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淮北平原区城市浅层地下水化学特征及成因分析*——以宿州市为例

更新时间:2009-03-28

浅层地下水是北方地区重要的供水水源,安徽省宿州市是典型的以地下水为主要水源的城市。随着近年来工业迅猛发展,污染物已经渗透到空气、土壤、食物和水,威胁到人类健康。浅层地下水水化学成分直接关系到水质。

地下水化学成分是其与周围环境(岩石、地表水、大气)长期作用的结果。地下水水化学研究,主要探究其化学组成与起源,同时对浅层地下水开发和保护意义非凡。

1 研究区概况

宿州位于安徽省北部,豫苏鲁皖交界处,地处淮北平原北部,是中国重要的商品粮基地。宿州市地势平坦,整体由西北向东南倾斜,平原区高程一般在20-40m,区内土壤多由黄河、淮河历次泛滥堆积作用形成,主要为第四纪松散沉积物覆盖。区内土壤类型以砂礓黑土为主,多被植被作物及农作物覆盖。研究区属于暖温带半湿润季风气候,多年平均降水量840mm,雨量集中在6-9月,水资源短缺。

研究区内地下水类型为松散岩类孔隙水。第四系松散含水层岩组遍及全区,且以全新统含水岩组分布最广,该区大气降水为主要补给水源,其次为灌溉回归,地表水入渗补给。一般情况下,河流是地下水的排泄方式,区内浅层孔隙水的总径流方向为西北流向东南。同大多数北方城市一样,研究区生活用水及工农业用水主要依靠浅层地下水。随城市快速扩张,地下水过度开采,导致地下水水位逐年下降,市区已形成3个大型区域性降落漏斗,面临地面沉降风险[1-2]。工业垃圾及生活垃圾堆放也引起了地下水水质恶化等问题。

2 水样采集与测试

2015年4月,课题组对研究区浅层地下水进行了采样,共采集样品20个。为确保样品不被污染,取样前先将井水排放10min,后用井水润洗干净的聚乙烯瓶3遍,再将水样充满聚乙烯瓶,并迅速旋紧瓶盖。水样运回实验室后,立即进行过滤处理,冷藏,待测常规离子。现场完成pH、TDS测试。

3.SVM模型的输出结果。为确定SVM模型的最佳训练集大小,本文以200个样本为步长有放回地从训练集中分层随机抽取训练样本,得到各指标随训练样本大小变化的曲线图,如图3、图4所示。

当时,火锅的质地有陶瓷、纯银、银镀金、铜、锡、铁数种。其基本形式有两种:一种为组合式,由锅、炉支架、炉圈、炉盘、酒精碗5部分组成,可以同时上桌烧煮食物,也可单独用锅温食品。另一种为锅中带炉,炉内烧炭火,能把水烧开,生鱼、生肉、蔬菜等放入沸水中可以煮熟。

3 结果与讨论

3.1 常规离子特征分析

地下水主要离子特征统计分析结果见表1。

K+含量除2个异常高值(15CQ13、15CQ14)外,与Na+含量呈明显正相关(r=0.59,图5),表明该区地下水中Na+与K+主要由硅酸盐矿物(长石)经风化淋滤作用释放出来。在地下水径流条件良好地区,Na+与K+易随地下水迁移,若经流地富含粘土矿物,土壤胶体更易于吸附高价阳离子,交换作用可把矿物颗粒吸附的Na+与K+交换到地下水中,导致含量升高[13]。研究区局部K+含量异常高值,可能与该点人流量密集的商业活动区及小吃街产生大量废水下渗有关。与之对应,Na+含量变化不大,是由于在下渗过程中Na+置换土壤中的K+,导致K+更多的进入地下水中。

 

1 浅层地下水各指标含量统计表

  

离子最小值最大值均值变异系数(%)F-0 002 201 1049 80Cl-15 40227 00101 0046 60NO3-2 84191 0058 30102 00SO42-23 40244 00123 0052 90HCO3-235 00674 00434 0026 50Na+36 50133 0098 4028 40NH4+0 003 860 40246 00K+1 23126 0014 30265 00Mg2+20 9075 9044 3035 50Ca2+30 00115 0067 2042 40PH7 208 407 684 65TDS436 00903 00680 0018 10TH171 00506 00349 0027 60

注:pH值、变异系数无量纲,其他单位为mg/L

由表1可知,地下水pH值变化范围为7.20-8.40,呈弱碱性;TDS的变化范围为436-903mg/L,均值为680mg/L,均属淡水;总硬度(TH)的变化范围为171-506mg/L,均值为349mg/L,其中微硬水、硬水、极硬水比例分别占总水样的20%、65%、15%。由变异系数可知,水化学组成存在异常,尤其是局部地区存在明显的K+、NH4+和NO3-异常。常量组分主要为Na+、Ca2+、HCO3-,其次是从各离子含量均值来看,该区浅层地下水中阳离子以Na+、Ca2+、Mg2+为主,阴离子占优势。

