氟的水文地球化学行为及其数值模拟

【摘要】： 本文以重要的生命必需元素氟为研究对象，选择地方性氟病比较严重，浅层高氟地下水形成分布在华北地区乃至我国北方地区具有代表性的河北邢台山前平原为典型研究区，在前人大量工作的研究基础上，引进国外近十几年发展起来的地下水地球化学定量研究方法—地下水地球化学模拟，以及多反应组分系统水动力弥散运移与化学反应耦台模型的理论和方法，通过野外研究—室内模拟实验—数值模拟，着重研究了以下几个方面的问题： 1．在分析本区浅层高氟地下水自然环境的基础上，探讨了浅层地下水系统氟的地球化学行为，深入研究了非饱和带土体的物理化学性质对非饱和带土体的氟源强度、供氟能力，以及土体与浅层地下水之间氟的迁移、转化和富集的影响。 2．在水—非饱和带非均质土体系统氟的迁移富集动态模拟实验基础上，研究了大气降水入渗条件下，水—非饱和带非均质土体系统氟的迁移、转化和富集规律，建立了氟的水相络合作用、溶解／沉淀作用和吸咐／解吸作用的化学平衡或化学动力学反应模型。考虑氟的水动力运移和化学反应过程，建立了大气降水入渗条件下，水—非饱和带非均质土体系统氟的水动力运移与化学反应的耦合模型，定量模拟了大气降水入渗过程中，水—非饱和带非均质土体系统氟的浓度随时间、空间的变化过程。 3．应用地下水地球化学定量研究方法—地下水地球化学模拟，建立了浅层地下水化学平衡反应模型和氟的质量平衡反应模型；定量确定了浅层高氟地下水中氟及其它组分的存在形式，从氟的淋溶—迁移带至氟的富集带沿水流路径水—岩(土)相互作用过程中含氟矿物和其它(矿)物相质量转移的数量，以及浅层地下水中各种固相沉淀物的饱和状态和溶解／沉淀作用趋势；探讨了浅层高氟地下水中F、Ca、Mg的存在形式与地方性氟病之关系。