（环境科学专业论文）巢湖北岸浅层地下水水化学特征及磷素分布研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得合肥工业大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签字：玛参并签字日期：2 。f 年牛月3 d 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 金墅王些太堂 有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权 金g 巴工些盔堂 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名： 习至茸导师躲易参 ， 签字日期：2 d 7 7 年牛月? d 日签字日期：卸1 年4 - 月；口日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 巢湖北岸浅层地下水水化学特征及磷素分布研究 摘要 本文以国家水体污染控制与治理科技重大专项“巢湖流域富磷地层磷流失 及面源产生条件与强度”子课题( 2 0 0 8 z x 0 7 l0 3 0 0 3 0 1 ) 为依托，以巢湖北岸 1 0 0 0 k m 2 浅层地下水为对象，通过对采集到的水样进行详细的分析测定，研究 水化学特征分布规律。由于巢湖地处地质富磷区，本文研究了地下水中磷酸盐 含量分布及与富磷岩层中磷素含量间的相关关系。 ( 1 ) 论文对1 3 0 个地下水样进行了分析。分析指标为：电导率、氧化还原 电位( e h ) 、p h 值、总硬度、总溶解固体( t d s ) ，k + 、n a + 、c a 2 + 、m 9 2 + 、s 0 4 厶、 h c 0 3 。、c 0 3 玉、c 1 。、f 。、n 0 2 。、n 0 3 以及磷酸盐( 以p 计) 等。使用s u r f e r 软 件绘制了这些指标的等值线分布图，从而获得了这些指标的空间分布情况。 ( 2 ) 根据舒卡列夫分类图表以及p i p e r 三线图获得了该区水化学类型主要 为：h c o a c i - n a m g 、h c 0 3 s 0 4 一n a m g 、h c 0 3 s 0 4 c 1 一n a o c a和 h c 0 3 s 0 4 一n a c a m g 。 ( 3 ) 论文运用内梅罗指数评价了研究区地下水环境质量。区内地下水有一 半以上水质属于污染严重以及非常严重类，严重污染的地下水分布于六家畈镇、 夏阁镇东北部，临近巢湖市的半汤镇。清洁的水主要分布在长乐乡和炯炀镇东 北部和夏阁镇。主要超标指标为：f 。和n 0 2 。 ( 4 ) 通过因子分析方法对研究区地下水水化学成分分析，获得了四个主因 子，分别是n a + + k + 和m 9 2 + ，t d s 和s 0 4 2 ，c i 一以及p h 值。得出本研究区地下 水中水化学成分的形成主要是受溶滤作用的影响。 ( 5 ) 采集的水样中大约有3 5 的地下水样中的总磷含量超过巢湖水体中 的总磷含量。且地下水中磷酸盐含量与区内岩源磷含量具有很强的相关性。 关键词：巢湖；浅层地下水；水化学特征；磷素；水质评价 s t u d y o nt h eh y d r o c h e m i s t r yc h a r a c t e r i s t i c sa n d p h o s p h o r u sd i s t r i b u t i o ni nt h en o r t ho f c h a o h ul a k e a b s t r a c t t h i sr e s e a r c hb a s e do ns u b p r o je c to ft h ec r i t i c a lp a t e n t e dp r o je c t si nt h e c o n t r o la n dm a n a g e m e n to ft h en a t i o n a lp o l l u t e dw a t e rb o d i e sw h i c hc a l l e d “t h e l o s sc o n d i t i o na n di n t e n s i t yo fp h o s p h o r u si nr i c hp h o s p h o r u ss t r a t ai nc