四川盆地南缘典型红层山区水文化学特征及水质评价

摘要

红层广泛分布于我国西南地区，以四川红层盆地最为典型。近年来，位于盆缘的红层山区在生态旅游的推动下，受到越来越多的关注，人类活动对其的影响也随之增加。在了解红层山区水质特征的基础上，如何合理开发利用和保护红层山区水资源成为亟待解决的问题。文章结合区域水文地质背景，从水文地球化学角度出发，研究了红层山区地表水及地下水的水化学特征以及水化学时空变化规律，并运用主成分分析法对其水质进行分析与评价，以掌握红层山区水质特点及影响水质变化的原因。
　　本文以四川盆地南缘红层山区为研究对象，选取黔渝交界的习水—江津红层山区为典型区域，以一个完整水文年为尺度，对研究区地下水及地表水进行系统采样，主要采用野外监测手段、室内实验分析、数理分析等方法，系统分析了研究区地表水及地下水的水文地球化学特征、时空变化规律及水质特点。初步得到以下主要结果：
　　（1）研究区各水体水化学类型主要有 HCO3·SO4-Ca型、SO4·Cl-Ca型、SO4·Cl-Ca·Na型和HCO3·SO4-Ca·Na型四种，以HCO3·SO4-Ca型为主，大茅坡处地表水及地下水以SO4·Cl-Ca型为主。通过Gibbs图分析，水化学组分分布在岩石风化控制区域，表明研究区地表水和地下水主要受到岩石风化作用的影响。区内地下水pH值整体偏酸性，阴离子组成以 SO42-最为显著，预测主要与研究区红层含水层中硫化物矿物及下部石膏团块风化溶解有关，阳离子组成以 Ca2+浓度最为显著，主要来自砂岩、页岩中碳酸盐等钙质胶结物的风化溶解。水化学类型、矿化度、pH值受围岩化学成分的影响大。
　　（2）地表水各样点的pH值变化范围基本都在6.36~7.34之间，季节变化幅度小。大茅坡山顶两处蓄水池和地下水由于受地层中硫化物矿物的氧化作用影响。pH值大多呈酸性，且季节变幅较大。后槽顶农耕区地表水及地下水的电导率受农业活动影响，变化幅度明显大于大茅坡与大窝凼各样点，其地下水电导率和pH值的季节变化趋势相似，雨季降低旱季升高，可能与pH值和电导率在雨季受到雨水的稀释作用有关。地表水不同水体阳离子浓度变化趋势基本一致，灌溉水和沟谷溪水季节变幅较大，丰水期高于枯水期。大窝凼和大茅坡山顶地表水的阳离子和Cl-、NO3-浓度季节变幅均很小，这与林地覆盖率高、人类活动较少有关。山顶地下水的Na+主要来自含盐地层分化溶解，SO42-浓度季变幅最大，丰水期浓度低，枯水期和平水期浓度变化不大。
　　（3）研究区地下水类型主要为红层砂岩、泥岩浅层风化带裂隙水，埋藏浅。其补径排条件受山地地貌的控制十分明显，具有就地补给、就近排泄的特点，地下水主要受到大气降雨和农灌水入渗两种补给方式。随着海拔和坡位的降低，土地利用方式由林地转换为耕地，地下水离子浓度除SO42-之外，整体呈逐渐增加趋势，表明农耕区地下水受农业活动影响较显著。
　　（4）通过主成分分析法对研究区地表水及地下水水质进行分析与评价。地表水第一主成分载荷量显示，地表水化学成分受地质背景影响大于人类活动输入，同时第二主成分也显示出红层区Fe和Mn浓度普遍较高，这主要来自红层中黄铁矿等硫化物矿物的溶解迁移，在酸性水的作用下，把地层中三价铁离子还原成可溶的二价铁离子，地表水综合主成分得分显示，随着农业活动等外界环境的物质输入量增大，后槽顶地表水水质较大窝凼和大茅坡稍差，分析结果与实际情况相符；地下水第一主成分和第二主成分反映出水质主要受水—岩作用影响，Ca2+和Na+离子浓度分别受红层中钙质胶结物和含盐岩的风化溶解，SO42-和 Fe含量普遍较高的主要原因也是受到红层地质背景的影响，人类活动影响很小。
　　（5）红层山区地下水资源作为村民生活饮用水，要根据裂隙水的埋藏分布条件选择有效的取水方式，同时尽量避免在铁锰含量较高地层打井找水，还有控制井水与生活污水排放点或养殖场等污染源的距离，以避免影响饮用水水质。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外红层研究现状

1.3 问题的提出

1.4 研究内容、拟解决的关键问题及预期达到的目标

1.5 研究方法、取样情况及技术路线

第2章 研究区概况

2.1区域概况

2.2 地质与地形地貌

2.3 水文地质背景

2.4 气候、土壤和植被

2.5 土地利用情况及人类活动

第3章 研究区水文地球化学特征分析

3.1 研究区不同水体的水化学类型

3.2 离子来源分析

3.3 研究区地表水及地下水水化学特征与变化

3.4 不同坡位地下水的水文变化特征

第4章 红层山区水质分析与评价

4.1 基于PCA的水质分析与评价

4.2 地表水水质分析与评价

4.3 地下水水质分析与评价

第5章 红层山区地表水与地下水开发与保护建议

5.1 红层山区水资源开发利用建议

5.2 地下水资源保护建议

第6章 结论与不足

6.1 结论

6.2 存在的不足

参考文献

致谢

在校期间发表的论文和参加会议