水质成因

2024-05-27

水质成因（精选四篇）

水质成因篇1

黑河流域地处甘肃省河西走廊中西部, 地势平坦, 土地肥沃, 光热资源充沛, 矿产资源丰富, 从古到今沿岸人民靠着发源于祁连山脉的黑河水资源, 过着丰衣足食的富裕生活, 是甘肃省乃至整个西北地区工农业最为发达的地区之一, 也是国家的重要商品粮基地。解放后特别是近二十年以来, 随着河西地区工农业生产的扩大, 对水资源的需求量也越来越大, 致使该地区很多盆地的水均衡及水盐关系状况发生了明显的变化, 出现了区域性地下水位持续下降, 泉水资源不断削减等水文地质问题, 同时还引发了土地盐渍化、沙漠化、植被衰亡、草场退化等一系列问题。近二十年来, 这里沙尘暴频繁, 使许多地质工作者汇聚额济纳, 对这里所发生的一切做了大量的调查论证工作, 在水质检测中我们发现水中微量元素锶的含量非常丰富, 属全国之首。而且还有, 由深层到浅层, 由上游到下游, 渐渐增大的这样一个规律, 同时还发现, 偏硼酸 (HBO2) 也有这一规律, 究其原因进行探讨。

(二) 水质分析结果

1. 天然水水质分析结果

经过100多组天然水水质分析, 发现该流域天然水水质锶含量比较丰富, 甚至黑河源头的祁连山冰雪融水也有较大的锶含量, 现仅取部分水质分析结果列表如下, 见表1。

黑河上游到下游取水点顺序如下:

(1) 黑河干流:托来牧场河水→二只哈来坡河水→山区柳泉沟河水→37号道班河水、→黑山桥河水→边麻饲料队河水→梨园河肃南县河水→黑河干流出山口→梨园河出山口→小海子水库→鸳鸯水库→芨芨水库出水闸口→黑河正义峡水文站。

(2) 黑河支流—山丹河:小柳泉沟河水→祁连县冰雪融水→八宝河河水→甘青分界冰雪水→民乐县童子坝水库→小海子水库→鸳鸯水库→芨芨水库出水闸口→黑河正义峡水文站。

从天然水水质分析结果说明;祁连山脉和河西走廊中西部地表有快速风化的含锶岩石存在, 并有可溶性的锶盐溶入了祁连山的冰雪融水, 造成黑河水从上游到下游随着水质矿化度的增大锶含量也逐渐增大的这样一个规律。

2. 地下水水质分析结果

经过多年工作积累和200多组地下水水质专项分析, 发现该流域地下水水质锶的含量比较丰富。现仅取部分水质分析结果列表如下, 见表2和表3。

从黑河上游到下游, 地下水取水点顺序如下:民乐县叶官村→张掖龙渠→黑河滩水源地→张掖平原堡→临泽县城→高台县城→高台黑泉→罗城花墙村→高台盐池→金塔→鼎新芨芨乡→大树里雷达站→基地14号→基地7号→额济纳旗团结队→额济纳旗农牧场。

从表2和表3说明, 黑河流域地下水经过循环, 水中微量元素锶和偏硼酸的含量非常丰富, 而且还有由深层到浅层, 由上游到下游锶的含量渐渐增大的这样一个规律。

(三) 水质锶含量成因探讨

本流域的地下水主要是发源于祁连山脉黑河的渗漏及农田灌溉入渗补给 (水质类型若只考虑阴离子一般为HCO3-—SO42-型或SO42-—HCO3-型) , 另外就是随着降水的渗透补给。但是, 这里降水量远低于蒸发量, 唯一的水源就是祁连山冰川。可是, 近年来祁连山冰川融水却比上个世纪的70年代减少了大约10亿立方米。因为水源减少, 水盐浓缩, 使本流域地下水的矿化度显著增加, 所以地下水中微量元素锶和偏硼酸的含量也就非常丰富, 而且还有由深层到浅层, 由上游到下游锶的含量渐渐增大的这样一个规律。

本流域天然水及地下水中的锶, 主要是因为暴露在地表的变质碳酸岩 (锶垩石) 和变质硫酸岩 (天青石) 等岩石, 在各种特殊的自然条件的作用下, 其内部构造、成分和性质都发生了强烈的变化, 使岩石快速风化, 并释放出可溶性盐类, 被降水或灌溉溶蚀并被带走, 转化到水中的。岩石的风化可以分为物理风化、化学风化和生物风化三种类型, 该流域主要以前两种风化类型为主:

