本文關鍵詞：晉祠泉域巖溶地下水水化學特征及水文地球化學模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：山西省是我國北方巖溶分布面積最廣的省份之一,巖溶地下水以其水量集中、流量穩(wěn)定和水質(zhì)良好等特點一直是山西省城市與工農(nóng)業(yè)最重要的供水水源。晉祠泉是山西省著名的巖溶大泉,屬太原西山巖溶裂隙水系統(tǒng)。晉祠泉不僅承載著晉祠風景區(qū)旅游景觀的功能,而且擔負著晉祠地區(qū)的工農(nóng)業(yè)供水重任。上世紀80年代以來,巖溶水的大量開采等人類活動致使晉祠泉流量大幅衰減,采煤的礦坑水以及古交地區(qū)的廢污水滲入地下嚴重污染了泉域巖溶水。水動力及環(huán)境條件的改變直接影響到泉域內(nèi)巖溶地下水的水化學場及其演化特征。本文在分析晉祠泉域地質(zhì)及水文地質(zhì)條件的基礎上,綜合利用水化學分析、多元統(tǒng)計分析和水文地球化學模擬相結合的方法,對泉域巖溶地下水水化學特征及水化學成分的形成原因進行了系統(tǒng)分析研究。結果表明:(1)泉域內(nèi)由補給區(qū)到排泄區(qū)水化學指標具有如下變化規(guī)律:水溫呈逐漸升高的趨勢;pH值呈下降趨勢,巖溶水由偏堿性向中性過度;TDS總體上呈升高趨勢,水中主要陰陽離子呈升高趨勢,但變幅有所差別,Ca2+、SO42-分別增大了7.39和17.47倍。水化學類型由最初的HCO3-Ca?Mg型轉(zhuǎn)化為HCO3?SO4-Ca型、HCO3?SO4-Ca?Mg型,過渡為SO4?HCO3-Ca?Mg型,最終演變?yōu)閟o4-ca?mg型和so4?ca型。地下水質(zhì)量評價結果顯示,從泉域北部補給區(qū)向南部排泄區(qū)水質(zhì)由Ⅱ類水向Ⅳ類水漸變,Ⅱ類水基本分布在泉域補給區(qū)和徑流區(qū),排泄區(qū)各點均為Ⅳ類水,水質(zhì)較差。(2)利用eof分解法對水化學場進行了時空變化特征分析。在空間分布特征上,由補給區(qū)到排泄區(qū)ph逐漸降低,tds、ca2+、mg2+、hco3-和so42-逐漸升高。從時間演化特征上來看,從2001年到2014年,ph、mg2+、k++na+、hco3-和cl-基本在平均值上下波動;ca2+、so42-分別在2008年和2009年之后呈明顯的下降趨勢。(3)通過聚類分析將泉域內(nèi)各水樣點的水化學特征親疏關系分為三組,其中第一組又進一步分為兩類。第一組位于泉域的補給徑流區(qū);第二組位于邊山排泄區(qū);第三組局部分布于邊山排泄區(qū)東北部。同在一組的水樣點間水化學特征的關聯(lián)性較強,水力聯(lián)系密切。利用因子分析方法進一步分析了巖溶水中各水化學成分的形成作用,不同組、同一組不同區(qū)樣點水化學成分的主要形成作用各異。相關性分析法與化學計量學相結合的分析結果表明,巖溶地下水中各主要離子主要來自礦物溶解,但na+和so42-還有著其它來源。(4)飽和指數(shù)計算反映了水巖相互作用過程中各主要礦物的溶解沉淀平衡狀態(tài):方解石(所有樣點)、白云石(大部分樣點)在地下水中呈過飽和狀態(tài),沿著滲流路徑的變化無明顯的趨勢性規(guī)律;石膏和硬石膏均處于溶解狀態(tài)向飽和狀態(tài)過度階段,且沿著滲流路徑呈明顯的增大趨勢;co2在巖溶水中的分壓高于空氣而低于土壤。通過溶蝕模量的計算,石膏的溶蝕量明顯較大,方解石處于過飽和狀態(tài),并伴隨有去白云巖化作用;方解石的沉淀量大于石膏的溶解量,但地下水對巖石的改造作用仍會形成少量的新空隙。(5)對泉域內(nèi)7條典型路徑的質(zhì)量平衡和反應路徑模擬結果表明:從補給區(qū)到排泄區(qū),泉域的東北部、中部、西南部以及山前排泄帶發(fā)生的水文地球化學作用差異較大,水動力場和地質(zhì)構造對泉域巖溶地下水的水文地球化學反應起著明顯的控制作用。
【關鍵詞】：巖溶地下水 水化學特征 多元統(tǒng)計 水文地球化學模擬 晉祠泉域
