Hydrogeochemistry and origin of groundwater in the south coast of Hainan
-
摘要:
海岸带地下水的水文地球化学特征及其成因研究对海岸带地区地下水合理利用、保护和污染防治等具有重大意义。利用Piper图、矿物相平衡分析、离子比例系数和Gibbs分析，揭示了海南南部沿海黎安港Z1、三亚湾Z2和板桥Z3监测井在大、小潮时段地下水的水文地球化学过程、水岩交互作用、成矿趋势和地下水的成因。结果表明，Z1、Z2和Z3的地下水分别为盐水、淡水和极度咸水。水化学类型分别为Cl-Na型、HCO3·Cl-Na·Ca型和Cl-Na型。硬石膏、石膏和岩盐溶解是该区地下水中的主要离子来源。Z1和Z3的地下水来源与受蒸发浓缩控制型的高矿化度的海水紧密相关，Z2的水化学环境主要受含钠硅酸盐矿物的岩石风化溶解作用影响。研究结果为进一步开展海岸带地下水环境监测和污染防治提供基础资料。
Abstract:The study of hydrogeochemical characteristics and genesis of groundwater is of great significance for rational utilization, protection and pollution control of coastal groundwater.Piper map, mineral phase equilibrium analysis, ion proportion coefficient and Gibbs analysis were applied to reveal the hydrogeochemical process, water-rock interaction, mineralization trend and origin of groundwater during spring tide and neap tide through the monitoring of Wells Z1 in Li'an Port, Z2 in Sanya Bay and Z3 in Banqiao in the south coast of Hainan.The results indicate that groundwater in Z1, Z2 and Z3 are saline water, fresh water and extremely salty water respectively, their hydrochemical types belong to Cl-Na, HCO3·Cl-Na·Ca and Cl-Na respectively, and ions in the groundwater result from the dissolution of anhydrite, gypsum and halite.It is suggested that the groundwater sources of Z1 and Z3 are closely related to high-salinity seawater controlled by evaporation and concentration, while the hydrochemical environment of Z2 is mainly affected by weathering and dissolution of rocks with sodium silicate minerals.The above research results can provide basic data for the further monitoring of coastal groundwater environment and pollution control.
-
-
表 1 监测井地理位置和井深信息
Table 1. Location and depth information of the monitoring wells
监测井编号 东经 北纬 点位 井深/m Z1 110°03′59.51″ 18°24′39.87″ 陵水县黎安港 21.0 Z2 109°26′30.02″ 18°17′14.07″ 三亚市三亚湾 41.0 Z3 108°41′10.94″ 18°45′05.46″ 东方市板桥镇 42.0 
下载: 导出CSV
表 2 大、小潮时段地下水化学参数统计
Table 2. Chemical parameters of groundwater during spring tide and neap tide
编号 样品数 统计项 化学成分/(mg·L-1) 化学参数 Na+ K+ Mg2+ Ca2+ Cl- SO42- HCO3- Br- 可溶性SiO2 TDS/(mg·L-1) 总硬度/(mg·L-1) 电导率/(mS·cm-1) pH Z1st 25 平均值 11412 430 1422 408 20124 2518 125.8 0.72 10.47 36444 6876 61.96 8.41 最小值 10700 406 1330 384 19100 2390 118 0.6 8.8 34400 6469 58.5 8.34 最大值 12200 458 1520 430 21200 2660 128 1.0 12.8 38600 7327 65.6 8.67 标准差 390.85 14.64 47.41 13.2 623.35 76.03 2.92 