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太原市地下水化学特征及水质分析水利工程评价

时间:2018-09-13 18:52来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇水利工程论文,水利工程不仅通过其建设任务对所在地区的经济和社会发生影响,而且对江河、湖泊以及附近地区的自然面貌、生态环境、自然景观,甚至对区域气候。
本文是一篇水利工程论文,水利工程不仅通过其建设任务对所在地区的经济和社会发生影响,而且对江河、湖泊以及附近地区的自然面貌、生态环境、自然景观,甚至对区域气候,都将产生不同程度的影响。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇水利工程论文,供大家参考。
 
第1章 绪论
 
1.1 研究背景和意义
地下水资源是地球淡水资源以及水循环系统的主要成分,直接影响着人类的社会生活、工业生产和经济发展。相较于其他供水水源,地下水广泛分布于地下,且被土壤和包气带相对隔离于地表环境,因而水质较好、性质稳定,是人类理想的饮用水源,同时也为人们的生活和工农业提供了重要的水资源,在某些应用中起着不可替代的作用(向伟玲,2007)。但是我国地下水资源的现状却不容乐观,从最直接的数量上来看,我国全部水资源总量中只有 30%来自于地下水,而这部分地下水却占到我国可利用水资源总量的 98.5%,也就是说我国可利用的水资源几乎全部来自地下水,地下水资源紧缺的趋势愈加严峻(尹国勋,2005)。地下水不是单纯的 H2O 元素,而是包含各种气体、离子、胶质、有机质和微生物的复杂溶液。赋存于岩石圈中的地下水作为介质长期与环境因素发生相互作用,活跃于地球表层的各种物理、化学和生物过程中,是地球岩石圈、生物圈及大气圈间物质循环、能量交换作用过程中的联系纽带(张人权,2011),是地球水文循环系统不可或缺的一部分,在整个水文循环系统中起着至关重要的作用,对于人类的社会发展和生产生活有着具有巨大的开发利用的潜力。研究地下水化学可以决定地下水是否适合饮用或用于其他用途,并有助于查明污染的原因。通过研究地下水化学特征在宏观上能够描述地下水流动系统,微观上能够描述不同含水层之间的关系和补给机制。
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1.2 国内外研究现状
 
1.2.1 地下水化学特征研究现状
地下水在径流期间与四周环境不停地交换物质与能量,使其刻上了途经物质的“烙印”,形成了独特的地下水化学特性,反映了地下水的演化过程(尚海敏,2014),而地下水变化的同时也影响着环境的变化,因此调查分析某一地区的地下水化学性质对了解该地区的水化学成分成因及其水文和地质环境有重要意义。在国外,早在古希腊时代就有哲学家提出:“流经怎样的岩石就有怎样的水”,这是对地下水化学演化特征最初的形象描述;18 世纪中叶,Lomonosov 指出地下水是一种成分复杂的溶液,且化学反应中各离子的总质量始终守恒;20 世纪初,CAЩукалев 提出了水化学分类法,为水文地球化学研究奠定了基础。1921 年全球第一个水文研究所成立,开启了对不同区域的天然水(包括地下水在内)的化学成分的系统研究(孙熠,2003);Raji 等(1997)通过调查北美 Texas 北部地区的沙漠地带的地下水化学特征,得出地下水化学组分与非饱和带中的沉积物、化学反应、含水层中的矿物质和大面积灌溉有关;Favara等(2000)通过探查分析 Salso 河地区开展了试验研究,研究方向主要是地下水的水化学特征和污染来源,证实了该地区污染源为盐矿和城市生活污水,为居民生活饮水和灌溉用水污染研究提供了方向;Rosenthal 等(2007)分析了以色列内盖夫西部和埃及西奈中北部的含盐地下水演化特征,揭示了地下水盐渍化和地区结构因素具有相关性。另外,国际上开展了多个会议探讨研究区域地质、环境和气候对地下水的影响,如被誉为地质界奥林匹克的国际地质大会、戈尔德施密特国际地球化学大会、环境地球化学国际研讨会等。
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第2章 研究区概况
 
