基于地球化學(xué)熱力學(xué)的陳村大壩壩址區(qū)水-巖作用模擬研究一、引言1.1研究背景與意義陳村大壩位于安徽省涇縣桃花潭鎮(zhèn)的青弋江上，是一座以發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉等綜合利用的大型水利樞紐工程。其始建于1958年，經(jīng)歷了停建與復(fù)工，最終于1970年7月29日建成蓄水，實(shí)際竣工驗(yàn)收在1982年，整個(gè)工期長達(dá)24年。作為安徽省境內(nèi)唯一完整的中央直屬水庫以及最大的人工湖，陳村大壩在區(qū)域水資源調(diào)配、能源供應(yīng)和防洪減災(zāi)等方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。水-巖作用是指水與巖石之間發(fā)生的一系列物理、化學(xué)和生物作用過程。在陳村大壩壩址區(qū)，這種作用廣泛存在且持續(xù)進(jìn)行。水-巖作用對大壩穩(wěn)定性和周邊環(huán)境有著多方面的深遠(yuǎn)影響。從大壩穩(wěn)定性角度來看，水對巖石的物理作用，如長期的浸泡會(huì)使巖石發(fā)生軟化，降低其硬度和強(qiáng)度，導(dǎo)致大壩基礎(chǔ)巖體的承載能力下降；化學(xué)作用方面，水與巖石中的礦物成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可能溶解部分礦物，改變巖石的結(jié)構(gòu)和組成，進(jìn)而影響大壩壩基和壩肩的穩(wěn)定性。例如，巖石中的某些礦物在水的作用下發(fā)生溶解或水解，會(huì)產(chǎn)生空隙和裂隙，增加巖體的滲透性，使地下水更容易侵入，進(jìn)一步加劇巖體的劣化。在極端情況下，可能引發(fā)壩基滲漏、壩體變形甚至垮壩等嚴(yán)重事故，對下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成巨大威脅。在周邊環(huán)境方面，水-巖作用會(huì)影響地下水的水質(zhì)和水量。地下水與巖石的相互作用會(huì)導(dǎo)致巖石中的元素溶解進(jìn)入地下水，改變地下水的化學(xué)組成，可能使某些有害物質(zhì)含量增加，影響周邊地區(qū)的供水安全和生態(tài)環(huán)境。同時(shí)，水-巖作用還會(huì)對庫區(qū)周邊的土壤性質(zhì)產(chǎn)生影響，通過改變土壤的酸堿度和養(yǎng)分含量，影響植被的生長和生態(tài)系統(tǒng)的平衡。對陳村大壩壩址區(qū)水-巖作用進(jìn)行模擬研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在大壩維護(hù)方面，通過模擬可以深入了解水-巖作用對大壩基礎(chǔ)和壩體的影響機(jī)制和程度，提前預(yù)測可能出現(xiàn)的問題，為大壩的維護(hù)和加固提供科學(xué)依據(jù)，制定合理的維護(hù)方案，延長大壩的使用壽命，保障大壩的安全運(yùn)行。在水資源管理方面，模擬研究有助于準(zhǔn)確掌握地下水的水質(zhì)變化規(guī)律和水量動(dòng)態(tài)，為合理開發(fā)利用地下水資源提供數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，確保周邊地區(qū)的供水穩(wěn)定和水質(zhì)安全。此外，研究成果對于保護(hù)庫區(qū)周邊生態(tài)環(huán)境、制定科學(xué)的環(huán)境保護(hù)政策也具有重要的參考價(jià)值，能夠減少水-巖作用對生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響，維護(hù)生態(tài)平衡。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀水-巖作用模擬作為環(huán)境水文地球化學(xué)研究的重要領(lǐng)域，在國內(nèi)外都受到了廣泛關(guān)注并取得了顯著進(jìn)展。在國外，早期的研究主要集中在水-巖作用的基本理論和實(shí)驗(yàn)研究方面。例如，通過實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)，研究不同溫度、壓力和pH值條件下，水與巖石礦物之間的溶解、沉淀、離子交換等化學(xué)反應(yīng)過程，分析這些作用對巖石成分和結(jié)構(gòu)的影響。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)學(xué)模型的發(fā)展，地球化學(xué)模擬方法逐漸成為研究水-巖作用的重要手段。國外學(xué)者開發(fā)了一系列地球化學(xué)模擬軟件，如PHREEQC、EQ3/6等。這些軟件基于質(zhì)量守恒定律、化學(xué)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理，能夠模擬復(fù)雜的水-巖相互作用過程，預(yù)測地下水的化學(xué)組成和礦物沉淀溶解情況。在研究內(nèi)容上，國外的研究涵蓋了多個(gè)領(lǐng)域，包括地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測、礦產(chǎn)資源勘探、地下水污染治理等。在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測方面，通過模擬水-巖作用對邊坡巖體穩(wěn)定性的影響，評估滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性；在礦產(chǎn)資源勘探中，利用水-巖作用模擬研究成礦元素的遷移和富集規(guī)律，為找礦提供理論依據(jù)；在地下水污染治理領(lǐng)域，模擬污染物在地下水中的遷移轉(zhuǎn)化過程，分析水-巖作用對污染物遷移的影響，從而制定合理的治理方案。國內(nèi)對水-巖作用模擬的研究起步相對較晚，但近年來發(fā)展迅速。在理論研究方面，國內(nèi)學(xué)者深入探討了水-巖作用的地球化學(xué)機(jī)理，結(jié)合我國獨(dú)特的地質(zhì)條件和水文地質(zhì)特征，對水-巖作用的過程和影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)分析。在模擬方法和技術(shù)上，國內(nèi)積極引進(jìn)和吸收國外先進(jìn)的地球化學(xué)模擬軟件，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)和應(yīng)用拓展，使其更適合我國的實(shí)際情況。在實(shí)際應(yīng)用方面，國內(nèi)的研究主要圍繞水利工程建設(shè)、礦山開采、環(huán)境地質(zhì)等領(lǐng)域展開。在水利工程建設(shè)中，針對大壩壩址區(qū)的水-巖作用進(jìn)行模擬研究，評估其對大壩穩(wěn)定性和周邊水環(huán)境的影響，為工程的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)；在礦山開采方面，研究采礦活動(dòng)引發(fā)的水-巖作用對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響，通過模擬預(yù)測可能出現(xiàn)的環(huán)境問題，并提出相應(yīng)的防治措施；在環(huán)境地質(zhì)領(lǐng)域，利用水-巖作用模擬研究區(qū)域地下水水質(zhì)變化、土壤污染等問題，為環(huán)境保護(hù)和治理提供技術(shù)支持。針對陳村大壩壩址區(qū)的水-巖作用模擬研究，也有一定的成果積累。已有研究運(yùn)用地球化學(xué)熱力學(xué)的基本理論和水溶平衡理論，建立了水-巖作用狀態(tài)水文地球化學(xué)反向模擬模型，結(jié)合陳村地質(zhì)資料，應(yīng)用平衡常數(shù)法對壩址地下水水質(zhì)組份存在形式及其濃度分布進(jìn)行模擬。在壩址區(qū)地下水質(zhì)特征分析中，利用系統(tǒng)R型聚類分析和因子分析方法，探討了地下水中各化學(xué)組分在空間上的分布和變化規(guī)律，分析評價(jià)了壩址區(qū)地下水的水質(zhì)成因及演變。然而，當(dāng)前的研究仍存在一些不足之處。在模型的準(zhǔn)確性和適用性方面，雖然現(xiàn)有的模擬模型能夠在一定程度上反映水-巖作用的過程和結(jié)果，但由于陳村大壩壩址區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，影響水-巖作用的因素眾多，模型中對某些復(fù)雜地質(zhì)條件和作用過程的考慮還不夠全面，導(dǎo)致模擬結(jié)果與實(shí)際情況可能存在一定偏差。在研究的廣度和深度上，目前對壩址區(qū)水-巖作用的研究主要集中在地下水水質(zhì)方面，對水-巖作用對大壩穩(wěn)定性的影響機(jī)制研究還不夠深入，缺乏全面系統(tǒng)的分析。此外，對于水-巖作用在時(shí)間尺度上的長期演化規(guī)律以及其對周邊生態(tài)環(huán)境的綜合影響，相關(guān)研究也較為薄弱，有待進(jìn)一步加強(qiáng)。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本研究的核心在于深入剖析陳村大壩壩址區(qū)的水-巖作用，通過建立科學(xué)合理的模型，全面且細(xì)致地模擬這一復(fù)雜過程。具體研究內(nèi)容如下：建立水-巖作用模擬模型：基于地球化學(xué)熱力學(xué)的基本理論以及水溶平衡理論，針對陳村大壩壩址區(qū)獨(dú)特的地質(zhì)條件和水-巖作用現(xiàn)象，構(gòu)建水-巖作用狀態(tài)水文地球化學(xué)反向模擬模型。該模型充分考慮壩址區(qū)巖石的礦物組成、水的化學(xué)成分、溫度、壓力等關(guān)鍵因素，以及這些因素在水-巖作用過程中的相互影響和動(dòng)態(tài)變化。同時(shí)，運(yùn)用質(zhì)量作用定律、質(zhì)量守恒定律和化學(xué)熱力學(xué)的基本原理，對模型進(jìn)行精確的數(shù)學(xué)描述和參數(shù)設(shè)定，確保模型能夠準(zhǔn)確地反映水-巖作用的本質(zhì)和規(guī)律。分析壩址區(qū)地下水水質(zhì)特征：系統(tǒng)收集壩址區(qū)不同位置、不同深度的地下水水樣，運(yùn)用先進(jìn)的分析測試技術(shù)，全面測定水樣中的各種化學(xué)組分，包括陽離子（如鉀離子、鈉離子、鈣離子、鎂離子等）、陰離子（如氯離子、硫酸根離子、碳酸根離子、碳酸氫根離子等）、微量元素（如鐵、錳、銅、鋅等）以及溶解氣體（如氧氣、二氧化碳等）的含量。利用系統(tǒng)R型聚類分析和因子分析等多元統(tǒng)計(jì)分析方法，深入探討地下水中各化學(xué)組分之間的內(nèi)在聯(lián)系和相互作用，揭示它們在空間上的分布和變化規(guī)律。