包氣帶的水質(zhì)變化試驗(yàn)研究范文

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《北京水務(wù)雜志》2014年第二期

1各采樣點(diǎn)水質(zhì)變化規(guī)律

在試驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)設(shè)定的采樣頻率，采集各采樣孔水樣并測(cè)試分析。根據(jù)水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)，繪制各采樣孔的水質(zhì)變化曲線，以K+、Ca2+、Cl-和溶解性總固體TDS為例（圖1）。據(jù)圖1和試驗(yàn)過(guò)程中的各水質(zhì)指標(biāo)的濃度檢測(cè)數(shù)據(jù)，各采樣點(diǎn)水質(zhì)變化特征如下：（1）淋溶1代表試驗(yàn)過(guò)程中的進(jìn)水水樣，即南水北調(diào)水源水樣，水樣中的各種組分濃度基本穩(wěn)定；（2）在淋溶2、3、4采樣點(diǎn)水樣中，K+、Ca2+、Cl-及TDS等組分，因試驗(yàn)初期淋溶作用強(qiáng)烈，土柱中的可溶組分在淋溶過(guò)程中快速析出進(jìn)入水中，濃度高于進(jìn)水，試驗(yàn)中后期，各采樣點(diǎn)水樣中的濃度不斷降低并趨于平穩(wěn)，接近進(jìn)水濃度，表明淋溶析過(guò)程完成；（3）在淋溶2、3、4采樣點(diǎn)水樣中，Ca2+濃度變化過(guò)程與其他離子濃度變化相反，在試驗(yàn)初期低于進(jìn)水濃度，緩慢升高后趨于穩(wěn)定，接近進(jìn)水濃度。

2水質(zhì)變化機(jī)理分析

2.1陽(yáng)離子交換吸附顯著同一時(shí)刻自上而下各采樣點(diǎn)K+、Ca2+濃度的歷時(shí)變化曲線見(jiàn)圖2。據(jù)圖2，自淋溶2采樣孔至淋溶4采樣孔，各時(shí)刻出水中K+濃度不斷升高，同時(shí)出水中的Ca2+濃度則不斷降低，表明在丹江口水庫(kù)水淋溶過(guò)程中，進(jìn)水中的Ca2+與土中吸附的K+之間發(fā)生了顯著的陽(yáng)離子交換吸附作用[2]，導(dǎo)致了淋溶過(guò)程中水樣中的K+濃度不斷升高，Ca2+濃度不斷降低，交換吸附方程式為：2KX+Ca2+=CaX2+2K+。

2.2NH3-N、NO3-N、NO2-N及pH值變化出水的pH值變化與硝化反應(yīng)、土中吸附的NH3-N解析關(guān)系密切。同一時(shí)刻自上而下各采樣點(diǎn)NH3-N、亞硝態(tài)氮NO2-N、NO3-N濃度和pH值的歷時(shí)變化曲線見(jiàn)圖3。自淋溶2采樣孔至淋溶4采樣孔，出水pH值在試驗(yàn)前期和中期總體表現(xiàn)為升高的變化趨勢(shì)，試驗(yàn)后期趨于平穩(wěn)。在試驗(yàn)前期和中期，土體顆粒表面吸附的分子態(tài)NH3-N將發(fā)生解析作用，使得自上而下的NH3-N濃度不斷升高。同時(shí)，部分NH3-N與水中的H+結(jié)合形成NH4+，導(dǎo)致水中的pH值呈現(xiàn)升高的變化趨勢(shì)，反應(yīng)方程式為：NH3+H+=NH4+，H2O→H++OH-。在淋溶水自上而下運(yùn)移的過(guò)程中，因NO2-N、NO3-N濃度呈微弱的升高趨勢(shì)，表明淋溶柱中發(fā)生了輕微的硝化反應(yīng)[2]，部分NH3-N轉(zhuǎn)化為NO2-N和NO3-N，反應(yīng)方程式為：NH3+O2=NO2-+H++H2O，2NO2-+O2=2NO3-。雖然硝化反應(yīng)將使得pH值降低，但可能NH3-N的解析占主導(dǎo)地位，淋溶柱中自上而下pH值總體呈現(xiàn)輕微的升高趨勢(shì)。

3結(jié)論

根據(jù)南水北調(diào)水源淋溶試驗(yàn)結(jié)果，可得出如下結(jié)論。（1）南水北調(diào)水源在回灌經(jīng)過(guò)包氣帶介質(zhì)過(guò)程中，可溶組分的物理溶出占主導(dǎo)地位，介質(zhì)中可溶組分將不斷溶出，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，包氣帶的出水水質(zhì)將與南水北調(diào)水源的水質(zhì)一致。（2）南水北調(diào)水源淋溶過(guò)程中發(fā)生了顯著的陽(yáng)離子交換吸附作用。南水北調(diào)水源中的Ca2+與包氣帶介質(zhì)中吸附的K+在試驗(yàn)過(guò)程中交換吸附，土柱自上而下出水中Ca2+濃度降低，而K+濃度升高。歷時(shí)30d后，交換吸附作用基本完成，且出水的K+、Ca2+濃度最終趨于進(jìn)水濃度。（3）在南水北調(diào)水源淋溶過(guò)程中，包氣帶介質(zhì)中吸附的NH3-N解析，同時(shí)發(fā)生了NH3-N向NO2-N、NO3-N轉(zhuǎn)化的硝化反應(yīng)。由于NH3-N解析作用占主導(dǎo)地位，淋溶水在向下遷移過(guò)程中pH值呈微弱的升趨勢(shì)。但試驗(yàn)進(jìn)行15d后，NH3-N解析及硝化作用基本完成，以后的包氣帶介質(zhì)出水接近進(jìn)水濃度。（4）試驗(yàn)結(jié)果表明：南水北調(diào)水源回灌初期，水源經(jīng)過(guò)包氣帶后，除Ca2+外，各可溶組分的濃度會(huì)暫時(shí)升高，對(duì)地下水質(zhì)可能會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。但長(zhǎng)期回灌過(guò)程中，包氣帶中的可溶組分溶出完成，南水北調(diào)水源回灌對(duì)地下水質(zhì)影響可不考慮包氣帶淋溶過(guò)程。

作者：劉立才陳志立李炳華楊勇單位：北京市水科學(xué)技術(shù)研究院山東省巨野縣水務(wù)局