1. 物理风化

(1) 风的作用:甘肃省西部是中国四大沙尘暴的源头之一, 冬春季节强劲的西北风挟带着这里的沙砾向东南吹送。一些较大的砾石残留原地形成荒凉的戈壁。较粗的沙子被风送一段距离后沉积起来, 形成我国西北部广阔连绵的沙漠。在搬运的过程中, 岩石、沙粒互相碰撞和滚动, 棱角均被磨蚀, 并逐渐破碎为细粒。这是河西走廊岩石最强烈的风化方式。

(2) 温度作用:长年累月暴露在地表的岩石, 经历着昼夜和四季之间的温度变化。但在河西走廊中西部, 夏季中午地表温度竟高达50℃, 而在夜间最低气温可接近0℃ (早穿皮袄, 午穿纱, 抱着火炉吃西瓜, 就是这里气温变化的真实写照) , 在严寒的冬春季节气温绝大部分都是零下18℃左右, 昼夜相差近20℃左右。由于气温强烈的变化, 引起了岩石强烈的热胀冷缩, 使岩石表面与内部受热受冷不均, 而产生不均匀的膨胀和收缩, 引起岩石的崩解。同时由于组成岩石的矿物种类不同, 其膨胀系数不同, 比热不同, 颜色深浅不同等等, 都会引起地表岩石发生强烈的风化。

(3) 结冰作用:由于这里冬春季节气温非常寒冷, 当水浸入岩石裂缝中就会结冰, 冰的体积膨胀1/11, 此时在岩石裂隙中每平方厘米的表面上, 可产生94.14MPa的压力, 这种压力使岩石破裂, 加速了地表岩石的风化。

在河西走廊中西部, 最强烈的物理风化是风的风化, 其次是温度和冰的风化, 这些风化并不改变岩石的化学成分, 但产生了新的物理性质, 如通气性、透水性得到了改善, 表面积增大, 为化学风化创造了条件。

2. 化学风化

化学风化是指岩石在水、氧、二氧化碳等风化因素的参与下, 所发生的一系列化学分解作用。化学风化主要有:

(1) 水化作用:随着天长日久的风吹雨淋或农业灌溉, 地表被风化了的硫酸岩 (天青石) 、CaSO4+2H2O→CaSO4·2HO CaCO3+2H2O→CaCO3·2HOSrSO4+2H2O→SrSO4·2HO SrCO3+2H2O→SrCO3·2HO碳酸岩 (碳酸锶) 等矿物, 不时被水浸透, 在矿物表面就会形成一种含水的新矿物, 使矿物体积增大并失去光泽, 变得疏松, 有利于进一步水化和风化, 最终被剥落为细粒, 又开始新的水化作用。但当水中含盐量较高时, 水化作用就更加强烈。

(2) 水解作用:由于天然水中一般都含有CO2, 常见矿物硅酸岩、硫酸岩 (天青石) 、碳酸岩 (碳酸锶) 等矿物几乎都因水中含有碳酸而被侵蚀, 如CaCO3+H2O+CO2→Ca (HCO3) 2、SrCO3+H2O+CO2→Sr (HCO3) 2产生水解, 变为较简单的矿物或易溶解的矿物。即使水中没有CO2的参与, 水对变质硫酸岩 (天青石) 仍具侵蚀性。

由于地表风化强烈, 而风化了的土地只要有充分的水分, 极宜于作物生长。这样由于土地肥沃, 就大规模的开垦农田, 破坏植被覆盖状态, 再加速岩溶化过程, 这一恶性循环就使结构本来就疏松的变质碳酸岩、硫酸岩、硅酸岩等风化很快, 使天青石 (SrSO4) 和锶垩石 (SrCO3) 等的风化加剧, 随着降水或者灌溉被风化了的SrCO3和SrSO4又被溶蚀。其中, 可溶性盐类就随着水分的渗漏补充给了地下潜水, 而地下潜水由于水位下降, 补给不足, 稀释作用减慢, 使地下潜水中的锶含量较大的原因之一。由于扩大种植面积, 大量使用化学肥料 (如SrCO3+2NH4NO3→Sr (NO3) 2+ (NH4) 2CO3 CaCO3+2NH4NO3→Ca (NO3) 2+ (NH4) 2CO3) , 促进了岩石矿物的化学分解。同时也增加了CO2的含量, 使水的侵蚀性增强, 各种矿物的侵蚀也就被加剧。因而地下水中的锶含量也就比较丰富。

(3) 氧的作用:由于河西走廊中西部海拔高于1000米, 且是四大沙尘暴的源头之一。这里风力大, 氧气足, 光照强, 紫外线辐射能量大, 对矿物的氧化分解作用强, 如岩石中黄铁矿的分解2FeS2+2H2O+7O2→2FeSO4+2H2SO4加快了这里岩石矿物的分解速度。造成了这里盐渍化的加剧, 也使得地下水中的锶含量增大。