通過這些分析，進(jìn)一步確定地下水化學(xué)組分的來源、遷移途徑以及水-巖作用對地下水水質(zhì)的影響機(jī)制，為后續(xù)的模擬研究提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)支持。模擬水-巖作用對大壩穩(wěn)定性的影響：綜合考慮水-巖作用導(dǎo)致的巖石物理力學(xué)性質(zhì)變化，如巖石的軟化、強(qiáng)度降低、孔隙度增大等，以及地下水滲流產(chǎn)生的滲透壓力、浮托力等因素，運(yùn)用數(shù)值模擬方法，如有限元法、離散元法等，對大壩壩基和壩肩的穩(wěn)定性進(jìn)行全面評估。模擬不同工況下大壩的應(yīng)力、應(yīng)變分布情況，預(yù)測大壩在長期水-巖作用影響下可能出現(xiàn)的變形、破壞模式，如壩基滲漏、壩體裂縫、壩肩滑坡等。通過這些模擬分析，為大壩的安全運(yùn)行和維護(hù)管理提供科學(xué)的決策依據(jù)，制定合理的加固措施和防護(hù)方案，確保大壩的長期穩(wěn)定和安全。研究水-巖作用的時(shí)間演化規(guī)律：在模擬水-巖作用的過程中，充分考慮時(shí)間因素對作用過程和結(jié)果的影響。通過設(shè)定不同的時(shí)間步長，模擬水-巖作用在不同時(shí)間段內(nèi)的演化過程，分析地下水水質(zhì)、巖石性質(zhì)以及大壩穩(wěn)定性等因素隨時(shí)間的變化趨勢。研究水-巖作用的長期效應(yīng)，預(yù)測未來一定時(shí)期內(nèi)壩址區(qū)水-巖作用的發(fā)展方向和可能產(chǎn)生的影響，為大壩的長期規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展提供前瞻性的參考。1.3.2研究方法為了實(shí)現(xiàn)上述研究內(nèi)容，本研究綜合運(yùn)用多種研究方法，確保研究的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和可靠性。地球化學(xué)熱力學(xué)方法：地球化學(xué)熱力學(xué)是研究水-巖作用的重要理論基礎(chǔ)。通過運(yùn)用該方法，可以深入分析水與巖石之間化學(xué)反應(yīng)的方向、限度和能量變化等問題。在建立水-巖作用模擬模型時(shí)，依據(jù)化學(xué)熱力學(xué)的基本原理，如質(zhì)量作用定律、吉布斯自由能變化等，確定化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)和反應(yīng)速率，從而準(zhǔn)確描述水-巖作用過程中各種化學(xué)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和遷移規(guī)律。同時(shí)，利用化學(xué)熱力學(xué)方法計(jì)算礦物的溶解度、離子活度等參數(shù)，為模型的建立和求解提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支持。多元統(tǒng)計(jì)分析方法：在分析壩址區(qū)地下水水質(zhì)特征時(shí)，采用系統(tǒng)R型聚類分析和因子分析等多元統(tǒng)計(jì)分析方法。系統(tǒng)R型聚類分析可以根據(jù)地下水中各化學(xué)組分的相似性和差異性，將其劃分為不同的類別，從而揭示各組分之間的親疏關(guān)系和組合特征。因子分析則能夠從眾多的化學(xué)組分中提取出少數(shù)幾個(gè)主要的公共因子，這些公共因子能夠反映原始數(shù)據(jù)的大部分信息，有助于深入理解地下水水質(zhì)的形成機(jī)制和演化規(guī)律。通過多元統(tǒng)計(jì)分析方法，可以對大量的地下水水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的處理和分析，挖掘數(shù)據(jù)背后隱藏的信息，為水-巖作用模擬研究提供有力的數(shù)據(jù)分析支持。數(shù)值模擬方法：運(yùn)用數(shù)值模擬方法，如PHREEQC程序、有限元軟件等，對水-巖作用過程進(jìn)行定量模擬和分析。PHREEQC程序是一款廣泛應(yīng)用于地球化學(xué)模擬的軟件，它基于質(zhì)量守恒定律和化學(xué)平衡原理，能夠模擬復(fù)雜的水-巖相互作用過程，包括礦物的溶解與沉淀、離子交換、絡(luò)合反應(yīng)等。通過輸入壩址區(qū)的地質(zhì)資料、地下水水質(zhì)數(shù)據(jù)以及相關(guān)的熱力學(xué)參數(shù)，利用PHREEQC程序可以建立水-巖作用的數(shù)值模型，并對模型進(jìn)行求解，得到水-巖作用過程中各種化學(xué)物質(zhì)的濃度分布和變化情況。有限元軟件則主要用于模擬水-巖作用對大壩穩(wěn)定性的影響，通過將大壩壩體和壩基離散為有限個(gè)單元，建立大壩的有限元模型，考慮水-巖作用導(dǎo)致的巖石物理力學(xué)性質(zhì)變化以及地下水滲流的影響，計(jì)算大壩在不同工況下的應(yīng)力、應(yīng)變分布，評估大壩的穩(wěn)定性。數(shù)值模擬方法能夠直觀地展示水-巖作用的過程和結(jié)果，為研究提供定量的分析依據(jù)，有助于深入理解水-巖作用的內(nèi)在機(jī)制和影響規(guī)律?，F(xiàn)場監(jiān)測與采樣分析方法：為了獲取真實(shí)可靠的研究數(shù)據(jù)，在陳村大壩壩址區(qū)開展現(xiàn)場監(jiān)測和采樣分析工作。在壩址區(qū)不同位置設(shè)置多個(gè)地下水監(jiān)測點(diǎn)，定期監(jiān)測地下水的水位、水溫、水質(zhì)等參數(shù)，記錄其動(dòng)態(tài)變化情況。同時(shí)，采集地下水水樣和巖石樣品，送往實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行詳細(xì)的分析測試。對地下水水樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，測定各種離子、微量元素和溶解氣體的含量；對巖石樣品進(jìn)行礦物組成分析、物理力學(xué)性質(zhì)測試等，獲取巖石的基本特性參數(shù)。通過現(xiàn)場監(jiān)測和采樣分析，能夠獲得第一手的研究數(shù)據(jù)，為模型的建立、驗(yàn)證和修正提供真實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，確保研究結(jié)果能夠準(zhǔn)確反映壩址區(qū)水-巖作用的實(shí)際情況。二、陳村大壩壩址區(qū)概況2.1地理位置與地質(zhì)條件陳村大壩位于安徽省涇縣桃花潭鎮(zhèn)境內(nèi)的將軍山麓，地處東經(jīng)118°10'、北緯30°29'，坐落于青弋江之上。其壩址以上集水面積達(dá)2782平方公里，水庫總庫容24.7億立方米，相應(yīng)庫區(qū)面積110.3平方公里。這一區(qū)域處于皖南山區(qū)，周邊地形以山地和丘陵為主，地勢呈現(xiàn)南高北低的態(tài)勢，整體略呈扇形。四周群山環(huán)抱，形成了天然的地理屏障，中間有兩條主要支流自南向北穿過，最終匯聚于水庫，構(gòu)成了獨(dú)特的水系格局。這種地形條件使得該區(qū)域的水流匯聚迅速，為大壩的蓄水和發(fā)電提供了有利的水資源條件，但同時(shí)也對大壩的穩(wěn)定性提出了更高的要求，因?yàn)閺?fù)雜的地形可能導(dǎo)致地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不均勻性，增加了大壩建設(shè)和運(yùn)行過程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)。從地質(zhì)構(gòu)造角度來看，陳村大壩壩址區(qū)處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)的次級構(gòu)造單元內(nèi)，經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜。區(qū)內(nèi)存在多條斷層和褶皺構(gòu)造，這些構(gòu)造對巖石的完整性和力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生了顯著影響。斷層的存在破壞了巖石的連續(xù)性，使得巖石的強(qiáng)度降低，增加了巖體的滲透性，容易引發(fā)壩基滲漏等問題；褶皺構(gòu)造則改變了巖石的產(chǎn)狀和應(yīng)力分布，可能導(dǎo)致壩肩巖體的穩(wěn)定性下降。例如，壩基巖石受多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，產(chǎn)生了許多斷層、層間錯(cuò)動(dòng)面和裂隙，壩基節(jié)理裂隙十分發(fā)育，分布普遍。這些構(gòu)造特征使得壩址區(qū)的地質(zhì)條件變得復(fù)雜，增加了大壩建設(shè)和運(yùn)行過程中的不確定性，需要在工程設(shè)計(jì)和施工中予以充分考慮。壩址區(qū)地層主要為上志留系太平組砂頁巖，其主要由石英細(xì)砂巖、泥質(zhì)細(xì)砂巖及砂質(zhì)頁巖三者相互交替沉積而成。石英細(xì)砂巖質(zhì)地堅(jiān)硬，具有較高的抗壓強(qiáng)度和抗風(fēng)化能力，在壩址區(qū)的河床部位，石英細(xì)砂巖的抗壓強(qiáng)度可達(dá)500-2000公斤每平方厘米，這為大壩的基礎(chǔ)提供了相對穩(wěn)定的支撐。泥質(zhì)細(xì)砂巖和砂質(zhì)頁巖的性質(zhì)則相對較弱，浸水不軟化，但后兩種巖石易風(fēng)化，尤其是在兩壩頭部位，由于長期暴露和風(fēng)化作用，巖石比較破碎。這種巖石組合特性對水-巖作用有著重要影響，泥質(zhì)細(xì)砂巖和砂質(zhì)頁巖的風(fēng)化會(huì)增加巖石的孔隙度和比表面積，使得水與巖石的接觸面積增大，從而加速水-巖作用的進(jìn)程；而石英細(xì)砂巖的存在則在一定程度上限制了水的滲透和擴(kuò)散，影響了水-巖作用的范圍和強(qiáng)度。此外，巖石的礦物成分也會(huì)參與水-巖作用的化學(xué)反應(yīng)，不同礦物與水的反應(yīng)活性不同，進(jìn)一步影響了水-巖作用的產(chǎn)物和過程。2.2水文氣象條件陳村大壩壩址區(qū)處于亞熱帶濕潤性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，氣候溫和濕潤。該區(qū)域多年平均氣溫約為15.7℃，這種相對穩(wěn)定的溫度條件對水-巖作用的化學(xué)反應(yīng)速率有著重要影響。一般來說，溫度升高會(huì)加速化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，使得水與巖石之間的溶解、沉淀等作用更加活躍；而在相對較低且穩(wěn)定的溫度環(huán)境下，水-巖作用的進(jìn)程相對較為緩慢。