基于氢氧同位素与水化学的潮白河流域地下水水循环特征

为了研究变化环境下潮白河流域地下水水循环规律,通过现场调查,结合环境同位素及水化学应用,对潮白河流域浅层和深层地下水采样,测定其氢、氧环境同位素及水化学成分,通过分析其变化特征判明地下水的补给来源以及各含水层的相互联系。降水和地下水中的环境同位素δD和δ¹⁸O组成分析表明,降水是山前地下水的主要补给源,山区浅层地下水受蒸发影响非常强烈。水化学研究结果表明,山区地下水水质以 Ca²⁺和 HCO^-₃为主,属Ca²⁺-Mg²⁺-HCO^-₃型地下水。山前地下水类型为Ca²⁺-Mg²⁺-HCO^-₃、 Na⁺-K⁺-HCO^-₃、Mg²⁺-Ca²⁺-HCO^-₃和 Ca²⁺-Mg²⁺-Cl^--SO^2-₄。平原区地下水为Mg²⁺, Na⁺和HCO^-₃。滨海冲积海积平原为Ca²⁺-Mg²⁺-HCO^-₃型和Ca²⁺-Mg²⁺-Cl^--SO^2-₄型地下水。水化学分析证实了越流补给的存在。Ca²⁺ 和 HCO^-₃离子均呈山区高、山前和平原低、而滨海增高的趋势。沿潮白河流向地下水类型变化为:Ca²⁺-Mg²⁺-HCO^-₃ Na⁺＝K⁺-HCO^-₃ Ca²⁺-Mg²⁺-HCO^-₃。     

内蒙古西部地区盐湖水化学特征

2008年9~10月和2009年9月对内蒙古西部地区14个盐湖进行了考察、采样和分析。研究发现,本区盐湖卤水主要离子含量顺序为Na⁺>Cl->SO2-₄>Mg²⁺>K⁺,次要离子为Ca²⁺ >HCO-₃>CO2-₃,微量元素为B₂O₃>Br->Li⁺。Na⁺的分布特征为东部高,北部中等,西南部偏低;而Cl-为东高西低;K⁺大致为南高北低;Mg²⁺为中部高,西部低,北部与南部中等。SO2-₄、 Ca²⁺和CO2-₃的区域分布特征均不明显;微量元素Li⁺ 、Br-、B₂O₃含量虽局部(两大沙漠连接带)有所富集,但绝对含量不高。对天然盐湖和人工采盐池的卤水进行了对比。采盐池中卤水因为蒸发强烈,离子浓度显著高于天然盐湖。分析天然盐湖与采盐池卤水离子浓度的变化规律发现,卤水蒸发初期Na⁺、Cl-、SO2-₄离子浓度随矿化度的升高而增大,Ca²⁺离子浓度明显下降,卤水蒸发后期Mg²⁺、K⁺大量富集,整个卤水蒸发过程中微量元素Li⁺与B₂O₃浓度一直随矿化度的升高而增大。这些结果对内蒙古西部盐湖的研究与开发都具有积极意义。     

松嫩平原西部盐沼湿地水环境化学特征

松嫩平原西部盐沼湿地水环境碱化程度高,水中的pH值普遍高于8.0,多数为苏打钠型水。在对本区盐沼基本水环境化学特征阐述的基础上,通过对水化学的基本变量CO₃^2-、HCO₃^2-、Cl^-、Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、Na⁺和派生变量(Cl^-+SO₄^2-)/HCO₃^2-及Na⁺/(Ca²⁺ Mg²⁺)等的相关分析,得出各水化学变量之间的相关关系,并以pH值为分类基础得到了判别函数和判别区域图,对区域盐沼湿地水环境化学特征的研究方法作出了有意义的尝试。     

柴达木盆地中西部背斜构造深层卤水水化学特征与成因

柴达木盆地西部背斜构造深层卤水资源勘查和评价成果显示,第三系背斜构造赋存深层卤水,具有良好的资源成矿条件,且潜力大。采集柴达木盆地中西部(一里坪拗陷和三湖拗陷)9处背斜构造深层卤水,分析了其水化学特征与成因。结果表明,深层卤水矿化度一般低于150 g/L,水化学类型均为氯化物型;K⁺、Na⁺、Mg²⁺含量较低,不具找矿价值;而B₂O₃、Li⁺含量普遍高于评价指标,Br-、I-含量普遍高于综合评价指标,为主要成矿元素;卤水的元素特征系数和分布规律及微量离子组成揭示,深层卤水是大气降水溶滤盆地周缘岩浆岩和火山岩及火山热泉的补给后,汇入古近纪—新近纪湖盆经蒸发浓缩封存在地层中的沉积卤水。     