3.2 地下水水化学特征

由研究区地下水水样Piper三线图(见图1)可以看出,研究区浅层地下水水样主导阴离子是HCO3-,主导阳离子是Mg2+、Na+、Ca2+。水化学类型以Na-HCO3、Mg-HCO3、Na-Mg-HCO3和Na-Ca-HCO3为主。结合采样信息,未呈现明显的空间分布特征。

唯一一处型水样采自护城河附近,该处人口密集,商业行为活跃。化学分析结果显示护城河水水化学类型主要为Na-SO4(孙林华未发表数据)。该处特征性水化学类型可能受地表人类活动及地表水下渗的双重影响[3]

2013年,纳入陕西省2013—2015年规划的100条中小河流250个项目建设任务全面拉开,前期工作顺利推进,全年共完成99个项目的现场踏勘,分批集中完成了85个项目的初步设计批复,为2014年建设任务奠定了坚实的项目基础;共下达年度中央和省级投资计划11.25亿元,累计下达2013—2015年规划内项目投资19.23亿元,累计完成投资20.42亿元,有80个项目已完成主体建设任务,完成综合治理河长460km,全面完成了年度目标任务。

水样测试均在宿州学院安徽省煤矿勘探工程技术研究中心完成。常规离子测试采用美国赛默飞公司离子色谱仪(ICS—900),而HCO3-测试通过标准滴定法完成。

  

1 宿州城区浅层地下水常规离子Piper图

3.3 地下水水化学特征成因分析

3.3.1相关性分析 水岩作用、蒸发浓缩或人为污染影响下的地下水水化学成分,离子含量之间表现为一些特殊相关性,从而推测出地下水中各离子来源[4]

该区主要优势阳离子有Ca2+、Mg2+,Ca2+与TDS(r=0.60,图2左)、Mg2+与TDS(r=0.22)呈现较明显的相关性,Ca2+离子浓度也受控于pH(r=-0.59,图2右)。淮北平原区方解石、白云石含量较高,且表层土壤含有丰富的有机质(有机质分解产生CO2,溶于水后分解方解石及白云石),以上表明样品碱土金属元素含量的变化,是与地下水流动过程中与周围碳酸质岩石的反应相关[5],亦与该区优势阴离子为HCO3-吻合。

地表水在渗流过程中,经富含饱和钙镁胶体的粘性土层时,能发生交换反应,使入渗的水中Ca2+、Mg2+离子浓度增加,补给浅层地下水,造成地下水硬度升高,可能也起到一定作用[6]

[2]孙凤荣,温忠辉,束龙仓,等.宿州市城西水源地地下水限采及其效果分析[J]. 水资源保护,2016,32(1):184.

  

2 Ca2+与TDS、Mg2+与TDS关系图

何牦扫完街半小时后,两家早餐店里快坐满了,摆在店外的炉子上,通红的火焰像飘杨的红旗。把蒸包子、馒头的锅放上去后,就看不到旗帜般的火焰,只看到腾腾的热气。

  

与TDS关系图

F-与Ca2+呈明显正相关(r=-0.52,图4左)。对比中华人民共和国国家标准地下水质量标准(GB/T 14848-1993),F-含量明显超Ⅲ类水标准(≤1.0mg/L),超标率达60%,属高氟水区。许光泉等[9]通过对比水化学类型和Ca2+-F-离子浓度,发现Ca型水F-离子的较低。分析其原因是由于Ca2+与地下水中的F-结合,形成难溶性的磷灰石萤石(CaF2)、(Ca5(PO4)3F)而沉淀下来,从而导致随Ca2+含量升高和F-含量降低。

目前有源与无源定位技术的主要方法包括干涉仪测向、时差、频差及其组合方式等方法,定位常用的参数主要包括到达时间、到达时间差、到达角度等因素[6-7]。不管是采用哪种体制的定位技术,其接收机的性能好坏对其系统的定位精度有着重大的影响。在接收机的指标中,其幅度平坦度与波动以及时延波动是影响系统定位精度的重要因素与指标。比如:采用时差定位系统时,需要测量信号通过不同路径到达主站的时延差,这就对接收机时延稳定性要求非常高,因为接收机自身的时延波动直接代入系统的定位误差,从而最终影响系统的定位精度。

  