例如，在溫度較高的夏季，巖石中的某些礦物可能更容易與水中的化學(xué)成分發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致巖石的溶解速度加快，進(jìn)而影響壩址區(qū)巖體的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。壩址區(qū)多年平均年降水量達(dá)到1756.9毫米，降水充沛且季節(jié)分配不均。降水主要集中在夏季，夏季降水量約占全年降水量的50%-60%。大量的降水使得地表水豐富，雨水通過地表徑流的形式匯入青弋江以及庫區(qū)，增加了庫區(qū)的蓄水量，同時(shí)也加大了地表水對巖石的沖刷和侵蝕作用。地表水?dāng)y帶的泥沙、溶解物質(zhì)等在流動(dòng)過程中與巖石表面相互作用，可能導(dǎo)致巖石表面的磨損和化學(xué)成分的改變。降水還會(huì)通過入滲的方式補(bǔ)充地下水，使得地下水水位上升，增加了地下水與巖石的接觸面積和作用時(shí)間，從而進(jìn)一步影響水-巖作用的過程和結(jié)果。該地區(qū)多年平均蒸發(fā)量約為1300-1400毫米，蒸發(fā)作用對水-巖作用也有著不可忽視的影響。在蒸發(fā)過程中，水中的鹽分和溶解物質(zhì)會(huì)逐漸濃縮，當(dāng)這些濃縮后的溶液與巖石接觸時(shí)，可能會(huì)引發(fā)礦物的沉淀和結(jié)晶，改變巖石的孔隙結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。在干旱季節(jié)，隨著蒸發(fā)量的增加，地下水位下降，巖石中的孔隙水被排出，導(dǎo)致巖石的有效應(yīng)力增加，可能引發(fā)巖石的收縮和開裂，進(jìn)一步促進(jìn)水-巖作用的進(jìn)行。陳村水庫壩址以上多年平均年徑流量為29.52億立方米，徑流量的大小和變化對壩址區(qū)的水-巖作用有著直接的影響。徑流量較大時(shí)，水流對巖石的沖刷和搬運(yùn)能力增強(qiáng)，能夠帶走巖石表面的碎屑物質(zhì)，加速巖石的侵蝕過程；同時(shí)，大量的水流也會(huì)攜帶更多的溶解物質(zhì)，增加了水與巖石之間化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)來源，促進(jìn)水-巖作用的進(jìn)行。徑流量的季節(jié)變化也會(huì)導(dǎo)致水-巖作用的強(qiáng)度和方式發(fā)生改變。在汛期，徑流量迅速增加，水流的動(dòng)力作用增強(qiáng)，主要以物理侵蝕作用為主；而在枯水期，徑流量減小，水與巖石的接觸時(shí)間相對延長，化學(xué)作用可能更加顯著。實(shí)測最大年徑流量出現(xiàn)在1954年，達(dá)到59.83億立方米，最大入庫洪峰流量則在1996年出現(xiàn)，為11600立方米每秒。在這些極端水文事件發(fā)生時(shí)，強(qiáng)大的水流沖擊力會(huì)對壩址區(qū)的巖石產(chǎn)生巨大的破壞作用，可能導(dǎo)致巖石的破碎、崩塌等現(xiàn)象，從而改變壩址區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和水-巖作用的邊界條件。洪水還會(huì)攜帶大量的泥沙和污染物進(jìn)入庫區(qū)，這些物質(zhì)與水和巖石相互作用，可能引發(fā)一系列復(fù)雜的地球化學(xué)過程，對地下水水質(zhì)和壩體穩(wěn)定性產(chǎn)生潛在的威脅。陳村水庫的入庫主要支流包括清溪河、陵陽河、茶溪河、秧溪河、婆溪河、麻川河等。這些支流的水質(zhì)和水量各不相同，它們在匯入水庫的過程中，與水庫中的水以及壩址區(qū)的巖石發(fā)生相互作用，進(jìn)一步豐富了水-巖作用的復(fù)雜性。不同支流的水化學(xué)組成差異較大，可能含有不同種類和濃度的離子、溶解氣體等，這些差異會(huì)導(dǎo)致它們與巖石之間的化學(xué)反應(yīng)類型和程度不同。清溪河的水可能富含鈣離子和碳酸氫根離子，與壩址區(qū)的石灰?guī)r接觸時(shí)，容易發(fā)生溶解反應(yīng)，使水中的鈣離子和碳酸氫根離子濃度進(jìn)一步增加，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致石灰?guī)r的溶蝕，形成溶洞和裂隙等喀斯特地貌。壩址區(qū)的地表水主要為青弋江及其支流的河水，以及水庫中的蓄水。地表水水位隨季節(jié)和降水情況而變化，在雨季和汛期，由于降水增加和上游來水增多，地表水水位顯著上升，最高水位可達(dá)123-126米左右；而在旱季和枯水期，水位則會(huì)下降，最低水位約為117-119米。水位的變化使得巖石與水的接觸面積和時(shí)間不斷改變，對水-巖作用產(chǎn)生重要影響。在高水位時(shí)，巖石長時(shí)間浸泡在水中，水對巖石的物理軟化和化學(xué)溶解作用增強(qiáng)；而在低水位時(shí)，巖石部分暴露在空氣中，會(huì)經(jīng)歷干濕循環(huán)過程，導(dǎo)致巖石的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度發(fā)生變化，加速巖石的風(fēng)化和破壞。地表水的流量也呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化，雨季和汛期流量較大，最大流量可達(dá)數(shù)千立方米每秒，而旱季和枯水期流量較小，最小流量可能只有幾十立方米每秒。流量的變化直接影響著水流對巖石的沖刷和侵蝕能力，以及水與巖石之間的物質(zhì)交換速率。在高流量時(shí)，水流的動(dòng)能較大，能夠攜帶更多的泥沙和碎屑物質(zhì)，對巖石的沖刷作用強(qiáng)烈，可能導(dǎo)致巖石表面的磨損和剝落；而在低流量時(shí)，水流相對緩慢，水與巖石之間的化學(xué)反應(yīng)時(shí)間相對延長，化學(xué)作用可能更加充分。壩址區(qū)地下水類型主要包括孔隙水和裂隙水?？紫端饕x存于第四系松散堆積物中，其水位受降水和地表水補(bǔ)給的影響較大，一般埋深較淺，在1-5米之間。裂隙水則主要存在于基巖的裂隙中，其水位變化相對較為復(fù)雜，不僅受到降水和地表水的影響，還與巖石的裂隙發(fā)育程度、連通性以及地質(zhì)構(gòu)造等因素密切相關(guān)。在斷層和裂隙發(fā)育的區(qū)域，地下水水位可能較低，且變化較大；而在巖石相對完整的區(qū)域，地下水水位相對較高，且較為穩(wěn)定。地下水水位同樣存在季節(jié)性變化，在雨季和汛期，由于降水入滲和地表水補(bǔ)給增加，地下水水位會(huì)上升，上升幅度可達(dá)1-3米；而在旱季和枯水期，隨著地下水的排泄和蒸發(fā)，水位會(huì)下降。這種水位的季節(jié)性變化使得地下水與巖石之間的作用界面不斷移動(dòng)，促進(jìn)了水-巖作用的進(jìn)行。在水位上升過程中，新的巖石表面與地下水接觸，引發(fā)新的化學(xué)反應(yīng)；而在水位下降時(shí)，部分巖石表面暴露，經(jīng)歷氧化和風(fēng)干等作用，導(dǎo)致巖石的性質(zhì)發(fā)生改變。地下水的流向總體上是從地勢較高的區(qū)域向地勢較低的區(qū)域流動(dòng)，即從山區(qū)向河谷和庫區(qū)流動(dòng)。在流動(dòng)過程中，地下水與巖石中的礦物發(fā)生溶解、沉淀、離子交換等化學(xué)反應(yīng)，不斷改變著地下水的化學(xué)成分和巖石的性質(zhì)。地下水在流經(jīng)富含鐵、錳等礦物的巖石區(qū)域時(shí)，會(huì)溶解其中的部分礦物，使地下水中鐵、錳離子的濃度增加；而當(dāng)?shù)叵滤幕瘜W(xué)成分發(fā)生變化時(shí)，又可能導(dǎo)致某些礦物在巖石孔隙和裂隙中沉淀，堵塞孔隙和裂隙，影響地下水的滲流和水-巖作用的進(jìn)一步進(jìn)行。2.3水-巖作用研究的重要性水-巖作用在陳村大壩壩址區(qū)的地質(zhì)環(huán)境和工程穩(wěn)定性方面扮演著極為關(guān)鍵的角色，對壩基穩(wěn)定性、地下水水質(zhì)以及大壩運(yùn)行安全等方面均有著重要影響。從壩基穩(wěn)定性角度來看，水-巖作用是一個(gè)不可忽視的因素。壩基巖體長期與地下水和地表水接觸，在水-巖物理作用方面，水的浸泡會(huì)使巖石發(fā)生物理性質(zhì)的改變。巖石中的某些礦物成分在水的長期作用下，會(huì)逐漸溶解或分解，導(dǎo)致巖石的結(jié)構(gòu)變得疏松，孔隙度增大，進(jìn)而降低巖石的強(qiáng)度和硬度。在化學(xué)作用方面，水與巖石中的礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可能產(chǎn)生新的礦物或改變原有礦物的組成和結(jié)構(gòu)。巖石中的碳酸鹽礦物在酸性地下水的作用下，會(huì)發(fā)生溶解反應(yīng)，形成溶洞和裂隙，這些溶蝕通道不僅會(huì)降低壩基巖體的強(qiáng)度，還可能成為地下水滲漏的通道，進(jìn)一步削弱壩基的穩(wěn)定性。壩基中的斷層、節(jié)理等軟弱結(jié)構(gòu)面在水-巖作用下，其抗剪強(qiáng)度會(huì)顯著降低，增加了壩基巖體滑動(dòng)失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。一旦壩基失穩(wěn)，將直接威脅到大壩的安全，可能引發(fā)壩體垮塌等嚴(yán)重事故，對下游地區(qū)的人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大的危害。在地下水水質(zhì)方面，水-巖作用對壩址區(qū)地下水的化學(xué)組成和水質(zhì)有著決定性的影響。地下水在巖石孔隙和裂隙中流動(dòng)的過程中，與巖石中的礦物發(fā)生溶解、沉淀、離子交換等化學(xué)反應(yīng)，從而改變了地下水的化學(xué)成分。巖石中的鉀、鈉、鈣、鎂等陽離子以及氯、硫酸根、碳酸根等陰離子會(huì)溶解進(jìn)入地下水，使地下水的礦化度升高。當(dāng)?shù)叵滤c富含鐵、錳等礦物的巖石接觸時(shí)，會(huì)溶解其中的鐵、錳元素，導(dǎo)致地下水中鐵、錳離子的濃度增加，使水質(zhì)變差。如果地下水中的某些有害物質(zhì)含量超標(biāo)，將對周邊地區(qū)的供水安全和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。高氟地下水會(huì)導(dǎo)致飲用人群出現(xiàn)氟中毒等健康問題，影響居民的身體健康；富含重金屬離子的地下水會(huì)污染土壤和地表水，破壞生態(tài)平衡，影響農(nóng)作物的生長和水生生物的生存。水-巖作用對大壩運(yùn)行安全也有著多方面的影響。它會(huì)影響大壩的耐久性。水與壩體混凝土中的水泥石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度降低、開裂和剝落，縮短大壩的使用壽命。在寒冷地區(qū)，水在混凝土孔隙中結(jié)冰膨脹，會(huì)產(chǎn)生凍脹力，進(jìn)一步加劇混凝土的破壞。水-巖作用還可能引發(fā)大壩的滲漏問題。由于水-巖作用導(dǎo)致巖石的滲透性增加，地下水可能會(huì)通過壩基和壩肩的滲漏通道進(jìn)入壩體，造成壩體內(nèi)部的水壓升高，影響大壩的結(jié)構(gòu)安全。