运城盆地漏斗区水文地球化学演化规律研究

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1、!*卷第!期资源科学QA>9!*，.A9!!""&年#月8/MNO8L/MMLP/.L/:;<9，!""&运城盆地漏斗区水文地球化学演化规律研究王丽，王金生，林学钰（北京师范大学环境学院地下水环境安全研究所，环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京%""-(+）摘要：该文通过对运城盆地漏斗区浅层水文地球化学系统的分析，利用反向地球化学反应路径模型./01203模拟盆地漏斗区浅层水文地球化学演化规律。从模拟结果可以看出，在整个模拟的水流路径上，石膏和石盐的溶解在多数情况下占据主导地位，萤石和云母接近平衡状态。这种水文地球化学演化规律说明，从漏斗区边缘到漏斗中心，地下

2、水沿途溶蚀含水层中的石膏、石盐等含盐矿物，地下水中氯化物、硫酸根和钠离子含量沿水流路径逐渐升高，地下水水质逐步恶化。受人类活动的影响，在较短的时间尺度内盆地漏斗区的水文地球化学演化规律有明显的变化，地下水对方解石有从溶解状态向沉淀方向演化的趋势，整个水流路径上，方解石总交换量由%’’"年的4%&5+*+变为!"""年的$%"5%&+。关键词：水文地球化学模拟；地下水漏斗；地下水；运城盆地中图分类号：1*&%5（%!!+）文献标识码：2文章编号：%""($(+-（-!""&）"!$""!#$"*水文地球化学环境退化是全球面临的一个环境问题，由此带来的地下水水质恶化，阻

3、碍了经济发展，危害了人体健康。因此，地下水化学环境的演化研究，对区域地下水水质保护、地下水资源合理开发利用都十分有利。运城盆地位于山西省西南端，北、东、南三面环山，西面以黄河为界，为一半封闭型山间盆地。盆地水资源紧缺，地下水开采量的日益增大，形成了范围不断扩大的地下水降落漏斗，到%’’-年末，中!深层承压水下降漏斗面积已达%&-*67，漏斗局部水位已明显低于盐池、硝池水位，倒灌（浅层咸水越%）流补给中深层承压水）问题已客观存在。盐池、硝池的倒灌不仅损失了大量的矿产资源，而且还会引起区内承压水的咸化，使得运城盆地地下水动力环境急剧变化，地下水化学环境在背景值本身就比较

4、高的情况下进一步恶化，局部地区地下水因为水质问题已经失去了使用价值，使得盆地的水资源供需矛盾日益尖锐。因此，研究在地下水降落漏斗形成的情况下的水化学演化规律，可以为合理开发利用该地区的地下水资源，并为防止地下水进一步污染提出有效的对策。本文选用反向水文地球化学模拟，对运城盆地地下水降落漏斗区浅层水水文地球化学演化规律模拟。!反向水文地球化学模拟理论［%，!］自%’*!年89:9);<<=>?和:9/90@A7B?AC建立海水离子缔合模型以来，#"年来地球化学模拟得到了迅速的发展，先后出现了数十种模拟软件，其中典型的软件有0（>%’(&）等开发的F20/

5、G和F20/G&H，用于计算水溶液中组分分布的矿物饱和指数，并建立了完善的热力学数据库；1;<6@D

6、川射洪人，博士，主要从事水文地球化学、水资源与水环境研究。%）山西省运城盆地地下水资源评价及其合理开发利用，山西省地质局第二水文地质队，%’(’。%1资源科学%!卷第%期［!#$%］!"多个。通过这些模型，对水&岩间的相互作用进行模拟和识别，是解决水文地球化学与生态环境方面的理论问题和实践问题的基础。这些模型基本上可分为’类，即组分分布模型、质量平衡模型和反应路径模型，其中，反应路径模型又分为正向模拟和反向模拟%种。在实际的水文地球化学问题中，往往地下水的化学组分是已知的，而其形成和演化的过程是未知的，反向地球化学模拟为解决这一问题提供了有效的途径。它是建立在质量守

7、恒模型基础上的，通过实测的初始和终点的水化学组分、同位素资料等求出系统所发生的质量迁移。它的原理是依据观测反应途径上两个水溶液组分间的差异，确定可能的地球化学作用。根据这一原理，选择不同时期的地下水化学资料进行模拟计算，就可反应出人类活动对水&岩作用方向的影响和控制，揭示地下水化学环境的演化机制。其表达式为：起点水溶液的化学组分(反应相!终点水溶液的化学组分(生成物。可用下式表示：!"!"#"，$)%&，（$终点）&%&，（$起点）)"%&，$$)$，%，⋯’（$）")$式中："为矿物相（反应相(生成相）数目；!为第"种矿物相进入或离开每升溶液的摩尔数；#为""