2.1 自然地理概况
2.1.1 地理位置
太原市处于华北地区黄河流域中部,山西省中部,南部是平坦的太原盆地,由东、西部山区和中部广阔的盆地组成。地理坐标为东经 111°30′~113°09′,北纬 37°27′~38°25′。由东向西横距约 144 千米,由南向北纵约 107 千米(王云变,2005)。太原市地形地貌复杂,东、西和北部三个方向分别环绕隶属于太行山系的罕山(海拔1350~1600m)、吕梁山系(最高峰海拔 1760m)和阳曲构造盆地,中、南部为河谷平原,地形呈现北高南低、东西高中间低,海拔落差约 800m,由两侧向中心呈阶梯状,整体呈簸箕形。城区坐落于汾河流域冲击而成的河谷平原上,汾河平原地带标高约 800m,东西跨度 10~15km,向南延展 20~30km,西侧丘陵山区紧接盆地边缘,东侧罕山平缓连接盆地,盆地在河流的冲积作用下形成了广阔的冲洪积平原(王聪明,2011)。太原市地形卫星图见图 2-2。
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2.2 地质条件
1882 年 Richthofen 发表了《论中国》一书,是最早阐述太原基础地质的著述。近代地质科学首次将太原西山古生代地层划分为石炭纪石灰岩、产煤岩系、煤系以上砂岩系和太原系,为后来研究太原乃至整个华北上古生代地层建立了初步基础。之后不断有中外地质学者涉足太原。1895~1905 年间,维里士(B·Willis)和布拉克维尔德(E·Blakwelder)来太原调查,提出上述 Richthofen 上述划分中的“石炭纪石灰岩层”实属奥陶纪石灰岩层并将其太原系、产煤岩系和煤系以上砂岩系合并称为“山西系”。1911~1926 年间,王竹泉测制 1:1000000 太原~榆林幅地质图及解释书,对太原地层、结构和矿产分布开展了全面的论述,成为山西区域地质调查的先驱。20 世纪 20~30 年代,瑞典地质学家那琳(E·Norin)发表《山西太原地层详考》,首次将山西的“沉积杂岩”划分为三部分,其中最下部分命名为月门沟煤系沉积岩,由上、下月门沟煤系构成。1922~1924 年间,李四光根据有孔虫化石将山西系范围缩小为只代表太原系和上部产煤系,时代定为中石炭~晚二叠世。翁文灏与葛利普将下月门沟系称为太原系,上月门沟系称为山西系,确定山西系下界起自北岔沟砂岩底,上界至于骆驼脖子砂岩底。1925~1929年赵亚曾、李四光和尹赞勋分别研究描述了西山地层中的腕足类、 类、瓣鳃类、腹足类和手足类等化石(刘文远,1993)。后来经过专家们多年的研究最终形成了现阶段太原地区基础地质描述面貌。
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第 3 章 地下水化学特征...............18
3.1 样品的采集、检测与数据的可靠性检验 ..........18
3.2 现场测试参数特征 ...........20
3.3 地下水水化学离子特征............... 22
3.4 地下水化学年内变化特征.......... 28
3.5 本章小结............... 30
第 4 章 地下水质量特征...............32
4.1 地下水化学质量检测指标.......... 32
4.2 地下水质量评价............... 35
4.3 地下水质量年内变化特征........... 39
4.4 本章小结.............. 40
第 5 章 地下水污染特征...............41
5.1 污染指标及背景值选取............... 41
5.2 地下水污染评价............... 42
5.2.1 单指标污染评价.... 43
5.2.2 综合污染评价........ 44
5.3 地下水污染特征.............. 46
5.4 本章小结 ..............50
 
第 5 章 地下水污染特征
 
原生地下水含有的微量成分大部分对人体健康没有危害,但由于人类各种生产活动的干扰,使得地下水水质不断恶化,地下水各种物理、化学和生物特征发生变化,造成地下水污染。地下水位于地表以下复杂的地层结构中,使得地下水污染具有三大特点:首先是过程缓慢,地下水的流动不同于地表水,地下水通过土壤中的缝隙缓慢流动,这也就决定了污染物进入地下水后扩散缓慢;其次是过程隐蔽,由于地下水流动较慢使得污染物难以快速扩散,因此人们难以发现,即使污染物已经扩散但是人们依旧很难立即发现污染;最后是难以治理,在确定地下水被污染后难以确认污染源,即使能够确定污染源地下水也无法自身净化污染物,也很难找到合理的治理方法和手段。
 