化学风化由于经过水化作用, 水解作用 (脱盐基作用) , 氧化分解作用, 使岩石矿物颗粒变得更加细小 (颗粒越细盐类的溶解程度也就越大) , 并释放出可溶性盐类, 被水溶蚀并被带走。因此, 岩石矿物经化学风化后, 不仅有大变小, 而且成分、性质都发生了变化, 并有利于进一步风化。使的该地区的土壤生成速度远远小于风化、风蚀速度。

这样组成本地区地表的沉积岩不断裸露, 就被不断风化、风蚀, 岩石中可溶解的锶的盐类就随着降水、灌溉的浸透, 不断溶解, 再由透水性较强的地层渗漏补给地下潜水, 在地层的过滤作用下, 地下潜水中的锶含量就随着地层的加深而越来越小。同理随着上游至下游水量的逐渐减少, 干旱缺水严重, 地表风化强烈, 水盐浓缩明显, 所以地下水中的锶含量也就越来越大。

(四) 结论

祁连山脉的变质岩中有可溶性的碳酸岩 (锶垩石) 和硫酸岩 (天青石) 大量存在并快速风化, 致使天然水中锶的含量非常丰富。河西走廊中西部地表沙化在加剧, 使的该地区的土壤生成速度远远小于风化、风蚀速度。这样组成本地区地表的沉积岩不断裸露, 就被不断风化、风蚀, 岩石中可溶解的盐类 (包括锶盐) 就随着降水、灌溉释放出可溶性盐类, 被水溶蚀并被带走, 致使本地区地表及地下水的矿化度显著增加, 所以地下水中微量元素锶和偏硼酸 (HBO2) 的含量也就非常丰富, 而且还有由深层到浅层, 由上游到下游锶的含量渐渐增大的这样一个规律。

摘要：根据水质检测结果发现甘肃省黑河流域地下水中的微量元素锶含量非常丰富, 而且还从上游到下游、由深层到浅层逐渐增大的规律, 同时还发现偏硼酸 (HBO2) 也有此规律。文章认为这是由于变质岩 (碳酸岩和硫酸岩) 的快速风化所造成, 意味着甘肃省河西走廊中西部地表沙化正在加剧。

关键词：水质锶,含量丰富,成因研究,甘肃省,黑河流域

参考文献

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[2]曹建廷, 谢悦波, 陈志辉.甘肃省黑河干流细土平原区灌溉水入渗运移的初步研究[J].水文地质工程地质, 2002, 29 (4) :1-4.

[3]武强, 张志忠, 董东林.西北干旱区SG-SPAC系统水力模型的建立[J].水文地质工程地质, 2002, 29 (4) :62-64.

[4]范锡朋.西北干旱区地下水资源特征及水资源开发引起的环境问题 (上) [J].水文地质工程地质, 1990, 17 (1) :3-7.

水质成因篇2

关键词：地下水源热泵；水质分析；水化学类型；变异

中图分类号：X824 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）08-0004-05

当前，能源与环境问题已成为全球各国发展中的两大重要突出问题。中国既是世界上的能源消耗大国，又是污染排放大国，面临着巨大的能源压力。在中国的能源消耗中，建筑耗能占很大比重。随着科技的发展，水源热泵系统在暖通领域应用的优势日益凸显。浅层地温能资源作为一种新型的、可再生的、清洁环保的能源，具有广阔的开发利用前景。

地下水源热泵系统的热源和热汇是地下水，热泵系统利用含水层进行储能，结合地下岩层的空隙、裂隙和溶洞等储水结构，并根据地下含水层中水流速度较慢以及水温变化小的特点，利用管井回灌的方法将冷水或热水回灌入含水层，灌入的冷水或热水因自身具有的压力而储存在井周围含水层里。它是地源热泵系统中效率较高、成本较低的一种热泵形式[1]。当所利用的含水层属地下水资源开发利用层时，地下水源热泵一般采取“地下水抽采—能量交换—回灌”的循环过程，以达到在尽量减少工程运行对地下水资源数量与质量影响的前提下，合理利用地下水体中所赋存的热能。

含水层中地下水水质受地下水源热泵的“抽—回”系统运行影响，主要表现在以下3个方面：1）地下水温度的变化，将导致地下水天然状态下的物理化学平衡状态的变化，从而影响地下水水质；2） “抽—回”过程中，地下水与空气有一定程度的接触，水中含氧量等将发生改变，这对地下水水质也将构成一定影响；3） “抽—回”过程如果涉及水质存在一定差异的不同含水层组，“抽—回”将不同含水层组中地下水进行混合、回灌，这对地下水水质可能形成影响。上述影响将对地下水源热泵的建设与运行构成约束；其影响的发展过程、程度及范围，与地下水源热泵运行条件下地下水动力场、化学场、温度场分布特征密切相关。

