拉萨地区地下水水化学特征及形成机制研究

doi:10.13745/j.esf.sf.2021.2.2

地学前缘 ›› 2021, Vol. 28 ›› Issue (5): 49-58.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.2.2

拉萨地区地下水水化学特征及形成机制研究

林聪业¹^,²(), 孙占学¹^,², 高柏¹^,²^,^*(), 华恩祥¹^,³, 张海阳¹^,², 杨芬¹^,², 高杨¹^,², 蒋文波¹^,², 姜心月¹^,²

1.东华理工大学核资源与环境国家重点实验室, 江西南昌 330013
2.东华理工大学水资源与环境工程学院, 江西南昌 330013
3.东华理工大学长江学院, 江西抚州 344100

收稿日期:2020-03-29 修回日期:2020-07-23 出版日期:2021-09-25 发布日期:2021-10-29
通讯作者: 高柏
作者简介:林聪业(1994—),男,硕士,水利工程专业,地下水科学与工程研究方向。E-mail: 1195827824@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(41162007);国家自然科学基金项目(41362011);江西省重点研发计划(2018ACG70023);江西省科技厅项目(21203000051);江西省科技厅“三援”专项“气候变化和人类活动下拉萨河水文地球化学特征及其环境影响研究与技术示范”

Hydrochemical characteristics and formation mechanism of groundwater in Lhasa area, China

LIN Congye¹^,²(), SUN Zhanxue¹^,², GAO Bai¹^,²^,^*(), HUA Enxiang¹^,³, ZHANG Haiyang¹^,², YANG Fen¹^,², GAO Yang¹^,², JIANG Wenbo¹^,², JIANG Xinyue¹^,²

1. State Key Laboratory of Nuclear Resources and Environment, East China University of Technology, Nanchang 330013, China
2. School of Water Resources and Environmental Engineering, East China University of Technology, Nanchang 330013, China
3. Yangtze River College, East China University of Technology, Fuzhou 344100, China

Received:2020-03-29 Revised:2020-07-23 Online:2021-09-25 Published:2021-10-29
Contact: GAO Bai

摘要/Abstract

摘要：

西藏是我国重要的生态安全屏障,拉萨地区地下水化学特征及形成机制研究,对揭示青藏高原现代表生过程变化机理具有重要作用,对服务国家生态安全建设具有重要意义。本文通过拉萨地区地下水调查、水样采集与分析,综合运用Gibbs模型模拟、水化学分析方法分析了地下水化学特征及水岩作用机理。结果表明:地下水电导率介于38.801 193.00 μS/cm,平均值为123.99 μS/cm,总溶解性固体(total dissolved solids,TDS)含量介于44.051 050.55 mg/L,平均值为150.75 mg/L,pH值大于7,属弱碱性水,地下水化学类型为HCO₃-Ca型和Cl-Na型,其中Cl-Na型水为地下温泉水。地下水形成过程主要是碳酸盐岩和硅酸盐岩的溶解、阳离子交换等作用下的结果,且受到一定程度的人为因素影响;地下水中的Na⁺、K⁺和Cl^-主要来自盐岩矿物的风化溶解,过量的Na⁺、K⁺来源于钠长石和钾长石等硅酸盐矿物的溶解, $HCO 3 -$ 、Ca²⁺、Mg²⁺和 $SO 4 2 -$ 主要来自方解石、白云石、石膏以及其他含钙镁矿物的溶解。

关键词: 拉萨地区, 地下水, 水化学特征, 水岩模型, 离子比值

Abstract:

Tibet is an important ecological barrier in China. Studies on the chemical characteristics and formation mechanism of groundwater in the Lhasa area play an important role in revealing the mechanism of current epigenetic changes on the Qinghai-Tibet Plateau, and they are of great significance in building ecological security in the nation. In this paper, we analyzed the chemical characteristics of groundwater and the mechanism of water-rock interaction by means of groundwater survey and water sample collection and analysis in the Lhasa area, combined with Gibbs model simulation and hydrochemical analysis. The results showed that the groundwater conductivity ranged from 38.80 to 1 193.00 μS/cm, averaging at 123.99 μS/cm; the TDS ranged from 44.05 to 1 050.55 mg/L, or 150.75 mg/L on average; the pH level of groundwater was greater than 7, weakly alkaline; and groundwater is HCO₃-Ca and Cl-Na types, with the latter attributed to underground spring water. The groundwater formation process is mainly associated with the dissolution of carbonate and silicate rocks, cation exchange, and so on, and affected by human factors to a certain extent. The Na⁺, K⁺ and Cl^- in groundwater are mainly from the weathering of salt minerals; the excess Na⁺, K⁺ are from the dissolution of silicate minerals, such as sodium and potassium feldspars; and $HCO 3 -$ , Ca²⁺, Mg²⁺ and $SO 4 2 -$ come mainly from the dissolution of calcite, dolomite, gypsum and other calcium-magnesium minerals.