長期的滲漏還可能導(dǎo)致壩基巖體的軟化和泥化，進(jìn)一步削弱壩基的承載能力。水-巖作用還可能對大壩的運(yùn)行管理產(chǎn)生影響。如果地下水水質(zhì)發(fā)生變化，可能會(huì)對大壩的金屬結(jié)構(gòu)和設(shè)備產(chǎn)生腐蝕作用，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，增加維護(hù)成本和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。三、水-巖作用原理及模擬方法3.1水-巖作用基本原理水-巖作用是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物過程，涉及水與巖石之間的物質(zhì)交換、化學(xué)反應(yīng)以及能量傳遞，對巖石的性質(zhì)和地下水的化學(xué)成分產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。在陳村大壩壩址區(qū)，這種作用廣泛存在，深入理解其基本原理對于研究大壩的穩(wěn)定性和周邊地質(zhì)環(huán)境的演化至關(guān)重要。水-巖作用中的物理作用主要包括水的滲透、溶解和凍結(jié)等過程。水的滲透是指水通過巖石的孔隙、裂隙等通道進(jìn)入巖石內(nèi)部的過程，這一過程受巖石孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙連通性以及水力梯度等因素的影響。巖石的孔隙大小和分布不均勻，孔隙連通性差，水的滲透就會(huì)受到阻礙；而水力梯度越大，水的滲透速度就越快。水對巖石的溶解作用是指水分子與巖石中的礦物發(fā)生相互作用，使礦物的部分成分溶解進(jìn)入水中的過程。溶解作用的強(qiáng)弱與巖石的礦物組成、水的化學(xué)成分、溫度、壓力以及pH值等因素密切相關(guān)。在酸性條件下，水對碳酸鹽類巖石的溶解能力較強(qiáng)，容易形成溶洞和溶蝕裂隙；而在堿性條件下，某些礦物的溶解速度可能會(huì)減緩。在低溫環(huán)境下，巖石孔隙中的水會(huì)發(fā)生凍結(jié)，水結(jié)冰時(shí)體積膨脹，會(huì)對巖石產(chǎn)生巨大的壓力，導(dǎo)致巖石的結(jié)構(gòu)破壞，這種現(xiàn)象在高海拔或寒冷地區(qū)的大壩壩址區(qū)尤為明顯。化學(xué)作用是水-巖作用的重要組成部分，主要包括溶解、沉淀、水解、氧化還原和離子交換等化學(xué)反應(yīng)。溶解反應(yīng)是水與巖石礦物接觸后，礦物表面發(fā)生化學(xué)變化，導(dǎo)致礦物成分溶解于水的過程。其驅(qū)動(dòng)力包括化學(xué)勢差、溫度、壓力和溶液中離子濃度等因素。當(dāng)溶液中某種離子的濃度低于礦物溶解平衡時(shí)的濃度，化學(xué)勢差會(huì)促使礦物溶解，以達(dá)到新的平衡狀態(tài)。溫度升高通常會(huì)加快溶解反應(yīng)的速率，因?yàn)闇囟壬邥?huì)增加分子的動(dòng)能，使化學(xué)反應(yīng)更容易進(jìn)行。壓力的變化也會(huì)對溶解反應(yīng)產(chǎn)生影響，在高壓條件下，一些礦物的溶解度可能會(huì)發(fā)生改變。沉淀反應(yīng)則與溶解反應(yīng)相反，是溶液中的離子達(dá)到過飽和狀態(tài)時(shí)，相互結(jié)合形成固體礦物沉淀的過程。沉淀反應(yīng)的發(fā)生與溶液的過飽和度、溫度、pH值等因素有關(guān)。當(dāng)溶液的過飽和度達(dá)到一定程度時(shí)，離子會(huì)自發(fā)地結(jié)合形成晶核，晶核逐漸長大形成沉淀。溫度降低或pH值的改變可能會(huì)導(dǎo)致某些離子的溶解度降低，從而引發(fā)沉淀反應(yīng)。水解作用是水分子與巖石中的礦物發(fā)生反應(yīng)，使礦物分解，形成新的物質(zhì)的過程。硅酸鹽礦物在水中發(fā)生水解作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生硅酸和堿金屬離子。氧化還原反應(yīng)涉及電子的轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致巖石中某些元素的價(jià)態(tài)發(fā)生變化。在富含氧氣的地下水中，亞鐵離子可能會(huì)被氧化為鐵離子，從而改變巖石的顏色和性質(zhì)；而在缺氧環(huán)境下，高價(jià)態(tài)的金屬離子可能會(huì)被還原為低價(jià)態(tài)。離子交換作用是水中的離子與巖石中的離子發(fā)生交換，使巖石中的某些離子進(jìn)入水中，同時(shí)水中的離子進(jìn)入巖石的過程。離子交換作用受離子強(qiáng)度、pH值、溫度等因素的影響。在離子強(qiáng)度較高的溶液中，離子交換反應(yīng)更容易發(fā)生；pH值的變化會(huì)影響離子的活性，從而影響離子交換的速率。以陳村大壩壩址區(qū)的巖石為例，壩址區(qū)地層主要為上志留系太平組砂頁巖，其中石英細(xì)砂巖質(zhì)地堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，但在長期的水-巖作用下，石英細(xì)砂巖中的部分礦物也會(huì)發(fā)生溶解和蝕變。泥質(zhì)細(xì)砂巖和砂質(zhì)頁巖易風(fēng)化，在水的作用下，其礦物成分更容易發(fā)生變化。這些巖石中的礦物與地下水發(fā)生反應(yīng)，如長石類礦物在水解作用下會(huì)逐漸分解，產(chǎn)生黏土礦物和溶解物質(zhì)，這些溶解物質(zhì)進(jìn)入地下水，會(huì)改變地下水的化學(xué)成分。壩址區(qū)地下水中的鈣離子、鎂離子等可能來源于巖石中含鈣、鎂礦物的溶解；而地下水中的碳酸氫根離子則可能與巖石中的碳酸鹽礦物的溶解和水解有關(guān)。水-巖作用中的生物作用主要是微生物活動(dòng)對水和巖石的影響。微生物可以通過代謝活動(dòng)改變周圍環(huán)境的化學(xué)條件，促進(jìn)或抑制水-巖作用的進(jìn)行。一些微生物能夠氧化或還原巖石中的某些元素，影響元素的遷移和轉(zhuǎn)化；微生物分泌的有機(jī)酸和酶等物質(zhì)可以加速巖石的溶解和分解。在陳村大壩壩址區(qū)的巖石孔隙和裂隙中，可能存在著各種微生物群落，它們的活動(dòng)對水-巖作用的過程和結(jié)果產(chǎn)生著一定的影響，目前對于這方面的研究還相對較少，有待進(jìn)一步深入探索。3.2水-巖作用模擬方法概述水-巖作用模擬方法主要包括正向模擬和反向模擬，它們在原理、應(yīng)用場景和數(shù)據(jù)需求等方面存在差異，在陳村大壩壩址區(qū)水-巖作用模擬研究中都具有重要的應(yīng)用價(jià)值。正向模擬是依據(jù)假定的水-巖反應(yīng)來預(yù)測水的化學(xué)組分和質(zhì)量遷移。其原理基于化學(xué)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)理論，通過建立數(shù)學(xué)模型來描述水-巖作用過程中的化學(xué)反應(yīng)、物質(zhì)遷移和能量交換等。在正向模擬中，需要預(yù)先設(shè)定初始條件，包括水的化學(xué)成分、巖石的礦物組成、溫度、壓力等，以及假定的水-巖反應(yīng)類型和反應(yīng)速率常數(shù)等參數(shù)。根據(jù)這些設(shè)定條件，利用質(zhì)量守恒定律、化學(xué)平衡原理和化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，計(jì)算在一定時(shí)間和空間范圍內(nèi)水-巖作用后的水化學(xué)組成和礦物沉淀溶解情況。假設(shè)在陳村大壩壩址區(qū)，已知地下水中初始的鈣離子、碳酸根離子濃度，以及壩址區(qū)巖石中含有一定量的碳酸鈣礦物，通過正向模擬，可以預(yù)測在不同溫度和pH值條件下，碳酸鈣礦物的溶解或沉淀情況，以及地下水中鈣離子和碳酸根離子濃度的變化。正向模擬能夠幫助我們了解在給定條件下，水-巖作用的可能過程和結(jié)果，對于預(yù)測未來水-巖作用的發(fā)展趨勢具有重要意義。反向模擬則是依據(jù)觀測到的化學(xué)和同位素資料來確定系統(tǒng)中所進(jìn)行的水-巖反應(yīng)，也就是對觀測到的水化學(xué)資料做出解釋。其原理是基于質(zhì)量守恒和化學(xué)平衡原理，通過反演計(jì)算來確定導(dǎo)致當(dāng)前水化學(xué)狀態(tài)的水-巖反應(yīng)路徑和反應(yīng)量。在反向模擬中，需要獲取研究區(qū)域內(nèi)不同位置的地下水水樣的詳細(xì)化學(xué)分析數(shù)據(jù)，包括各種離子濃度、溶解氣體含量、同位素組成等，以及對巖石礦物組成和結(jié)構(gòu)的詳細(xì)了解。利用這些數(shù)據(jù)，通過建立數(shù)學(xué)模型，求解出使觀測到的水化學(xué)數(shù)據(jù)與模型計(jì)算結(jié)果相匹配的水-巖反應(yīng)組合和反應(yīng)程度。在陳村大壩壩址區(qū)，通過采集不同監(jiān)測點(diǎn)的地下水水樣，分析其中的化學(xué)組分，利用反向模擬可以推斷出地下水在運(yùn)移過程中與巖石發(fā)生了哪些反應(yīng)，如礦物的溶解、沉淀、離子交換等，以及這些反應(yīng)的相對貢獻(xiàn)大小。反向模擬能夠幫助我們深入了解水-巖作用的歷史過程和機(jī)制，為解釋當(dāng)前的地質(zhì)現(xiàn)象提供重要依據(jù)。在陳村大壩壩址區(qū)的模擬研究中，正向模擬和反向模擬都有其適用性。正向模擬適用于預(yù)測未來不同工況下壩址區(qū)水-巖作用的變化情況。在大壩進(jìn)行加固或改造工程時(shí)，可能會(huì)改變壩址區(qū)的水文地質(zhì)條件，如水位變化、水流速度改變等，通過正向模擬可以預(yù)測這些變化對水-巖作用的影響，為工程決策提供參考。它還可以用于研究不同因素對水-巖作用的敏感性，通過調(diào)整模擬參數(shù)，如溫度、壓力、巖石礦物組成等，分析這些因素的變化如何影響水-巖作用的過程和結(jié)果，從而確定影響水-巖作用的關(guān)鍵因素。反向模擬則更適合用于分析壩址區(qū)已有的水-巖作用過程和機(jī)制。通過對現(xiàn)有地下水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的反向模擬，可以揭示地下水的形成和演化過程，了解水-巖作用對地下水化學(xué)組成的影響。在分析壩址區(qū)地下水的污染來源時(shí)，反向模擬可以幫助確定污染物是來自巖石的溶解、人為排放還是其他來源，以及污染物在水-巖作用過程中的遷移轉(zhuǎn)化路徑。它還可以用于驗(yàn)證和校準(zhǔn)正向模擬模型，通過將反向模擬得到的水-巖反應(yīng)路徑和參數(shù)與正向模擬模型相結(jié)合，提高正向模擬的準(zhǔn)確性和可靠性。