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《济南大学》 2018年
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越流系统中粘土对常规水化学组分的阻滞作用

张文静  
【摘要】:目前,地下淡水资源的紧缺及安全问题已成为制约国民经济发展的重要影响因素。深层地下淡水开采量逐年增加,浅层咸水一旦越流补给至深层淡水层,则可能导致有限的深层淡水存在整体咸化的风险。因此探究对于粘土对咸水中常规水化学组分的阻滞作用对科学合理地开发利用深层淡水具有重要意义。本文以内陆平原区济阳县典型中深层越流系统为例,以研究区不同越流层粘土及咸水为研究对象,在查阅国内外相关文献及调查区域地质、水文地质的基础上,通过粘土物理性质及粘土矿物组分含量测定、地下水离子组分测试、地下水同位素测试等方法,结合室内易溶盐试验、高压渗透试验、吸附试验,揭示了常规水化学组分在粘土层内的水文地球化学作用及其阻滞过程,得到粘土对常规水化学组分的阻滞机制,并定量分析阻滞强度的大小。此外,通过对研究区越流系统的形成及演化及垂向分带特征分析进一步印证了粘土在越流系统中的阻滞作用。根据以上研究,本文得出以下结论:(1)根据易溶盐试验可知,由于粘土层的阻滞作用,地下水电导率在垂向上存在较大的差距,形成分带特征,且粘性土粘粒含量越高,阻滞强度越大;岩性特征对地下水组分形成存在一定的影响,且在埋深42-122m范围内地下水中Na~+、Mg~(2+)和Cl~-含量受易溶盐类溶解影响较大;地下水中的主要化合盐为NaCl和Na_2SO_4,越流系统咸水的离子组分相互制约相互影响。(2)粘土矿物及粘粒的膨胀及释放、水化学作用是引起粘土阻滞作用的主要贡献因子,粘土对常规水化学成分的阻滞主要体现在发生了阳离子交换吸附作用。在同一压力下,粘土渗透性逐渐降低,盐分在粘土中得到截留;但随着压力的增大,渗透系数随之增大,阻滞作用逐渐弱化,说明这种阻滞作用有一定的限度。对于累积大量盐分的粘土层,地下水越流过程中伴随有溶解作用发生。(3)粘土对地下水中主要常规离子的等温吸附曲线符合Henry方程的线性吸附规律,不同深度粘土矿物含量、粘粒含量及含盐量的差异导致了粘土吸附性能的差异,对于相同深度粘土,表现为离子浓度越高,粘土对其吸附作用越强;总体上,粘土对常规离子的阻滞作用强度与地下水水化学组分含量基本一致:离子含量越高,粘土对其阻滞作用表现得越强;同时,粘土对地下水中常规离子的阻滞作用反过来控制地下水常规水化学组分含量。(4)在研究区孔隙含水系统中,从越流系统的形成演化、地下水水化学成分、地下水水化学类型及地下水电导率的变化几个方面均反映出不同深度含水层在垂向上存在明显的分带特征。这是由于含水层间的存在多层粘土层结构,阻隔了相邻含水层间的水力联系,使不同补给来源的地下水能够保持水质、水位的稳定差异,粘土通过对常规离子的阻滞作用控制研究区孔隙含水系统中地下水的水化学成分的垂向分带性。
【学位授予单位】:济南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:P641.3

【参考文献】
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