屋面雨水回灌裂隙岩溶水水岩作用研究

摘要

随着城市的发展，不透水面积不断扩大，导致雨水的天然水文循环过程受到严重干扰。一方面，城市为防洪又不得不将雨水径流尽快排走，造成了水资源的浪费。另一方面，水资源不足又促使地下水的过度开采，导致产生了地面沉降、岩溶塌陷、海水入侵、大面积地下漏斗区等问题。另外，由于大部分城区排水标准低，一遇暴雨，易造成洪涝灾害。因此，需采取雨水综合利用技术，提高水资源利用率，减轻排水管网的行洪压力，涵养地下水源，增加可用水资源量。
　　 屋面雨水因其处理成本和用水风险较低而成为城市雨水利用的重点对象，也是回灌地下含水层的重要水源。但不同水源的水混合，夹杂着碳酸盐岩含水层之间的水-岩-气相互作用，难免会对地下水的物理、化学性质，补给、径流和排泄条件及含水层孔隙演化产生一定影响。针对上述问题，本文在屋面雨水无能耗处理系统成功运行的基础上，对屋面雨水随处理系统的水质变化规律进行了研究，利用室内实验对屋面雨水回灌裂隙岩溶含水层的水岩作用进行了模拟，并对实际回灌情况下的主要水岩作用机理及影响因素作了进一步的探讨，旨在为人工回灌裂隙岩溶含水层工程的实施提供科学依据和指导。结论如下:
　　 (1)雨水流经调节池、过滤池时，Cl、SO42-、Ca2+、Mg2+、HCO3-浓度基本不变。过滤池对雨水主要超标污染物——NH3-N的去除效果较好，平均去除率高达92.9％，处理后达地下水质量Ⅲ类标准，对浊度去除率46.4％，处理后仍超标。屋面雨水回灌导致地下水温度和pH稍上升，其他离子因稀释作用浓度普遍降低，但水质较好，说明雨水回灌未对地下水水质产生严重的负面影响。
　　 (2)室内水岩作用模拟实验表明:地下水、雨水混合后，随振荡进行，温度升高和脱碳酸作用的影响，水中CO2分压不断下降;Ca2+浓度在混合比例为9∶1、7∶3和5∶5时略有下降，其他离子浓度无明显变化;随雨水和岩溶系统作用时间的增加，方解石、白云石和石膏的饱和指数均不断减小，且雨水回灌量增加，方解石、白云石饱和指数减小明显，表明雨水能加强对方解石、白云石乃至整个含水层的溶蚀，且雨水回灌量越大，溶蚀作用越强烈，影响越明显。PHREEQC软件MIX功能模拟显示雨水回灌所形成的溶蚀量比较有限，不会对井周含水层稳定产生严重影响。
　　 (3)过滤池雨水与沸石之间发生了阳离子交换吸附作用，导致雨水Na+浓度升高，雨水水化学类型由HCO3-Ca·SO4型向HCO3-Na·Ca·Mg型转化。回灌雨水、地下水之间存在混合作用，其对水质产生一定影响，鉴于回灌量小，未引起水化学类型的变化。回灌雨水具有侵蚀性，大量回灌将加强对含水层矿物的溶蚀作用，导致矿物溶蚀趋势加强。
　　 (4)温度、pH和PCO2等环境因素的变化对裂隙岩溶含水层的水岩作用有剧烈影响且影响程度不同。温度升高方解石、文石和白云石的饱和指数增大，导致三者趋向沉淀，而石膏和CO2(g)的饱和指数则随温度升高而降低，温度升高将促进其溶解。方解石、文石和白云石对温度的灵敏度比石膏和CO2(g)高;方解石、文石和白云石的饱和指数随着pH的增大而增大，表明酸性状态有利于三者的溶解。pH对石膏的影响不大。各矿物对pH的响应比温度的大;各矿物饱和指数都随PCO2的增大而减小，PCO2增大将加快矿物的溶蚀。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 研究的目的和意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 雨水回灌的方式

1．3．2 雨水回灌的国内外研究现状

1．3．3 岩溶含水层水岩作用国内外研究现状

1．4 研究目标及研究内容

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

第二章 屋面雨水水质随处理流程的变化规律及地下水动态监测

2．1 研究区的水文地质条件

2．2 降雨量、回灌量和地下水水位的动态变化规律

2．3 回灌系统各部分物理指标的变化规律

2．4 回灌系统各部分离子浓度的变化规律

2．5 本章小结

第三章 屋面雨水回灌裂隙岩溶水水岩作用实验模拟

3．1 实验材料

3．2 实验方法

3．3 实验结果及讨论

3．3．1 电导率及pH的变化规律

3．3．2 其他常规离子的变化规律

3．3．3 水化学类型和饱和指数计算及分析

3．4 PHREEQC混合模拟及含水层稳定性分析

3．5 本章小结

第四章 屋面雨水回灌裂隙岩溶含水层的水岩作用

4．1 水化学类型的变化

4．2 实际雨水回灌下的水岩作用

4．3 环境因素对水岩作用的作用机理研究

4．3．1 温度对矿物溶解／沉淀的影响

4．3．2 pH对矿物溶解／沉淀的影响

4．3．3 PCO2对矿物溶解／沉淀的影响

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

附录