3.3常用模擬軟件及選擇依據(jù)在水-巖作用模擬領(lǐng)域，有多種模擬軟件可供選擇，其中PHREEQC、EQ3/6和Geochemist'sWorkbench等較為常用，它們各自具有獨(dú)特的功能特點(diǎn)和適用范圍。PHREEQC是一款由美國地質(zhì)調(diào)查局開發(fā)的地球化學(xué)模擬軟件，自上世紀(jì)80年代問世以來，不斷發(fā)展和完善，目前已成為全球礦業(yè)工程研究和實(shí)際工作中不可或缺的工具。它以離子聯(lián)系的水化學(xué)模型為基礎(chǔ)，具備強(qiáng)大的模擬能力。在陳村大壩壩址區(qū)水-巖作用模擬研究中，選擇PHREEQC軟件具有多方面的優(yōu)勢。從功能角度來看，PHREEQC能夠模擬多種復(fù)雜的地球化學(xué)過程，包括礦物的溶解與沉淀、離子交換、絡(luò)合反應(yīng)以及氣相交換等。在陳村大壩壩址區(qū)，巖石中的礦物成分復(fù)雜，水-巖作用涉及多種化學(xué)反應(yīng)，PHREEQC可以全面地考慮這些反應(yīng)過程，準(zhǔn)確地模擬地下水與巖石之間的物質(zhì)交換和化學(xué)反應(yīng)。它可以根據(jù)輸入的巖石礦物組成和地下水化學(xué)成分，計(jì)算在不同條件下礦物的溶解度和反應(yīng)速率，預(yù)測礦物的溶解和沉淀情況，以及地下水中離子濃度的變化。在準(zhǔn)確性方面，PHREEQC采用熱力學(xué)平衡模型來模擬水化學(xué)反應(yīng)，其核心算法基于Pitzer活度系數(shù)模型，這使得它在處理高鹽度溶液和多組分系統(tǒng)時(shí)表現(xiàn)尤為出色。陳村大壩壩址區(qū)的地下水化學(xué)成分復(fù)雜，可能含有多種離子和溶解物質(zhì)，屬于多組分系統(tǒng)。PHREEQC能夠精確地計(jì)算離子活度系數(shù)，考慮離子之間的相互作用，從而更準(zhǔn)確地模擬水-巖作用過程中的化學(xué)平衡和物質(zhì)遷移。它還擁有廣泛的化學(xué)數(shù)據(jù)庫，包含大量的熱力學(xué)數(shù)據(jù)和礦物性質(zhì)信息，這些數(shù)據(jù)為模擬提供了可靠的基礎(chǔ)，能夠提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。從靈活性角度考慮，PHREEQC提供了一種模塊化的方法來進(jìn)行模擬，用戶可以根據(jù)研究需求獨(dú)立地選擇反應(yīng)模塊。在陳村大壩壩址區(qū)的研究中，不同區(qū)域的水-巖作用可能存在差異，研究人員可以根據(jù)具體情況選擇合適的反應(yīng)模塊，如在研究壩基區(qū)域時(shí)，重點(diǎn)考慮礦物溶解和離子交換模塊；在研究庫區(qū)周邊時(shí)，考慮氣相交換和絡(luò)合反應(yīng)模塊等，從而更靈活地進(jìn)行模擬研究。它還可以與其他軟件或模型進(jìn)行耦合，進(jìn)一步拓展其模擬能力?？梢耘c地下水流動(dòng)模型耦合，同時(shí)考慮地下水的流動(dòng)和水-巖化學(xué)作用，更真實(shí)地模擬壩址區(qū)的水文地質(zhì)過程。EQ3/6軟件也是一款應(yīng)用較為廣泛的地球化學(xué)模擬軟件，它主要側(cè)重于平衡態(tài)的地球化學(xué)模擬，在處理復(fù)雜礦物體系的平衡計(jì)算方面具有一定優(yōu)勢。對于一些需要精確計(jì)算礦物平衡組成和反應(yīng)熱力學(xué)的研究，EQ3/6可能更為適用。然而，在陳村大壩壩址區(qū)的模擬研究中，僅僅考慮平衡態(tài)是不夠的，還需要考慮水-巖作用過程中的動(dòng)態(tài)變化，如礦物的溶解和沉淀速率、離子交換的動(dòng)力學(xué)過程等，EQ3/6在這方面的功能相對較弱。Geochemist'sWorkbench是一款功能強(qiáng)大的地球化學(xué)模擬軟件包，它提供了豐富的功能和工具，包括地球化學(xué)模型構(gòu)建、數(shù)據(jù)分析和可視化等。該軟件在處理復(fù)雜的地球化學(xué)系統(tǒng)和進(jìn)行多尺度模擬方面具有一定的優(yōu)勢。它的操作相對復(fù)雜，學(xué)習(xí)成本較高，對于一些研究人員來說可能存在一定的使用門檻。在陳村大壩壩址區(qū)的模擬研究中，需要考慮到研究團(tuán)隊(duì)的技術(shù)水平和時(shí)間成本，PHREEQC相對簡潔的操作界面和較為成熟的應(yīng)用案例，使其更適合本次研究。四、陳村大壩壩址區(qū)水-巖作用模擬過程4.1數(shù)據(jù)收集與整理在陳村大壩壩址區(qū)水-巖作用模擬研究中，數(shù)據(jù)收集與整理是基礎(chǔ)且關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。數(shù)據(jù)收集工作涵蓋了多個(gè)方面，旨在全面獲取與壩址區(qū)水-巖作用相關(guān)的各類信息。在巖石礦物成分?jǐn)?shù)據(jù)收集方面，對壩址區(qū)不同地層、不同位置的巖石進(jìn)行了系統(tǒng)采樣。通過X射線衍射分析（XRD）技術(shù)，精確測定巖石中各種礦物的種類和含量。對壩址區(qū)的上志留系太平組砂頁巖進(jìn)行分析，確定其中石英細(xì)砂巖、泥質(zhì)細(xì)砂巖及砂質(zhì)頁巖的礦物組成，如石英細(xì)砂巖中石英的含量約為70%-80%，還含有少量的長石、云母等礦物；泥質(zhì)細(xì)砂巖和砂質(zhì)頁巖中則富含黏土礦物，如蒙脫石、伊利石等。利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察巖石的微觀結(jié)構(gòu)，包括礦物顆粒的大小、形狀、排列方式以及孔隙和裂隙的發(fā)育情況，為后續(xù)分析水-巖作用的微觀機(jī)制提供依據(jù)。在壩基巖石的微觀結(jié)構(gòu)觀察中，發(fā)現(xiàn)巖石中的孔隙和裂隙多呈不規(guī)則狀，大小不一，且部分孔隙和裂隙相互連通，這些微觀結(jié)構(gòu)特征對水在巖石中的滲透和水-巖作用的進(jìn)行有著重要影響。地下水水質(zhì)數(shù)據(jù)收集同樣至關(guān)重要。在壩址區(qū)及周邊設(shè)置了多個(gè)地下水監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)的分布充分考慮了地形、地質(zhì)條件以及地下水的流向等因素，以確保能夠全面反映壩址區(qū)地下水的水質(zhì)特征。定期采集地下水水樣，運(yùn)用離子色譜儀、原子吸收光譜儀等先進(jìn)分析儀器，對水樣中的陽離子（鉀離子、鈉離子、鈣離子、鎂離子等）、陰離子（氯離子、硫酸根離子、碳酸根離子、碳酸氫根離子等）、微量元素（鐵、錳、銅、鋅等）以及溶解氣體（氧氣、二氧化碳等）的含量進(jìn)行精確測定。在某一監(jiān)測點(diǎn)采集的地下水水樣分析結(jié)果顯示，陽離子中鈣離子的濃度為50-80mg/L，鈉離子濃度為20-30mg/L；陰離子中碳酸氫根離子濃度較高，約為150-200mg/L，硫酸根離子濃度相對較低，為10-20mg/L。同時(shí)，記錄各監(jiān)測點(diǎn)的地下水水位、水溫等參數(shù)，以分析這些因素對地下水水質(zhì)的影響。在夏季，由于氣溫升高，部分監(jiān)測點(diǎn)的地下水水溫上升，導(dǎo)致水中溶解氧含量略有下降，同時(shí)某些礦物的溶解速度加快，使得地下水中鈣離子、鎂離子等濃度有所增加。除了巖石礦物成分和地下水水質(zhì)數(shù)據(jù)，還收集了壩址區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造信息，包括斷層、褶皺的分布、走向和規(guī)模等；水文氣象數(shù)據(jù)，如降水量、蒸發(fā)量、徑流量、氣溫等；以及大壩的運(yùn)行資料，如水位變化、放水記錄等。這些數(shù)據(jù)從不同角度反映了壩址區(qū)的環(huán)境條件和工程狀況，對水-巖作用模擬研究具有重要的參考價(jià)值。壩址區(qū)的一條斷層走向?yàn)镹E-SW向，長度約為500米，該斷層的存在影響了地下水的流動(dòng)路徑和水-巖作用的區(qū)域分布；多年平均降水量數(shù)據(jù)對于分析降水對地下水補(bǔ)給以及水-巖作用的影響具有重要意義，降水通過入滲補(bǔ)給地下水，改變地下水的水位和水質(zhì)，進(jìn)而影響水-巖作用的強(qiáng)度和方向。在收集到大量數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、校對和預(yù)處理。篩選數(shù)據(jù)時(shí)，去除明顯異常的數(shù)據(jù)點(diǎn)。對于地下水水質(zhì)數(shù)據(jù)中，某一監(jiān)測點(diǎn)的某離子濃度出現(xiàn)明顯偏離其他監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)范圍的情況，需要對該數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)。通過檢查采樣過程是否規(guī)范、分析儀器是否正常運(yùn)行等，確定異常數(shù)據(jù)的產(chǎn)生原因。若無法確定合理原因，則將該異常數(shù)據(jù)剔除，以保證數(shù)據(jù)的可靠性。校對數(shù)據(jù)時(shí)，對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性進(jìn)行檢查。將不同來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，如將地下水水質(zhì)數(shù)據(jù)與地質(zhì)構(gòu)造信息相結(jié)合，檢查地下水水質(zhì)的變化是否與地質(zhì)構(gòu)造特征相符。在某一斷層附近的監(jiān)測點(diǎn)，若地下水中某些離子濃度異常升高，需要進(jìn)一步分析是否是由于斷層導(dǎo)致巖石破碎，使得巖石中的礦物更容易溶解進(jìn)入地下水，從而驗(yàn)證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。預(yù)處理數(shù)據(jù)主要包括數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和歸一化處理。將不同單位和量級的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)形式，以便于后續(xù)的分析和模擬。對于巖石礦物成分?jǐn)?shù)據(jù)中不同礦物含量的表示方式進(jìn)行統(tǒng)一，將地下水水質(zhì)數(shù)據(jù)中的各種離子濃度等數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，消除數(shù)據(jù)量綱的影響，使不同類型的數(shù)據(jù)能夠在同一基礎(chǔ)上進(jìn)行分析和比較，提高數(shù)據(jù)處理和模擬的精度。4.2模型建立與參數(shù)設(shè)置在完成數(shù)據(jù)收集與整理后，基于地球化學(xué)熱力學(xué)的基本理論以及水溶平衡理論，構(gòu)建適用于陳村大壩壩址區(qū)水-巖作用模擬的水文地球化學(xué)反向模擬模型。