开展地下水源热泵系统的水质变异成因分析，是“抽—回”系统合理确定的基础，也可为区域地下水热能开发利用规划提供技术支撑。本课题选择池州某大厦地下水源热泵工程，开展热泵系统运行对水资源影响程度的调查与监测，对调查结果进行归纳分析，总结水质变异规律，并结合工程所在地段的水文地质条件，针对水质变异成因进行分析。

1 工程概况

该工程水源热泵系统的抽水井、回灌井在红森国际大厦建设场地范围内，空调系统所覆盖的建筑物面积约37 121 m2（如图1所示），设计有2台机组，热负荷总量为2 152 kW，冷负荷总量为1 974 kW。夏季由水源热泵系统提供7/12 ℃的空调冷冻水，冬季提供50/45 ℃的空调热水。根据当地的水源条件，并在经济合理条件下平衡系统冷、热负荷差，在夏季制冷时利用1台单冷机承担部分负荷的条件下，系统设计最大需水量为181 m3/h。

水源热泵工程的水源工程（与地下水流场有关的部分）主要包括开采井和回灌井，开采井和回灌井都位于池州市红森国际大厦建筑场地规划范围内。抽水目的层为碳酸盐岩裂隙岩溶含水岩组，含水岩组埋深90～150 m，实行同层回灌。

依据区域水文地质条件和相关技术规范，确定开采井与回灌井各自的数量。总体设计抽水井5口（4用1备）、回灌井8口，总井数13口。系统已于2013年3月建成。

2 区域地质与水文地质

该工程所在区域地层区划属扬子地层区下扬子层分区和江南地层分区，出露有古生代志留纪—新生代第四纪地层[2]。区内岩层除侏罗系地层外均有出露，现自新至老分述。

1）第四系松散岩类孔隙含水岩组。以冲击为主，其次为湖相堆积物，厚20～50 m，最大厚度35 m左右。①第四系全新统（AlQ4）孔隙含水层。该含水层组上部主要由灰黄色和褐灰色的粘土及粉质粘土组成，厚度约15～20 m，其中有冲积形成的厚度约5～6 m的少量黑灰色湖积淤泥层；下部主要由细、中粗粒砂砾形成，厚度约3～8 m，其砾石成分以灰岩及石英粉砂岩为主，并含有少量的火成岩及石英岩，粒径一般为1～3 cm，少量达10 cm以上。地下水赋存其中，水位埋深50～300 mm，少数达600 mm以上，单位涌水量0.139～1.457 L/（s·m），富水性中等，地下水化学类型主要为HCO3-Ca型，矿化度小于1.00 g/L，水温17～20 ℃。该层主要接受大气降水补给，径流条件良好，微承压、潜水型多下渗补给其下伏含水岩层。②第四系上更新统（AlQ3）孔隙含水层。该含水层组由冲积形成，上部主要由灰黄、黄褐色和棕黄色粉质粘土及粘土构成，且含有核径约0.2～0.5 cm的铁锰质结核；下部主要由石英砂岩砾石构成。该层主要接受大气降水补给，径流条件差，富水性较弱，水化学类型主要为HCO3-Ca型。

2）第三系大通群Ed碎屑岩类隔水岩组。该隔水层组主要由灰紫色、棕褐色的砾岩和砂砾岩构成，结构致密，厚度高达1 000 m，虽裂隙较发育，但多被粘土充填，因而为相对隔水岩组。

3）三迭系裂隙岩溶含水岩组。①中统东马鞍山组（Td）裂隙岩溶含水层。该含水层组主要由浅灰、红褐色微晶藻屑含灰质白云岩、藻纹层微晶含膏假晶灰质白云岩，顶部膏溶角砾岩构成，含石膏层，厚度大于317 m。②下统南陵湖组（Tn）裂隙岩溶含水层。该含水层组主要由深灰、青灰、灰红等色的白云岩及白云质灰岩构成，厚度约600 m，顶部夹有少量的紫红色瘤状灰岩，呈薄至中厚层状。岩石结构致密，较完整坚硬。地表露头溶沟、溶槽、石芽、溶洞及溶蚀漏斗极为发育，溶隙充填有红色铁质物及粘土。该层组主要接受大气降水和其他含水层补给，径流条件良好，地下水主要以管道流形式向其他含水层渗透，部分以泉的形式补给地表水体，富水性中等偏强，单井最大出水量可达2 000 m3/d，单位涌水量为0.470～4.329 L/（s·m），水温17～20 ℃，水化学类型主要为HCO3-Ca·Mg型，矿化度0.26～0.31 g/L。③下统和龙山组（Th）裂隙岩溶含水层。该含水层组厚度约143～235 m，上部主要由青灰色、浅灰色的条带状灰岩夹钙质页岩构成；下部主要由黄绿色的钙质页岩夹条带状灰岩构成。地表仅见石芽、溶沟等，裂隙较发育，局部见溶隙。该层组主要接受大气降水和其他含水层补给，富水性較差，径流条件一般，排泄方式主要为侧向迳流排泄。④下统殷坑组（Tly）裂隙岩溶含水层。该层组厚度约58～83 m，上部主要由深灰色的薄至中厚层灰岩构成；下部主要由黄绿、灰绿色钙质页岩构成。裂隙、溶隙及溶洞均较发育，洞径约0.8～2.5 m。该层组地下水赋存在溶隙及溶洞之中，主要接受大气降水及其他含水岩层（组）补给，富水性一般，径流条件较好，排泄方式主要为侧向排泄。

