成都新机场地下水水化学特征及形成机制研究

摘要

成都新机场地处川中盆地广阔的红色丘陵地带，西部为绵长的龙泉山脉，东为沱江。特殊的红层水文地质条件使本区赋存着水质各异的浅层和深层地下水，地下水水质表现出明显的垂直分带现象。目前，本区居民生产生活主要开采的是浅表层淡水资源，而在场地内现场水文地质调查中，已经发现个别浅表层水井咸化问题。机场深基坑的开挖和地下水的抽排，必然会对地下水流场产生一定影响，若埋深较浅且具承压性的咸水被揭露，咸淡水的混合作用势必会污染浅表层淡水资源，对机场基础混凝土及钢结构造成腐蚀。
　　本文根据研究区地下水水质的分析结果，利用水文地质学、水文地球化学等理论方法分析了新机场项目场地地下水化学成分的统计特征及空间变化规律;运用地下水水文地球化学模拟的分析方法，对研究区地下水的补径排特征、循环规律及地下水化学成分的形成机制进行了深入探讨，为该区合理、科学的开采优质地下水资源及减少对工程的危害提供理论依据。研究取得如下认识和结论:
　　(1)K++Na+、Mg2+、HCO3-、Cl-及TDS的变异系数在浅表层地下水较中深层大，地下水水化学成分较容易受到地形地貌、气象水文、含水层岩性等自然条件或人为因素的干扰。
　　(2)对比浅表层与中深层地下水TDS等值线图，发现中深层地下水矿化度整体高于浅表层，地下水矿化度呈现明显的垂直分带现象;对比浅表层与中深层地下水主要离子成分等值线图，发现Cl-、SO42-、HCO3-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+等主要阴、阳离子含量在中深层地下水普遍高于浅表层地下水。
　　(3)对场区浅表层、中深层地下水进行相关分析和偏相关分析，得出浅表层地下水TDS与HCO3-的相关性最为密切。中深层地下水TDS与SO42-存在着显著的相关关系，揭示了中深层地下水中SO42-是控制其TDS增高的主要因素。
　　(4)通过绘制Pipper三线图，可以看出自浅表层至中深层，地下水水化学类型由HCO3-Ca型过渡到HCO3·Cl·SO4-Ca·Mg型水。
　　(5)从浅表层与中深层地下水径流剖面图可以看出，在沿地下水径流路径上，地下水矿化度逐渐升高。较低的γCl-/γCa2+比值反映了浅表层地下水埋藏浅、水循环交替积极、水动力条件较好。而中深层地下水中，地下水埋藏深、水—岩相互作用长造成γCl-/γCa2+值普遍较高、水动力条件滞缓。个别水样点γCl-/γCa2+值异常高，较高的Cl-离子含量可能来自埋深40m以下咸水的混合作用。
　　(6) Gibbs模型解释了水—岩相互作用是影响研究区地下水水化学成分形成的主要因素。通过分析地下水中其他主要离子成分与相对稳定的Cl-的比值关系，得出以下结论:
　　研究区地下水除了受岩盐溶解作用的影响外，还受到钠长石、芒硝的溶解或人类活动、阳离子交换吸附作用等因素的影响;
　　SO42-—Cl-关系可以看出，在浅表层地下水中，地下水位埋深浅、水动力条件较好、水循环交替积极，地下水在径流过程中，与石膏、钙芒硝等含硫矿物发生充分的溶虑作用。在中深层地下水中，低浓度的SO42-，反映了中深层地下水埋藏深度大，地下水径流循环较慢，硫酸盐发生了还原反应，高浓度的SO42-可能来自埋深40m以下咸水的混合作用。
　　(7)在雨水转化为浅表层地下水时，地下水与含水层中岩盐、石膏、高岭石、伊利石、方解石、钾长石以及CO2发生了水—岩相互作用。浅表层地下水水化学成分的形成主要受岩盐、石膏、伊利石、方解石及CO2的溶解和高岭石、钾长石的沉淀作用控制。
　　(8)通过对浅表层低矿化度水与深层高矿化度水的混合作用的模拟，得出每形成1kg中深层地下水S5，需要0.917kg的浅表层地下水J30与0.083kg的深层地下水W1的混合，同时会在不同的反应物之间产生一定的物质转移。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题依据与研究意义

1．1．1 选题依据

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 水文地球化学的研究方法

1．2．2 地下水水-岩相互作用

1．2．3 存在的问题

1．3 研究内容、方法和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法与技术路线

第2章 地质背景条件

2．1 自然地理条件

2．1．1 交通位置

2．1．2 气象水文

2．1．3 地形地貌

2．2 地质概况

2．2．1 地层岩性

2．2．2 地质构造

第3章 水文地质条件

3．1 区域水文地质概况

3．2 场区地下水赋存分布特征

3．3 场区地下补给、径流、排泄条件

3．4 地下水与地表水关系

第4章 场区内地下水水化学特征

4．1 数理统计分析

4．2 地下水TDS与主要离子成分特征

4．2．1 TDS分布特征

4．2．2 主要离子成分分布

4．2．3 TDS与主要离子成分相关性分析

4．3 地下水水化学类型

4．4 小结

第5章 地下水水化学场形成作用

5．1 地下水径流与水化学特征关系

5．2 水化学成分来源及形成作用

5．2．1 岩性的影响作用

5．2．2 Cl-示踪地下水化学成分来源

5．2．3 咸淡水混合作用

5．2．4 人类活动的影响

5．3 小结

第6章 场区地下水水文地球化学模拟研究

6．1 水文地球化学模拟基本原理

6．1．1 组分分布模型

6．1．2 质量作用定律

6．1．3 反应路径模拟

6．2 浅表层地下水水文地球化学模拟

6．2．1 模拟路径的选取

6．2．2 可能矿物相的选取

6．2．3 模拟结果分析

6．3 中深层地下水混合过程反向模拟

6．3．1 模拟路径的选取

6．3．2 混合过程模拟结果

6．4 水化学场工程环境效应分析

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果