h a o h u b a s i n ( n o 2 0 0 8 z x 0 7 1 0 3 0 0 3 0 0 1 ) ，a n d f o c u s e so n h y d r o - c h e m i s t r y c h a r a c t e r i s t i ca n dp h o s p h a t eo fs h a l l o w g r o u n d w a t e ri nt h en o r t ho f c h a o h u h y d r o c h e m i s t r yc h a r a c t e r i s t i cd i s t r i b u t i o nr u l ea n di t se v o l u t i o nr u l ea r e b a s e do nt h ed e t a i l e da n a l y s i sr e s u l t s ，t h e nt h eb a s i cs i t u a t i o no fs t u d ya r e aw a s o b t a i n e d i na d d i t i o n ，t h es t u d ya r e ai sg e o l o g i c a lr i c hp h o s p h o r u sa r e a ，t h i sp a p e r a l s os t u d i e dt h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h e g r o u n d w a t e rp h o s p h a t e c o n t e n t d i s t r i b u t i o na n dt h ep h o s p h o r u sc o n t e n to fs t r a t a ( 1 ) t h e r ek i n d so fc h e m i c a l i n d e x e sb e e nt e s t e db yav a r i e t yo ft e s tm - e t h o d s t h ec h e m i c a li n d e x e sw e r ee l e c t r i cc o n d u c t i v i t y ，o x i d a t i o nr e d u c t i o n p o t e n t i a l ，p hv a l u e ，t o t a lh a r d n e s s ，t d s ，k + ，n a + ，c a 2 + ，m 9 2 + ，s 0 4 2 。，h c 0 3 。， c 0 3 2 。，c i ，f 。，n 0 2 。，n o b 。a n dp h o s p h a t e t h e ns t u d yt h ed i s t r i b u t i o n o ft h e s ec h e m i c a li n d e x e sb y i s o g r a m sw h i c hd r e wb ys u r f e rs o f t w a r e ( 2 ) t h e m a i nh y d r o c h e m i s t r yt y p e si nt h ea r e aa r eh c 0 3 c 1 一n a m g ， h c 0 3 s 0 4 一n a m g ，h c 0 3 s 0 4 c 1 - n a c aa n dh c 0 3 8 0 4 一n a c a m g ( 3 ) t h er e s u l t sb a s e d o nt h en e m e r o wi n d e xs h o w s ：i ng e n e r a l ，t h eg r o u n d w a t e rq u a l i t yw a sr e l a t i v e l yb a d ，h a l fo fw h i c hc a nb ec l a s s i f i e di n t ot h es t a n d a r do fb a do rw o r s e l i u ji a f a nt o w n ，t h en o r t h e a s to fx i a g et o w na n db a n t a n gt o w na r et h eg r o s