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3 水质分析

3.1 水质数据分析

取样时间及水源热泵运行工况见表1，水质数据见表2。

由表2可知：SO42-、硝酸盐、溶解性总固体含量随着水源热泵系统的运行有所增加，随着系统的停止有所减少；而HCO3-，Ca2+，F-含量则随着系统的运行有所减少。

3.2 水化学类型分析

利用Piper三线图解法[3-4]对该工程所在地段水化学类型进行分析（如图2所示）。

由图2可见：2014年11月的样品分析表明，该工程所在地段水化学类型为HCO3-Ca类型，与区域水文地质条件相符；2015年1月、3月和7月的样品分析表明，随着水源热泵系统的运行，该区地下水化学类型变化为SO4-Ca类型，这可能是由于中统东马鞍山组（Td）裂隙岩溶含水层中含有石膏层所致；2015年10月的样品分析表明，该区地下水化学类型变化为HCO3-Ca类型，恢复到系统运行之初。

3.3 水质相关性分析

为了更好地分析水质变异成因，选取部分离子进行相关性分析[5-6]，结果见表3。

由表3可知：Ca2+，Mg2+，HCO3-离子和溶解性总固体的相关性较高；NH4+和硝酸盐的相关性较高。

4 水质变异成因分析

选取Ca2+，HCO3-，NO3-，NH4+、溶解性总固体和SO42-进行分析，探究这些离子浓度的变化成因。

1） Ca2+，HCO3-、溶解性总固体。由相关性分析可知，Ca2+与Mg2+离子高度相关，与HCO3-离子中度相关；HCO3-离子与溶解性总固体、pH和Mg2+离子高度相关，与Ca2+离子中度相关。说明这些离子的变化与它们之间的相互作用有很大的关系。

该工程所在地段地下水水化学类型为HCO3-Ca类型，系统运行后地下水化学类型变化为SO4-Ca类型。水化学类型的变化主要与地层中岩石的岩分及地下水运动有关，通过一系列物理、化学变化进行着水—岩化学成分的交换，从而对地下水水化学类型产生重要影响。

该工程所在地段水质呈弱碱性，由地层结构可知，第五层目标含水层组为碳酸盐岩裂隙岩溶含水岩组，该区中统东马鞍山组（Td）含水层组主要有浅灰、红褐色微晶藻屑含灰质白云岩、藻纹层微晶含膏假晶灰质白云岩，顶部膏溶角砾岩，并含有石膏层。地层中发生溶滤作用的可能化学反应主要包括以下几种：

CaCO3+H2O+CO2Ca2++2HCO3- （1）

CaMg（CO3）2+2H2O+2CO2Ca2++Mg2++4HCO3- （2）

CaSO4·2H2OCa2+SO42- （3）

在天然条件下，地下水接受大气降水及河流侧向补给，主要发生式（1）、式（2）反应，导致地下水水化学类型以HCO3-Ca类型为主。随着地下水源热泵系统的运行，改变了地下水水动力场，石膏发生溶滤，即发生式（3）反应，大量出现SO42-离子，同时，发生同离子效应，影响着式（1）、式（2）反应，使得HCO3-离子浓度降低。在此过程中，阳离子的交替吸附作用，使得地下水中Ca2+，Mg2+，Na+等离子含量发生变化。

2） NO3-，NH4+。在供暖期“三氮”质量浓度变化具有较强的规律性：NO3--N质量浓度不断升高，而NO2--N和NH4+-N的质量浓度则不断降低。这些离子变化是温度场和化学场的变化导致的。