4 F-与Ca2+、F-与pH值关系图

3.3.2 Gibbs图 宿州城区地下水的TDS质量浓度较高,ρ(Na+)/ρ(Na++Ca2+)比值较大(0.55-0.85),ρ(Cl-)/ρ(Cl-+HCO3-)普遍比值较小(0.13-0.62)。由Gibbs图可知(见图7),研究区地下水水体主要受蒸发-沉淀作用影响,同时也与研究区岩石风化相关。部分样品点超出曲线范围,可能与人类活动影响相关[14]

东营凹陷陡坡带砂砾岩体储层预测技术………………………………………………………………………………亓雪静(2.1)

与Ca2+明显的正相关(r=0.88,图3左),与TDS相关性较明显(r=0.59,图3右),这可能是该区大型降落漏斗发育导致氧化作用增强有机质分解,形成和Ca2+更多进入水体,从而导致TDS升高[7];也不排除蒸发浓缩作用的影响[8]

  

5 Na+ 与K+关系图(注:左图总体,右图局部)

Cl-可以直接指示地表污染源。因此利用地下水中的氯离子可以直接指示地表污染源。图6显示NO3-与Cl-弱的正相关(r=0.22)。总的来说,NO3-与Cl-的变化较为密切,说明是人为活动的影响,离散样品表明可能并非单一污染源。Cl-主要来源于人类活动,因此该地区的NO3-主要为人畜排泄物及生活污物的污染导致[4-6]

  

6 NO3-与Cl-关系图

综上所述,地下水化学类型以Na-HCO3、Mg- HCO3、Na-Mg-HCO3和Na-Ca-HCO3型为主。是矿化度中等、硬度中等的弱碱性水。从离子相关性分析来看,该区地下水化学成分主要受控于碳酸盐、硅酸盐溶解风化,人畜排泄物及生活污物也导致局部水体元素异常(如K+、Cl-、NO3-)。该区F-含量明显超Ⅲ类水标准,属高氟水,与pH正相关,来源于本区第四纪松散堆积物中高氟矿物。

F-含量也受pH值影响。图5右显示,F-与pH值呈正相关(r=0.47)。碱性环境更有利于F-的溶解。这是由于在偏碱性地下水中Ca2+离子活度降低,抑制了F-的沉淀[10]。同时,偏碱性环境中OH-增多,易于置换含氟矿物中的F-,致使其浓度升高[11]。该区F-主要来源于区内第四纪松散堆积物,氟含量约为220-950ppm[12]。降水穿过松散堆积物层,在利于氟淋滤的条件下(高pH值),粘性矿物表面OH-取代F-,F-被释放,从而形成高氟水。

  

7 宿州城区浅层地下水Gibbs图

4 结论

采用数理统计、Piper三线图、因子相关性、Gibbs图等方法对研究区常规离子进行统计分析。结果表明,宿州市地下水化学类型以Na-HCO3, Mg- HCO3, Na-Mg-HCO3, Na-Ca-HCO3型为主。城区地下水化学成分主要受控于碳酸盐、硅酸盐溶解风化,同时蒸发浓缩也起到重要作用。城区局部元素异常与人为活动关系密切。

参考文献

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虚拟水理论的提出,为区域农业产业结构的合理优化提供了新的视角。以自治区种植业“十三五”规划发展为依据,设定不同的情景,从虚拟水战略对生态环境、水资源消费和社会环境正反方面的影响进行分析。

顾客忠诚度是一个多维的概念,可分为三类。第一类从行为的角度进行阐释,Jacoby(1978)等认为,高频度的购买即是顾客忠诚[3]。第二类定义从认知的角度出发,Srivastava和 Kaul(2016)指出,只有当重复购买行为伴随着较高的态度取向时才产生真正的顾客忠诚度[4]。第三类定义将行为和态度相结合,学者Oliver(2010)给顾客忠诚度下定义为 “顾客对偏爱企业的产品和服务持有深深的承诺,并在未来持续光顾和回购,而不管环境和市场营销手段的影响”[5]。

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选择培养基,从牦牛酸醡肉中共分离纯化得到乳酸菌11株、芽孢杆菌10株、真菌17株(不排除同种菌),一一编号,保存于4 ℃冰箱备用。

[9]许光泉,刘进,朱其顺,等.安徽淮北平原浅层地下水中氟的分布特征及影响因素分析[J].水资源与水工程学报,2009,20(5):9.

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2017年,新版《患者十大安全目标》出炉之际,南大一附院其实已在很多方面走在前列:危急值信息平台搭建、PDA患者身份识别、院感监测系统、输血管理平台、不良事件上报系统,以及阳光医药监察平台等已趋成熟或已搭建完成。

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闵宁,任瑾,林曼利
《九江学院学报(自然科学版)》2018年第01期文献

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