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P641.134
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 研究背景及意義13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 水文地球化學特征分析14-15
• 1.2.2 水文地球化學模擬研究15-16
• 1.2.3 晉祠泉域研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 研究內(nèi)容17-18
• 1.4 技術路線18-21
• 第二章 晉祠泉域概況21-35
• 2.1 自然地理概況21-23
• 2.1.1 地理位置21
• 2.1.2 地形地貌21
• 2.1.3 水文氣象21-23
• 2.2 地質(zhì)條件23-30
• 2.2.1 地層巖性23-28
• 2.2.2 地質(zhì)構造28-30
• 2.3 水文地質(zhì)條件30-32
• 2.3.1 巖溶水含水介質(zhì)特征30-31
• 2.3.2 巖溶水循環(huán)條件31-32
• 2.3.3 富水性特征32
• 2.4 巖溶地下水動態(tài)特征32-35
• 2.4.1 年際變化32-34
• 2.4.2 年內(nèi)變化34-35
• 第三章 巖溶地下水水化學特征分析35-59
• 3.1 水樣采集與數(shù)據(jù)的可靠性檢驗35-37
• 3.1.1 水樣的采集35-36
• 3.1.2 數(shù)據(jù)的可靠性檢驗36-37
• 3.2 巖溶地下水水化學一般特征37-43
• 3.2.1 溫度與pH值37-38
• 3.2.2 主要陰陽離子與TDS38-41
• 3.2.3 水化學類型41-43
• 3.3 巖溶地下水時空演化特征分析43-50
• 3.3.1 研究方法43-45
• 3.3.2 地下水化學空間變化特征45-48
• 3.3.3 地下水化學時間變化特征48-50
• 3.4 巖溶地下水環(huán)境質(zhì)量評價50-57
• 本章小結57-59
• 第四章 巖溶地下水水化學形成作用機制研究59-79
• 4.1 研究方法59-65
• 4.1.1 聚類分析59-61
• 4.1.2 因子分析61-63
• 4.1.3 相關分析63-65
• 4.2 巖溶地下水水化學特征的聚類分析65-69
• 4.3 影響巖溶地下水水化學特征的主要因素69-75
• 4.4 巖溶地下水中主要離子來源淺析75-78
• 本章小結78-79
• 第五章 巖溶地下水水文地球化學模擬研究79-105
• 5.1 水文地球化學模擬原理79-86
• 5.1.1 質(zhì)量作用定律79-80
• 5.1.2 活度及活度系數(shù)80-81
• 5.1.3 飽和指數(shù)81-82
• 5.1.4 逆向模擬方程和數(shù)值方法82-86
• 5.2 巖溶含水介質(zhì)礦物溶解沉淀狀態(tài)分析86-94
• 5.2.1 礦物相的確定86-87
• 5.2.2 飽和指數(shù)計算結果分析87-92
• 5.2.3 礦物溶蝕模量計算92-94
• 5.3 水文地球化學逆向模擬94-103
• 5.3.1 模擬路徑的選取94-95
• 5.3.2 礦物相確定95-96
• 5.3.3 模擬模型的建立96
• 5.3.4 質(zhì)量平衡模擬結果分析96-103
• 本章小結103-105
• 第六章 結論與展望105-109
• 6.1 結論105-107
• 6.2 展望107-109
• 參考文獻109-117
• 致謝117-118
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文目錄118

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