人工回灌过程中的水-岩相互作用模拟

吉林大学学报(地球科学版)

人工回灌过程中的水-岩相互作用模拟

石旭飞^1,2，张文静^1,2，王寒梅^3,4,5，焦珣^3,4,5，何海洋^1,2

1.吉林大学环境与资源学院，长春130021;
2.吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室，长春130021;
3.上海市地质调查研究院，上海200072;
4.上海地面沉降控制工程技术研究中心，上海200072;
5.国土资源部地面沉降监测与防治重点实验室，上海200072

收稿日期:2012-05-11 出版日期:2013-01-26 发布日期:2013-01-26
通讯作者: 张文静（1980-），女，副教授，博士，主要从事地下水资源管理与保护研究 E-mail:zhangwenjing80@126.com
作者简介:石旭飞(1986-)，男，博士研究生，主要从事水文地球化学研究，E-mail:shixufei1986@163.com
基金资助:
国家自然科学基金项目（41103045）；吉林大学“科学前沿与交叉学科创新项目”（201003031）；上海市科学技术委员会资助项目（10dz2254000）

Modeling of Water-Rock Interaction During the Artificial Recharge

Shi Xufei^1,2, Zhang Wenjing^1,2, Wang Hanmei^3,4,5, Jiao Xun^3,4,5, He Haiyang^1,2

1.College of Environment and Resources, Jilin University, Changchun130021, China;
2.Key Laboratory of Groundwater Resources and Environment, Ministry of Education, Jilin University, Changchun130021, China;
3.Shanghai Institute of Geological Survey, Shanghai200072, China;
4.Shanghai Land Subsidence Control Engineering Research Center, Shanghai200072, China;
5.Key Laboratory of Land Subsidence Monitoring and Prevention, Ministry of Land and Resources, Shanghai200072, China

Received:2012-05-11 Online:2013-01-26 Published:2013-01-26

摘要/Abstract

摘要：

人工回灌过程中所发生的水-岩相互作用是影响回灌层位地下水环境质量的重要因素。采用室内实验和水文地球化学模拟等技术对人工回灌过程中的水-岩相互作用机理进行了分析。研究结果表明：受混合作用影响，随着回灌水比例的增加，混合水中TDS质量浓度降低，水化学类型由Cl·HCO₃-Na型水逐渐转变为HCO₃·Cl-Na·Ca型水；受水-岩作用影响，在同一混合比例条件下，随着水-岩作用的进行，混合水中TDS质量浓度升高，各主要离子质量浓度呈现升高的趋势，但只有回灌水比例占10%时，混合水TDS质量浓度才大于原始地下水（涨幅约5%）。实验介质溶解于水的离子中，Ca²⁺、Mg²⁺和HCO^-₃主要来源于碳酸盐矿物的溶解， Na⁺主要来自岩盐的溶解。在人工回灌过程中，发生的水-岩相互作用主要包括方解石、白云石、钾长石、岩盐、CO₂的溶解和伊利石的沉淀。其中:钾长石溶解量与伊利石沉淀量、碳酸盐矿物溶解量与CO₂溶解量的相关性较强，其相关系数分别为1.00和0.78（显著性水平为0.05）；硅酸盐矿物反应量和回灌水比例之间的相关系数为0.97（显著性水平为0.01），相关性极强；而碳酸盐矿物反应量和回灌水比例之间的相关系数为0.52（显著性水平为0.01），相关性较弱。上述相关性分析为确定人工回灌过程中的水-岩相互作用机理、地下水中主要离子组分的来源途径以及定量分析人工回灌对含水层介质的影响提供了依据。

关键词: 人工回灌, 水-岩相互作用, 水文地球化学模拟, 地下水

Abstract:

The water-rock interaction during the artificial recharge is an important influencing factor of groundwater environment quality in the recharge aquifer. The laboratory experiment and hydrogeochemical modeling were used to study the mechanism of water-rock interaction during the artificial recharge. The results of the research showed that the TDS of the mixed water decreased and the water type became HCO₃·Cl-Na·Ca from Cl·HCO₃-Na with the increase in the proportion of the recharge water affected by the mixing; the TDS of the mixed water increased and the concentrations of the major ions showed increasing trend as the water-rock interaction proceeded in the same proportion of the recharge water affected by the water-rock interaction, but the TDS of the mixed water was more than original groundwater when the proportion of recharge water was 10% only(up 5%). The sources of major ions dissolved from the experimental medium: Ca²⁺, Mg²⁺ and HCO^-₃ originated from the dissolution of carbonate minerals and Na⁺ originated from the dissolution of halite. The water-rock interaction included the dissolution of calcite, dolomite, potash feldspar, halite, CO₂ and the precipitation of illite during the artificial recharge. The correlation between the dissolved quantity of potash feldspar and the precipitated quantity of illite and the correlation between the dissolved quantity of carbonate minerals and the dissolved quantity of CO₂ were strong with the correlation coefficient 1.00 and 0.78 respectively with a significance level of 0.05. The correlation coefficient was 0.97 between the reacted quantity of silicate minerals and the proportion of the recharge water that showed extremely strong correlation, but the correlation coefficient was 0.52 with a significance level of 0.01 between the reacted quantity of carbonate minerals and the proportion of the recharge water that showed weak correlation. This correlation study above provided basis for determining the mechanism of waterrock interaction， the original way of major ions in the groundwater and the quantitative analysis of the impact on the aquifer medium during the artificial recharge.

Key words: artificial recharge, water-rock interaction, hydrogeochemical modeling, groundwater

中图分类号:

P641.3

石旭飞，张文静，王寒梅，焦珣，何海洋. 人工回灌过程中的水-岩相互作用模拟[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2013, 43(1): 220-227.

Shi Xufei, Zhang Wenjing, Wang Hanmei, Jiao Xun, He Haiyang. Modeling of Water-Rock Interaction During the Artificial Recharge[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2013, 43(1): 220-227.

参考文献

相关文章 15

[1]	董军, 徐暖, 刘同喆, 管锐, 邓俊巍. 乳化植物油强化土著微生物修复中高浓度Cr(Ⅵ)污染地下水[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2018, 48(1): 234-240.
[2]	黄星, 路莹, 刘肖, 段晓飞, 朱利民. 地下水位抬升对人工回灌中悬浮物堵塞的影响[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(6): 1810-1818.
[3]	董维红, 孟莹, 王雨山, 武显仓, 吕颖, 赵辉. 三江平原富锦地区浅层地下水水化学特征及其形成作用[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(2): 542-553.
[4]	付延玲, 骆祖江, 廖翔, 张建忙. 高层建筑引发地面沉降模拟预测三维流固全耦合模型[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(6): 1781-1789.
[5]	刘国庆, 吴时强, 范子武, 周志芳, 谢忱, 乌景秀, 柳杨. 回灌与回扬物理过程的解析推导及灌压变化规律[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(6): 1799-1807.
[6]	刘海龙, 马小龙, 袁欣, 穆环玲, 冷冰原, 洪梅. 基于多元回归分析的铬污染地下水风险评价方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(6): 1823-1829.
[7]	袁晓婕, 郭占荣, 黄磊, 章斌, 马志勇, 刘洁. 用镭-226示踪胶州湾的海底地下水排泄[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(5): 1490-1500.
[8]	杨悦锁, 张戈, 宋晓明, 温玉娟, 张文卿. 地下水和土壤环境中雌激素运移和归宿的研究进展[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(4): 1176-1190.
[9]	陈盟, 吴勇, 高东东, 常鸣. 广汉市平原区浅层地下水化学演化及其控制因素[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(3): 831-843.
[10]	钱文见, 尚岳全, 杜丽丽, 朱森俊. 充气位置及压力对边坡截排水效果的影响[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(2): 536-542.
[11]	危润初, 肖长来, 方樟. 黑龙江建三江地区地下水动态趋势突变点分析[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(1): 202-210.
[12]	赵林, 莫惠婷, 郑义. 滨海盐碱地区包气带中淡水透镜体维持机理[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(1): 195-201.
[13]	蒋秀姿, 文宝萍, 蒋树, 冯传煌, 赵成, 李瑞冬. 甘肃舟曲锁儿头滑坡活动的主控因素分析[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2015, 45(6): 1798-1807.
[14]	吴鸣, 吴剑锋, 施小清, 刘杰, 陈干, 吴吉春. 基于谐振子遗传算法的高效地下水优化管理模型[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2015, 45(5): 1485-1492.
[15]	余楚, 张翼龙, 孟瑞芳, 曹文庚. 河套平原浅层地下水动态监测网优化设计[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2015, 45(4): 1173-1179.

Metrics

Viewed

Full text

Abstract

Cited

Shared

Discussed