發(fā)布時間：2018-08-12 17:24

【摘要】：地下水是世界上主要的淡水資源之一,在巖溶地區(qū),特別是在我國西南巖溶區(qū),由于地下水儲量相對豐富,水質(zhì)優(yōu)良,成為良好的供水水源。然而,近年來,巖溶地下水遭受污染的報道卻只增不減,其中由硝酸鹽、硫酸鹽超標(biāo)引起的地下水污染日益嚴(yán)重并引起世界各國的普遍關(guān)注,治理由硝酸鹽、硫酸鹽超標(biāo)引起的地下水水質(zhì)惡化已刻不容緩,為此,厘清城市污染物質(zhì)來源,從源頭上減少硫酸鹽、硝酸鹽輸入顯得尤為重要。我國西南巖溶區(qū)具有地上、地下雙層結(jié)構(gòu),“三水”轉(zhuǎn)換迅速,硝酸鹽、硫酸鹽污染發(fā)生具有隨機(jī)性,機(jī)理過程的復(fù)雜性,排散的途徑及排放的不確定性,并且還具有遠(yuǎn)距離運移的特點,要追蹤來源十分困難,運用單一的指標(biāo)判別其污染源往往缺乏針對性和科學(xué)性,需要結(jié)合多種同位素分別示蹤污染物質(zhì)來源。同時,人為排放的硫酸和硝酸進(jìn)入地下河系統(tǒng)后參與到水-巖作用過程,引起水-巖作用強(qiáng)度時空差異,改變了地下水的物質(zhì)組成及其地球化學(xué)循環(huán),干擾了由碳酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生的碳匯效應(yīng)。本文以里湖地下河流域為研究區(qū),將硫同位素、氮氧同位素與傳統(tǒng)水化學(xué)方法相結(jié)合,分析地下水物質(zhì)組成及其影響因素,揭示里湖地下河硫酸鹽、硝酸鹽來源,運用水化學(xué)方法估算硫酸和硝酸參與下的水-巖作用強(qiáng)度。通過數(shù)據(jù)分析,得出以下結(jié)果:里湖地下河流域水化學(xué)類型為HCO_3~-Ca型,地下水地球化學(xué)組成受控于碳酸鹽巖的自然風(fēng)化溶解,在人為輸入、降水稀釋和河流自凈作用的綜合影響下,各離子濃度在旱季大于雨季,空間上從上游到下游整體呈現(xiàn)波動下降的趨勢。地下河δ~(34)S-SO_4~(2-)值在-4.12‰~-0.93‰間,通過與潛在硫源的δ~(34)S比對,推斷地下河SO_4~(2-)受到城鎮(zhèn)污水、化肥和酸雨的影響,δ~(34)S值在農(nóng)耕季略大于旱季,且波動更大,可能是地下水中混入了相對更高δ~(34)S-SO_4~(2-)值的化肥;δ~(15)N-HCO_3~-值在-0.05‰~18.15‰之間,平均為8.20‰,δ~(18)O-HCO_3~-在-6.71‰~77.04‰之間,平均為12.58‰,結(jié)合硝酸鹽氮氧同位素組成分析,地下河HCO_3~-來源具有明顯的季節(jié)差異,2015年1月其來源復(fù)雜,2014年5月和10月地下水HCO_3~-主要受到合成化肥、人畜糞便和污水及土壤氮的不同程度的混合,2015年7月主要來源為合成化肥,并受到大氣降水高δ~(18)O-HCO_3~-的影響。地下水δ~(13)C-DIC分布在-10.74‰~-4.34‰之間,平均為-7.36‰,碳同位素組成同時受到自然的碳酸溶蝕和人為輸入的硫酸、硝酸溶蝕的影響。與桂林、南山、烏江等地相比較為偏正,指示可能受到硫酸、硝酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生的碳同位素偏正的DIC的影響。地下水[Ca~(2+)+Mg~(2+)]/[HCO_3~-]當(dāng)量比值在1.12~1.56之間,[SO_4~(2-)+HCO_3~-]/[HCO_3~-]比值在0.11~0.50之間,也揭示硫酸、硝酸參與了水-巖作用。根據(jù)水化學(xué)方法計算得出碳酸溶蝕碳酸鹽巖的比例介于28.04%~78.55%之間,平均為50.01%,受水-巖作用時間影響,旱季溶蝕比例大于雨季,空間上溶解能力最強(qiáng)為下游的小龍洞處;硫酸和硝酸溶蝕碳酸鹽巖的比例介于21.45%~71.96%之間,平均為49.71%,在農(nóng)業(yè)活動的影響下,其溶蝕能力最強(qiáng)出現(xiàn)在2014年5月,受人類活動強(qiáng)度和水體自凈作用的綜合影響,其溶蝕強(qiáng)度總體上表現(xiàn)為中游農(nóng)業(yè)活動區(qū)域上游城鎮(zhèn)和工業(yè)排污區(qū)域下游人為活動較少干擾區(qū)域。
[Abstract]:Groundwater is one of the main freshwater resources in the world. In karst areas, especially in the karst areas of Southwest China, groundwater has become a good source of water supply because of its relatively abundant reserves and excellent water quality. However, in recent years, reports of pollution of karst groundwater have only increased, including groundwater pollution caused by excessive nitrate and sulfate. It is urgent to control the deterioration of groundwater quality caused by excessive nitrate and sulfate. Therefore, it is very important to clarify the source of urban pollutants and reduce sulfate from the source. Rapid transformation, nitrate and sulfate pollution occur randomly, the mechanism process is complex, the way of dispersal and emission is uncertain, and also has the characteristics of long-distance migration, it is very difficult to trace the source, using a single index to identify its pollution source is often lack of pertinence and scientific, need to combine a variety of isotopes separately. At the same time, anthropogenic discharge of sulfuric acid and nitric acid into the underground river system participates in the process of water-rock interaction, resulting in spatio-temporal differences in the intensity of water-rock interaction, changing the composition of groundwater and its geochemical cycle, interfering with the carbon sink effect produced by carbonate dissolution