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金佛山地区地下水与地表水水文地球化学及氢氧同位素特征分析

肖可  
【摘要】:水是人类赖以生存的宝贵资源,地下水是水资源的一个重要组成部分。在可利用的水资源中,地下水占98.5%。赋存于各种岩溶空隙中的地下水便是岩溶水,岩溶地区占全球陆地面积的15%,全球至少10亿人口居住于岩溶区或者以岩溶水作为主要的供水水源。伴随着人类活动的增加,岩溶水的污染和水资源的浪费问题日渐凸显,合理开发利用及保护地下水资源变得愈发重要,这就要求人们需要弄清地下水的时空变化规律及水循环模式。本文选取重庆市南川区金佛山地区作为研究对象,以区域自然地理及水文地质条件为基础,结合水文地球化学及环境稳定同位素的方法,系统地对金佛山地区水化学特征的变化规律及氢氧同位素的空间分布进行分析,并进一步探究该地区存在的地下水及地表水的补给形式及循环特征,得出主要结果如下:(1)区内水体水文地球化学组成表明水化学类型为HCO3-Ca型和Ca(Mg)-HC03型,体现出了区内碳酸盐岩广布的特点。金佛山地区地表水与地下水的水化学组成分布于岩石风化控制端元附近,表明金佛山水体受到岩石风化控制作用较为显著,这与区内水体阴阳离子组成表现出了一致性。区内地下水pH值呈弱碱性,金佛山自然保护区外总硬度与总碱度比值整体高于保护区内,表明区内可溶岩的溶解过程受到其他酸类影响,个别取样点受到人为酸影响较为明显。与上世纪70年代比较,金佛山地区保护区内外的地下水总硬度与总碱度比值均存在上升的情况,保护区外上升幅度较大。Ca2+及Mg2+含量明显受到排泄点地质背景控制,分布于灰岩地层的地下水排泄点Ca2+明显较高,地质背景为白云岩地层的地下水排泄点Mg2+含量明显高于其他地区,可见影响金佛山地下水阳离子浓度的因素主要为地质背景,其次为人类活动影响。金佛山地区地下水HCO3-、Cl-、 N03-、SO42-等阴离子浓度较上世纪70年代均产生了不同程度的变化,其主要的影响因素为人类活动。(2)金佛山地区地表河水及地下水氢氧同位素组成沿重庆市大气降水线与全球大气降水线附近分布,受同位素动力分馏效应影响,存在着不同程度的偏离,而位于其左上方,地下水位置较为集中而河水较为分散,表明金佛山地区地表水及地下水主要补给来源为大气降水及冰雪融水。通过分析区内地下水d值(氘过量值)发现,区内山下低海拔地区地下水与山上高海拔地区地下水相比d值较小,说明高海拔地区地下水由于受到冰雪融水补给,体现出冰雪融水氢氧同位素偏负的特点。分析沿地表径流方向选取的流域径流系统水体,在溶滤作用、阳离子交换作用及同位素高程效应影响下,地下水变化表现为电导率沿径流方向逐渐升高而氧同位素逐渐偏重。其中地下水的电导率(EC)总体上高于地表水,主要原因是地下水在循环过程中对围岩的溶滤作用及阳离子交换作用与地表水相比较更容易进行,导致电导率上升。(3)通过水化学及氢氧同位素数据分析建立金佛山地区水体循环概念模型:在金佛山1267m~2133m的高海拔地区,大气降水以降雨及降雪的形式进入金佛山水体循环系统。降水在下渗补给地下水的过程中受蒸发效应影响,使得地下水逐渐富集重同位素。地下水运移过程中,部分地下水经过浅循环形成冷泉出露于地表,而部分地下水则继续下渗,逆着地温梯度进行渗透,随着温度升高导致水分子平均运动速度加快,水体出现同位素分馏,最终在深部形成同位素组成偏负的地下热水,地下热水随后上升与其他冷水混合出露地表形成温泉。高山地区下渗的部分地下水通过较长跨度的运移过程,在山下较远区域出露,与当地降水补给的地下水表现出较大的同位素组成差异。


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