螺髻山北麓地下水化学特征与水质评价.pdf
《螺髻山北麓地下水化学特征与水质评价.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《螺髻山北麓地下水化学特征与水质评价.pdf(14页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、DOI:10.12401/j.nwg.2023003螺髻山北麓地下水化学特征与水质评价吴君毅1,2,3,刘洪3,4,欧阳渊3,*,李樋4,张景华3,张腾蛟3,黄勇3,段声义5(1.中国地质大学(北京),北京100084;2.中国地质科学院研究生院,北京100037;3.中国地质调查局成都地质调查中心,四川 成都610081;4.成都理工大学地球科学学院,四川 成都610059;5.华东冶金地质勘查局测绘总队,安徽 合肥230088)摘要:为研究川西大凉山区螺髻山北麓地下水化学特征、演化机制以及评价地下水质现状,笔者系统采集研究区不同地段的 15 组地下水样品为研究对象。利用 Gibbs 图解法
2、、离子比例系数法和基于 RMSprop 算法的 BP 神经网络评价法,探讨该地区地下水化学特征演化机制,评价地下水质现状,支持服务帮助当地合理开发和安全利用水资源。结果表明研究区水化学类型以Mg2+Ca2+HCO3为主,其水化学离子的形成主要以岩土风化溶滤作用为主,由硅酸盐矿物与碳酸盐矿物共同控制,硅酸盐矿物控制更显著。结合地质背景,认为硅酸盐矿物主要来自火山碎屑岩类、花岗岩类、砂岩类和泥质岩类等岩石。利用 BP 神经网络对 5 000 组地下水样本学习训练,对研究区样本进行评价,模型训练图像表明 BP 神经网络能很好拟合地下水样本训练集并且对测试集进行客观准确的判断。研究区地下水评价结果显示
3、:类水质点占 13.3%,类水质点占40%,类水质点占 46.6%,整体水质较好,建议类水质地区普格县特尔果乡甲甲沟村、普格县特补乡白庙子需要加强地下水污染源调查以及水质保护。关键词:地下水化学;螺髻山北麓;水质评价;BP 神经网络;RMSprop 算法中图分类号:P641.6文献标志码:A文章编号:1009-6248(2023)05-0151-14Hydrochemical Characteristics and Water Quality Assessment of Groundwater inNorthern Foothill of Luoji MountainsWU Junyi1,2,
4、3,LIU Hong3,4,OUYANG Yuan3,*,LI Tong4,ZHANG Jinghua3,ZHANG Tengjiao3,HUANG Yong3,DUAN Shengyi5(1.China University of Geosciences,Beijing 100084,China;2.Graduate School,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037,China;3.Chengdu Center of China Geological Survey,Chengdu 610081,Sichuan,China
5、;4.College of Earth Sciences,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,Sichuan,China;5.Surveying and Mapping Corps,East China Metallurgical Bureau of Geological&Exploration,Hefei 230088,Anhui,China)Abstract:To investigate the hydrochemical characteristics,evolution,and assessment of water qual
6、ity in the 收稿日期:2022-07-04;修回日期:2023-02-09;责任编辑:贾晓丹基金项目:中国地质调查项目“长江流域重点区生态地质调查”(GC20230706),“三峡库区生态地质调查与综合评价(DD20221776),大凉山区生态地质调查”(DD20190542),“西南地区自然资源动态监测与风险评估”(GC20230814),宁夏自治区地质调查项目“宁夏生态地质调查示范(南部水源涵养区)”(NXCZ20220201),广东省地质勘查与城市地质专项“广东南岭国家公园生态保护区生态地质调查”(2022-21)联合资助。作者简介:吴君毅(1998),男,硕士研究生,主要从事