Key words: Lhasa area, groundwater, hydrochemical characteristics, water-rock model, ion ratios

中图分类号:

林聪业, 孙占学, 高柏, 华恩祥, 张海阳, 杨芬, 高杨, 蒋文波, 姜心月. 拉萨地区地下水水化学特征及形成机制研究[J]. 地学前缘, 2021, 28(5): 49-58.

LIN Congye, SUN Zhanxue, GAO Bai, HUA Enxiang, ZHANG Haiyang, YANG Fen, GAO Yang, JIANG Wenbo, JIANG Xinyue. Hydrochemical characteristics and formation mechanism of groundwater in Lhasa area, China[J]. Earth Science Frontiers, 2021, 28(5): 49-58.

图/表 9

图1 拉萨地区地质图及地下水采样示意图

Fig.1 Geological map of the Lhasa area showing the locations of groundwater sampling sites

表1 地下水水化学成分分析结果

Table 1 Results of hydrochemical composition analysis

图2 拉萨地区地下水Piper三线图

Fig.2 Piper trilinear plots for groundwater in the Lhasa area

图3 拉萨地区地下水水化学Gibbs图

Fig.3 Gibbs diagram showing the hydrochemical characteristics of groundwater in the Lhasa area

图4 研究区地下水Mg2+/Na+与Ca2+/Na+、 HCO 3 -/Na+与Ca2+/Na+毫克当量浓度比值关系

Fig.4 Correlations of concentration ratios between (a) Mg2+/Na+ and Ca2+/Na+ or (b) HCO 3 -/Na+ and Ca2+/Na+in the groundwater in study area

表2 用PHREEQC软件计算出的研究区域地下水常见矿物的饱和度指数

Table 2 Saturation index of common minerals in groundwater in the study area calculated by PHREEQC software

采样点	矿物的饱和度指数
采样点	方解石	白云石	石膏	盐岩	菱镁矿	芒硝
G1	0.20	-0.27	-2.02	-8.72	-1.02	-9.01
G2	0.29	0.07	-2.38	-9.07	-0.78	-9.37
G3	0.48	0.50	-2.43	-9.35	-0.55	-9.74
G4	0.10	-0.34	-2.05	-7.93	-0.98	-8.19
G5	0.50	0.38	-2.58	-8.93	-0.67	-9.42
G6	0.46	0.08	-2.77	-10.57	-0.93	-10.44
G7	0.35	0.04	-3.84		-0.87	-10.32
G8	0.74	0.57	-2.47	-8.54	-0.70	-8.65
G9	0.01	-0.71	-3.16		-1.27	-11.06
G10	0.39	-0.18	-3.61	-5.54	-1.09	-8.05

图5 地下水中主要离子关系图

Fig.5 The relationship of major ions in groundwater

图6 氯碱指数(CAI)与TDS浓度的关系图(a)和(Ca2++Mg2+)-( HCO 3 -+S O 4 2 -)与(Na++K+-Cl-)的关系图(b)

Fig.6 Relationship between CAI and TDS (a) or between (Ca2++Mg2+)-( O 3 -+S O 4 2 -) and (Na++K+-Cl-) (b) concentrations

图7 S O 4 2 -/Ca2+与 NO 3 -/Ca2+的毫克当量浓度比值关系图(a)和K+与 NO 3 -毫克当量浓度关系图(b)

Fig.7 Correlation between SO 4 2 -/Ca2+ and NO 3 -/Ca2+ ratios (a) or between K+and NO 3 - concentrations (b)