carbonate rocks. In the study area, sulfur isotopes, nitrogen and oxygen isotopes were combined with traditional hydrochemical methods to analyze the composition of groundwater and its influencing factors, reveal the sources of sulfate and nitrate in the underground rivers of Lihu Lake, and estimate the intensity of water-rock interaction under the participation of sulfuric acid and nitric acid by hydrochemical methods. The hydrochemical type of the basin is HCO_3~-Ca. The geochemical composition of groundwater is controlled by the natural weathering and dissolution of carbonate rocks. Under the combined influence of artificial input, precipitation dilution and river self-purification, the ion concentrations in the dry season are higher than those in the rainy season. The spatial fluctuation of the groundwater is decreasing from upstream to downstream. It is inferred that SO_4~ (2-) in underground rivers is affected by urban sewage, chemical fertilizer and acid rain by the ratio of - 4.12 ~ - 0.93, and the value of 34 S is slightly higher in agricultural season than that in dry season, and the fluctuation is larger. It is possible that the groundwater is mixed with chemical fertilizers with relatively higher value of (34) S-SO_4 (2-); and the value of (15) N-HCO_3 82 Between, the average is 8.20, between - 6.71 ~77.04, the average is 12.58. Combined with the analysis of nitrate nitrogen and oxygen isotope composition, the source of HCO_3 - in underground rivers has obvious seasonal differences. The sources of HCO_3 - in January 2015 are complex. In May and October 2014, the groundwater HCO_3 - is mainly subject to synthetic fertilizers, human and animal manure, sewage and soil. In July 2015, the main source of nitrogen mixing was synthetic fertilizer and was affected by the high precipitation of (18)O-HCO_3~-. The groundwater (13)C-DIC was distributed between - 10.74 - 4.34, with an average value of - 7.36. The carbon isotope composition was affected by both natural carbonation and human input of sulfuric acid and nitric acid. In Nanshan, Wujiang and other places, the ratio of Ca~ (2+) + Mg~ (2+) / [HCO_3~-] equivalent in groundwater is between 1.12 and 1.56, [SO_4~ (2-) + HCO_3~-] / [HCO_3~-] ratio is between 0.11 and 0.50, indicating that sulfuric acid and nitric acid are involved in water-rock interaction. According to hydrochemical calculation, the proportion of carbonate dissolution carbonate rocks ranges from 28.04% to 78.55%, with an average of 50.01%. Affected by the time of water-rock interaction, the ratio of dissolution in dry season is larger than that in rainy season, and the spatial dissolution capacity is the strongest in the Xiaolong cave downstream; the ratio of sulfuric acid and nitric acid dissolution carbonate rocks ranges from 21.45% to 71.96%, with an average of 49.71%. Under the influence of agricultural activities, the strongest dissolution capacity appeared in May 2014, which was affected by the intensity of human activities and the self-purification of water. The dissolution intensity was generally shown in the upper reaches of agricultural activities and the lower reaches of industrial sewage discharge areas with less disturbance of human activities.
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X523;P641.3

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本文編號：2179764