7、生态地质学研究。Email:GunEW。*通讯作者:欧阳渊(1982),男,博士,高级工程师,硕士生导师,主要从事遥感地质、生态地质研究。Email:。第 56 卷 第 5 期西 北 地 质Vol.56No.52023 年(总 231 期)NORTHWESTERN GEOLOGY2023(Sum231)northern foot of the Luoyang Mountains in the western Sichuan Daliang Mountains,15 sets of local groundwa-ter chemistry samples from different secti
8、ons of the study area were collected as research objects.Analysis andstudy of hydrochemical characteristics and evolution in this area use Gibbs diagram and ion proportion coeffi-cient method.Furthermore,assessing groundwater quality BP neural network classification method with RM-Sprop algorithm,su
9、pporting services to help local communities develop and use water resources wisely andsafely.The results show that the water chemistry of the study area is dominated by Mg2+Ca2+HCO3.The hy-drochemical evolution of groundwater in this area are mainly derived from rock weathering-dissolution.It iscont
10、rolled by rocks of silicate and carbonate,with silicate playing a more significant role.Considering the geo-logical background of this area,silicate mainly comes from volcanic,clastic,granitic,sandstone and mud stone.The BP neural network was used to train 5 000 groups of groundwater samples,and the
11、 samples in the study areawere evaluated.The training image of the model showed that the BP neural network could well fit the trainingset of groundwater samples and accurately judge the test set.The result of groundwater quality in this area indi-cates that Class I water quality points accounted for
12、 13.3%,Class II water quality points accounted for 40%,Class III water quality points accounted for 46.6%.Its overall water quality is good,and the Class III water qual-ity area needs to strengthen groundwater pollution source investigation as well as water quality protection.Keywords:hydrochemical;
