作为一种重要的地质营力,对于岩溶演化史具有重要影响,对其进行水化学特征分析及演化规律研究,能够为岩溶水资源及岩溶生态环境保护提供科学依据。以川滇高原斜坡地带峡谷区岩溶地下水为研究对象,结合研究区水文地质条件,对比分析了龙爪坝河岩溶水系统和洛泽河岩溶水系统内地下水化学特征。通过常规地下水化学组分、氢氧同位素分析和水文地球化学反向模拟,识别了地下水化学类型,确定了岩溶水的主要离子来源和补给特征,判别了发生的水岩相互作用过程。研究表明：岩溶地下水以大气降水为补给来源,离子源于岩石风化作用,物质来源为灰岩、白云岩夹灰岩,水岩相互作用均受方解石、白云石和石膏沉淀及溶解作用控制,且龙爪坝河岩溶水系统内矿物饱和指数趋近饱和,岩溶发育趋于停滞,而洛泽河岩溶水系统内矿物饱和指数处于不饱和或饱和的波动态,岩溶仍然发育。     

淄博孝妇河源区地下水资源的开发利用研究

在分析淄博市孝妇河流域源头的南神头－窑广地下水富水区水文地质条件的基础上，应用数值模拟方法建立了该区的地下水流模型，并根据当地的资源需求建立了地下水动态预测模型，研究了可能通过该区出流边界补给下游地区地下水的侧向排泄量。应用系统工程学和运筹学理论，以“开采费用最小”为目标函数，以研究区的需水量及开采井的供水作为约束条件，建立了该区的地下水最优控制模型。通过优化地下水开采布局对出流边界的流量进行了研究，既为富水区的地下水资源利用确定开采方案，又科学地评价地富水区北部边界对下游地区的地下水侧向补给量。     

Groundwater recharge and flow in the Lower Cretaceous Nubian Sandstone aquifer in the Sinai Peninsula, using isotopic techniques and hydrochemistry

The present work was conducted in the Sinai Peninsula (1) to identify the recharge and flow characteristics and to evaluate the continuity of the Lower Cretaceous Nubian Sandstone aquifer; and (2) to provide information for the aquifer's rational appraisal. Isotopic and hydrochemical compositions combined with the geological and hydrogeological settings were used for this purpose. A considerable depletion in isotopic content (oxygen-18 and deuterium) and low d-excess values exist in the studied groundwater, reflecting the contribution of old meteoric water that recharged the aquifer in pluvial times. Modern recharge also occurs from precipitation that falls on the aquifer outcrops. The wide scatter of the data points around the two meteoric lines, the global meteoric water line (GMWL) and Mediterranean meteoric water line (MMWL), in the δ¹⁸O–δD diagram indicates considerable variation in recharge conditions (amount, altitude, temperature, air masses, distances from catchment, overland flow, etc.). The isotopic composition in the El-Bruk area is minimum (¹⁸O=–9.53‰), very close to the average value of the Western Desert Nubian Sandstone (¹⁸O=–10‰), where the local structural and lithologic conditions retard groundwater flow and the main bulk of water becomes noncyclic. The continuity of the aquifer in northern and central Sinai is evidenced by the isotopic similarity between samples taken from above and below the central Sinai Ragabet El-Naam fault, the distribution of potentiometric head, and hydrogeological cross sections. The combination of isotopic composition in terms of ¹⁸O and chemical composition in terms of TDS and salt contents is the basis for separating the studied groundwater into groups that reflect the recharge sources and isotopic and chemical modifications during flow. Electronic Publication     

Hydrogeological investigation of groundwater artificial recharge by treated wastewater in semi-arid regions: Korba aquifer (Cap-Bon Tunisia)

Korba aquifer is one of the most typical examples of overexploited coastal aquifer in the Mediterranean countries. In fact, from 1985, a considerable piezometric level drop, water salinization, and seawater intrusion were registered in the aquifer. In December 2008, Tunisian authorities initiated a general plan to groundwater management in order to augment groundwater resources, restore the piezometric levels, and improve water quality. The plan consists of artificial recharge of groundwater used treated wastewater through three infiltration basins. During the first 4 years (from December 2008 to December 2012), 1.41 Mm³ of treated wastewater was injected to the Korba aquifer. This study presents a hydrogeological assessment of groundwater evolution during the recharge processes. In this study, 32 piezometric and chemical surveys of 70 piezometers and observed wells are used to present hydrogeological investigation and water quality evolution of wastewater reuse through artificial recharge in Korba coastal aquifer. The piezometric evolution maps are used to specify the positive effect in groundwater level that exceeding 1.5 m in some regions. The interpretation of salinity evolution maps are used to indicate the improving of groundwater quality.     