sp o l l u t i o na r e a w h i l et h eg r o u n d w a t e rq u a l i t y o fc h a n g l et o w n ，j i o n g y a n gt o w na n dx i a g et o w nw a sg o o d ( 4 ) t h em u l t i p l es t a t i s t i cm e t h o dw a sa p p l i e d t o s t u d yo n t h eh y d r o c h e m i s t r yc h a r a c t e r i s t i c sa n dc a u s e s t h eg r o u n d w a t e rm a i n l yi n f l u e n c e db yd i s s o l u t i o n ( 5 ) a b o u t3 5 o fg r o u n d w a t e ri ns t u d y a r e ah a sh i g h e rp h o s p h o r u sc o n t e n tt h a nt h ew a t e ri nc h a o h ul a k e t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h eg r o u n d w a t e rp h o s p h o r u sc o n t e n td i s t r i b u t i o na n dt h ep h o s p h o r u sc o n t e n to fs t r a t ai s s i g n i f i c a n t k e y w o r d s ：c h a o h ul a k e ；s h a l l o wg r o u n d w a t e r ；h y d r o c h e m i s t r yc h a r a c t e r i s t i c ；p h o s p h o r u s ；w a t e rq u a l i t ye v a l u a t i o n 致谢 文稿付梓，首先感谢我的导师汪家权教授。三年前宽容的接纳，三年中谆 谆的教诲，三年后论文的指导，无一不令我感怀至深。导师渊博的知识、对事 业执着的追求、对科研一丝不苟的精神时刻熏陶着我，使我受益非浅。我每一 丝成绩的取得，无不凝结着导师的心血。在此，特向导师表示最衷心的感谢! 我会在以后的工作学习中认真努力，作为对老师的回报，祝恩师平安健康幸福， 桃李满天下。 感谢我的父母及家人，从小到大，是你们的支持与信任帮助我度过一个个 大大小小的转折点。 感谢岩源磷课题组的成员，沈燕华师姐，姚晓燕，张玲，邵超，任爱华。 是你们的相伴才让实验室中的严寒燥热变的不那么难熬，变的有趣，变的充实。 感谢同门情深中的兄弟姐妹们，从你们身上我获益良多，这份同门友情我 将永远珍惜。 感谢0 8 届0 2 4 班的所有同学，感谢我的室友林曼利、张园远、刘杨艳、曹 雪春，在像家一样温暖的宿舍里，我们彼此关爱，彼此调侃，一同度过了一段 快乐美好的时光，希望未来的我们可以幸福美满。 衷心感谢三年来所有关心、帮助我的老师们、同学们、家人和朋友们! 作者：马玉萍 2 0 11 年4 月2 5 日 目录 第1 章绪论。1 1 1 选题依据和研究意义1 1 2 国内外研究现状和发展3 1 2 1 地下水化学特征与演化规律的研究进展3 1 2 2 地下水磷素情况的研究4 1 3 本文研究内容及技术路线5 1 3 1 研究内容5 1 3 2 技术路线5 第2 章研究区自然地理概况7 2 1 地理位置7 2 2 地形地貌7 2 2 1 构造侵蚀地形7 2 2 2 侵蚀剥蚀地形8 2 2 3 侵蚀堆积地形8 2 3 气象水文8 2 3 1 气候、水文8 2 3 2 地貌、土壤与植被9 2 4 区域水文地质条件1 1 2 4 1 研究区水文地质条件1 1 2 4 2 地下水分布及主要类型一1 l 2 5 本章小结1 3 第3 章巢北地区浅层地下水水化学分布特征1 5 3 1 样品的采集和测试方法1 5 3 1 1 采样点布置1 5 3 1 2 水质指标测试方法1 6 3 2 水质指标测定结果及分析1 6 3 2 1 测定结果描述性分析1 6 3 2 2 研究区t d s 空间分布特征1 8 3 2 3 研究区硬度空间分布特征1 9 3 2 