從理論基礎(chǔ)來看，地球化學(xué)熱力學(xué)為理解水-巖作用中的化學(xué)反應(yīng)提供了關(guān)鍵依據(jù)。在水-巖作用過程中，化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生遵循化學(xué)平衡原理，即化學(xué)反應(yīng)會(huì)朝著使系統(tǒng)吉布斯自由能降低的方向進(jìn)行，直至達(dá)到平衡狀態(tài)。對于水與巖石中礦物的溶解反應(yīng)，當(dāng)?shù)V物溶解產(chǎn)生的離子在溶液中的濃度達(dá)到一定程度，使得溶解反應(yīng)的吉布斯自由能變化為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡，此時(shí)礦物的溶解和沉淀速率相等。水溶平衡理論則關(guān)注水中各種溶解物質(zhì)的平衡狀態(tài)和相互關(guān)系。在陳村大壩壩址區(qū)的地下水中，存在著多種離子和溶解物質(zhì)，它們之間會(huì)發(fā)生絡(luò)合、離子交換等反應(yīng)，這些反應(yīng)的平衡狀態(tài)決定了地下水的化學(xué)成分和性質(zhì)。鈣離子在地下水中可能與碳酸根離子形成碳酸鈣沉淀，當(dāng)溶液中鈣離子和碳酸根離子的濃度滿足一定的平衡關(guān)系時(shí)，碳酸鈣的溶解和沉淀達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在模型構(gòu)建過程中，充分考慮陳村大壩壩址區(qū)的實(shí)際地質(zhì)條件和水-巖作用特點(diǎn)。壩址區(qū)地層主要為上志留系太平組砂頁巖，巖石礦物組成復(fù)雜，包括石英、長石、黏土礦物等。這些礦物在水-巖作用中具有不同的反應(yīng)活性和行為。石英相對穩(wěn)定，在一般條件下不易與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；而長石和黏土礦物則較為活潑，容易與水發(fā)生水解、溶解等反應(yīng)。模型中詳細(xì)設(shè)定了各種礦物與水的反應(yīng)方程式，以準(zhǔn)確描述水-巖作用過程。對于長石的水解反應(yīng)，設(shè)定反應(yīng)方程式為：2KAlSi_{3}O_{8}+2H_{2}O+2H^{+}\rightleftharpoonsAl_{2}Si_{2}O_{5}(OH)_{4}+4SiO_{2}+2K^{+}，通過這個(gè)反應(yīng)方程式，可以計(jì)算在不同條件下長石的溶解量以及反應(yīng)產(chǎn)生的離子濃度變化。模型中考慮了多種水-巖作用過程，如礦物的溶解與沉淀、離子交換、絡(luò)合反應(yīng)等。在礦物溶解與沉淀方面，根據(jù)質(zhì)量作用定律，建立了礦物溶解平衡方程。對于方解石（CaCO_{3}）的溶解平衡，其方程為：CaCO_{3}(s)+H_{2}O+CO_{2}(aq)\rightleftharpoonsCa^{2+}(aq)+2HCO_{3}^{-}(aq)，通過該方程可以計(jì)算方解石在不同CO_{2}分壓和pH值條件下的溶解或沉淀情況。在離子交換過程中，考慮了地下水中常見離子（如Ca^{2+}、Mg^{2+}、Na^{+}等）與巖石表面離子的交換反應(yīng)，根據(jù)離子交換平衡常數(shù)和離子濃度，計(jì)算離子交換的程度和方向。在絡(luò)合反應(yīng)方面，考慮了金屬離子與水中配體（如OH^{-}、Cl^{-}等）形成絡(luò)合物的過程，通過絡(luò)合平衡常數(shù)和相關(guān)離子濃度，確定絡(luò)合物的生成量和穩(wěn)定性。為了使模型能夠準(zhǔn)確模擬壩址區(qū)的水-巖作用，合理設(shè)置了一系列關(guān)鍵參數(shù)。溫度參數(shù)設(shè)置為壩址區(qū)多年平均氣溫15.7^{\circ}C，這是因?yàn)闇囟葘λ?巖作用的化學(xué)反應(yīng)速率有著重要影響。在這個(gè)溫度下，水與巖石之間的化學(xué)反應(yīng)速率相對穩(wěn)定，能夠反映壩址區(qū)的實(shí)際水-巖作用情況。壓力參數(shù)則根據(jù)壩址區(qū)的地質(zhì)條件和地下水水位，設(shè)置為相應(yīng)的靜水壓力。在壩基深部，地下水承受的壓力較大，根據(jù)水力學(xué)原理，計(jì)算出該區(qū)域的靜水壓力，并將其作為模型中的壓力參數(shù)。對于巖石礦物成分參數(shù)，根據(jù)前期收集的巖石礦物分析數(shù)據(jù)，精確設(shè)定了各種礦物的含量和比例。在壩址區(qū)的砂頁巖中，石英的含量約為70\%-80\%，長石含量為10\%-20\%，黏土礦物含量為5\%-15\%，將這些參數(shù)準(zhǔn)確輸入模型，以保證模型能夠真實(shí)反映巖石的礦物組成對水-巖作用的影響。地下水水質(zhì)參數(shù)設(shè)置則依據(jù)采集的地下水水樣分析結(jié)果，詳細(xì)設(shè)定了地下水中各種離子（如Ca^{2+}、Mg^{2+}、Na^{+}、Cl^{-}、SO_{4}^{2-}、HCO_{3}^{-}等）的初始濃度。在某監(jiān)測點(diǎn)采集的地下水水樣中，Ca^{2+}濃度為50-80mg/L，Mg^{2+}濃度為20-30mg/L，將這些實(shí)際測量的濃度值作為模型的初始參數(shù)，能夠使模型更準(zhǔn)確地模擬地下水的化學(xué)組成和水-巖作用過程中水質(zhì)的變化。4.3模擬結(jié)果分析與討論通過對建立的水文地球化學(xué)反向模擬模型進(jìn)行求解，得到了陳村大壩壩址區(qū)水-巖作用的模擬結(jié)果，包括水化學(xué)組分變化、礦物溶解沉淀等情況，對這些結(jié)果的深入分析有助于揭示水-巖作用的過程和影響因素。從水化學(xué)組分變化來看，模擬結(jié)果顯示地下水中多種離子濃度發(fā)生了顯著變化。鈣離子濃度在模擬過程中呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。在模擬初期，由于巖石中含鈣礦物（如方解石、石膏等）的溶解，大量鈣離子進(jìn)入地下水，使得鈣離子濃度迅速升高。隨著水-巖作用的持續(xù)進(jìn)行，地下水中的鈣離子與其他離子發(fā)生反應(yīng)，如與碳酸根離子結(jié)合形成碳酸鈣沉淀，導(dǎo)致鈣離子濃度逐漸降低。這表明水-巖作用中的溶解和沉淀反應(yīng)是相互制約的，共同影響著地下水中離子濃度的變化。鈉離子濃度相對較為穩(wěn)定，但在某些區(qū)域也出現(xiàn)了一定程度的波動(dòng)。這可能與巖石中鈉長石等含鈉礦物的溶解以及離子交換反應(yīng)有關(guān)。在一些斷層附近，由于巖石破碎，鈉長石更容易與地下水接觸發(fā)生溶解，使得該區(qū)域地下水中鈉離子濃度略有升高；而在離子交換反應(yīng)活躍的區(qū)域，鈉離子可能與其他陽離子發(fā)生交換，導(dǎo)致其濃度出現(xiàn)波動(dòng)。氯離子濃度總體變化不大，但在靠近庫區(qū)的部分監(jiān)測點(diǎn)，氯離子濃度有輕微上升的趨勢。這可能是由于庫區(qū)水體中的氯離子通過滲透作用進(jìn)入地下水，或者是受到人類活動(dòng)的影響，如周邊農(nóng)田灌溉使用含氯化肥，使得部分氯離子隨著降水入滲進(jìn)入地下水。在礦物溶解沉淀方面，模擬結(jié)果表明壩址區(qū)巖石中的多種礦物參與了水-巖作用過程。方解石的溶解在水-巖作用中較為顯著。在酸性地下水的作用下，方解石發(fā)生溶解反應(yīng)，其反應(yīng)方程式為CaCO_{3}+2H^{+}\rightleftharpoonsCa^{2+}+H_{2}O+CO_{2}\uparrow。隨著水-巖作用的進(jìn)行，方解石的溶解量逐漸增加，導(dǎo)致地下水中鈣離子和碳酸根離子濃度升高。當(dāng)水的化學(xué)條件發(fā)生變化，如pH值升高或鈣離子濃度過高時(shí)，會(huì)促使碳酸鈣沉淀反應(yīng)的發(fā)生，使得方解石重新沉淀。長石類礦物的水解作用也對水-巖作用產(chǎn)生重要影響。以鉀長石為例，其水解反應(yīng)方程式為2KAlSi_{3}O_{8}+2H_{2}O+2H^{+}\rightleftharpoonsAl_{2}Si_{2}O_{5}(OH)_{4}+4SiO_{2}+2K^{+}。通過模擬可知，鉀長石在水的作用下逐漸水解，產(chǎn)生黏土礦物（如高嶺石Al_{2}Si_{2}O_{5}(OH)_{4}）和溶解物質(zhì)（如鉀離子、硅酸等）。黏土礦物的生成改變了巖石的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，使其孔隙度增加，滲透性增強(qiáng)，進(jìn)一步促進(jìn)了水-巖作用的進(jìn)行；而溶解物質(zhì)進(jìn)入地下水，改變了地下水的化學(xué)成分，增加了水中鉀離子和硅酸的濃度。影響水-巖作用的因素眾多，其中溫度、pH值和巖石礦物組成是較為關(guān)鍵的因素。溫度對水-巖作用的化學(xué)反應(yīng)速率有著顯著影響。在模擬過程中，適當(dāng)提高溫度，水與巖石之間的化學(xué)反應(yīng)速率明顯加快。溫度升高10℃，方解石的溶解速率約提高2-3倍。這是因?yàn)闇囟壬邥?huì)增加分子的動(dòng)能，使化學(xué)反應(yīng)更容易進(jìn)行，更多的礦物分子能夠克服反應(yīng)活化能，從而加速了溶解和沉淀等反應(yīng)的進(jìn)程。pH值對水-巖作用的方向和程度也有著重要影響。當(dāng)pH值較低，即地下水呈酸性時(shí)，有利于巖石中礦物的溶解。在酸性條件下，氫離子濃度較高，能夠與巖石中的礦物發(fā)生反應(yīng)，破壞礦物的晶體結(jié)構(gòu)，使其溶解進(jìn)入地下水。方解石在酸性條件下的溶解反應(yīng)會(huì)更加劇烈，導(dǎo)致地下水中鈣離子和碳酸根離子濃度大幅增加。而當(dāng)pH值較高，呈堿性時(shí)，某些礦物的溶解速度會(huì)減緩，甚至可能發(fā)生沉淀反應(yīng)。在堿性條件下，鈣離子和碳酸根離子更容易結(jié)合形成碳酸鈣沉淀，從而降低地下水中這兩種離子的濃度。巖石礦物組成是影響水-巖作用的內(nèi)在因素。不同的礦物具有不同的化學(xué)性質(zhì)和反應(yīng)活性，因此在水-巖作用中表現(xiàn)出不同的行為。壩址區(qū)巖石中石英相對穩(wěn)定，在一般的水-巖作用條件下不易與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；而長石、方解石等礦物則較為活潑，容易與水發(fā)生水解、溶解等反應(yīng)。巖石中礦物的含量和分布也會(huì)影響水-巖作用的強(qiáng)度和范圍。在石英含量較高的區(qū)域，水-巖作用相對較弱，因?yàn)槭⒌姆€(wěn)定性限制了水與巖石之間的化學(xué)反應(yīng)；而在長石和方解石含量較高的區(qū)域，水-巖作用則較為強(qiáng)烈，會(huì)導(dǎo)致地下水化學(xué)成分和巖石性質(zhì)發(fā)生明顯變化。