参考文献 34

[1]	周嘉欣, 丁永建, 曾国雄, 等. 疏勒河上游地表水水化学主离子特征及其控制因素[J]. 环境科学, 2014, 35(9):3315-3324.
[2]	唐玺雯, 吴锦奎, 薛丽洋, 等. 锡林河流域地表水水化学主离子特征及控制因素[J]. 环境科学, 2014, 35(1):131-142.
[3]	REDWAN M, ABDEL MONEIM A A . Factors controlling groundwater hydrogeochemistry in the area west of Tahta, Sohag, Upper Egypt[J]. Journal of African Earth Sciences, 2016, 118:328-338. DOI URL
[4]	张艳, 吴勇, 杨军, 等. 阆中市思依镇水化学特征及其成因分析[J]. 环境科学, 2015, 36(9):3230-3237.
[5]	CHANG J, WANG G X. Major ions chemistry of groundwater in the arid region of Zhangye Basin, northwestern China[J]. Environmental Earth Sciences, 2010, 61(3):539-547. DOI URL
[6]	QIN H H, GAO B, HE L, et al. Hydrogeochemical characteristics and controlling factors of the Lhasa River under the influence of anthropogenic activities[J]. Water, 2019, 11(5):948. DOI URL
[7]	HE L, GAO B, QIN H H, et al. Health risk assessment of heavy metals in surface water of the Lhasa River, China[J]. E3S Web of Conferences, 2019, 98:09011. DOI URL
[8]	周文武, 陈冠益, 穷达卓玛, 等. 拉萨市垃圾填埋场地下水水质的居民健康风险评价[J]. 环境化学, 2020, 39(6):1513-1522.
[9]	周鹏, 穷达卓玛, 李扬, 等. 拉萨市瓶巴日吾垃圾简易堆放场地下水环境质量评价研究[J]. 高原科学研究, 2019, 3(1):71-78.
[10]	吴凤芝. 论拉萨市地下水开发利用及保护措施探讨[J]. 西藏科技, 2012(1):36-37.
[11]	王秀娟. 浅谈人类活动对拉萨城区地下水资源的影响[J]. 西藏科技, 2016(2):23-25.
[12]	何锦, 张幼宽, 赵雨晴, 等. 鲜水河断裂带虾拉沱盆地断面地下水化学特征及控制因素[J]. 环境科学, 2019, 40(3):1236-1244.
[13]	龚晨. 西藏拉萨河流域水化学时空变化及影响因素研究[D]. 天津: 天津大学, 2015.
[14]	张清华, 孙平安, 何师意, 等. 西藏拉萨河流域河水主要离子化学特征及来源[J]. 环境科学, 2018, 39(3):1065-1075.
[15]	刘久潭. 拉萨市河谷平原区地下水资源评价与合理开发利用[D]. 青岛: 山东科技大学, 2017.
[16]	张凤熔. 拉萨河流域水化学特征及水体重金属源解析[D]. 天津: 天津大学, 2018.
[17]	LI P Y, QIAN H, WU J H, et al. Occurrence and hydrogeochemistry of fluoride in alluvial aquifer of Weihe River, China[J]. Environmental Earth Sciences, 2014, 71(7):3133-3145. DOI URL
[18]	XIAO J, JIN Z D, ZHANG F, et al. Major ion geochemistry of shallow groundwater in the Qinghai Lake catchment, NE Qinghai-Tibet Plateau[J]. Environmental Earth Sciences, 2012, 67(5):1331-1344. DOI URL
[19]	何柳. 拉萨河流域水文地球化学特征及其风化指示[D]. 南昌: 东华理工大学, 2019.
[20]	SONG X F, LIU X C, XIA J, et al. A study of interaction between surface water and groundwater using environmental isotope in Huaisha River basin[J]. Science in China Series D: Earth Sciences, 2006, 49(12):1299-1310.
[21]	侯国华, 高茂生, 党显璋. 唐山曹妃甸浅层地下水水化学特征及咸化成因[J]. 地学前缘, 2019, 26(6):49-57.
[22]	周训. 深层地下卤水的基本特征与资源量分类[J]. 水文地质工程地质, 2013, 40(5):4-10.
[23]	李洲, 李晨曦, 华琨, 等. 黄土区洛川塬地下水化学特征及影响因素分析[J]. 环境科学, 2019, 40(8):3559-3567.
[24]	张涛, 何锦, 李敬杰, 等. 蛤蟆通河流域地下水化学特征及控制因素[J]. 环境科学, 2018, 39(11):4981-4990.
[25]	LI C C, GAO X B, WANG Y X. Hydrogeochemistry of high-fluoride groundwater at Yuncheng Basin, Northern China[J]. Science of the Total Environment, 2015, 508:155-165. DOI URL
[26]	刘江涛, 蔡五田, 曹月婷, 等. 沁河冲洪积扇地下水水化学特征及成因分析[J]. 环境科学, 2018, 39(12):5428-5439.
[27]	MA J Z, HE J H, QI S, et al. Groundwater recharge and evolution in the Dunhuang Basin, northwestern China[J]. Applied Geochemistry, 2013, 28:19-31. DOI URL
[28]	SCHOELLER H. Hydrodynamique dans le karst[J]. Chronique d’hydrogeologie, 1967, 10:7-21.
[29]	BELLO M, KETCHEMEN-TANDIA B, NLEND B, et al. Shallow groundwater quality evolution after 20 years of exploitation in the southern Lake Chad: Hydrochemistry and stable isotopes survey in the far north of Cameroon[J]. Environmental Earth Sciences, 2019, 78(15):1-19. DOI URL
[30]	FISHER R S, MULLICAN III W F . Hydrochemical evolution of sodium-sulfate and sodium-chloride groundwater beneath the northern Chihuahuan Desert, Trans-Pecos, Texas, USA[J]. Hydrogeology Journal, 1997, 5(2):4-16.
[31]	WANG L H, DONG Y H, XU Z F, et al. Hydrochemical and isotopic characteristics of groundwater in the northeastern Tennger Desert, Northern China[J]. Hydrogeology Journal, 2017, 25(8):2363-2375. DOI URL
[32]	CHANAKYA H N, SHARATCHANDRA H C. Nitrogen pool, flows, impact and sustainability issues of human waste management in the city of Bangalore[J]. Current Science, 2008, 94(11):1447-1454.
[33]	SAKA D, AKITI T T, OSAE S, et al. Hydrogeochemistry and isotope studies of groundwater in the Ga West Municipal Area, Ghana[J]. Applied Water Science, 2013, 3(3):577-588. DOI URL
[34]	MOSTAZA-COLADO D, CARREÑO-CONDE F, RASINES-LADERO R , et al. Hydrogeochemical characterization of a shallow alluvial aquifer: 1 baseline for groundwater quality assessment and resource management[J]. Science of the Total Environment, 2018, 639:1110-1125. DOI URL