与制冷期相比，制暖期NO3-和NH4+离子浓度变化幅度较大，可以得出温度对这两种离子浓度的影响较大。热泵系统的运行破坏了地下水中的还原环境，发生的化学反应有：

NH4++1.5O2=NO2-+2H++H2O （4）

NO2-+0.5O2=NO3- （5）

NO2--N和NH4+-N在硝化菌的参与下被氧气硝化为NO3--N，且硝化细菌的最适宜温度为30～35 ℃，研究区制暖期水温在32 ℃左右，较适宜硝化细菌的生长繁殖[7]，故导致“三氮”质量浓度的上述变化规律。

3） SO42-。SO42-离子与其他离子的相关性均不高，说明SO42-离子的变化主要与地层中的岩性有关。石膏是单斜晶系矿物，其主要化学成分为CaSO4的水合物。由于水源热泵系统的运行，引发含水层水压和渗流途径的改变，导致地下水中SO42-的大量出现。石膏为弱电解质，它在稀溶液中溶解过程中，影响其溶解度的因素有同离子效应、盐效应、酸效应和配位效应。在研究区，影响SO42-浓度的因素主要有盐效应。

因为石膏是中溶盐，它在水中的溶解不是全部溶解，因此，它的溶解存在着一个溶解平衡[8]，如下式：

CaSO4（s）?CaSO4（aq）?Ca2+SO42-（aq）（6）

式中：“?”为平衡移动符号。溶解处于平衡后，离子的浓度制约着平衡的移动。在水质分析中发现，研究区地层的地下水中主要离子除了Ca2+和SO42-外，还有Na+，Mg2+，HCO3-，Cl-等离子。由于这些离子的存在，使得溶液中的离子强度增大，离子间彼此牵制效应增强，导致石膏解离的阴、阳离子结合形成分子的几率减小，继而形成石膏分子的几率减小，离子浓度相应增大，溶解度增大。且溶解达到平衡后，HCO3-与Ca2+结合，同样促使该溶解平衡朝着正向进行，SO42-浓度增大。

5 结论

1）利用RockWare AqQA软件绘制 Piper-三线图，进行工程所在地段水化学类型分析，可知：水源热泵系统的运行导致研究区地下水水化学类型由HCO3-Ca类型转变为SO4-Ca类型，机组停止运行后水化学类型又恢復到HCO3-Ca类型。表明水源热泵系统长期运行之后趋于稳定，停机后不改变工程所在地段水化学类型。

2）利用皮尔逊相关系数法对部分离子进行相关性分析，结果表明：Ca2+，Mg2+，HCO3-离子和溶解性总固体的相关性较高；NH4+和硝酸盐的相关性较高。说明这些离子浓度的变化具有较大的相关性。

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3）分別对热泵运行导致地下水动力场、温度场和化学场的变化机制进行分析，结合水质分析成果，对研究区水质变异成因进行合理解释。分析结果表明：该工程所在地段水质变异是由于热泵运行改变了地下水物理化学环境导致的；温度通过影响物理化学反应的条件间接影响地下水水质；上述影响在一定条件下是可恢复的，一般随着系统的停止，影响也会逐渐消除。除了上述影响，地下水源热泵系统运行诱发地下水水质变异还与工程所在地的地层岩性有关。就池州而言，地层中石膏的存在导致地下水中SO42-离子大幅度增加，这种影响具有地域性，系统停止后，水质会略有恢复，但恢复不到系统运行前的水平。因此，在地下水源热泵系统设计之初要根据区域水文地质条件进行水质评价，以降低热泵系统建设对地下水水质造成污染的几率。

参考文献

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Abstract： In order to study the change of groundwater quality in the process of operation of the pumping-recharge system of water source heat pump， underground water heat pump engineering in Chizhou was chosen as the research project. Water quality and hydrochemical type was analyzed， as well as correlation analysis， on the basis of collecting hydrometeorological， geological， hydrogeological information and water quality data in every project district. According to the impact mechanism of the regional hydrogeological conditions， the analysis of the cause of water quality variance was carried out. The results showed that： The underground water hydrochemical type was changed by the operation of water source heat pump system； Water quality variation can be recovered when it is caused by conventional power field， temperature field and chemical field factors， while when it is caused by geological structure it can not be restored.