0.07 0.89 1153.65 219.89 1.96 0.06 变异系数 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.02 0.1 0.08 0.03 0.03 0.03 0.01 偏态系数 -0.1 -0.08 -0.06 0.08 0.03 -0.07 -0.94 3.12 0.72 -0.13 -0.03 -0.11 3.08 峰态系数 -0.6 -0.79 -0.45 -0.89 -0.96 -0.9 0 12.8 1.44 -0.80 -0.49 -0.84 13.36 Z1nt 26 平均值 11254 401 1298 413 18839 2594 125.1 0.4 3.69 34908 6357 59.42 8.36 最小值 10900 385 1230 390 18400 2400 123 0.4 2.8 34000 6050 57.9 8.32 最大值 11900 426 1380 623 19800 2780 128 0.4 6.8 36800 6756 62.6 8.38 标准差 264.17 10.5 34.33 43.59 386.86 88.82 2.52 0 0.94 710.45 165.44 1.20 0.02 变异系数 0.02 0.03 0.03 0.11 0.02 0.03 0.02 0 0.26 0.02 0.03 0.02 0 偏态系数 0.66 0.69 0.34 4.8 1.04 0.15 0.33 -1.06 1.96 1.13 0.46 1.14 -1.18 峰态系数 0.53 0.74 0.87 23.88 1.08 0.18 -2.06 -2.17 4.08 1.63 0.78 1.63 0.61 Z2st 26 平均值 80.32 10.69 8.63 58.38 96.78 37.88 227.2 0.34 19.19 426.85 181.81 0.726 7.92 最小值 68.7 9.8 8.3 49.8 83.3 35 197 L 17.9 404 160 0.688 7.88 最大值 129 11.2 9 61.5 160 49.9 242 0.7 22.3 527 190 0.897 8.00 标准差 15.41 0.36 0.14 2.93 20.17 3.74 10.63 0.22 1.07 32.61 7.46 0.05 0.03 变异系数 0.19 0.03 0.02 0.05 0.21 0.1 0.05 0.63 0.06 0.08 0.04 0.08 0 偏态系数 2.61 -0.92 0.12 -1.88 2.64 2.71 -1.87 1.02 1.98 2.55 -1.89 2.52 0.97 峰态系数 6.48 0.46 1.07 3.66 6.55 7.03 3.77 -0.25 4.22 6.15 3.73 6.03 0.34 Z2nt 26 平均值 78.4 10.89 7.85 56.85 94.97 41.78 226.4 0.33 19.46 423.65 174.31 0.722 7.78 最小值 67.8 10.3 7.3 42.2 80.5 39.3 202 L 18.9 385 136 0.656 7.62 最大值 119 11.4 8.4 63.6 142 49.3 237 0.4 21.6 501 193 0.854 8.13 标准差 10.59 0.27 0.22 5.42 12.71 1.97 7.26 0.11 0.55 21.84 13.73 0.04 0.09 变异系数 0.14 0.03 0.03 0.1 0.13 0.05 0.03 0.34 0.03 0.05 0.08 0.05 0.01 偏态系数 2.63 -0.84 0.33 -1.28 2.18 2.2 -1.31 -1.53 2.49 1.76 -1.31 1.78 2.24 峰态系数 8.42 0.66 1.66 1.33 6.81 7.95 4.1 1.26 8.46 5.80 1.66 5.87 9.56 Z3st 25 平均值 10588 451 1196 397 17820 2427 167.6 0.5 11.42 33040 5920 56.18 7.99 最小值 10200 432 1150 382 17000 2320 158 0.5 9.4 31900 5690 54.2 7.86 最大值 11600 492 1290 432 19100 2580 168 0.5 13.5 35600 6386 60.5 8.39 标准差 290.57 12.7 32.13 10.09 411.3 66.63 2 0 0.84 777.82 156.18 1.30 0.10 变异系数 0.03 0.03 0.03 0.03 0.02 0.03 0.01 0 0.07 0.02 0.03 0.02 0.01 偏态系数 1.9 1.49 1.12 1.88 1.08 0.58 -5 - 0.20 1.64 1.17 1.64 3.06 峰态系数 5.28 3.42 1.72 5.25 3.13 -0.07 25 - 1.20 3.81 2.07 3.97 13.18 Z3nt 26 平均值 10735 391 1266 416 18223 2445 157.6 0.29 5.22 33458 6249 56.97 8.10 最小值 10200 362 1210 398 17700 2370 153 L 4.7 31300 5975 53.3 7.92 