浐河流域汛期地表水水化学组成特征及其成因.pdf
《浐河流域汛期地表水水化学组成特征及其成因.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《浐河流域汛期地表水水化学组成特征及其成因.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、引文格式:朱娅娣,王瑞媛,李东泽,等.浐河流域汛期地表水水化学组成特征及其成因J.西北地质,2024,57(2):254261.DOI:10.12401/j.nwg.2023161Citation:ZHU Yadi,WANG Ruiyuan,LI Dongze,et al.Hydrochemical Characteristics of Surface Water in Flood Season,Chan River BasinJ.Northwestern Geology,2024,57(2):254261.DOI:10.12401/j.nwg.2023161浐河流域汛期地表水水化学组成特征及
2、其成因朱娅娣,王瑞媛*,李东泽,许志平,孙康(陕西师范大学地理科学与旅游学院,陕西 西安710119)摘要:为研究浐河流域汛期地表水水化学特征及离子来源,完善区域水资源管理合理化的建议,共采集浐河流域地表水样 10 份,结合空间分布图、Piper 三角图、Gibbs 图、离子相关分析等方法,分析了浐河流域水化学特征、空间差异特征、主要离子来源及控制因素。结果表明:浐河流域汛期水体整体呈弱碱性,TDS 均值低于同流域枯水期均值但高于全球河流均值。优势阳离子为 Ca2+和 Na+,优势阴离子为 HCO3,水化学类型以 Na-HCO3为主,整体上主要离子含量呈现 ES 低WN 高的趋势。浐河流域主要
3、受硅酸盐岩风化的控制作用,且存在受蒸发岩溶解影响的情况。同时,本研究也为开采和保护源头水、发展用于工业的中游水,警惕下游水发生污染事件,合理利用水资源,解决西安缺水问题等方面提供参考。关键词:浐河流域;汛期;水化学特征;控制因素;离子来源中图分类号:P322.7文献标志码:A文章编号:1009-6248(2024)02-0254-08Hydrochemical Characteristics of Surface Water in Flood Season,Chan River BasinZHU Yadi,WANG Ruiyuan*,LI Dongze,XU Zhiping,SUN Kang(
4、School of Geography and tourism,Shaanxi Normal University,Xian 710119,Shaanxi,China)Abstract:In order to study the water chemistry characteristics and ion sources of surface water in the ChanRiver basin during the flood season and to add suggestions to rationalize local water resources management,at
5、otal of 10 surface water samples were collected from the Chan River basin and combined with spatial distribu-tion maps,Piper triangles,Gibbs plots and ion correlation analysis to analyze the water chemistry characteristics,spatial variation characteristics,major ion sources and controlling factors i
6、n the Chan River basin.The resultsshow that the Chan River basin is weakly alkaline during the flood season,with mean TDS values lower than themean values during the dry season in the same basin but higher than the global river mean values.The dominantcations are Ca2+and Na+,the dominant anion is HC
