包气带CO2分布特征及对地下水质的影响研究

摘要

随着人类生产活动的快速发展，大量燃料的使用导致大气CO2浓度显著增加。科学家对大气CO2浓度变化导致的环境问题进行了持续研究，同时又对地质封存CO2及其逸散可能带来的环境问题进行探索。地下水作为人类生活的重要水源，正在遭受着污染的危害或威胁，而包气带正是地下水形成（得到补给）的重要通道或枢纽，对地下水化学成分的形成起着控制作用，同时也对大气CO2浓度的具有缓冲作用，因而对包气带CO2浓度分布及其对地下水质的影响的研究具有重要意义。
　　本文通过野外测试和室内试验模拟，分析归纳了包气带CO2的分布特征，探讨了降水补给地下水过程中包气带CO2对地下水质的影响。主要研究内容包括以下两个方面：
　　（1）通过野外测试、室内土柱模拟试验，研究包气带CO2的分布特征；并观察了不同影响因素下包气带CO2的时间和空间分布变化规律。
　　（2）通过室内土柱降水模拟试验，分析研究降水补给地下水过程中包气带CO2含量的变化，及其可能引起的水质变化；同时结合PHREEQC软件模拟，分析不同CO2分压下水化学组分变化；进一步来证明包气带CO2对地下水质存在重要的影响。
　　本文主要获得以下主要认识：
　　（1）野外测试发现：随着包气带深度增加CO2含量逐渐增加；不同坡度下包气带CO2分布特征不同；土壤表层植被不同，包气带CO2分布具有明显的差异性；植被存在的包气带CO2含量明显大于裸地，且植被类型不同对于包气带CO2含量影响不同。
　　（2）室内土柱模拟试验发现：不同条件下土柱内CO2含量存在明显差异。随着深度增加CO2含量增加，这一现象与野外试验观测结果相同；随时间增加各观测孔内CO2含量出现减低趋势。植被生长过程中土柱内CO2含量大于无植被土柱；高温杀菌土柱内CO2含量明显低于其他土柱。
　　（3）土柱降水模拟可以看出：降水补给地下水过程，包气带CO2含量变化对地下水质存在一定的影响。CO2含量增加之后，水中H+、HCO3-离子含量增加，pH值降低，水溶液酸性增强；碳酸盐及铝硅酸盐发生溶解，Ca2+、Mg2+和可溶性SiO2含量增加；及其部分微量元素的变化；引起水化学组分的改变，导致地下水质发生变化。
　　（4）通过PHREEQC模拟发现CO2分压改变对地下水质存在一定的影响。随着CO2分压的增大，水中溶解的CO2增多，使得水溶液中阴阳离子毫克当量百分数发生变化，导致地下水类型向HCO3-Ca型转换；同时CO2分压增加导致溶液pH值降低，HCO3-、Ca2+、Mg2+离子含量增加，SO42-离子含量出现降低，Na+、Cl-及NO3-离子含量基本保持不变；但微量元素变化在模拟过程中未观测到。进一步证实了包气带CO2对地下水质的变化起着重要作用。

目录

声明

1 绪 论

1 .1 选题依据及研究意义

1 .2 国内外研究现状

1 .3 研究内容和技术路线

2 包气带CO 2分布特征研究

2 .1 野外试验研究

2 .2 室内试验研究

2 .3 本章小结

3 包气带CO 2对地下水质的影响研究

3 .1 土柱降水模拟试验

3.2 PHREEQC模拟研究

3 .3 本章小结

4 结论与建议

4 .1 结论

4 .2 存在问题与建议

参考文献

附录

附录一：野外试验照片

附录二：室内试验照片

致谢

攻读硕士学位期间主要成果