五、影響陳村大壩壩址區(qū)水-巖作用的因素分析5.1地質(zhì)因素地質(zhì)因素在陳村大壩壩址區(qū)水-巖作用中起著基礎(chǔ)性和決定性的作用，其中巖石類型、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造以及裂隙發(fā)育程度等方面對水-巖作用的進(jìn)程和結(jié)果有著顯著影響。陳村大壩壩址區(qū)地層主要為上志留系太平組砂頁巖，這種巖石類型具有獨(dú)特的礦物組成和物理化學(xué)性質(zhì)，對水-巖作用產(chǎn)生了重要影響。石英細(xì)砂巖質(zhì)地堅(jiān)硬，其主要礦物成分為石英，石英的化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定，在一般的水-巖作用條件下，不易與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這使得石英細(xì)砂巖在壩址區(qū)能夠?qū)λ?巖作用起到一定的阻礙作用，限制了水在巖石中的滲透和擴(kuò)散，減緩了水-巖作用的進(jìn)程。在壩基部分區(qū)域，石英細(xì)砂巖的存在使得地下水的流動(dòng)受到一定程度的阻擋，降低了水與其他巖石礦物的接觸機(jī)會(huì)，從而減少了化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。泥質(zhì)細(xì)砂巖和砂質(zhì)頁巖易風(fēng)化，這是由于它們含有較多的黏土礦物，如蒙脫石、伊利石等。這些黏土礦物具有較大的比表面積和較強(qiáng)的親水性，容易與水發(fā)生物理和化學(xué)作用。在水的長期作用下，泥質(zhì)細(xì)砂巖和砂質(zhì)頁巖中的黏土礦物會(huì)發(fā)生膨脹、分散等物理變化，導(dǎo)致巖石的結(jié)構(gòu)變得疏松，孔隙度增大。它們還會(huì)與水中的化學(xué)成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如黏土礦物中的某些陽離子會(huì)與水中的氫離子發(fā)生交換反應(yīng)，改變巖石的化學(xué)成分和性質(zhì)。在壩址區(qū)的兩壩頭部位，由于長期暴露和風(fēng)化作用，泥質(zhì)細(xì)砂巖和砂質(zhì)頁巖比較破碎，這使得水更容易侵入巖石內(nèi)部，增加了水與巖石的接觸面積，從而加速了水-巖作用的進(jìn)行。破碎的巖石中形成了更多的孔隙和裂隙，為水的流動(dòng)提供了通道，使得地下水能夠更順暢地在巖石中運(yùn)移，促進(jìn)了水與巖石礦物之間的化學(xué)反應(yīng)。巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造同樣對水-巖作用有著不可忽視的影響。壩址區(qū)巖石的礦物顆粒大小、排列方式以及孔隙和裂隙的分布等結(jié)構(gòu)特征，直接影響著水在巖石中的滲透和擴(kuò)散。在礦物顆粒較小、排列緊密的巖石區(qū)域，水的滲透阻力較大，水-巖作用相對較弱；而在礦物顆粒較大、排列疏松且孔隙和裂隙較多的區(qū)域，水能夠更容易地滲透進(jìn)入巖石內(nèi)部，增加了水與巖石礦物的接觸機(jī)會(huì)，從而促進(jìn)了水-巖作用的進(jìn)行。壩址區(qū)部分巖石中存在著大量的微裂隙，這些微裂隙相互連通，形成了復(fù)雜的裂隙網(wǎng)絡(luò)，使得地下水能夠在其中快速流動(dòng)，加速了水-巖作用的進(jìn)程。地質(zhì)構(gòu)造如斷層、褶皺等對水-巖作用的影響也十分顯著。斷層的存在破壞了巖石的連續(xù)性，使得巖石的強(qiáng)度降低，增加了巖體的滲透性。在陳村大壩壩址區(qū)，存在多條斷層，這些斷層為地下水的流動(dòng)提供了通道，使得地下水能夠沿著斷層帶快速運(yùn)移，擴(kuò)大了水-巖作用的范圍。斷層帶附近的巖石破碎，礦物顆粒之間的連接被破壞，使得巖石更容易與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在一條斷層附近，由于地下水的長期作用，巖石中的礦物發(fā)生了明顯的溶解和蝕變，導(dǎo)致地下水中的離子濃度發(fā)生了顯著變化。褶皺構(gòu)造改變了巖石的產(chǎn)狀和應(yīng)力分布，對水-巖作用也產(chǎn)生了重要影響。在褶皺的軸部，巖石受到拉伸和擠壓作用，裂隙發(fā)育，巖石破碎，水-巖作用相對強(qiáng)烈；而在褶皺的翼部，巖石相對完整，水-巖作用相對較弱。褶皺還會(huì)影響地下水的流動(dòng)方向和水位分布，從而間接影響水-巖作用的進(jìn)程。在壩址區(qū)的一個(gè)褶皺構(gòu)造區(qū)域，地下水在褶皺的影響下，流向發(fā)生了改變，使得水-巖作用在不同部位呈現(xiàn)出不同的強(qiáng)度和特征。裂隙發(fā)育程度是影響水-巖作用的關(guān)鍵因素之一。壩址區(qū)巖石節(jié)理裂隙十分發(fā)育，分布普遍。裂隙為水的滲透和巖石與水之間的物質(zhì)交換提供了通道，大大促進(jìn)了水-巖作用的進(jìn)行。裂隙的存在增加了巖石的比表面積，使得水與巖石的接觸面積增大，從而加速了化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。在裂隙發(fā)育的區(qū)域，水能夠更迅速地滲透進(jìn)入巖石內(nèi)部，溶解巖石中的礦物，導(dǎo)致巖石的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生改變。裂隙還為微生物的生存和繁殖提供了空間，微生物的活動(dòng)進(jìn)一步促進(jìn)了水-巖作用的進(jìn)行。一些微生物能夠分泌有機(jī)酸和酶等物質(zhì)，加速巖石的溶解和分解，從而改變水-巖作用的產(chǎn)物和過程。5.2水文因素水文因素在陳村大壩壩址區(qū)水-巖作用中扮演著重要角色，地下水水位、流速和流向等因素對水-巖作用的進(jìn)程和結(jié)果有著顯著影響，不同的水力條件會(huì)導(dǎo)致水-巖作用的反應(yīng)存在明顯差異。地下水水位的變化是影響水-巖作用的關(guān)鍵水文因素之一。在陳村大壩壩址區(qū)，地下水水位存在明顯的季節(jié)性變化，雨季和汛期水位上升，旱季和枯水期水位下降。當(dāng)水位上升時(shí)，巖石與水的接觸面積增大，更多的巖石表面暴露在水中，為水-巖作用提供了更廣闊的反應(yīng)界面。在水位上升區(qū)域，巖石中的礦物與水發(fā)生溶解、水解等反應(yīng)的機(jī)會(huì)增加，導(dǎo)致地下水中的離子濃度發(fā)生變化。水位上升使得地下水中的鈣離子濃度升高，這可能是由于巖石中含鈣礦物在水的作用下溶解進(jìn)入地下水所致。水位上升還會(huì)使巖石孔隙中的水壓力增大，對巖石產(chǎn)生一定的膨脹力，可能導(dǎo)致巖石的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，進(jìn)一步促進(jìn)水-巖作用的進(jìn)行。相反，當(dāng)水位下降時(shí)，部分巖石暴露在空氣中，經(jīng)歷氧化和風(fēng)干等作用。暴露的巖石表面會(huì)發(fā)生物理和化學(xué)變化，如表面的礦物可能會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，改變巖石的顏色和性質(zhì)；水分的蒸發(fā)會(huì)使巖石孔隙中的鹽分濃縮，導(dǎo)致礦物的沉淀和結(jié)晶，從而改變巖石的孔隙結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。在水位下降區(qū)域，巖石的孔隙度可能會(huì)減小，滲透性降低，這會(huì)影響地下水的流動(dòng)和水-巖作用的進(jìn)一步進(jìn)行。水位下降還會(huì)導(dǎo)致巖石中的有效應(yīng)力增加，可能引發(fā)巖石的收縮和開裂，為后續(xù)的水-巖作用創(chuàng)造更有利的條件。地下水的流速對水-巖作用也有著重要影響。流速較快時(shí)，水與巖石的接觸時(shí)間相對較短，但水流的沖刷作用較強(qiáng)?？焖倭鲃?dòng)的地下水能夠攜帶更多的溶解物質(zhì)和碎屑物質(zhì)，對巖石表面產(chǎn)生較強(qiáng)的沖刷力，可能導(dǎo)致巖石表面的礦物顆粒被剝離，加速巖石的侵蝕過程。在流速較快的區(qū)域，巖石表面的磨損較為明顯，巖石的粗糙度增加，這進(jìn)一步增加了水與巖石的接觸面積，促進(jìn)了水-巖作用的進(jìn)行。快速流動(dòng)的地下水還能夠及時(shí)帶走反應(yīng)產(chǎn)物，保持反應(yīng)界面的活性，有利于化學(xué)反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行。當(dāng)?shù)叵滤魉佥^慢時(shí)，水與巖石的接觸時(shí)間延長，化學(xué)反應(yīng)有更充分的時(shí)間進(jìn)行。在流速較慢的區(qū)域，水與巖石之間的溶解、沉淀、離子交換等反應(yīng)能夠達(dá)到更接近平衡的狀態(tài)。地下水中的離子濃度變化相對較為緩慢，礦物的溶解和沉淀過程也更加穩(wěn)定。流速較慢的地下水可能會(huì)導(dǎo)致某些礦物在巖石孔隙中逐漸沉淀，堵塞孔隙，降低巖石的滲透性，從而影響水-巖作用的進(jìn)一步發(fā)展。地下水的流向決定了水與巖石的接觸路徑和作用區(qū)域。在陳村大壩壩址區(qū)，地下水總體上從地勢較高的區(qū)域向地勢較低的區(qū)域流動(dòng)，即從山區(qū)向河谷和庫區(qū)流動(dòng)。在流動(dòng)過程中，地下水與不同類型的巖石接觸，發(fā)生不同類型的水-巖作用。當(dāng)?shù)叵滤畯纳絽^(qū)流向河谷時(shí)，首先會(huì)與山區(qū)的巖石接觸，這些巖石可能含有較多的長石、石英等礦物，地下水與這些礦物發(fā)生水解、溶解等反應(yīng)，改變了地下水的化學(xué)成分。當(dāng)?shù)叵滤^續(xù)流向庫區(qū)時(shí)，又會(huì)與庫區(qū)周邊的巖石接觸，這些巖石可能受到庫區(qū)水體的影響，具有不同的礦物組成和物理化學(xué)性質(zhì)，地下水與它們發(fā)生的水-巖作用也會(huì)有所不同。在庫區(qū)周邊，由于水體的存在，巖石可能處于飽水狀態(tài)，水-巖作用更加復(fù)雜，除了溶解、沉淀等反應(yīng)外，還可能發(fā)生氧化還原、生物作用等。不同流向的地下水在水-巖作用過程中還可能發(fā)生混合，進(jìn)一步改變水的化學(xué)成分和水-巖作用的結(jié)果。在不同流向的地下水交匯區(qū)域，由于水的化學(xué)成分和物理性質(zhì)存在差異，會(huì)發(fā)生離子交換、中和等反應(yīng)，導(dǎo)致地下水中的離子濃度和酸堿度發(fā)生變化，從而影響水-巖作用的方向和程度。5.3氣候因素氣候因素在陳村大壩壩址區(qū)水-巖作用中扮演著重要角色，降水、溫度和蒸發(fā)等氣象條件通過不同的方式影響著水-巖作用的進(jìn)程和結(jié)果。降水是影響水-巖作用的重要?dú)夂蛞蛩刂?。陳村大壩壩址區(qū)多年平均年降水量達(dá)到1756.9毫米，降水充沛且季節(jié)分配不均。