亚热带小流域水文地球化学特征及风化过程中CO_2的消耗

【摘要】：河流的水化学和地球化学特征可以反映地表风化、剥蚀作用的强弱。河流水体的化学元素组成在很大程度上表征着水体环境质量状况、区域环境化学特征、水体元素分布及迁移转化的规律。目前对一些较小的流域盆地河流的水文地球化学系统研究比较少，故本文选取赣江上游(赣南)和贵州平坝附近两处亚热带小流域为研究对象，结合水文年鉴上收集到的赣南主要站点的相关资料，对小流域的水文地球化学特征、风化过程及风化速率等方面进行深入系统的研究，获得如下一些初步认识：(1)赣南流域河水化学组成以Na+、ca~(2+)、Cl~-和HCO_3~-为主，其次是Mg~(2+)和SO_4~(2-)，Si的含量明显较高，代表了典型硅酸盐地区河流的相应化学组成，与世界和长江水系平均水平相比，赣南流域河水含有较低的溶质浓度；贵州平坝整个水系受流域内大面积出露的碳酸盐岩的影响，水中主要离子以Ca~(2+)、Mg~(2-)、HCO_3~-和SO_4~(2-)为主，TDS远高于赣南流域和世界流域的平均值。(2)通过分析对比河流水化学和流经区域的大气降水化学，结合流经地区的流域控制面积和蒸发一蒸腾F因子，应用质量平衡和海盐校正方法定量估算出大气降水对赣南流域河水中Na~+、K~+、Ca~(2-)、Mg~(2+)、Cl~-和SO_4~(2-)的贡献率分别为14.04％、1.31％、0.68％、10.20％、28.93％和2.11％，因此大气降水对河水溶解质的总贡献率为9.25％，高于世界平均值，可见，赣南流域受大气降水影响显著。(3)根据主成分分析和因子分析的结果，定量地估算了大气CO_2和碳酸盐、硅酸盐和蒸发盐类对赣南流域河水中各种离子的贡献比例。赣南流域受硅酸盐风化作用强烈，但主要影响因素仍是碳酸盐和蒸发盐，因为受盐矿的影响，二者对赣南流域溶解质的贡献率分别为42.8％和29.2％，大气CO_2对河水溶解质的贡献率为21.4％，低于世界平均水平。(4)赣南流域主要风化反应以岩盐和方解石的溶解为主，贵州平坝小流域以典型的碳酸盐岩风化为主，化学风化过程明显受到气候的影响。(5)依据大气中CO_2对河水中的HCO_3~-的贡献比例的大小，估算出赣南流域每年岩石风化的大气CO_2消耗率为4.32x10~5mol／km~2，其中，碳酸盐类风化过程中的大气CO_2消耗约占91.1％，硅酸盐类风化过程中的大气C02消耗约占8.9％，由此，赣南流域岩石化学风化过程每年消耗的大气CO_2总量为1.50x10~(10)mol，约占长江流域岩石风化消耗大气CO_2总量的1.8％。(6)通过对小流域水化学的因子分析，结合水文年鉴的统计资料，大致估算翰林桥站和坝上站的年均化学