5.1 污染指标及背景值选取
要想确定地下水的污染等级,获取地下水环境背景值必不可少,通过对未污染的水质各指标含量的分析,可以定量分析地下水的污染程度。由于人类活动的影响使得地下水环境背景值的很难确定,人们在进行数据分析时只能采用人类影响较少的对照值进行研究,并综合背景值计算公式(5-1)综合考虑。此次水质污染评价以下列三类指标对照值为基准进行相关分析。(1)“三氮”背景值。根据研究区相关地下水水质评价及水源保护研究报告中的数据资料,将地下水中浓度为 3.198mg/L 的 NO3-、浓度为 0.002mg/L 的 NO2-和浓度为0.012mg/L 的 NH4+这三个指标作为判定该区域的浅层地下水是否处于污染状态的标准。(2)重金属背景值。同样根据现有该地区相关水质评价资料,来确定其中重金属指标的对照值,其中 As 指标取值 0.0038mg/L,Hg 指标取值 0.0004mg/L,Cr 指标取值0.006mg/L,Pb 和 Cd 指标取值取 0。(3)有机指标背景值。通常在原生地下水中有机成分的含量很少,后来的人类活动使得地下水中的有机成分不断增加,基于此,将本次污染评价的有机指标背景对照值取 0。
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结论
 
本文综合运用了多种分析手段,全面阐述了地下水的离子特征,多角度分析了地下水的质量和污染特征,基本掌握了太原市地下水目前的状况和存在的污染问题,有助于人们充分认识太原地区地下水的水环境情况,为接下来的区域地下水环境保护提供相应的依据。得到的主要结论如下:
(1)地下水化学特征分析得到:pH 值、溶解氧、电导率和温度等现场测试参数特征符合饮用水标准,各参数特征浅层水均比深层水质量差。研究区浅层地下水和深层地下水的主要常量组分为 HCO3-、Ca2+、SO42-、Cl-,阳离子中 Ca2+含量占比最高,阴离子中 HCO3-含量占比最高且矿化度较高。研究区浅层地下水水化学类型主要为 HCO3-Ca 型水,浅层地下水中 TDS 主要受 Ca2+、Mg2+、Cl-和 NO3-影响,化学成分形成主要以岩盐溶滤作用为主且离子来源与人类活动有关;深层地下水化学类型主要为 HCO3-Ca 型水,深层地下水中 TDS 主要受 Ca2+、Mg2+和 NO3-影响且相关离子主要来源于人类活动,随着地下水埋深增大,水中的主要阳离子由 Ca2+逐渐变为 Na+。
(2)地下水水质分析与评价得到:有机毒性指标中,三氯甲烷的检出点数较多,不存在有机指标超标点,检出值均远小于 III 类水限值,有机污染物可能主要来自于没有妥善处理的垃圾淋沥污染及工业排污。无机常规指标中,浅层地下水超标最严重的为总硬度,接下来为 TDS、SO42-、Cl-;深层地下水超标最严重也是总硬度,总硬度主要来源于人类生产生活排放的各种废弃物。无机毒理指标中,主要超标指标为 NO3-和 NO2-,研究区地下水“三氮”污染主要来自居民生活污水和工业生产废水。水质评价中,单指标评价最好的为耗氧量、NO2-、四氧化碳、三氯乙烯和 1,2-二氯乙烷,其次为 Zn、Cr6+、三氯甲烷、四氯乙烯、1,1-二氯乙烯,在地下水质量单指标评价 IV 类以上的指标中总硬度的贡献占比最大,接下来为 NO3-和 TDS;综合评价得出研究区地下水质量等级中Ⅳ级和Ⅴ级水占绝大部分,总体来看水质较差。年内水质变化方面,丰水期与枯水期水质整体相差较小,枯水期相较于丰水期,NO3-和 SO42-的含量增长、总硬度降低、Zn 和耗氧量含量降低,推测这些指标来源于包气带污染物质溶解。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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