清水江流域水化学特征及风化过程研究

摘要

流域水体的水化学信息可以用来确定河流溶质的地球化学来源，判别地质因素、人为活动、大气降水等对流域水化学的影响，确定流域化学风化过程、估算风化速率及对大气 CO2的消耗等相关信息。本文选取长江流域上游支流清水江流域为研究对象，分别于2013年8月(丰水期)和2014年1月(枯水期)，对清水江流域河水主要离子浓度进行测定，分析流域主要离子组成及时空变化特征，并根据流域离子组成、水化学特征分析流域主要化学风化过程，探讨不同岩性、大气降水、人为活动等因素对河水溶质的影响及相对贡献率，估算化学风化过程中的岩石化学风化速率及其对大气 CO2的消耗量。经过以上研究，得到以下几个主要结论和几点认识：
　　（1）对清水江流域河水离子含量分析表明，流域水化学组成以Ca2+、HCO3–离子为主，其次为Mg2+、SO42–，含有一定浓度的SiO2。TDS均值217.50mg·L–1，高于世界流域均值；流域 TDS季节性变化不大，但沿程变化大于一个数量级。流域水化学类型为Ca-HCO3–型水，枯水期上游地区部分点转变为Ca-SO42–型水。
　　（2）根据海盐校正分析得出，研究区大气降水海盐输入对河水溶质的贡献率为1.73％，低于世界河流均值3%。人为活动影响分析表明上游工矿企业活动对清水江流域水化学影响明显，枯水期流域 NO3–、F–离子浓度显著增加，人为活动对流域离子组成的影响显著高于丰水期。Gibbs图分析表明，流域主河水溶质主要受岩石风化影响。离子比值及相关分析表明，Ca2+、Mg2+、HCO3–离子主要来自于白云石、方解石等碳酸盐岩风化溶解，Na+、K+、Cl–主要来源硅酸盐岩风化。流域主要风化过程为白云岩、灰岩等碳酸盐岩及钠长石、钾长石、高岭石、水铝矿等硅酸盐矿物的风化，越往下游硅酸盐岩化学风化贡献越明显，碳酸和硫酸同时参与了流域岩石风化过程。
　　（3）根据主成分分析结果及离子平衡原理，计算得出碳酸盐岩、硅酸盐岩、大气CO2对河水溶质的贡献率分别为58.28%、17.38%、17.74%。人为活动对河水溶质的贡献为4.87%。对流域化学风化率估算结果表明，清水江流域的平均化学风化率为109.97t/km2·a，高植被覆盖率及硫酸对流域化学风化速率有一定影响。流域岩石风化过程对大气CO2的消耗量为12.45×109mol·a-1，大气CO2消耗率为7.25×105mol/(km2·a)，是全球流域风化碳汇的一个重要组成部分。

目录

封面

目录

中文摘要

英文摘要

第一章 绪 论

1.1 研究目的意义

1.2 国内外研究概况

1.3 研究内容与技术路线

第二章 研究区概况及样品的采集分析

2.1 研究区基本概况

2.2 样品的采集与分析

第三章 清水江流域水化学特征分析

3.1 河水水化学特征

3.2 河水主要离子组成特征

3.3 流域水化学时空分布特征

3.4本章小结

第四章 清水江流域水化学变化影响因素

4.1 大气降水海洋输入对水化学组成的影响

4.2 人为活动对流域水化学的影响

4.3 岩石风化对流域水化学的影响

4.4 本章小结

第五章 清水江流域化学风化过程及碳汇效应分析

5.1 清水江流域主要化学风化过程分析

5.2流域化学风化过程中各组分贡献率分析

5.3化学风化作用过程中的碳汇效应

5.4本章小结

第六章 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录攻读学位期间取得的学术成果

声明