Key words： underground water source heat pump； water quality analysis； hydrochemical type； variation

深圳市某水库水质偏碱成因分析篇3

关键词：水质,偏碱性,藻类

2005年至2006年, 深圳市某两座重要水库呈现大面积的偏碱或碱性现象, 原因不明, 各相关单位对此问题高度重视, 并展开了深入研究。

1 研究方法

1.1 研究区域

水库A建于宝安区石岩街道, 库容3120万立方米, 水面面积约2.98km2, 集雨面积44km2, 相对高差554.3m, 水库B位于宝安区西乡街道, 西乡河中段, 集水面积64km2。2006年扩建, 库容达8400万m2。是宝安早期兴建的主要水库之一。

1.2 研究方法

2005年1月到2005年12月, 在两座水库中心、出口及其各条入库支流布设常规采样点, 每月10日进行样品采集, 同时用pH仪和溶氧仪测定pH和溶解氧。水样采集回实验室后24h内完成CODmn、ΝΗ4+-Ν、TN和TP的测定。测定方法参考国家环保总局编制的《水和废水监测分析方法 (第四版) 》测定总氮 (TN) 采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法, 氨氮 (ΝΗ4+-Ν) 采用纳氏比色法。

2 研究结果与讨论

2.1 入库支流水质分析

2005年1月至2005年12月间在两座水库各支流全年的204次监测中 (见表1) , 仅有出现1次水质偏碱现象, 这一次水质偏建仅为偶然现象不具有代表性, 所以可以排除支流入水直接导致水库pH值超标的推断。另外各支流水质营养盐含量较高, 总磷最高值达4.30mg/l, CODmn最高值达112.3mg/l, 氨氮最高值达25.9mg/l, 总氮最高值达34.6mg/l, 可能造成支流入水带入大量营养盐, 间接使水体pH值增高。综合分析, 可以排除支流入库直接污染水库水质, 但不能排除外源营养物的输入间接导致水体pH升高的可能。

2.2 水库溶解氧

就监测结果分析发现, 两座水库的pH值变化与水体溶解氧呈现显著相关关系, 其相关系数分别为0.62和0.95, 当水库表层溶解氧基本处于饱和状态, 是水体的pH值也增高, 见图1和图2。这现象与福建省三明市东牙溪水库[1]和上海市郊的一些中小河流[2]的特征近似。表层水在6月末至9月末之间存在溶解氧趋于饱和现象时, 其pH值呈偏碱或碱性状态。由此可见, pH值变化与水体溶解氧呈显著相关。

2.3 降雨量

另外就降雨量与水体pH的相关关系作图分析 (图3) , 可见水体pH变化与降雨量间无明显关系, 而且两库周边地区的巡查未曾也未发现有明显污染源, 可以排除由于雨水冲刷及雨水pH值过高而引起的水体pH值的升高。

2.4 浮游藻类

调查期间共鉴定出浮游植物6个门43属113种, 其中绿藻门22属65种;硅藻门4属8种;隐藻门2属3种;蓝藻门12属32种;裸藻门2属2种;甲藻门1属1种。其中4月到10月间两水库藻类含量较高, 1月到3月期间水库藻类含量相对较低, 这与溶解氧与pH值变化相吻合。其中这两水库的主要优势藻都主要为蓝藻门的颤藻, 是种喜温藻类, 适合于偏碱性水体中生长。

2.5 pH的年度变化情况

就1991年至2005年的pH监测数据结果分析可以发现 (见图4) :pH值有逐年增高的趋势, 而这一点, 又与深圳宝安的经济发展及两水库的富营养化进程相吻合。

3 结语

就过去的研究结果显示我们可以看出, 水库表层pH值变化, 与表层水体中的藻类密度变化、入库支流营养盐丰富程度以及水体溶解氧变化情况成显著相关性, 而与进水pH值及降雨等无明显相关性。

根据过去的研究表明水体中的浮游植物在阳光的照射下, 进行光合作用, 消耗CO2, 释放出O2, 使得水体中可溶性气体的含量发生改变。光合作用方程式如下:

在光照的作用下, 水体中浮游植物发生光合作用, 使得水中溶解氧和可溶性二氧化碳含量发生变化。通过光合作用的方程可以看出, 绿色植物合成碳水化合物的基础是无机碳, 浮游植物繁殖过程中所需要的无机碳, 几乎全部靠水中的CO2。而浮游植物生长转化成生物量的过程中, 所需要的CO2并不是依靠大气补给, 而是依赖于水体中的HCO-。首先HCO3-在磷酸酐酶的催化作用下变化为H2CO3, 然后经脱水反应生成CO2后被利用, 在HCO3-变成H2CO3的过程中, 即电离出1个OH-。因此水体中pH主要是由HCO3-和CO32-来决定[2]。水中CO2浓度和pH值、碱度的平衡关系如下:

其中:K1=2.6×10-3 (mol/l) P K1=2.58

藻类细胞的组成为C106H181O45N16P, 生成1mg藻类所需要的CO2量为1.92mg, 随着藻类光合作用的进行, 水中的HCO3-、CO32-的浓度减少。用下式表示pH值和HCO3-、CO32-的关系。