新疆喀什噶尔冲积平原区地下水水化学特征

以矿化度和水化学类型两个主要指标阐述了喀什冲积平原区地下水水化学的基本特征 ,用相关分析的方法和R型聚类方法定量分析了地下水水化学组分含量与矿化度及各组分相互依存关系 ,探讨了该地区的地下水水化学特征的形成与演化的因素。研究表明 :(1)当地的地下水化学特征具有鲜明的水平和垂直分带性 ,水化学类型主要为硫酸盐型水 ,在阴离子中占主导地位的为硫酸根离子和氯离子 ,且含量与矿化度呈线形相关 (p <0 .0 1) ;阳离子中 ,钠离子与钙离子占优势 ,其含量亦与矿化度呈线形相关 (p <0 .0 1)。 (2 )影响地下水化学特征的天然因素主要包括气候因素、水文因素与水文地质因素 ;人类活动因素主要为引水工程和灌溉工程、凿井工程 ,人类活动对地下水化学特征的作用逐渐加大。     

塔里木河下游地下水化学特征对生态输水的响应

结合2000~2002年塔里木河下游5次生态输水过程,通过对沿河40眼地下水监测井采集的水化学资料的分析表明：塔里木河下游地下水化学特征随五次间歇性生态输水发生明显变化。地下水化学对输水的响应表现为初期、中期和后期三个阶段：初期,地下水化学成分中的主要离子含量和矿化度都明显上升;中期逐步下降;输水后期又逐步上升。通过对地下水盐运移机理以及生态输水后地下水化学变化特征的分析得出,单一河道输水方式不如双河道,甚至多河道输水更有利于生态的恢复,另外,生态输水只是对地下水中盐分浓度起到了稀释作用,只有采取一系列工程和管理措施才能使下游水质真正好转。     

基于盐湖尾卤溶液结构变化的镁锂分离研究

盐湖卤水提锂工艺的难点之一在于卤水中镁锂比过高。采用红外光谱对非平衡动态降温过程中溶液结构变化进行分析,测定不同类型单盐溶液和卤水的结构变化,并基于此规律强化盐湖尾卤的镁锂分离。结果表明,MgSO4 溶液在40 ℃及以上时, 984 cm-1 处的特征峰显示可能出现接触式离子对结构(Mg²⁺-SO₄2-);1 280 cm-1处出现溶剂共享型离子对结构( Mg²⁺-H₂O-SO₄2-);Li₂SO₄溶液中出现溶剂共享型离子对结构的可能性低,镁锂之间会出现结构差异。基于如上溶液结构的变化,通过非平衡动态降温过程,实现盐湖尾卤中的镁锂分离,镁锂质量比值可由最初的40降至20左右,Mg²⁺以MgSO₄·nH₂O型混合结晶产品的形式从卤水中析出,而液相中Li⁺的损失率可低至5.01%以下,以此达到了脱镁及锂富集的效果。     

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。     

北大河流域地下水化学演化与补给特征

综合运用水文地球化学与同位素技术研究北大河流域地下水演化规律,研究区地下水水化学类型从上游到下游由HCO-3型向SO2-4-HCO-3型变化,再过渡到SO2-4型;随着矿化度增大,各离子出现不同的增减速度,白云石和硬石膏的溶解引起Mg2+、SO2-4增加,阳离子交换作用对Na+影响较大,Ca2+则受矿物溶解沉淀及离子交换等的共同影响,另外,蒸发浓缩也是影响研究区水化学的一个重要因素。地下水稳定同位素分布范围较广,δ18O为-10.28～-7.85‰,δD为-65.07～-53.85‰,总体上,南盆地山前地带比细土平原同位素贫乏,南北两盆地地下水同位素差别不大,两盆地同位素氘盈余,反映了酒泉山前及浅层水是由现代河流渠系迅速补给,深层水是现代水和古水混合的,金塔地下水受人类活动影响较大,开发利用过程中一定要慎重。     

NH4Cl水溶液的微观结构和宏观物性研究

通过拉曼光谱、同步辐射X射线散射和密度泛函理论(DFT)模拟,研究了质量分数为1.0 %-28.0 %的NH₄Cl水溶液的微观结构变化。同时在室温下测量了粘度、接触角和电导率。由拉曼光谱和密度泛函理论模拟结果可知,当溶质浓度升高至10.0 %时,在2900 cm_-1^和3100 cm_-1^{附近出现了明显的}N-H作用峰,且随着质量分数的升高,NH₄Cl水溶液中的氢键类型发生了转变。X射线散射结果表明,当NH₄Cl水溶液质量分数升高至10.0 %时,差值对分布函数G(r)在2.98 ?附近出现明显双峰,表明在该浓度下溶液中NH₄₊^-Cl_-^{接触离子对开始成为主要微观作用形式。对}NH₄Cl水溶液的宏观物性研究表明,粘度、接触角和电导率均随着NH₄Cl水溶液质量分数的增加而增大。作者推断,NH₄Cl水溶液中氢键类型的转变、O-H...N键占比增多以及逐渐增加的NH₄₊^-Cl_-^{接触离子对},是粘度和接触角随溶质浓度增加而增加的微观本质因素;电导率的增加与溶液中有效导电离子数量增加有关。     

