煤、铁资源开发与南水入冀下百泉泉域岩溶地下水地球化学过程及水质评价
董东林
张陇强
张恩雨
傅培祺
中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京 100083
摘要：南水入冀新水情下,百泉泉域地下水环境发生改变,岩溶地下水地球化学过程有待查明.综合利用数值模拟、机器学习(自组织聚类)和同位素(δD和δ18O)等方法系统揭示了矿业活动与南水入冀下百泉泉域岩溶地下水地球化学过程,并基于熵变权水质指数(Entropy-weighted water quality index,EWQI)进行了水质分级评价.南水入冀后,百泉泉域岩溶地下水位整体抬升.时间上,呈现出既有年际动态变化又有年内季节变化特征.空间上,补给区表现为剧变型,而径流、排泄区呈缓变型.地下水降落漏斗主要分布在泉域东南部的煤、铁矿密集区.泉域岩溶地下水呈弱碱性,水化学类型以Ca-HCO3型和Ca-SO4型为主导.主要阴阳离子质量浓度遵循ρ(HCO3-)＞ρ(SO42-)＞ρ(Cl-)和ρ(Ca2+)＞ρ(Mg2+)＞ρ(Na+)＞ρ(K+)的顺序.各离子沿着径流路径呈现出逐渐增大的空间分布特征.岩溶地下水化学成分主要受岩石(方解石、白云石和石膏)风化溶解和反向阳离子交换作用主导.人为活动对泉域岩溶地下水系统中的SO42-和NO3-质量浓度有一定程度影响.岩溶地下水来源于大气降水,并且在入渗前发生了二次蒸发作用,氘盈余值在径流过程中有所降低.水质评价结果表明,岩溶地下水质量整体优于第四系地下水,分别有50％的岩溶水和37.5％的第四系水样满足饮用目的.TDS、ρ(SO42-)和ρ(NO3-)是影响泉域地下水水质的关键指标.引起泉域岩溶地下水系统水质恶化的潜在人类活动主要包括矿山排水、农业灌溉和城市污水排放.通过水质分级评价,提出了泉域地下水环境保护措施.研究结果将有助于为百泉泉域岩溶地下水资源的供水安全和地下水环境保护治理提供参考.
关键词：百泉泉域南水入冀自组织映射神经网络水文地球化学熵变权水质指数
分类号：TD74(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家重点研发计划(2023YFC3012100)河北省重点研发计划资助项目(21373901D)
论文发表日期：2025-01-27
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：22( 623-644 )
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