拉萨地区地下水水化学特征及形成机制研究

Hydrochemical characteristics and formation mechanism of groundwater in Lhasa area, China

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 34

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	鹿帅, 苏小四, 冯晓语, 孙超. 河水入渗过程中近岸带地下水中砷的形成与影响因素研究[J]. 地学前缘, 2022, 29(4): 455-467.
[2]	郭巧娜, 赵岳, 周志芳, 林锦, 戴云峰, 李孟军. 人类活动影响下的龙口海岸带海底地下水排泄通量研究[J]. 地学前缘, 2022, 29(4): 468-479.
[3]	王焰新, 李俊霞, 谢先军. 高碘地下水成因与分布规律研究[J]. 地学前缘, 2022, 29(3): 1-10.
[4]	文冬光, 宋健, 刁玉杰, 张林友, 张福存, 张森琦, 叶成明, 朱庆俊, 史彦新, 金显鹏, 贾小丰, 李胜涛, 刘东林, 王新峰, 杨骊, 马鑫, 吴海东, 赵学亮, 郝文杰. 深部水文地质研究的机遇与挑战[J]. 地学前缘, 2022, 29(3): 11-24.
[5]	邢世平, 郭华明, 吴萍, 胡学达, 赵振, 袁有靖. 化隆—循化盆地不同类型含水层组高氟地下水的分布及形成过程[J]. 地学前缘, 2022, 29(3): 115-128.
[6]	侯国华, 高茂生, 叶思源, 赵广明. 黄河三角洲浅层地下水盐分来源及咸化过程研究[J]. 地学前缘, 2022, 29(3): 145-154.
[7]	李海明, 李梦娣, 肖瀚, 刘学娜. 天津平原区浅层地下水水化学特征及碳酸盐风化碳汇研究[J]. 地学前缘, 2022, 29(3): 167-178.
[8]	崔迪, 杨冰, 郭华明, 连国玺, 孙娟. 砂岩含水介质中铀的吸附和迁移行为研究[J]. 地学前缘, 2022, 29(3): 217-226.
[9]	刘学娜, 李海明, 李梦娣, 章卫华, 肖瀚. 天津平原区加油站地下水石油烃污染特征及其生物降解机理研究[J]. 地学前缘, 2022, 29(3): 227-238.
[10]	何宝南, 何江涛, 孙继朝, 王俊杰, 文冬光, 荆继红, 彭聪, 张昌延. 区域地下水污染综合评价研究现状与建议[J]. 地学前缘, 2022, 29(3): 51-63.
[11]	廖福, 罗新, 谢月清, 易立新, 李海龙, 王广才. 氡(²²²Rn)在地下水-地表水相互作用中的应用研究进展[J]. 地学前缘, 2022, 29(3): 76-87.
[12]	吕晓立, 郑跃军, 韩占涛, 李海军, 杨明楠, 张若琳, 刘丹丹. 城镇化进程中珠江三角洲地区浅层地下水中砷分布特征及成因[J]. 地学前缘, 2022, 29(3): 88-98.
[13]	孙英, 周金龙, 杨方源, 纪媛媛, 曾妍妍. 塔里木盆地南缘绿洲带地下水砷氟碘分布及共富集成因[J]. 地学前缘, 2022, 29(3): 99-114.
[14]	赵卫东, 赵芦, 龚建师, 周文怡, 钱家忠. 宿州矿区浅层地下水污染评价及源解析[J]. 地学前缘, 2021, 28(5): 1-14.
[15]	解飞, 张玉玺, 刘景涛, 周冰, 向小平. 基于“层级阶梯评价方法”的地下水质量与污染评价:以铜川市为例[J]. 地学前缘, 2021, 28(5): 15-25.