4 浅层地下水常量组分空间分布特征1 9 3 2 5 浅层地下水超标组分空间分布特征2 2 3 2 6 地下水水化学类型分析2 4 3 2 7 离子比例系数分析2 6 3 3 本章小结一2 7 第4 章巢北地区浅层地下水环境质量评价2 8 4 1 评价标准及方法2 8 4 1 1 评价因子的选择2 8 4 1 2 单项评分标准：2 8 4 1 3 评价方法2 8 4 2 评价结果2 9 4 3 本章小结3 5 第5 章巢北地区浅层地下水化学特征的多元统计分析3 6 5 1 多元统计方法简介3 6 5 1 1 相关分析3 6 5 1 2 聚类分析一3 7 5 1 3 因子分析3 7 5 2 巢北地区浅层地下水系统的水化学多元统计特征4 0 5 2 1 相关分析和因子分析4 0 5 2 2 聚类分析4 4 5 3 本章小结4 6 第6 章巢北地区浅层地下水磷素分布情况研究4 7 6 1 研究区含磷岩层分布情况一4 7 6 1 1 研究区磷矿分布4 7 6 1 2 研究区含磷层位分布一4 7 6 2 研究区地下水磷酸盐含量统计分析结果4 8 6 3 研究区地下水磷酸盐空间分布特征一4 9 6 4 动态实验中低分子有机酸对天然磷素的影响分析一5 2 6 5 本章小结5 5 第7 章结论与建议5 6 7 1 主要结论一5 6 7 2 今后研究展望5 7 参考文献5 8 插图清单 图1 1 地质富磷区岩源磷磷素释放迁移示意图2 图1 2 技术路线图6 图2 1 巢湖流域地理位置图7 图2 2 巢湖流域主要环湖河流9 图2 - 3 金银洞泉12 图2 - 4 白姑洞地下水露头点1 和2 1 3 图3 1 采样点位置分布图16 图3 2 巢湖北岸浅层地下水t d s 浓度值等值线图1 8 图3 3 总硬度等值线图1 9 图3 - 4c l 。等值线图2 0 图3 58 0 4 2 - 等值线图2 0 图3 6c a 2 + 等值线图2 0 图3 7m 9 2 + 等值线图一2 1 图3 8 n a + 等值线图一2 1 图3 - 9h c 0 3 - 等值线图2 1 图3 1 0p h 值等值线图2 3 图3 1 1f 等值线图2 3 图3 1 2 亚硝酸盐( 以n 计) 等值线图2 3 图3 一1 3 硝酸盐( 以n 计) 等值线图2 4 图3 1 4 p i p e r 三线图2 5 图3 1 5 地下水水样中c ( n a + ) 相对c ( c 1 。) 的变化特征2 7 图4 1 总内梅罗指数等值线图3 4 图4 2 不含f 。指标的内梅罗指数等值线图3 4 图4 3 不含亚硝酸盐指标的内梅罗指数等值线图3 4 图4 - 4 不含硝酸盐指标的内梅罗指数等值线图3 5 图5 1 浅层地下水f l 得分等值线图4 3 图5 2 浅层地下水f 2 得分等值线图4 3 图5 3 浅层地下水f 3 得分等值线图4 4 图5 _ 4 浅层地下水f 4 得分等值线图4 4 图5 5 浅层地下水水化学样本聚类树形图4 5 图5 6 浅层地下水水化学样本聚类分布图4 6 图6 1 地下水总磷酸盐含量区间分布图4 9 图6 2 区内地下水t d s 等值线图4 9 图6 3 区内地下水磷酸盐含量等值线图一5 0 图6 _ 4 研究区岩源磷风险分区图一5 0 图6 5 动态淋溶实验装置图5 3 图6 - 6 低分子有机酸动态淋溶磷酸盐淋出量图一5 4 插表清单 表2 - 1 巢湖流域地貌特征1 0 表3 1 地下水样测试结果统计分析结果1 7 表3 2 地下水质量分类指标2 2 表4 一l 地下水环境评价标准表一2 8 表4 2 内梅罗水质污染指数与污染程度之间的关系2 9 表4 3 方差分析表2 9 表4 4 不同因素下的内梅罗综合污染指数表一3 0 表4 5 不含氟化物的内梅罗指数和不含n 0 2 - 的内梅罗指数的方差分析表 ：；：! 表4 6 不含氟化物的内梅罗指数和不含n 0 3 的内梅罗指数的方差分析表 ：；：； 表4 7 不含n 0 2 的内梅罗指数和不含n 0 3 内梅罗指数的方差分析表3 3 表5 1 研究区地下水水化学成分相关系数一4 0 表5 2 研究区地下水水化学成分相关矩阵r 的特征值、贡献率和累计方差 贡献率4 1 表5 3 研究区地下水水化学成分的因子载荷矩阵4 l 表5 4 研究区地下水水化学成分的方差极大旋转因子载荷矩阵一4 l 表6 一l 我国地表水总磷水质标准一4 8 表6 - 2 地下水总磷酸盐含量区间分布表4 8 表6 3 部分地下水样总磷酸盐含量( 以p 计) 与周边岩性对照表一5 1 表6 - 4 岩样粒径分布5 2 第1 章绪论 1 1 选题依据和研究意义 巢湖位于长江中下游的安徽省中部，是我国著名的五大淡水湖泊之一。