7、O3,and the water chemistry type is dominated by Na-HCO3,with an overall trend of low southeast to high northwest content of the major ions.The Chan River basin ismainly controlled by the weathering of silicate rocks and is subject to the influence of evaporite dissolution.In 收稿日期:2022-10-01;修回日期:202
8、3-08-15;责任编辑:贾晓丹基金项目:陕西省博士后科学基金“浐河流域黄土次生碳酸盐的溶蚀过程与碳汇效应”(2016BSHEDZZ27)、西安市科技局软科学项目“绿色发展理念下秦岭北麓矿山生态环境破坏的精细化识别与创新修复模式研究”(22RKYJ0039)联合资助。作者简介:朱娅娣(1996),女,硕士研究生,主要研究方向为生态环境评价与治理。Email:。*通讯作者:王瑞媛(1981),实验师,主要研究方向环境污染物研究。Email:。第 57 卷 第 2 期西 北 地 质Vol.57No.22024 年(总 234 期)NORTHWESTERN GEOLOGY2024(Sum234)or
9、der to address the water shortage issue in Xian,we must simultaneously exploit and safeguard source water,develop midstream water for industrial use,prevent pollution events in downstream water,and utilize water re-sources intelligently.Keywords:Chan River Basin;flood season;hydrochemical characteri
10、stic;control factors;ion source水化学特征分析作为水文地球化学过程的基础研究,表征了流域在其演化过程中与环境相互作用的结果(胡甜等,2022),对研究流域内主要离子的控制因素及水质评价(王彦国,2021)有指示意义。不少学者(张杰等,2021;李果等,2022;张嘉欣等,2022;赵春红等,2022;赵倩等,2022)将 Gibbs 图和水化学特征分析结合起来,用以分析自然因素(岩石风化、大气沉降、蒸发结晶)和人类活动对流域的作用强弱,不可否认的是,人类活动对流域内主要离子组成的影响越来越重,进而影响人类生存和发展。可见,探究水化学特征,对当地的水资源管理合理化具
11、有重要意义(白福等,2007)。浐河地处陕西西安,是西安市内为数不多的连接城区和县城的河流,为当地的经济和农业发展提供了不可替代的水源保障。但由于城市化建设、美丽乡村建设以及对水资源的不合理开发,使其流域在人类活动和自然因素的多重影响下产生一系列生态环境问题(高榕等,2008)。截止目前,学者对该流域的关注多集中在水质情况(蒋亦媛等,2014;杨媛媛等,2022)、氮污染(邢萌等,2010)等方面,且研究范围集中在局部区域,对与居民生活息息相关的整个流域内水化学特征变化关注颇少。因此,本研究选取对浐河流域汛期地表水水化学开展研究,探讨浐河水化学特征、主要离子来源及控制因素,旨在为浐河流域生态综
12、合整治与水资源利用提供理论支撑。1材料与方法 1.1研究区概况浐河是灞河最大的一级支流,发源于蓝田县秦岭高山地带,流向从南向北,最终在灞桥区注入灞河,全长 64 km,流域面积 760 km2,共有 3 条支流,呈树状分布。属于暖温带大陆性季风气候(王博等,2018),年均降雨量约为 600 mm,多集中在 69 月。浐河在雁塔区年均流量 1.75 亿 m3,最大洪峰流量 632.5 m3/s,丰枯悬殊,但年利用量较低,仅占流量的 1%;在灞桥区年均流量 1.75 亿 m3,年均输沙量 250 万 t。1.2样品采集与处理考虑季节效应,以 2021 年 1 月和 2021 年 7 月两个月份,
13、代表浐河流域枯水期和汛期,并选取 10 个采样点(编号为 X1-X10,图 1)进行两次采样。水样采集瓶使用 500 mL 聚乙烯瓶,采样前保证清洁干燥,采样时用水样多次润洗,采样后立即封口,送回实验室,避光、放入冰箱保存,并在样品收集的后一天进行测定(使用前用 0.45 m 的滤膜进行过滤)。采集水样时,选择在有明显水流处的河流中间,且在河面下 0.1 m 左右采样。现场使用便携式多参数仪和水质检测笔测定水温、pH 和 TDS 值,利用滴定法现场测定 HCO3。阳离子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+)采用德国 Spectro 全谱等离子体发生光谱仪(ICP-AES)测定;阴离子(Cl、SO