13、foothill of Luoji Mountains;water quality assessment;BP neural networks;RMSprop algorithm 地下水作为水资源和水循环的重要组成部分,其水质的优劣关系到当地经济建设、人民的生产生活、生态平衡等一系列问题(Chen,1994;Adimalla,2020;张俊等,2021;党学亚等,2022;冯嘉兴等,2023)。螺髻山北麓横跨四川省凉山彝族自治州西昌市、德昌县与冕宁县,研究区经济发展滞后,以粗放型农业、畜牧业为主,生态环境脆弱(杨帆等,2018)。因此研究地下水化学特征、形成机制以及评价水质对该区保护和合理利用
14、开发地下水资源,防止和控制地下水污染,促进农牧业绿色生产,保障人民身体健康,加强生态文明建设有着重要研究意义。地下水化学特征研究是水体化学组成与地下水演化过程研究的基础(Abbas et al.,2021),起到反映地下水的补给、途经区域岩性、气象水文与环境特征、反映水化学演化的控制因素等作用(Li et al.,2015,2021;杨芬等,2021;Wali et al.,2021;杜金龙,2022)。能够有效揭示地下水与环境的相互作用机制以及离子交换过程,对地下水水质差别的原因有一定解释作用,可为合理开发利用水资源,改善水质提供科学依据。国内外对于地下水水质的研究中,评价方法主要有内梅罗指
15、数法、模糊综合评价法、主成分分析法和多元分析法等(Nemerow et al.,2009;Zhang et al.,2012;李连香等,2015;张志君,2020;周及等,2020;时雯雯等,2021;曾庆铭等,2021)。上述评价方法采用传统统计学方法虽各有其优势,但都不能很好的分析水质等级与评价指标之间复杂的非线性关系,可能存在一定的主观干预(李海涛,2020a)。近年来,随着计算机科学的发展与应用,人工神经网络(Artificial neuralnetwork,ANN)模型能够高效拟合非线性关系数据,对其做出分类或预测,ANN 模型在非线性数据拟合方面存在优势,能够避免确定性模型处理实际
16、问题时的过度简化问题(陈能汪,2021)。对于利用人工神经网络进行水质评价最常用的网络模型是 BP 神经网络,虽然该模型有收敛速度慢、结构复杂,且无法反映主要影响因子等缺点(崔永华等,2007),但其优点克服了主观赋权对于评价结果的影响,评价结果客观、合理且精度高,能在处理不同时间和空间水样数据组合时的效能优于其他方法(Kumar et al.,2020)。BP 神经网络因此被广泛应用于水质评价,并且通过不同的算法如萤火虫算法(颜建等,2020)、头脑风暴优化算法(李海涛等,2020b)、DPA 算法(徐康耀等,2015)等算法能够进一步提高评价的结果。笔者在前人对研究区水文地质背景总结研究的
17、基础上,研究地下水化学特征。利用 Pytorch 搭建基于 RMSprop 梯度下降算法的 BP 神经网络模型,对研究区地下水水质进行综合客观评价。152西北地质NORTHWESTERN GEOLOGY2023 年 1研究区概况 1.1区域自然条件研究区位于四川省凉山彝族自治州西昌市、德昌县 与 冕 宁 县 的 交 界 处 的 螺 髻 山 北 麓(E 1027 10230,N 27302746),北接邛海盆地,南临螺髻山脉,东接马雄梁子,西靠安宁河磨盘山。研究区的总体地势为两山夹一河,山地河流整体为南北向。在气候上,具有年温差小、日温差大、干湿分明、雨量充沛、降水集中、日照充足等特点,属于亚热
18、带高原季风气候。西侧的牦牛山南麓和安宁河河谷分别为构造侵蚀中山和中山宽谷平原,中部螺髻山北麓为构造侵 蚀 中 山 地 貌,高 山 与 盆 地 最 大 高 差为 5001 500 m。螺髻山山岭海拔为 3 0004 200 m,呈近南北走向,在研究区构成了安宁河和则木河的分水岭。研究区西部为安宁河流域,安宁河从北向南贯穿西昌市,于米易县附近注入雅砻江,最终汇入金沙江,全长为 320 km,流域面积为 1.1 万 km2,安宁河的主要支流有 18 条,其中流域面积大于 500 km2的支流主要是孙水河、海河、茨达河、锦川河。主流与支流多以直角交汇,成羽状水系。研究区东南部为则木河流域,则木河发源于
19、普格县特尔果乡阿则木山,属于黑水河右岸一级支流,从特尔果乡一带由北向南流经五道箐乡、特补乡,螺髻山镇等地,最终在普格县的中梁山南端流入黑水河,其流长约为 54 km,流域面积为 668.2 km2(孟晶晶等,2018)。1.2区域地质背景在大地构造划分上,研究区位于上扬子西缘的康滇断隆带中北段(刘洪等,2020)。研究区出露的地层(图 1)主要为震旦系第四系,震旦系以陆相火山碎屑岩类、陆源碎屑岩类和碳酸盐岩类为主,零碎分布在螺髻山北麓、马雄梁子地区。寒武系在本区出露较少,以碳酸盐岩为主。中生界(三叠系白垩系)在本区大面积出露,以陆相砂泥质碎屑岩为主。新生界(古近系第四系),以半固结的碎屑岩为主