也 是安徽省的第一大湖泊。历史上巢湖曾是景色秀美、物产丰富的鱼米之乡。自 汉代起，巢湖就是我国重要的粮食产区。沿革数千年，历经沧桑，巢湖湖区和 整个流域的生态环境发生了巨大的变化。七十年代以来，随着改革开放的步伐， 工农业生产的恢复发展、大规模的水利工程建设和人口的不断增长，给这一地 区的生态环境带来了巨大的压力。由于污水排放、农药、化肥的大量使用、湖 边湿地面积减少、水土流失和湖盆的淤积速度加快，巢湖出现了明显的富营养 化【l 】。2 0 世纪7 0 年代巢湖开始出现“水华”污染现象，湖泊水质开始下降；到 8 0 年代湖泊的富营养化扩展到全湖；9 0 年代全湖处于重富营养化状态。至此， 巢湖的水生生态、水产资源遭受严重破坏，渔获量逐年减少。巢湖的富营养化 和生态破坏的严重后果制约了巢湖流域的社会经济发展，引起了国家和地方政 府的极大关注。 水体富营养化的主要原因是由于外源性营养物质( 主要是氮和磷) 的过量输 入，造成水生生物大量繁殖，引起水生生态系统的失衡。进入水体的营养物质 根据其来源可分为点源和非点源两种，点源污染主要是集中从排污口排入水体 的工业废水和生活污水；非点源污染则是由大范围污染造成的，主要包括农业 非点源污染、林地和草地的养分流失、城市地表径流和固体废弃物的淋溶污染 篁【2 】 寸。 巢湖流域由于特殊的地质构造，天然的磷背景值很高，如巢湖流域北岸的 肥东县和巢湖市的居巢区一带，广泛分布着古老的含磷变质岩系，总面积达 5 0 0 k m 2 以上，大小磷矿星罗棋布【3 1 。该区分布着三种类型的磷矿石：磷灰岩、 硅质磷灰岩和钙质磷灰岩，三种矿石的p 2 0 5 含量分别为：2 0 3 0 ，1 0 - 2 0 和 2 0 3 3 1 4 1 。根据国际经济与合作开发组织( o e c d ) 1 9 8 2 年的研究的结果，世 界上8 0 的湖泊富营养化受磷元素的制约，大约1 0 的湖泊与氮元素有关，另 外1 0 的湖泊与其它因素有关【5 】。对于巢湖这样的湖泊来说，流域磷的高背景 值无疑对其进行流域控制具有十分重要的影响。 地下水不是化学意义上的纯水，而是一种复杂的溶液。赋存在岩石圈中的 地下水不断与岩土发生化学反应，并在与大气圈、水圈和生物圈进行水量交换 的同时，产生各种化学成分1 6 j 。一个地区地下水的化学特征，反映了该地区地 下水的历史演变过程。研究地下水的化学成分可以帮助人们研究一个地区的水 文地质历史，阐明地下水的起源与形成过程与机理。由于巢湖近年来水体富营 养化的日益加重，巢湖已经成为重要的研究对象，前人关于巢湖水质1 7 。1 、巢 湖沉积物1 1 1 05 1 、巢湖流域的农业面源污染1 1 6 以9 】等都进行了很多研究。而关于巢 湖流域地下水的情况，则很少有人研究，巢湖北岸富磷岩层中磷含量与当地浅 层地下水水中磷酸盐含量的关系则更少有人涉及。地下水作为巢湖水体的一个 重要“源”，研究其的化学组成( 特别是磷酸盐含量) 及水质情况，对整个巢湖 流域的水质研究以及为后期制定污染控制的措施有重要作用。 图l 一1 地质富磷区岩源磷磷素释放迁移示意图 f i g 1 - 1t h es c h e m a t i cd i a g r a mo fr o c k pr e l e a s et r a n s p o r t 巢湖流域降雨充沛，从地形上看属于丘陵地带，地形起伏不定，陡降较大； 这种环境特别利于降水对富磷地层的侵蚀与磷素的快速运移；流域内天然水体 发育完整，这就为岩源磷向巢湖的输入提供了有利条件；巢湖汇水河流有3 0 多条，有些河流直接流经已开采磷矿区，或富磷地层的出露区经地表径流进入 河流水体，导致大量磷素随河流进入巢湖【4 j 。 地下水作为水圈的一部分，在与岩石圈、大气圈、生物圈相互作用过程中 成为磷素循环的载体与纽带。因此，岩源磷在流域地下水中的运移规律也是流 域岩源磷面源污染的主要研究内容之一。巢湖流域水文地质条件复杂，地下水 与其它水系之间物质交流较为密切。地下水按其在岩类介质中的赋存形式，分 为孔隙水、裂隙水、岩溶水3 大类。巢湖流域地下水主要受降水的垂向补给。 降水垂直补给的同时会将大量溶解态的岩源磷输入到流域地下水系统，这些岩 源磷可能通过滨湖地下水向湖泊运移。 