Hydrochemical Characteristics and Sodification of Groundwater in the Shirin Sou, Hamedan, Western Iran

Salinity and sodicity of groundwater are the principal water quality concerns in irrigated areas of arid and semi-arid regions. The hydrochemical characteristics and sodicity of groundwater in the Shirin Sou area, western Iran were investigated in this study by chemical analyses of groundwater samples from 49 wells. Chemical analysis of the groundwater showed that the mean concentration of the cations was in the order: Na⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺ > K⁺, while that for anions was SO₃ ²⁻ > Cl⁻ > HCO₃ ⁻ > NO₃ ⁻. The most prevalent water type is Na–SO₄ followed by water types Na–Cl and Ca–SO₄. The chemical evolution of groundwater is primarily controlled by water–rock interactions: mainly weathering of aluminosilicates, dissolution of sulfate minerals, and cation exchange reactions. Sulfate dissolution and pyrite weathering may both contribute to the SO₄ ²⁻ load of the groundwater. High Na⁺ concentrations in groundwater participate in ion-exchange processes, resulting in the displacement of base cations into solution and raised concentrations in groundwater. The principal component analysis (PCA) performed on groundwater identified three principal components controlling variability of groundwater chemistry. Electrical conductivity, Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, SO₄ ²⁻, and Cl⁻ content were associated in the same component (PC1) (salinity), most likely linked to anthropogenic activities.     

塔里木河下游间歇性输水对土壤水化学的影响

根据塔里木河下游2000-2006 年11 次间歇性输水影响下沿输水河道两侧地下水埋深、地下水化学组分变化的资料, 结合有关输水的基本资料和土壤盐分含量变化的适时监测数据, 分析了地下水化学特征的变化及影响其变化的各相关因子,结果表明：地下水化学特征的变化呈现明显的阶段性规律, 地下水化学组分的变化与距离输水河道的远近、地下水埋深、河道径流量以及土壤盐分含量之间具有较高的相关性; 地下水埋深在5 m 及5 m 以下时, 地下水化学组分含量较低, 水质较好。而埋深在5 m 时的水位条件能够满足该区域建群种植物的生存, 为输水条件下的理想水位;地下水化学特征变化的阶段性特点和土壤剖面盐分含量的分布规律及其相互关系说明,在当前输水模式下配合面上输水将能更好地促进生态恢复。     

巴丹吉林沙漠湖泊钙华的水化学成因

通过对巴丹吉林沙漠7个湖泊的钙华分布特征调查研究,以及对相关水样的化学成分分析,初步探讨了沙漠东南区湖泊钙华的水化学成因。结果显示：湖水水化学类型为Cl-Na型,Ca²⁺含量极低,CO₃^2-或HCO₃^-含量较高;湖四周地下水水化学类型以Cl-SO₄-Na型、Cl-CO₃-Na型为主,CO₃^2-或HCO₃^-含量较低,Ca²⁺含量较高,部分湖水中霰石、方解石矿物饱和指数SI>0。PHREEQC软件模拟结果显示,地下水与湖水混合过程中,方解石、霰石饱和指数明显增大。我们认为咸淡水混合效应是钙华形成的重要原因,同时存在湖水蒸发浓缩作用沉淀的碳酸钙;混合端元的组分决定了最大SI时的混合比例以及最大SI值,温度相对混合效应影响较小。     

天山哈密榆树沟流域地下水化学特征及其来源

根据天山哈密榆树沟流域地下水的pH 值、总可溶性固体（TDS）、电导率（EC）和主要化学离子的测定,运用综合特征描述法、三角图示法、相关性分析和主要离子比值法,探讨了流域地下水的水化学特征及其形成原因。分析结果表明：地下水的pH 值为中性略偏碱性;阳离子中Ca²⁺ 质量浓度含量最高,阴离子中HCO₃^-浓度最高,阳离子质量浓度序列为Ca²⁺ >Na⁺ >Mg²⁺ >K⁺,阴离子质量浓度序列为HCO₃^->SO₄^2- >Cl^- >NO₃^-;该流域地下水主要离子类型为HCO₃^--Ca²⁺ ;TDS 含量分别为104.33 mg·L^-1和99 mg·L^-1,属于弱矿化度水;地下水中离子组成主要受碳酸盐风化作用的影响。     