Dupuit模型的改进——具入渗补给

Dupuit（1863年）提出的模型是“圆岛状含水层稳定井流模型”,这个模型只有侧向湖海边界条件,而不涉及上边界降水入渗补给条件。因此,Dupuit模型只能在旱季用于地下水井流试验求取含水系统的参数,而不能够用于预测。文章发展Dupuit潜水井流模型,考虑地面均匀稳定入渗补给（蒸发排泄示为其负值）作用。以质量守衡原理为基础,假定渗流服从Darcy定律并满足Dupuit徦定,建立极坐标下的地下水流微分方程,再依边界条件建立相应的流量方程和水位方程。这些方程为具地面入渗补给条件下井流试验求取水文地质参数以及预测相应条件下地下水抽水的效果,提供了基础条件。讨论了引入Dupuit假定对本问题解析研究可以降维（略去z变量）带来好处的同时,在地下水分水岭附近及抽水井附近可能出现偏离Dupuit假定,建议在抽水试验求取含水层参数时,观测孔的部署要尽量回避这些区段。     

Surface and subsurface conceptual model of an arid environment with respect to mid- and late Holocene climate changes

The water demand in arid regions is commonly covered by groundwater resources that date back to more humid periods of the Pleistocene and Holocene. Within the investigated arid part of SE Saudi-Arabia information about climate, groundwater levels, and pumping rates are only available for regions where groundwater extractions occur at present-day. For the prediction of the impact of long-term climate changes on groundwater resources an understanding of the hydrogeological and hydrological past and the development of the aquifers is necessary. Therefore, all available information about hydrology and hydrogeology for the past 10,000 years BP were collected and compiled to a conceptual model of the aquifer development on the Arabian Peninsula since the last Ice-Age. The climatic history was displayed by changes in precipitation, temperature and recharge during the mid-S and late Holocene. The hydrogeological development is described by groundwater ages, sea level fluctuations, movement of the coastline, and the development of sabkhas. The most sensitive parameter to describe the development of aquifer system is recharge. Present-day recharge was calculated with the hydrological model system HEC-HMS accounting for current precipitation, temperature, wind, soil types, and geomorphology. With respect to changes in precipitation and temperature over the past 10,000 years the temporal and spatial variability of groundwater recharge was calculated using empirical equations valid for semi-arid and arid settings. Further inflow into the groundwater system results from surface water infiltration in wadi beds, while natural outflow from the groundwater system occurs by discharge to the Gulf, evaporation from sabkhas, and spring discharge. Backward predictions can be verified by sedimentological observations of palaeo-river systems and lakes indicating that groundwater levels reached temporarily the surface under wetter climate conditions and ¹⁴C groundwater ages displaying groundwater residence times.     

宁夏南部月亮山西麓地下水化学特征研究

通过对宁夏南部月亮山西麓水文地质条件的研究，分析了研究区内含水层中地下水化学组分的特征以及各组分含量之间的相互依存关系，认为含水介质的矿物成分对该区内地下水组分影响显著，地下水同位素等分析显示，该区地下水的补给主要为现代大气降水，认为地下水化学组分的成因主要是溶滤作用和蒸发作用。     

云应盆地东北部含水层结构特征及地下水转化模式

云应盆地东北部属鄂北贫水地区,赋存于古近系—第四系含水层中的地下水是当地生产、生活用水的主要来源,亟需查明含水层的结构、含水层间地下水的转化关系等基本条件,为研究区内合理开发利用地下水提供依据。本研究通过野外水文地质调查、水文地质钻探工作,将研究区划分为单层含水层与双层含水层结构两个亚区（6个小区）。并通过地下水水位动态长期监测,获取了区内不同含水层的水位动态变化特征,分析各含水层之间的水力联系,建立了区域地下水转化的概念模式,即:研究区地下水以接受山前降雨入渗及风化裂隙水侧向径流补给为主,主要以水平径流的形式经古近系孔隙-裂隙含水层及第四系孔隙承压含水层往澴水方向运移,而后进入第四系孔隙潜水含水层。地下水和地表水在不同季节补排模式不同,雨季地表水（澴水）补给地下水,旱季地下水向地表水（澴水）排泄。古近系孔隙-裂隙水与上覆第四系孔隙水联系密切互为补给,共同构成具有统一水力联系的垂向多层结构的含水系统。独特的含水层结构决定了区内地下水接受降水补给的条件较差,地下水可开采资源量总体较贫乏,建议重点利用区域地表水资源,适度开发地下水资源,推进农业节水灌溉工程,实现水资源可持续利用。     

The geochemical and isotopic composition of aquifer systems in the deltaic region of the Po River plain (northern Italy)

The chemical and hydrodynamic characteristics of groundwater in deltaic regions are strongly influenced by the complex stratigraphy of these areas, caused by the continuously varying depositional environments associated with their recent hydrographic evolution. As a case study, the eastern sector of the Po River plain, northern Italy, has been investigated to understand the quality of the available groundwater resources. Based on the analysis of hydrochemical and isotopic data, the recharge characteristics, the groundwater residence time and the aquifer vulnerability are defined. The results show significant qualitative degradation of the unconfined aquifer due to the shallow depth to water, while in the underlying confined aquifer, a hydrochemical facies of Ca–HCO₃ type prevails. The spatial variation and relationship between oxygen-18 and deuterium determine: firstly, hydraulic separation of the two hydrogeological units; secondly, direct infiltration of local precipitation to the unconfined aquifer; thirdly, the occurrence of waters originating in the Alps and locally from the Apennines, pervading the confined aquifer. The tritium results suggest local mixing between the superficial waters and the confined aquifer, occurring along the palaeo-river channels. This increases the pollution vulnerability of the confined hydrogeological unit within the plain, which is the only natural groundwater resource exploited for water supply.     

广州都会地区岩溶含水岩组的分布及水文地质特征研究

以广州都会地区水文地质调查、钻孔、抽水试验、水质分析结果等资料为基础,通过对资料进行整理、统计、分析,完成了研究区地下水类型的划分,基本查明都会地区岩溶含水岩组的分布、埋深、岩溶发育特征、富水性、水化学性质和补径排分区等。并按照地层时代对各岩溶含水岩组进行划分和论述。