当光合作用大量消耗水中的CO2和HCO3-时, 各化合态在总量中所占的比例有所改变, 无机碳在水中是以CO2、HCO3-、CO32-的形式存在, 三者之间的化合态按一定的比例保持着平稳, 这种平衡控制着水体的pH值。在偏碱性的水体中CO2可以忽略计。所以对水体pH值的影响取决于HCO3-、CO32-的浓度[3]。

综上所述, 一方面, 两座水库pH超标现象的发生主要是由于水体支流带入的富营养物质的带入, 及自身水生生态的破坏, 自净能力降低, 水体富营养化加剧, 再加上适宜的自然条件, 使得水体中浮游藻类大量繁殖, 光合作用加强消耗水体中的CO2所造成。另一方面, 从国内外水体富营养化研究的进展来看, 水体十多年来的pH值逐年增高和近年来pH值频繁偏碱性, 都是水质恶化的一个非常典型的标志, 如不加强防治必将造成严重的后果[1,2]。就研究结果讨论, 这里仅以深圳市某水库为例对如何改善深圳水源水体水质和防治水体富营养化及藻污染恶化提出以下建议。

(1) 在有条件的水库和景观水体中, 培养或移植适量的沉水高等植物, 利用不同植物群落之间的营养竞争和他感作用消耗水中营养盐防治产毒藻类大量繁殖, 提高水体自净能力。

(2) 合理规划适当疏通。逐步完善城市水源供水管网的建设, 增设部分景观水体的循环系统, 逐步加强水源水体的良性循环体统, 提高水体自净能力, 并适当引入如人工湿地、植物浮岛等水处理技术帮助增强水体净化能力。

(3) 减少污染。将消除面源污染负荷作为重要内容, 禁止各种生活、生产垃圾直接或间接的进入水体。加强排污管网的建设进行雨水、污水排放系统的分流改道, 防止污水入河。加强监督, 坚决清除, 排入水体的排污口。

参考文献

[1]东牙溪水库偏碱性污染的成因研究[J].福建环境, 2003, 20 (6) :15～17.

[2]秦保平, 孙韧, 王德龙, 等.引滦河道中偏碱的起因研究[J].环境科学研究, 1999, 12 (5) :38～42.

[3]林影, 徐家明, 张广谱, 等.烟台市夹河流域pH偏高的原因[J].山东环境, 1995 (2) :12～13, 45.

[4]雒彦品, 邢威州.滏阳河邯郸段水质综合评价[J].河北水利科技, 1994 (2) .

水质成因篇4

和田市是塔克拉玛干大沙漠的一颗绿明珠, 以产和田玉闻名世界。近几年, 随着改革开放经济快速发展, 玉石滥采乱挖, 玉河河床遭到前所未有的破坏, 地表径流量大幅减少, 地下水资源也面临被污染、被枯竭的危险;又因城市人口急增, 城区面积扩大, 目前市区及近郊地下水几乎全部开发利用, 地下水位逐年下降, 导致单井出水量减少, 硬度升高, 水质变差。因此对于和田市地下水进行水质监测, 加强监控水源地水质质量, 对水资源相对匮乏的城市显得尤为重要。

2 和田市地下水监测方案及评价方法

和田市饮用水的水源, 是和田市给排水公司取自130m以下的深层水, 根据GB/T14848-93《地下水质量标准》, 监测项目包括必测项目和部分选测项目共24项。根据和田市地下水的功能和用途, 执行《地下水质量标准》中的三类标准, 评价方法采用地下水质量综合评价方法———加附注的评分法。

3 地下水监测结果

通过对和田市一水厂、二水厂两个监测点2014年1月至12月共12次监测数据统计, 超标情况见表, 其他项目均达到GB/T14848-93《地下水质量标准》中的一类水质标准。

4 地下水超标项目原因分析

4.1 总硬度超标原因

和田地质多为磁铁矿、磷灰石、黄铁矿、镁橄榄石、粗晶状透闪石、白云母、石墨等质体, 总硬度不仅与钙镁离子浓度有关, 还与p H值、Cl-、溶解性总固体、总碱度等有较好的相关性。

4.2 氟化物超标

地下水氟含量的高低与含水层的物质成分及地下水补径排条件有关, 和田地下岩土层中含有较多含氟物质 (云母、氟磷灰石等) 经风化水解作用而溶解, 使氟迁移进入地下水, 还有地下水在获得含水层补给过程中, 不断对含水层中含氟物质或吸附性氟进行溶解携带至本地区得以富集形成高氟区。

4.3 溶解性总固体

干旱荒漠地区, 降水少, 地下水埋相对较深, “三水”转化弱, 水中各种元素经溶滤后作用而后得到富集, 使得地下水矿化度提高, 也与地下水严重超采有关。氯离子、硫酸盐较高也与地质因素有着极大的关系。

5 工作建议