咸淡水过渡带的水文地球化学作用研究
咸淡水过渡带是指在地下含水层的咸淡水之间因水动力弥散作用而形成的盐分浓度过渡带，咸淡水驱替过程中伴随着离子交换和矿物溶解沉淀等水文地球化学作用，它会引起地下水水质和含水介质特性的变化，对其作用规律的研究将有助于推动海水入侵机理的研究，并为海水入侵的预测和防治提供科学依据。
本文在系统分析研究区(青岛市大沽河下游)含水介质和水样的物理化学性质及组成的基础上，主要对咸淡水相互驱替过程中的离子交换、矿物溶解沉淀作用进行研究。通过吸附动力学试验、水岩间阳离子交换试验、咸淡水混合试验、水岩作用批量试验和咸淡水相互驱替的动力学试验。探讨了咸淡水过渡带阳离子交换作用规律，研究了咸淡水混合及水岩作用过程中矿物的溶解／沉淀规律，并采用水文地球化学模拟软件模拟驱替过程中的多组分离子交换过程，对驱替过程中矿物溶解/沉淀进行定量分析。在此研究的基础上，得出以下新的认识和结论：
(1) 咸淡水过渡带中存在水岩间离子交换作用，以Ca<'2+>-Na<'+>为主，Ca<'2+>-Mg<'2+>次之，Ca<'2+>-K<'+>最少。Na<'+>、Mg<'2+>、K<'+>的吸附量均随溶液中离子浓度的增加而逐渐增大，Ca<'2+>的解吸在高浓度时基本达到平衡，砂样的交换位主要被Ca<'2+>占据。
(2) 咸淡水混合过程中各组分不单是以简单的离子形式存在，也包括各种络合组分形式。在开放系统中，经过24h混合试验后，混合液的pH值和总碱度升高，而电导率与P<,CO<,2>>降低，方解石和石膏的饱和指数均增大，方解石的饱和指数大于0，处于过饱和状态，而石膏的饱和指数小于0，处于非饱和状态。封闭系统中，混合液的pH值、总碱度和电导率在试验前后的变化很小。
(3)在开放系统条件下，混合液与含水介质相互作用24h以后，混合液的pH值、总碱度和电导率均显著上升，石膏的饱和指数明显增大，而方解石的饱和指数降低。不同比例混合液与含水介质作用前后，石膏的饱和指数由-1.06～-0.71升高至-0.86～-0.50，含水介质中的石膏发生溶解；方解石的饱和指数由0.69～1.07降至0.00～0.10，试验过程中方解石发生沉淀，最后接近平衡状态。
(4)在海水驱替淡水过程中，首先发生了Na<'+>-Ca<'2+>和Na<'+>-Mg<'2+>交换，随后Mg<'2+>-Ca<'2+>发生离子交换；在河水驱替海水的过程中，发生了Ca<'2+>-Na<'+>和Ca<'2+>-Mg<'2+>交换。K<'+>在咸淡水相互驱替过程中主要表现为化学吸附。
(5)利用PHREEQC软件模拟多组分离子交换及矿物溶解/沉淀过程，模拟结果与试验数据拟合程度较高。在海水驱替淡水过程中，发生离子交换的同时，方解石与石膏发生沉淀作用，离子交换结束后矿物趋于溶解；河水驱替海水过程中，起初方解石的饱和指数降低，发生沉淀作用，而石膏的饱和指数先增大然后逐渐降低，变化过程中有石膏沉淀生成，随后方解石的饱和指数逐渐增大，而石膏的饱和指数降低。在咸淡水相互驱替的阳离子交换过程中，的确发生了矿物溶解/沉淀作用，但溶解量和沉淀量较小，一般小于10mg/L。
咸淡水过渡带;离子交换;水文地球化学;离子分布;海水入侵;吸附动力学
中国海洋大学
博士
环境工程
郑西来
2007
中文
P641.3;X55
105
2007-09-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）