20、零星分布在安宁河谷东岸及大箐梁子等地,第四系冲洪积物(Qapl)沿安宁河、则木河河谷以及山谷沟谷分布。岩浆岩在安宁河西岸出露,主要为花岗岩类。研究区构造线复杂,主要的断裂包括安宁河断裂带(南北向)和则木河断裂带(北北西向)。由于地质构造复杂,地质条件多样,现代构造活动强烈,岩石稳定性差、岩面风化强烈、疏松破碎、碎屑物质丰富,形成了易发生地震、崩塌、滑坡、泥石流、水土流失的地质背景(张腾蛟等,2020)。1.3区域水文地质背景根据研究区地层岩性、地下水类型分为 6 类,分别是松散堆积层孔隙潜水承压水区(A1 型)、松散堆积层孔隙潜水区(A2 型)、碎屑岩裂隙层间水区(B1 型)、碎屑岩孔隙-裂隙
21、层间水区(B2 型)、岩浆岩裂隙水层间水区(C 型)和碳酸盐岩裂隙层间水区(D 型)。A1 型在河谷区第四系冲洪积物区域,地下水量丰富,为孔隙潜水承压水;A2 型在山麓区第四系冲洪积物中地下水量中等贫乏只有孔隙潜水;B1 型地层有开建桥组、列古六组、官沟组、飞天山组、益门组、新村组、牛滚凼组等地层,地下水量中等贫乏的裂隙层间水;B2 型地层有白果湾组、小坝组等碎屑岩地层地下水量丰富的孔隙裂隙层间水;C 型为磨盘山的地区的晚三叠世花岗岩类地下水量贫乏的裂隙层间水;D 型分布在螺髻山区的观音崖组、灯影组、龙王庙组、西王庙组和二道水组等碳酸盐岩地层,地下水为溶洞暗河发育的裂隙层间水。安宁河河谷平原、
22、邛海平原地下水资源丰富,为多层含水结构。一级阶地河漫滩砾卵石主要赋存潜水,主要为大气降水和河水补给。周边的山前洪积扇赋存承压水,水量较少。安宁河岸两岸山区的砂岩、粉砂岩、砾岩、泥岩、花岗岩和闪长岩等岩层中主要赋存碎隙岩类孔隙、裂隙水类型。盆地高地地区、台地漫滩地区,主要靠大气降水补给,雨季水位上升,旱季相反。基岩山区由于裂隙发育较少,无地下水位,水流量小,雨季、旱季流量差别大。2采样、分析测试方法根据研究区地下水分布情况,设置 15 个地下水露头作为采样点(图 1)。水样的采集以及保存方法按照生活地下水标准检验方法(GB/T 148482017)。使用 1.5 L 的聚乙烯瓶的容器采集水样,样
23、品采集前,使用待采水样清洗 34 次,再取样,样品装满不留气泡并密封,阳离子过滤酸化保存,阴离子原样过滤保存,阴阳共取 30 件样品。样品编号、类型、水体状况、位置、水文地质分组如表 1 所示。第 5 期吴君毅等:螺髻山北麓地下水化学特征与水质评价153 K+Na+Ca2+Mg2+Al3+Fe3+NH+4FClSO24NO2NO3采样现场使用 ISE 测定仪检测 pH 值,重量法检测溶解性总固体。其他样品指标送予四川省地质矿产勘察开发局西昌地矿检测中心检验,检验方法如下:As、Se、Sb、Hg 含量使用 AFS 方法检测;Sr、Cr、Cd、Co、Cu、Pb、Zn、Mn、Ni、Mo 含量使用 M
24、S 方法检测;、含量使用 ICP 方法检测;含量使用离子色谱法检测;含量使用纳氏试剂比色法检测;、含量使用离CO23HCO3子色谱法检测;偏硅酸含量使用比色法检测;、含量使用滴定法检测;总硬度采用 EDTA2Na滴定法。通过阴阳离子电荷平衡法检测地下水样品水化学分析结果可靠性,若无机离子平衡常数(NICB)小于 5%,表明阴阳离子平衡数据可信。文中地下水样品的 NICB 值为4.7%4.9%,平均值为1.9%,测试分析数据可靠。1.001.460.792.8015.815.00.456.2213.86150.0141.61.830.13(0.5)30.51.410.082.550.610.33
25、0.171.834.54(39)1.52(21)0.58(21)3.460.06(0.57)0.79(0.34)1.67(0.35)1.245.6114141515151515151o5aplQNQx2pK x2K f1J g3J n2K x2K f1J n2T bg3J x2J y1T bg3T bg3ZlZdZgZkZkZgZdZlZkZkZkZkZdZdZlZkZkZkZlZkZkZkZlZg1T bg3ZdZdT bg3ZdZkK f1T bg3K f1ZlT bg3ZdJ x2J n2J g3K x2J g3J n2J n2J y1J x2K f1J g3K f1K f1J g3J
- 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:
- 螺髻 北麓 地下水 化学 特征 水质 评价
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。