环境地球化学国家重点实验室知识库

水是人类社会赖以生存和可持续发展不可或缺的重要的物质基础，水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源，水资源短缺、水环境和生态环境恶化制约了我国经济社会全面、健康发展。地下水是水资源的重要组成部分，也是重要的供水水源。保护地下水资源，研究自然条件和人类活动影响下地下水水循环、水资源数量、质量的变化规律，有助于保障地下水环境和生态环境安全，实现水资源的可持续利用，促进经济社会可持续发展。 本论文选取焦作市地下水为主要研究对象，从水文地球化学角度，探讨自然和人为活动控制下区域地下水演化规律。通过分析地下水的水化学组成特征，判断地下水水化学类型，识别人为影响因素和自然控制因素。借助溶解性无机碳碳同位素，溶解性硫酸盐硫同位素和氧同位素以及溶解性硝酸盐氮同位素技术，说明研究区大气圈-地表水圈-土壤圈-地下水圈-岩石圈之间碳、氮和硫的循环过程，进而阐明地下水环境中物质来源和迁移转换途径，为区域地下水资源保护和有效利用提供理论支撑。 通过上述研究，得到以下几点认识： ⑴浅层地下水受人类活动影响较大，pH值较低，EC值较高。深层地下水和岩溶地下水受人类活动影响较小，pH较高，EC值较低。地表水主要接纳生活污水和工业废水，pH值最高，EC值也最高。大气降水受燃煤排放SO2和汽车尾气排放NOx影响，pH值最低，接近酸雨临界值（pH=5.6），EC值最低，显示雨水离子含量低。 ⑵浅层地下水水化学类型包括Ca2+-Mg2+-HCO3-型和Ca2+-Mg2+-Cl-型，说明受到人类活动影响。深层地下水水化学类型包括Ca2+-Mg2+-HCO3-型和Na+-Cl-型。岩溶地下水水化学类型为Ca2+-Mg2+-HCO3-型和Ca2+-Mg2+-Cl-型。碳酸盐岩溶解和人类活动影响是控制地下水主要阴阳离子组成的重要因素。 ⑶地下水溶解性无机碳（DIC）碳同位素研究表明，浅层地下水受生活污水和土壤CO2溶解影响较大，深层地下水DIC主要来源于碳酸盐岩溶解。 ⑷地下水溶解性硝酸盐氮同位素研究表明，浅层地下水受生活污水和人畜粪肥影响较大，8月份还发生反硝化反应。深层地下水和岩溶地下水主要受土壤有机氮和大气降水影响。 ⑸地下水溶解性硫酸盐硫和氧同位素研究表明，浅层地下水硫酸盐主要来源于生活污水、土壤溶解性硫酸盐和大气降水。深层地下水硫酸盐来源于石膏溶解、土壤硫酸盐和大气降水，同时深层地下水硫酸盐细菌还原反应明显。岩溶地下水硫酸盐来源于石膏溶解、土壤硫酸盐溶解和大气降水。研究区硫化物氧化作用不明显。 ⑹联合碳、氮、硫和氧同位素研究表明，深层地下水硫酸盐确实经历细菌还原作用，浅层地下水硝酸盐经历反硝化作用，硫酸参与碳酸盐岩溶解的证明不明显。 因此，多同位素技术可以很好地指示地下水不同物质的来源以及不同物质之间所发生的物理、化学和生物变化过程，从而阐述地下水的演化过程，为区域地下水环境生态安全和地下水资源管理提供可靠依据。