针对巢湖流域的水环境问题，开展巢湖流域自然本底营养对湖泊富营养化 影响，特别是进行富磷地层磷流失及面源产生条件与强度方面深入翔实的研究， 对巢湖流域可持续发展的水环境需求提供支持，为实现巢湖流域水环境质量持 2 续与全面的改善及功能提升提供技术支撑显得尤为必要和紧迫。 另外，前人对巢湖富营养化以及以巢湖流域为研究对象的研究中很少见到 关于地下水的研究，地下水作为巢湖流域水循环圈的重要组成部分，通过正确 认识巢湖地区的地下水水化学特征及空间分布规律，可以准确认识当前地下水 水质的优劣状况，为该地区地下水资源的开发、利用及保护提供依据；正确认 识地下水中磷素的分布情况，可以更全面的完善巢湖富营养化的机理研究。所 以在巢湖流域开展地下水水化学特征分析及磷素分布情况的研究有着重要的意 义。 1 2 国内外研究现状和发展 1 2 1地下水化学特征与演化规律的研究进展 地下水化学特征可以概括为地下水中所含的所有成分的特征。各种气体、 离子胶体物质、有机质以及微生物等。地下水中的主要气体组分有有0 2 、n 2 、 c 0 2 、c h 4 及h 2 s 等，尤以前三种为主。地下水中的主要离子成分，即七种离 子：氯离子( c l - ) 、硫酸根离：j 三( s 0 4 2 - ) 、重碳酸根离子( h c 0 3 。) 、钠离子( n a + ) 、钾离子( k + ) 、钙离子( c a 2 + ) 及镁离子( m 9 2 + ) 。地下水中的其他组分还 包括：一些次要离子，如如h + 、f e 2 + 、f e ”、m n 2 + 、n h 4 十、o h 、n 0 2 。、n 0 3 、 c 0 3 2 、s i 0 3 - 及p 0 4 3 - 等；微量组分有b r 、i 、f 、b 、s r 等；地下水中以为理解 的化合物构成的胶体，主要有f e ( o h ) 3 、a 1 ( o h ) 3 ，及h e s i 0 3 等；另外还有有 机质和微生物。在关于地下水的水化学特征的研究中，大多数是研究某一区域 地下水中常规离子的组成特征以及分布特征，从而来研究某一区域地下水化学 特征的形成过程及演化规律。 国内外学者对地下水化学成分空间分布及变化规律、不同条件下的水化学 现象及水化学作用及机理进行了大量研究。如v i n c e n tc l o u t i e r ，e ta l 收集了大量 加拿大q u e 地区的1 5 3 个水文地球化学数据，采用多元统计方法中的聚类与主 成分分析方法对古生代贝司劳伦沉积岩含水层系统水文地球化学演化规律进 行了研究1 2 0 1 。r e n a t as a n t o s ，e ta l 运用多元统计方法从时空角度对葡萄牙 g e r m u n d e 煤矿水进行了研究，认为受地质特征与采掘情况影响不同的区域的地 下水存在不同的演化途径1 2 。19 9 9 年，v p p a m a c h e v 等研究了半干旱地区 s 0 4 c 1 一n a 型水的演化过程，发现水中n a s 0 4 、n a c l 含量的高低受到硅酸盐风 化、石膏石盐溶解以及c a c 0 3 的沉淀共同作用的影响【2 2 1 。2 0 0 5 年，j a c o bc y e d 等对丹麦格陵兰西部迪斯科岛地区冰川下地下水的水化学特征进行了研究，结 果发现该区水化学特征受到冰川下玄武岩的风华作用的显著影响，这些玄武岩 缺少碳酸盐矿物【2 3 1 。2 0 0 7 年到2 0 1 0 年期间，g a l i ps e c k i n 等对地中海沿岸平原 地下水的水化学特征受海水侵入以及使用地下水灌溉对土壤的影响做了研究， 发现该区地下水因为受到海水侵入的影响，c l 和n a + 以及e c 的含量都相对要 高，而使用该区的地下水进行灌溉也会导致土壤的盐渍化程度增加，以及粮食 减产【2 4 1 。2 0 0 7 年，e r o s e n t h a l 等对埃及西奈中部与北部地区以及以色列内盖 夫西部地区含盐地下水中的水化学演化做了研究，研究阐明了西奈以及内盖夫 地下水盐渍化与地区结构要素间的关系f 2 引。 近年来，国内的水文地球化学研究也取得了丰硕的成果。研究方向主要集 中在水化学场的时空演化和影响因素的讨论以及通过计算地下水中各种组分的 存在形式以及矿物饱和指数确定水岩作用的方向和程度【2 6 。2 0 0 5 年，曹金亮， 韩颖等对天桥泉域岩溶水系统水动态和降雨量资料、万家寨水库水位与岸边岩 溶水水位动态关系以及岩溶水化学成分进行研究分析，总结出了动荡型、滞后 型和消耗型三种类型的岩溶水动态变化特征【27 1 。