包气带水入渗过程中水化学组分运移规律研究-论文.pdf

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1、第41卷第2期水文地质工程地质Vo1．4lNO．22014年3月HYDR0GEOLOGY＆ENGINEERINGGEOLOGYMar．2014包气带水入渗过程中水化学组分运移规律研究高业新，张冰，崔浩浩(中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北石家庄050061)摘要：选择华北平原典型地区，利用多功能观测竖井，通过采集、测试包气带水溶液中的水化学组分，研究了包气带水在入渗过程中水化学组分的运移转化规律，利用氯质量平衡法分析了包气带水中化学组分变化机理。结果表明：(1)包气带水人渗过程可导致不同深度的包气带水化学组分浓度发

2、生变化；(2)粘性土层对包气带水人渗有一定的阻碍作用，但在某些特定条件下，包气带水仍然可以穿过粘性土层，水中的化学组分亦随之下移；(3)包气带水向下运移过程发生了水化学组分的混合。关键词：多功能观测竖井；包气带水；化学组分；运移规律；氯质量平衡法中图分类号：P641．131文献标识码：A文章编号：1000—3665(2014)02—0001—06包气带既是大气水、植物水、土壤水和地下水相互深处包气带水化学的运移转化规律，并探讨了影响因联系和转化的枢纽，又是各种化学物质运移和反应的素和变化的原因，对于水分等流体物质在包气带中

3、迁载体；既是降雨入渗水分承受面，也是土壤水分蒸发移转化研究有一定的借鉴意义。面。包气带水是连接地表水和地下水的纽带，在水资1试验区概况源的形成、转化与消耗过程中是不可缺少的部分。近年来，包气带水研究日益引起人们的重视，成为当今土试验区位于华北平原中部，地处滹沱河古冲积扇壤物理学中最活跃的研究领域。的前缘，滹沱河与滏阳河沉积的交错地带，为冲洪积平包气带中的水分运移转化是一种十分复杂的物原。该地区属湿润一半湿润气候，降水较少，蒸发强理、化学作用过程，受多种力和多种能量的控制和制烈。多年平均降水量523mm，年内降水多集中在6～

4、9约。从多学者根据包气带水不同的表现形式，分别从月，占年降水量的78％。多年平均蒸发量为包气带水分分布特征及其影响因素。，包气带水分1694．0mm，3～6月蒸发量占全年蒸发量的50％。地势能，包气带防污性能，包气带水气二相流，包下水分为浅层咸水和深层淡水，浅层咸水埋藏深度气带水分运移数值模拟以及降水对包气带水分运8．5～11．0m，溶解性总固体11．0g／L，水化学类型为移的影响¨”等方面进行了研究。但是包气带水人C1·SO．Na·Mg，基本无开采。深层地下水是主要的开渗过程中，将发生水岩交互作用，包气带水的化学成分采水

5、源，随着开采规模的扩大，地下水位逐年下降，农将会发生变化¨，对包气带水中的化学组成，大多着业开采已成为深层地下水动态变化的主要因素。重于含量的变化、转化、吸附、解吸等在原位的物理和2地层分布物理化学变化，很少研究它们在包气带中的运移过程和规律，因此，包气带水在入渗过程中，不同深度包试验区内开挖有一口深11．8m，内径2．0m的多气带水化学组分发生了怎样的变化以及这些组分之间功能观测竖井，以10mm厚钢板护壁。根据开挖时对相互转化规律尚不明确。地层的描述，试验区地层以粘性土为主，总厚8．1m，占本文利用国土资源部地下水科学与

6、工程野外试验开挖地层厚度的68．5％；砂性土总厚3．7m，占31．5％基地开挖的多功能观测竖井，研究了从地表到地下8m(表1)；5．4～5．8m深处有约40cm厚的淤泥质亚粘土地层。据实测资料，不同地层渗透系数有较大的差异，最大可差l0数量级。收稿日期：2013-07．12；修订日期：2013—09．10基金项目：国土资源部公益性行业基金(200911004)3样品采集与分析作者简介：高业新(1971．)，男，研究员，博士，主要从事水文地质环境地质研究。多功能观测竖井的侧壁上安装有土壤水势传感E—mail：goofy200

7、4@163．eom器、盐分传感器、温度传感器和土壤水取样器，距竖井高业新，等：包气带水人渗过程中水化学组分运移规律研究2014年表1地层岩性及相关参数表试的内容主要包括K、Na、ca“、Mg“、cl一、s0一、Table1LithologyandparametersofthestrataHco；、NO；和TDS、pH等。4测试结果分析4．1大气降水、地下水和包气带水离子含量比较无论是离子含量的顺序还是离子含量的多少，三者都有较大的差距。大气降水中，阳离子含量从多到少的顺序为Ca>Mg>Na>K；阴离子为s0一>HCO；>C

8、1一。地下水中阳离子含量顺序是Na>Mg>Ca“>K；阴离子为C1一>SO：～>HCO3-。包注：孔隙比和渗透系数等参数由河北四达工程检测有限公司测试。气带水测试结果显示，阳离子含量顺序是Na>Ca“约1．5m安装有中子仪测管，测量土壤含水率。从地>Mg“，阴离子为C1一>SOi一>HCO3-。表算起，