最大值 11400 419 1360 438 19100 2540 163 0.3 5.7 35400 6701 60.3 8.23 标准差 308.47 12.8 39.82 11.29 417.91 53.46 1.96 0.06 0.22 952.12 191.76 1.65 0.09 变异系数 0.03 0.03 0.03 0.03 0.02 0.02 0.01 0.2 0.04 0.03 0.03 0.03 0.01 偏态系数 0.33 0.07 0.64 0.23 0.56 0.2 -0.79 -5.1 -0.26 0.09 0.51 0.08 -0.50 峰态系数 -0.34 0.09 -0.07 -0.62 -0.46 -1.09 4.18 26 0.42 0.18 -0.17 0.02 -0.29 标准海水[9] 10800 392 1290 410 19400 2700 142 67.3 注：“L”表示低于检测限；“-”表示不存在；“st”和“nt”分别代表大潮、小潮
下载: 导出CSV
表 3 水质分类
Table 3. Water quality classification
分类 淡水 微咸水 中度咸水 极度咸水 盐水 TDS范围/(mg·L-1) 0~1000 1000~3000 3000~10000 10000~35000 >35000
下载: 导出CSV
表 4 大、小潮时段地下水水化学类型
Table 4. Hydrochemical types of the groundwater during spring tide and neap tide
样品编号 水化学类型 样品编号 水化学类型 Z1st Cl-Na Z1nt Cl-Na Z2st HCO3·Cl-Na·Ca Z2nt HCO3·Cl-Na·Ca Z3st Cl-Na Z3nt Cl-Na
下载: 导出CSV
表 5 大、小潮时段地下水的矿物饱和指数统计结果
Table 5. Statistics of mineral saturation index of groundwater during spring tide and neap tide
编号 统计项 硬石膏 文石 方解石 白云石 石膏 岩盐 石英 滑石 Z1st 平均值 -0.89 1.01 1.16 3.23 -0.69 -2.47 0.27 8.93 最小值 -0.92 0.96 1.10 2.42 -0.73 -2.52 0.20 5.78 最大值 -0.77 1.13 1.27 3.51 -0.57 -2.42 0.36 10.71 标准差 0.03 0.04 0.04 0.18 0.03 0.03 0.03 0.77 反应状态 溶解态 饱和态 饱和态 饱和态 溶解态 溶解态 平衡态 饱和态 Z1nt 平均值 -0.86 0.98 1.13 3.17 -0.67 -2.50 -0.19 6.75 最小值 -0.91 0.93 1.07 3.07 -0.72 -2.53 -0.30 6.32 最大值 -0.67 1.15 1.29 3.33 -0.47 -2.46 0.08 7.83 标准差 0.04 0.04 0.04 0.05 0.04 0.02 0.10 0.40 反应状态 溶解态 饱和态 饱和态 饱和态 溶解态 溶解态 平衡态 饱和态 Z2st 平均值 -2.31 0.45 0.59 0.74 -2.10 -6.71 0.43 1.54 最小值 -2.34 0.31 0.45 0.52 -2.13 -6.82 0.40 1.26 最大值 -2.27 0.55 0.69 0.91 -2.06 -6.28 0.50 2.11 标准差 0.02 0.05 0.05 0.08 0.02 0.14 0.02 0.21 反应状态 溶解态 平衡态 饱和态 饱和态 溶解态 溶解态 平衡态 饱和态 Z2nt 平均值 -2.27 0.30 0.45 0.42 -2.07 -6.72 0.43 0.66 最小值 -2.40 0.16 0.30 0.10 -2.19 -6.84 0.42 -0.31 最大值 -2.23 0.54 0.68 0.98 -2.03 -6.37 0.47 2.64 标准差 0.04 0.07 0.07 0.15 0.04 0.10 0.01 0.53 反应状态 溶解态 平衡态 平衡态 平衡态 溶解态 溶解态 平衡态 饱和态 Z3st 平均值 -0.89 0.52 0.66 2.21 -0.69 -2.55 0.32 6.48 最小值 -0.91 0.40 0.54 1.97 -0.71 -2.58 0.23 5.86 最大值 -0.85 1.10 1.24 3.37 -0.65 -2.48 0.39 8.83 标准差 0.01 0.13 0.13 0.26 0.01 0.02 0.03 0.55 反应状态 溶解态 饱和态 饱和态 饱和态 溶解态 溶解态 平衡态 饱和态 Z3nt 平均值 -0.87 0.59 0.73 2.35 -0.68 -2.54 -0.03 5.83 最小值 -0.89 0.45 0.59 2.08 -0.69 -2.57 -0.08 4.88 最大值 -0.85 0.69 0.83 2.56 -0.65 -2.49 0.02 6.55 标准差 0.01 0.07 0.07 0.13 0.01 0.02 0.02 0.45 反应状态 溶解态 饱和态 饱和态 饱和态 溶解态 溶解态 平衡态 饱和态
下载: 导出CSV
-
[1] 沈照理, 朱宛华, 钟佐燊. 水文地球化学基础[M]. 北京: 地质出版社, 1993.