2 0 0 7 年，徐慧珍，段秀铭，高 赞东等对济南泉域排泄区岩溶地下水水化学特征及形成过程进行了分析，发现 该地区水化学成分的演化均反映了脱白云石化过程，水质受含水层位及径流形 式的不同而影响【2 引。2 0 0 8 年，孙芳强，钱会等对鄂尔多斯盆地查布水源地地下 水水化学特征及其影响因素进行了研究，发现鄂尔多斯盆地地下水水质受含水 层的沉积环境和地下水补径条件及人畜活动的影响明显【2 9 1 。2 0 0 9 年姜凌，李佩 成等，综合运用描述性统计、相关性分析、离子比例系数和p i p e r 三线图示法， 全面系统地研究了贺兰山西麓典型干旱区绿洲地下水水化学的时空变异特征与 演变规律【3 。2 0 1 0 年，高东东等采用以热力学为基础的水文地球化学平衡理论 与方法对彭州通济地区震后浅层地下水化学特征及其形成进行了分析，结果除 了表明该区水化学场受到地形地貌的控制以外，而且证明水化学平衡理论与方 法可以较好的用于研究地下水所处的水文地球化学环境以及判断s i 0 2 的来源 和矿物溶解过程1 3 。同年，崔先伟等通过分析泾源县水文地质条件，选择三条 模拟路径应用p h r e e q c 软件研究该区地下水的演化过程及形成机理，结果表 明：溶解沉淀作用及阳离子交换作用，导致研究区地下水水化学组分发生变化 【3 2 1 。2 0 1 0 年，张伟敬，孙晓明，柳富田等曹妃甸地区区地下水的水化学特征进行 了研究，结果表明：曹妃甸地区高矿化的地表水和潜水主要是蒸发浓缩作用和 沿海土壤易溶盐含量高共同影响的结果，深层地下水水化学组分主要受含水介 质中易溶盐分组成和补给水高碳酸含量的影响：地下水中n h 4 + 、n 0 3 和n 0 2 的广泛检出反映了农业生产和人们生活排污等人类活动对地下水化学组分的影 响【3 3 1 。 1 2 2地下水磷素情况的研究 地下水中氮素污染一直是研究热点，而关于磷素在地下水中的污染研究却 很少见到。只有少量的研究内容，卢瑛，龚子同，张甘霖通过采样监测发现地 4 下水中溶解态p 、总p 浓度与土壤剖面全p 、有效p 、可溶性p 的加权平均值的 相关性达到极显著或显著水平1 3 4 。黄红艳，高扬，曹杰君等为研究都市农业区域 非点源磷污染对地下水的影响，选择上海市南汇区新场镇果园村的地下水为研 究对像，经过试验研究发现果园村地下水中的磷素污染严重，其主要污染源为 农业生活中使用的肥料1 3 副。丁坚平，毛健全等在2 0 0 1 年通过研究发现受磷石 膏库岩溶渗漏影响，磷污染不仅使岩溶地下水不能作为饮用水、生活用水和灌 溉用水，而且严重污染了地面水，并使水库产生富营养化问题【3 引。 1 3 本文研究内容及技术路线 1 3 1 研究内容 本文以国家水体污染控制与治理科技重大专项“巢湖流域富磷地层磷流失 及面源产生条件与强度”子课题( 2 0 0 8 z x 0 7 1 0 3 0 0 3 0 1 ) 为依托，以巢湖北岸 10 0 0 k m 2 浅层地下水为对象，通过对采集到的水样进行详细的分析测定，研究 水化学特征分布规律。由于巢湖地处地质富磷区，本文研究了地下水中磷酸盐 含量分布及与富磷岩层中磷素含量间的相关关系。 ( 1 ) 简要介绍研究区自然地理概况、地形地貌气象水文概况、构造地质和 水文地质条件，为本次研究提供较为全面的基础性资料。 ( 2 ) 根据所采集的地下水样的水化学分析数据，应用传统的各种水文地球 化学方法定性研究水化学成分总体情况。 ( 3 ) 确定该区浅层地下水化学类型及分布规律，应用s u f f e r 软件对地 下水中常量组分以及污染组分进行空间分布规律的研究。 ( 4 ) 利用内梅罗指数法和方差分析法对区内浅层地下水水质进行了评价。 ( 5 ) 利用多元统计方法对整个研究区内的大量水样点进行计算，从统计方 法的角度研究区内地下水的水化学特征。 ( 6 ) 根据研究区地下水中磷酸盐含量的测定结果分析磷酸盐在该区域的空 间分布特征以及与当地富磷岩层含量的关系。再通过室内模拟实验研究磷酸盐 在地下水中的迁移速率及规律。 1 3 2技术路线 本文技术路线基本分为三部分，第一部分通过数据测定、s u f f e r 绘图等 工作研究巢北地区浅层地下水的水化学特征空间分布状况；第二部分利用多元 统计分析研究研究区浅层地下水的水化学特征，第三部分是研究研究区浅层地 下水磷素分布情况，详见技术路线图： 5 图1 - 2 技术路线图 f i g 1 - 2t e c h n o l o g yr o a d m a p 6 第2 章研究区自然地理概况 2 1 地理位置 巢湖流域位于安徽省中部，在东经1 16 0 2 4 3 0 1 18 0 0 0 o o ”，北纬 3 0 0 5 8 ，0 0 ”3 2 。