济南岩溶大泉水化学成分形成作用研究

作     者：武东强 

作者单位：济南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邢立亭;李常锁

授予年度：2021年

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0815[工学-水利工程] 

主      题：四大泉群 水岩作用 PHREEQC反向模拟 

摘      要：济南泉水为济南的社会发展和城市政治、经济建设发挥了至关重要的的作用,随着经济、社会发展,泉水水质出现了被污染、水环境恶化等一系列问题。因此保护泉水水质迫在眉睫,只有掌握泉水水化学成分的形成作用及其影响因素,才能提出科学有效的泉水水质保护的措施。本文以济南四大泉群为主要研究对象,通过泉水采集与水化学测试、泉水动态监测,从四大泉群的水化学成分、水温以及电导率等数据入手,采用离子比例系数法、Gibbs自由图、水文地球化学模拟、因子分析法、聚类分析、相关性分析、饱和指数法、灰色关联度分析和钠离子吸附比法等方法,分析济南岩溶大泉水化学成分的差异性、形成作用及其影响因素。通过研究发现:(1)寒武系张夏组地下水水化学类型以HCO·SO-Ca,HCO-Ca为主,TDS均值为498mg/L。奥陶系—寒武系炒米店组地下水水化学类型以HCO·SO-Ca,HCO-Ca,HCO-Ca·Mg为主,TDS均值为512mg/L。四大泉群泉水水化学类型多样(HCO·SO·Cl-Ca·Mg、HCO-Ca·Mg、HCO·SO-Ca·Mg、HCO·SO·Cl-Ca),泉水水质优良。2017年～2020年的泉水矿化度显著增加,其中Ca、Mg的含量有所下降,Na含量上升。(2)根据四大泉群电导率和温度变化曲线,可知趵突泉和黑虎泉的水循环深度不同,潭西泉与珍珠泉具有相似的出露条件。通过聚类结果可以看出,黑虎泉泉群中的胤嗣泉与趵突泉泉群的趵突泉、马跑泉、浅井泉可能接受相同含水层的地下水补给,黑虎泉泉群与趵突泉泉群和五龙潭泉群之间的水力联系较差,黑虎泉泉群与趵突泉泉群和五龙潭泉群的地下水补给来源不同。(3)根据离子比例系数法、舍勒指数法、相关性分析和因子分析法对泉水水质数据的研究发现,泉水中离子主要来源于矿物的溶解沉淀,泉水水化学成分的差异性主要是受溶解沉淀作用、溶滤作用、阳离子交换作用、蒸发浓缩作用、脱碳酸作用、混合作用和去白云岩化作用等水文地球化学作用的影响。灰岩的溶滤作用、阳离子交换作用、外界干扰、矿物溶解作用、酸碱演化等自然因素和人为因素,使济南岩溶水年际水化学成分差异性较大。(4)根据2017年～2020年的泉水水化学类型变化发现,2017年～2018年济南泉域的碳酸盐岩矿物主要是灰岩和白云石的溶解,而在2019年～2020年济南泉域的碳酸盐岩矿物主要是灰岩和石膏的溶解。综合2017年～2020年所取泉水样品的方解石、白云石与文石饱和指数变化,可以看出泉水矿物变化过程,地下水的循环可能使大量的碳酸盐岩盐不断溶解,使得泉水中方解石、白云石与文石状态经历了不饱和状态—平衡状态—过饱和状态。(5)地下水溶质在径流过程受溶解沉淀作用、混合作用等水岩作用的影响。奥陶系—寒武系张夏组的含水层通过地下水补给四大泉群泉水的径流条件比较好,其中正南方向的奥陶系—寒武系含水层的矿物转移量极小,说明正南方向的奥陶系—寒武系含水层不仅是良好的储水空间还是好的补给源。