[2] 钱会, 马致远. 水文地球化学[M]. 北京: 地质出版社, 2005.
[3] Kebede S, Travi Y, Alemayehu T, et al. Groundwater Recharge, Circulation and Geochemical Evolution in the Source Region of the Blue Nile River, Ethiopia[J]. Applied Geochemistry, 2005, 20(9): 1658-1676. doi: 10.1016/j.apgeochem.2005.04.016
[4] 刘瑞平, 徐友宁, 张江华, 等. 宁东煤炭基地梅花井矿区地下水三氮特征及成因[J]. 地质通报, 2018, 37(12): 2192-2198. http://dzhtb.cgs.cn/gbc/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20181209&flag=1
[5] 李华, 文章, 谢先军, 等. 贵阳市三桥地区岩溶地下水水化学特征及其演化规律[J]. 地球科学, 2017, 42(5): 804-812. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQKX201705015.htm
[6] 袁晓婕, 黄向青, 甘华阳, 等. 海南岛南部沿岸地下水水化学要素变化及海水入侵特征[J]. 海洋地质前沿, 2017, 33(8): 32-40. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HYDT201708005.htm
[7] 周祖光. 海南岛地下水资源特征与开发利用[J]. 水资源保护, 2005, (3): 51-54. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SZYB200503016.htm
[8] 唐金平, 张强, 胡漾, 等. 湔江冲洪积扇地下水化学特征及控制因素分析[J]. 环境科学, 2019, 40(7): 3089-3098. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJKZ201907015.htm
[9] Hem J D. Study and Interpretation of the Chemical Characteristics of Natural Water[M]. Alexandria: United States Government Printing Office, 1985.
[10] Robinove C L, Langford R H, Brookhart J W. Saline water resources of North Dakota[M]. Washington: United States Government Printing Office, 1958.
[11] Ma F, Wei A, Deng Q, et al. Hydrochemical Characteristics and the Suitability of Groundwater in the Coastal Region of Tangshan, China[J]. Journal of Earth Science, 2014, 25(6): 1067-1075. doi: 10.1007/s12583-014-0492-9
[12] Hamed Y. The Hydrogeochemical Characterization of Groundwater in Gafsa-Sidi Boubaker Region(Southwestern Tunisia)[J]. Arabian Journal of Geosciences, 2013, 6(3): 697-710. doi: 10.1007/s12517-011-0393-5
[13] 宋献方, 李发东, 于静洁, 等. 基于氢氧同位素与水化学的潮白河流域地下水水循环特征[J]. 地理研究, 2007, (1): 11-21. doi: 10.3321/j.issn:1000-0585.2007.01.002
[14] Vengosh A, Ben-Zvi A. Formationof A Salt Plume in the Coastal Plain Aquifer of Israel: the Be'er Toviyya Region[J]. Journal of Hydrology, 1994, 160(1/4): 21-52. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022169494900329
[15] 肖凯. 滨海湿地潮间带氮循环及大孔隙优先流机制研究[D]. 中国地质大学(北京)博士学位论文, 2018.