0 6r 0 0 ，【3 7 1 。处于长江、淮河两大河流之间，属长江下游左岸水系， 其位置如图2 - 1 所示。 图2 1 巢湖流域地理位置图 f i g 2 - 1g e o g r a p h i cl o c a t i o n so fc h a o h ul a k e 湖区面积7 6 0 k m 2 ，流域面积13 4 8 6 k m 2 ，其中巢湖闸上面积9 13 0k m 2 ，巢 湖闸下面积4 3 6 5 k m 2 。流域地势的总轮廓是东西长南北窄且西高东低中间比较 低洼平坦。 2 2 地形地貌 巢湖流域地处江淮丘陵之间，四周分布有银屏山、凤凰山、冶父山、大别 山、防虎山、浮槎山等山脉。按地貌成因可划分为下列类型： 2 2 1构造侵蚀地形 中切割低山区( d s ) ；主要分布于西部大别山区，北部浮槎山区，东部及东 7 南部凤凰山，银屏山区等。海拔高度一般在4 0 0 5 0 0 m 。有的河流上游最高峰 海拔高达15 3 9 m ；整个低山区的分布面积为17 6 8 k m 2 。该区的地貌特点是山岭 纵横、沟谷发育、多为河流上游地段，同中等切割的构造侵蚀地形。 2 2 2侵蚀剥蚀地形 这类地貌有两种类型： ( 1 ) 浅切割低山区丘陵( d q ) - 分布干流域东南部耙山，南部冶父山。以及中 部与中切割低山区( d s ) 的接壤部位。海拔高度一般为2 0 0 - 3 0 0m 比高一般在 1 0 0 m 左右。面积4 7 2 5 k m 2 。其地貌持征为山坡较缓，沟谷较开阔，多为支流、 小溪文汇地段。届浅切割的侵蚀剥蚀地形。 ( 2 ) 丘陵岗地( q g ) ：分布于流域西部防虎山及零星镶嵌于低山丘陵区的外 侧，海拔高度1 0 0 m 左右。分布面积4 1 6 5 k m 2 。其地貌持点为坡缓谷宽，主、 干河流基本形成。为河流的中上游地段。属侵蚀剥蚀地形。 2 2 3侵蚀堆积地形 这类地貌亦有两种类型： 岗冲地( g c ) ；主要分布在低山丘陵与冲积平原之间广阔过渡地带。海拔高 度为5 0 1 0 0m 。地形多呈平缓状的波浪式起伏。分布面积3 9 5 3 3 k m 2 ，多为二 级阶地或部分一级阶地 冲刷平原( c p ) ：这一地貌类型围绕着巢湖沿岸及主、干河流中下游河段两 侧分布。海拔高度在数米一十数米。面积为3 7 6 1 3 5 k m 2 。因河流下泻泥沙冲积 而成，开阔平坦。 2 3 气象水文 2 3 1气候、水文 巢湖属北亚热带湿润性季风气候。控制本区的大气环流以西风环流及亚热 带环流为主；此外，因青藏高原地形阻塞形成的西南低压也常进入本区。整个 流域年平均气温在1 5 l6 之间，活动积温在4 5 0 0 以上，有2 0 0 天以上的无 霜期，季节分明，年温差在2 5 以上，午降水量1 0 0 0 m m 等位线通过本区。总 的特点是气候温和，雨量适中，季风显著，四季分明，热量条件丰富，无霜期 长。 现有入湖河流主要分布在湖区的西部和西南部，如发源于皖西大别山的南 肥河，汇经上派、中派、下派的派河，流经三河的杭埠阿、丰乐河，与金牛河 接流的白山河，相传为曹操开凿的马尾河，源于桴槎东麓的柘皋河。裕溪河又 名运漕河，六称濡须河，西起巢湖东湖口，东南流至裕溪口，全长7 5 k m ，与长 8 江沟通，是今天巢湖惟一的通江水系。 巢湖境内的丰要河流有1 2 条，分属巢湖、长江两大水系，皆发端于低山丘 陵问。其中柘皋河、夏阁河、炯场河、裕溪河、花塘河、双桥河、东新河、兆 河注入巢沏。滁河、裕溪河、环城河、清溪河注入长江。 图2 2 巢湖流域主要环湖河流 f i g 2 - 2m a i n l ya r o u n dr i v e r si nc h a o h ub a s i n 2 3 2地貌、土壤与植被 巢湖及其流域目前地貌的上要轮廓足中生代燕山运动和新生代喜玛拉雅运 动所造成的。由于其处于几个次级单元的交汇地带，各单元均有独立而又彼此 影响的发展过程，反映在地貌形态上具有明显的区域性差异( 表2 1 ) 。 9 表2 - 1 巢湖流域地貌特征 t a b l e2 一lg e o m o r p h o l o g yc h a r a c t e r i s t i co fc h a o h ub a s i n 地貌 分布范围 滨湖地貌 滨湖地貌 滨湖地貌 湖岸形态 湖岸形态 湖岸形态 湖盆地势 北部剥蚀丘陵阶地区( 柘皋河以西至撮镇一带) 北