14、42和 NO3)采用美国戴安离子色谱仪(ICS-1500)测定,阴阳离子的测定误差低于0.1%。以上实验均在陕西师范大学地理科学与旅游学院实验中心完成。X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10浐河库峪河汤峪河岱峪河采样点河流水系高程(m)高:2 404低:38007 kmN图1浐河流域采样点位置示意图Fig.1Chan River Basin sampling site location diagram第 2 期朱娅娣等:浐河流域汛期地表水水化学组成特征及其成因255 根据浐河流域地表水水化学参数的测定数据,利用 Spss、Origin、Excel、Arcgis 等数据分析方法及作图软件,探
15、析研究区域水体水化学特征及其成因。2结果与讨论 2.1主要离子特征浐河流域汛期地表水的 pH 平均值在 8 以上(表 1),整体呈弱碱性。浐河流域汛期各离子的浓度变化范围(图 2),结合表 1,研究区地表水中 Ca2+、Na+、Mg2+、K+、Cl、SO42、NO3、HCO3离子浓度的均值依次为 66.04、90.66、12.81、14.90、7.22、15.29、33.53、133.84 mg/L,其中阳离子是以 Ca2+和 Na+为主,阳离子浓度均值大小呈:Na+Ca2+K+Mg2+;阴离子以HCO3为主,离子浓度均值大小呈:HCO3NO3Cl的关系。表 1 浐河流域地表水水化学参数统计T
16、ab.1Statistics on surface water chemistry parameters in the Chan River basin河流pH(TDS)(Ca2+)(Na+)(Mg2+)(K+)(Cl)(SO42)(NO3)(HCO3)浐河汛期8.74145.5066.0490.6612.8114.907.2215.2933.53133.84枯水期(朱娅娣等,2022)8.90236.5086.6321.7815.3718.2919.9026.8463.77137.75全球河流均值(Gaillardet j DBLP,1999)-10084.72.40.13.94.9130.
17、5注:水化学参数中除pH,其余参数单位均为mg/L。Ca2+ClHCO3K+Mg2+NO3Na+SO42TDS0.11101001 00010 000 枯水期地表水 汛期地表水浓度(mg/L)图2浐河流域地表水浓度变化箱形图Fig.2Box plot of surface water concentrationchanges in the Chan River Basin 将浐河流域汛期地表水主要离子浓度与该流域枯水期及全球河流均值进行对比,发现汛期的 TDS 含量远高于全球河流均值,约是全球河流均值的 2 倍,但低于同流域枯水期的 TDS 含量,其原因可能在于汛期降雨集中,雨水稀释了河流中主
18、要离子总含量;与枯水期相比,汛期 Na+含量变多,Cl含量减少,表明汛期水体受以钠长石为主的硅酸盐岩风化作用强烈;NO3含 量 降 低,且 具 有 高 NO3/Cl低 Cl、高 Cl低NO3/Cl(Chen Z X et al.,2013)的特征,表明汛期因受降水影响,土壤淹水,产生厌氧环境,抑制作物光合作用,消减了土壤呼吸对氮肥的响应,因此NO3含量相应变少。2.2水化学类型浐河流域汛期地表水 Piper 三线图见图 3。阳离子三角图中,多数样点远离 Mg2+端,多集中在(Na+K+)020406080100020406080100020406080100Mg2+(%)(Na+K+)(%)C
19、a2+(%)Cl(%)X3020406080100020406080100020406080100汛期SO42(%)HCO3(%)图3浐河流域汛期地表水 Piper 三线图Fig.3Piper trilinear map of surface water in the Chan River basin during the flood season256西北地质NORTHWESTERN GEOLOGY2024 年端,且主离子为 Na+,阴离子以 HCO3为主,占总阴离子含量的 80%95%。值得注意的是 X3 是以 Ca2+为主导阳离子的样点。综上,除 X3 样点是 Ca-HCO3型外,其余样