[16] 唐辉, 陈洁, 钱会. 饱和指数在水-岩作用研究中的应用及其灵敏度分析[J]. 水资源与水工程学报, 2012, 23(6): 180-183. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XBSZ201206042.htm
[17] 孙英, 周金龙, 魏兴, 等. 巴楚县平原区地下水水化学特征及成因分析[J]. 环境化学, 2019, 38(11): 1-9. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJHX201911022.htm
[18] Nath B, Jean J S, Lee M K, et al. Geochemistry of High Arsenic Groundwater in Chia-Nan Plain, Southwestern Taiwan: Possible Sources and Reactive Transport of Arsenic[J]. Journal of Contaminant Hydrology, 2008, 99(1/4): 85-96. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18572272
[19] 许万才. 饱和指数法在地下热水化学研究中的应用[J]. 长安大学学报(自然科学版), 1992, (3): 66-70. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XAGX199203011.htm
[20] 王凤波, 郭应征, 曹朝雷. 基于SI模型评价新安江库水水质特征[J]. 工程与试验, 2011, (4): 59-61. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SNSN201104016.htm
[21] Vengosh A, Helvaci C, Karamanderesi, I H. Geochemical Constraintsfor the Origin of Thermal Waters from Western Turkey[J]. Applied Geochemistry, 2002, 17(3): 163-183 doi: 10.1016/S0883-2927(01)00062-2
[22] 张文杰, 谭红兵, 陈喜, 等. 广东硇洲岛地下水化学演化及成因机理[J]. 水文, 2012, 32(3): 51-59. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SWZZ201203011.htm
[23] 李学礼, 孙占学, 刘金辉. 水文地球化学[M]. 北京: 原子能出版社, 1982.
[24] 汪啸. 广东沿海典型深大断裂带地热水系统形成条件及水文地球化学特征[D]. 中国地质大学博士学位论文, 2018.
[25] Jalali M. Application of Multivariate Analysis to Study Water Chemistry of Groundwater in A Semi-Arid Aquifer, Malayer, Western Iran[J]. Desalination and Water Treatment, 2010, 19(1/3): 307-317. http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.5004/dwt.2010.1077
[26] Reddy A G S, Saibaba B, Sudarshan G. Hydrogeochemical Characterization of Contaminated Groundwater in Patancheru Industrial Area, Southern India[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2012, 184(6): 3557-3576. doi: 10.1007/s10661-011-2208-2
[27] Moujabber, M E, Samra B B, Darwish T, et al. Comparison of Different Indicators for Groundwater Contamination by Seawater Intrusion on the Lebanese Coast[J]. Water Resources Management, 2006, 20(2): 161-180. doi: 10.1007/s11269-006-7376-4
[28] Kura N U, Ramli M F, Ibrahim S, et al. An Integrated Assessment of Seawater Intrusion in A Small Tropical Island Using Geophysical, Geochemical, and Geostatistical Techniques[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2014, 21(11): 7047-7064. doi: 10.1007/s11356-014-2598-0
[29] 章光新, 邓伟, 何岩, 等. 中国东北松嫩平原地下水水化学特征与演变规律[J]. 水科学进展, 2006, (1): 20-28. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SKXJ200601003.htm
[30] 周慧芳, 谭红兵, 张西营, 等. 江苏南通地下水补给源、水化学特征及形成机理[J]. 地球化学, 2011, 40(6): 566-576. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQHX201106007.htm
[31] Gibbs R. Mechanisms Controlling World Water Chemistry[J]. Science(New York, N.Y. ), 1971, 170: 1088-1090. http://europepmc.org/abstract/MED/17777828
[32] 於昊天, 马腾, 邓娅敏, 等. 江汉平原东部地区浅层地下水水化学特征[J]. 地球科学, 2017, 42(5): 685-692. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQKX201705003.htm
[33] 王亚平, 王岚, 许春雪, 等. 长江水系水文地球化学特征及主要离子的化学成因[J]. 地质通报, 2010, 29(2): 446-456. http://dzhtb.cgs.cn/gbc/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=2010020332&flag=1
-
图(9)
表(5)
计量
- 文章访问数: 964
- PDF下载数: 8
- 施引文献: 0