鄂尔多斯沙区天然水体水化学组成及其成因

天然水体水化学组成及其成因分析既有助于重塑和预测区域水文地质环境及水文地球化学发展历史,也是水资源评价的基础。本文基于鄂尔多斯沙区天然水体水化学数据和前人在该地区的研究成果,利用多种水化学分析方法,对该地区天然水体的水化学组成及其成因进行分析。结果表明：鄂尔多斯沙区毛乌素沙地和库布齐沙漠虽然具有不同的沙漠景观,但其相同类型的天然水体具有相似的水化学性质和成因,该现象的出现可能和两者具有相似的蒸发量有关。鄂尔多斯沙区受蒸发影响较小的深层地下水水化学类型以Ca²⁺-HCO₃^-型为主,其水化学组成主要受控于岩石风化;湖水蒸发较强烈,水化学类型为Na⁺-Cl^-型,其水化学组成主要受控于蒸发—结晶过程的影响;浅层地下水和河水的水化学类型及其成因均处于两者之间,具有过渡特征。离子比例关系显示,蒸发岩风化、碳酸盐岩风化和硅酸盐岩风化在不同程度上影响着深层地下水、浅层地下水和河水的水化学组成。鄂尔多斯沙区地下水和河水虽然能满足灌溉水要求,但由于蒸发强烈,长期使用可能会引起盐碱化。本研究结果可为区域水资源可持续开发利用提供科学依据。     

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。     

巴丹吉林沙漠湖泊与地下水化学参数初步研究

通过分析巴丹吉林沙漠内部8个泉水、12个井水、51个湖水的化学参数,初步探讨了湖泊与地下水化学参数的空间分布规律,比较近10 a来湖水矿化度值的变化情况,并对地下水与湖水各水化学参数值进行了对比分析。结果表明,沙漠腹地湖水TDS值从西北向东南逐渐降低,Na-Cl-CO3-(SO4)型湖水向东南过渡成Na-CO3-Cl-(SO4)型湖水,推测这种分布状况主要受当地气候的影响,同时受制于局部环境条件;沙漠东南边缘湖水矿化度值长期维持低值,SO2-4离子含量较CO2-3高,气候条件相对腹地湿润,可能存在大量的淡水资源补给;湖水TDS值的年际变化主要受气候变化的控制;沙漠地下水矿化度值并未出现和湖水类似的空间趋势性,并且地下水和湖水的TDS值线性相关不显著。     

Analyzing the formation cause of Xidatan drinking mineral springs in island permafrost area on north slope of the Kunlun Mountains

The replenishment source of Xidatan drinking mineral springs in island permafrost area on north slope of the Kunlun Mountains are mainly the melting water from the modern glaciers bottom, snow and ice melting water, atmospheric precipitation, and surface water in Yuzhu Peak area on the Kunlun Mountains. This scenario is based on the survey of hydrogeology, water-conducting and water-controlling faults, and water chemistry, and on the EH-4 high-frequency electronic deep exploration. The original water recharges the deep groundwater at fracture zone of active normal faults F3 and F4 , then groundwater enriches at normal faults F2 and F2-1,2 , and then run northward. A water-rich triangle area is formed when groundwater reach the active reverse fault F1 . Groundwater then discharges through fracture zone of F1 , which is the major cause of the Xidatan mineral springs formation.     

Groundwater and surface water interactions in an alluvial plain, Tuul River Basin, Ulaanbaatar, Mongolia

Drinking water supplies in Ulaanbaatar, the capital of Mongolia, are completely dependent on groundwater sourced from pumping wells located in an alluvial plain of the Tuul River which flows through Ulaanbaatar. The interaction between groundwater in the alluvial plain and river surface water was investigated using a hydrological and multi-tracers approach. The observed groundwater contour map clearly shows that the Tuul River recharges the floodplain groundwater and groundwater flows from east to west. The similarity of chemical and stable isotopic compositions suggests that groundwater is mainly recharged by Tuul River water in the vicinity of the river. In addition, considering groundwater contours and chemical composition, groundwater in the northern and southern mountain sides contribute to floodplain groundwater. Stable isotopic information suggests that winter season precipitation also contributes to the groundwater, because groundwater in a specific region has a considerably lower isotopic ratio. Using the End Member Mixing Analysis applying oxygen-18, SiO₂ and HCO₃ ^- as tracers, the contribution ratios of the Tuul River, groundwater in the northern and southern mountain regions, and winter season precipitation to floodplain groundwater are estimated to be 58% to 85%, 1% to 54%, 0% to 16%, and 0% to 12%, respectively.