20、点的水化学类型均为 Na-HCO3型。2.3空间差异分析在空间分布上,TDS 含量从上游到下游呈现上升的趋势(图 4),下游靠近市区,属于人类活动敏感区,其中 X10 是浐河汇入灞河的出水口,TDS 含量最高,为 303 mg/L。4 大阳离子(Ca2+、Mg2+、Na+、K+)和 Cl含量整体上呈 ES 低 WN 高的趋势,SO42含量中部高两边低,HCO3含量除 X3 外整体上变化不大。NO3可以反映人类活动对研究区域的影响(李书鉴等,2022),X5 和 X7 的硝酸盐污染较其他样点高,原因在于这两个样点的土地利用类型为农田类型,汛期降雨频繁,雨水将农田里的化肥、粪便冲刷至河流中(Ji
21、W et al.,2021),使其 NO3含量增加。笔者进一步统计了浐河流域各采样点的流速(表 2)。上游的流速(X1、X2、X3、X4)平均值约为0.62 m/s;中游的流速(X5、X6、X7、X8、X9)平均值约为 0.91 m/s;下游的流速(X10)平均值约为 0.20 m/s,呈现中游流速快上下游流速慢且上游流速大于下游流速的特点。结合离子浓度来看,下游流速慢,但主要离子(TDS、Ca2+、Na+、Mg2+、K+、Cl、HCO3)浓度都偏高,说明流速慢的地方水中离子更容易聚集;中游流速最快,主要离子浓度处于中等水平;上游流速较快,除 SO42以外其余离子浓度处于中等及中等偏下水平,说
22、明流速快的地方,离子浓度相对来说中等,这可能是因为流速快会带走此处的离子,但又因为其他因素(降水、人类活动)的限制,还有不少的离子存在。值得注意的是,无论是流速快的地方还是流速慢的地方,SO42的变化不明显,说明流速不是影响其变化的主要因素。表 2 浐河流域各采样点流速统计Tab.2Flow rate statistics for each sampling sitein the Chan River basin采样点编号流速(m/s)采样点编号流速(m/s)X10.16X60.55X20.53X71.55X31.09X80.35X40.7X90.90X51.18X100.20 综上,除 SO
23、42、NO3和 HCO3外,浐河流域主要离子在出水口含量均为最高,说明支流汇流后离子聚集作用大于河流溶质稀释作用,且下游流速慢,加大了离子聚集作用。值得注意的是,X9 为浐河 3 条支流汇入干流后的控制点,其主要离子含量也比支流上的含量高,更加证明干流离子聚集明显。同时,也可以看出河流流速对水中离子浓度有一定程度的影响。2.4主要离子来源及控制因素分析 2.4.1水化学控制因素借助 Gibbs 图可以判断水体离子的主要控制类型(孙龙等,2022;韩朝辉等,2023)。水化学组成的因素主要分为大气沉降、岩石风化、蒸发-结晶、人类活动4 大类,浐河流域样点主要分布在岩石风化区,个别点分布在人类活动
24、区,整体上受大气沉降和蒸发-结晶的影响较少(图 5):上游位于源头山地区,以片麻岩影响为主,偏酸性,且河流流速较快,受岩石风化影响较大;中下游为黄土地貌,偏碱性,且中游河流流速最快上游流速慢,受岩石风化和人类活动的共同作用影响。其中,X5 附近有河流改道施工,X7 是浐河在此流域的水位监测点,故 X5 和 X7 主要离子受人类活动影响较大;同理,X9,X10 位于人类活动密集区,人类影响反馈更多。但总体来看,浐河流域水化学控制因素主要为岩石风化。利用 Ca2+/Na+与 HCO3/Na+及 Ca2+/Na+与 Mg2+/Na+的关系端元图(延子轩等,2022)进一步探究岩石风化对浐河流域地表水
25、的贡献。根据浐河流域地表水主要离子计算的 Ca2+/Na+、HCO3/Na+和 Mg2+/Na+的摩尔比值分别为 1.20、0.21 和 2.43,水化学特征值处于蒸发岩和硅酸盐岩之间(图 6),说明研究区域主要受硅酸盐岩风化的控制作用,且存在受蒸发岩溶解影响的情况。2.4.2离子间相关性分析借助各离子水化学参数相关系数分析来进一步探讨不同种类岩石风化对浐河流域内离子浓度的影响(表 3)。汛期 TDS 与 Na+、Mg2+、K+、Cl极显著相关并与Ca2+显著相关,表明水中离子总浓度与这些离子关系密切。汛期中,Ca2+与 HCO3无显著相关,说明方解石(CaCO3)对水中离子的贡献较小。汛期离
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 河流 汛期 地表水 水化学 组成 特征 及其 成因
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。