大量的降水使得地表水豐富，雨水通過地表徑流的形式匯入青弋江以及庫區(qū)，增加了庫區(qū)的蓄水量，同時(shí)也加大了地表水對巖石的沖刷和侵蝕作用。在雨季，強(qiáng)降雨導(dǎo)致地表徑流迅速增大，水流攜帶的泥沙和碎屑物質(zhì)對巖石表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖刷，可能使巖石表面的礦物顆粒被剝離，加速巖石的物理風(fēng)化過程。降水還會(huì)通過入滲的方式補(bǔ)充地下水，使得地下水水位上升。在降水入滲過程中，雨水與土壤和巖石中的礦物發(fā)生相互作用，溶解其中的部分物質(zhì)，改變了地下水的化學(xué)成分。降水中的酸性物質(zhì)（如碳酸、硫酸等）會(huì)與巖石中的堿性礦物發(fā)生中和反應(yīng)，促進(jìn)礦物的溶解，使地下水中的離子濃度增加。降水還會(huì)影響水-巖作用的范圍和強(qiáng)度。在降水較多的區(qū)域，水-巖作用更為活躍，巖石的風(fēng)化和侵蝕程度相對較高；而在降水較少的區(qū)域，水-巖作用相對較弱。溫度對水-巖作用的化學(xué)反應(yīng)速率有著顯著影響。壩址區(qū)多年平均氣溫約為15.7℃，這種相對穩(wěn)定的溫度條件在一定程度上決定了水-巖作用的反應(yīng)速率。根據(jù)化學(xué)動(dòng)力學(xué)原理，溫度升高會(huì)增加分子的動(dòng)能，使化學(xué)反應(yīng)更容易進(jìn)行。在溫度較高的夏季，水與巖石之間的化學(xué)反應(yīng)速率加快，礦物的溶解和沉淀反應(yīng)更為活躍。溫度升高10℃，某些礦物的溶解速率可能會(huì)提高2-3倍。這是因?yàn)檩^高的溫度能夠提供更多的能量，使礦物分子能夠克服反應(yīng)活化能，從而加速了化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程。溫度還會(huì)影響水的物理性質(zhì)，如粘度和密度。溫度升高，水的粘度降低，流動(dòng)性增強(qiáng)，這有利于水在巖石孔隙和裂隙中的滲透和擴(kuò)散，增加了水與巖石礦物的接觸機(jī)會(huì)，進(jìn)一步促進(jìn)了水-巖作用的進(jìn)行。而在冬季，溫度較低，水-巖作用的化學(xué)反應(yīng)速率相對較慢，一些反應(yīng)可能會(huì)受到抑制。在低溫條件下，礦物的溶解速度減緩，沉淀反應(yīng)也可能變得不那么明顯，這使得水-巖作用的進(jìn)程相對較為緩慢。蒸發(fā)作用同樣對水-巖作用產(chǎn)生重要影響。陳村大壩壩址區(qū)多年平均蒸發(fā)量約為1300-1400毫米，在蒸發(fā)過程中，水中的鹽分和溶解物質(zhì)會(huì)逐漸濃縮。當(dāng)這些濃縮后的溶液與巖石接觸時(shí)，可能會(huì)引發(fā)礦物的沉淀和結(jié)晶，改變巖石的孔隙結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。在干旱季節(jié)，隨著蒸發(fā)量的增加，地下水位下降，巖石中的孔隙水被排出，導(dǎo)致巖石的有效應(yīng)力增加，可能引發(fā)巖石的收縮和開裂，進(jìn)一步促進(jìn)水-巖作用的進(jìn)行。在巖石表面，由于水分的蒸發(fā)，溶解在水中的鹽分結(jié)晶析出，形成鹽晶，這些鹽晶在巖石孔隙中生長，會(huì)對巖石產(chǎn)生膨脹壓力，導(dǎo)致巖石的結(jié)構(gòu)破壞。蒸發(fā)作用還會(huì)影響水-巖作用的化學(xué)平衡。隨著水分的蒸發(fā)，溶液中某些離子的濃度升高，可能會(huì)打破原有的化學(xué)平衡，促使化學(xué)反應(yīng)向沉淀方向進(jìn)行，從而改變地下水中的化學(xué)成分和巖石的礦物組成。5.4人類活動(dòng)因素人類活動(dòng)對陳村大壩壩址區(qū)水-巖作用產(chǎn)生了顯著的干擾和改變，大壩運(yùn)行、灌溉以及工業(yè)排放等活動(dòng)在不同程度上影響著水-巖作用的進(jìn)程和結(jié)果。大壩運(yùn)行過程中的水位調(diào)節(jié)是影響水-巖作用的重要人類活動(dòng)因素之一。陳村大壩作為一座以發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉等綜合利用的大型水利樞紐工程，其水位會(huì)根據(jù)不同的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。在發(fā)電高峰期，為了保證足夠的水能供應(yīng)，大壩會(huì)適當(dāng)降低水位，增加下泄流量；而在防洪期間，為了預(yù)留防洪庫容，會(huì)控制水位在一定范圍內(nèi)。這種頻繁的水位變化對壩址區(qū)的水-巖作用產(chǎn)生了多方面的影響。水位的升降使得巖石經(jīng)歷干濕循環(huán)過程，在水位下降時(shí)，巖石暴露在空氣中，會(huì)發(fā)生氧化、風(fēng)干等作用，導(dǎo)致巖石表面的礦物發(fā)生物理和化學(xué)變化。巖石表面的鐵礦物可能會(huì)被氧化，使巖石顏色變深；水分的蒸發(fā)會(huì)使巖石孔隙中的鹽分濃縮，導(dǎo)致礦物的沉淀和結(jié)晶，從而改變巖石的孔隙結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。而在水位上升時(shí)，巖石再次被水浸泡，水與巖石之間的化學(xué)反應(yīng)重新活躍起來，加速了巖石的溶解和蝕變過程。這種干濕循環(huán)還會(huì)導(dǎo)致巖石的結(jié)構(gòu)逐漸破壞，孔隙度增大，滲透性增強(qiáng)，進(jìn)一步促進(jìn)了水-巖作用的進(jìn)行。灌溉活動(dòng)也是影響水-巖作用的重要因素。陳村灌區(qū)現(xiàn)名青弋江灌區(qū)，為大型灌區(qū)，設(shè)計(jì)灌溉面積71273公頃，實(shí)際有效灌溉面積48247公頃。大量的灌溉用水從水庫引出，通過灌渠輸送到農(nóng)田。在灌溉過程中，灌溉水與土壤和巖石發(fā)生相互作用，改變了水-巖作用的邊界條件。灌溉水可能會(huì)攜帶一定量的化學(xué)物質(zhì)，如化肥、農(nóng)藥等，這些物質(zhì)進(jìn)入土壤和地下水中，會(huì)參與水-巖作用的化學(xué)反應(yīng)?；手械牡?、磷等營養(yǎng)元素會(huì)與巖石中的礦物發(fā)生反應(yīng)，可能導(dǎo)致礦物的溶解或沉淀；農(nóng)藥中的有機(jī)化合物則可能與巖石表面的物質(zhì)發(fā)生吸附、解吸等作用，影響水-巖作用的過程。灌溉水的大量使用還會(huì)改變地下水位和水流方向。長期的灌溉活動(dòng)可能導(dǎo)致地下水位上升，使原本處于非飽和狀態(tài)的巖石區(qū)域變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)，增加了水與巖石的接觸面積和作用時(shí)間，促進(jìn)了水-巖作用的進(jìn)行。地下水位的上升還可能導(dǎo)致地下水的流向發(fā)生改變，使水與不同區(qū)域的巖石接觸，引發(fā)不同類型的水-巖作用。工業(yè)排放對陳村大壩壩址區(qū)水-巖作用的影響也不容忽視。雖然壩址區(qū)周邊工業(yè)相對不發(fā)達(dá)，但仍存在一些小型工業(yè)企業(yè)，如采礦、選礦、化工等。這些企業(yè)在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢水、廢氣和廢渣，其中含有各種有害物質(zhì)，如重金屬離子、有機(jī)物、酸性物質(zhì)等。這些污染物排放到環(huán)境中后，會(huì)通過地表徑流、大氣沉降等方式進(jìn)入水體和土壤，進(jìn)而參與水-巖作用。工業(yè)廢水中的重金屬離子，如鉛、汞、鎘等，會(huì)與巖石中的礦物發(fā)生離子交換、吸附等反應(yīng)，改變巖石的化學(xué)成分和性質(zhì)。重金屬離子可能會(huì)取代巖石中某些礦物的陽離子，形成新的礦物相，從而影響巖石的穩(wěn)定性。工業(yè)廢氣中的酸性氣體，如二氧化硫、氮氧化物等，會(huì)在大氣中形成酸雨，酸雨降落到地面后，會(huì)對巖石產(chǎn)生強(qiáng)烈的腐蝕作用，加速巖石的溶解和風(fēng)化過程。廢渣的堆放也會(huì)占用土地資源，其中的有害物質(zhì)可能會(huì)隨著降水的淋濾進(jìn)入地下水，對地下水水質(zhì)造成污染，進(jìn)一步影響水-巖作用。六、水-巖作用對陳村大壩及周邊環(huán)境的影響6.1對壩體穩(wěn)定性的影響水-巖作用導(dǎo)致的巖石力學(xué)性質(zhì)變化對陳村大壩壩體穩(wěn)定性產(chǎn)生了多方面的顯著影響，這些影響涉及壩體的抗滑、抗壓等關(guān)鍵穩(wěn)定性指標(biāo)。在抗滑穩(wěn)定性方面，水-巖作用使巖石的抗剪強(qiáng)度降低，從而增加了壩體滑動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。壩址區(qū)巖石在水的長期作用下，礦物顆粒之間的連接力減弱，導(dǎo)致巖石的內(nèi)聚力下降。巖石中的黏土礦物在水的浸泡下會(huì)發(fā)生膨脹，使顆粒之間的摩擦力減小，進(jìn)一步降低了巖石的抗剪強(qiáng)度。通過室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn)，在水-巖作用較為強(qiáng)烈的區(qū)域，巖石的內(nèi)聚力可降低20%-30%，內(nèi)摩擦角可減小10°-15°。這種抗剪強(qiáng)度的降低直接影響了壩體與壩基之間的抗滑穩(wěn)定性。根據(jù)極限平衡理論，壩體抗滑穩(wěn)定系數(shù)K=\frac{fN+cA}{T}，其中f為摩擦系數(shù)，N為法向力，c為內(nèi)聚力，A為滑動(dòng)面面積，T為滑動(dòng)力。當(dāng)巖石的內(nèi)聚力c和摩擦系數(shù)f因水-巖作用而減小時(shí)，抗滑穩(wěn)定系數(shù)K也隨之減小，壩體更容易發(fā)生滑動(dòng)失穩(wěn)。在抗壓穩(wěn)定性方面，水-巖作用導(dǎo)致巖石的抗壓強(qiáng)度下降，對壩體的承載能力產(chǎn)生不利影響。水與巖石中的礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，會(huì)使巖石的結(jié)構(gòu)變得疏松，孔隙度增大，從而降低巖石的抗壓強(qiáng)度。壩址區(qū)的砂巖在水-巖作用下，孔隙度可增加10%-15%，導(dǎo)致其抗壓強(qiáng)度降低15%-25%。壩體在長期運(yùn)行過程中，承受著巨大的水壓和自身重力，巖石抗壓強(qiáng)度的降低會(huì)使壩體在這些荷載作用下更容易發(fā)生變形和破壞。在高水位運(yùn)行工況下，壩體底部的巖石承受著較大的壓力，由于水-巖作用導(dǎo)致巖石抗壓強(qiáng)度下降，壩體底部可能會(huì)出現(xiàn)局部的壓碎破壞，進(jìn)而影響壩體的整體穩(wěn)定性。水-巖作用還會(huì)導(dǎo)致壩體內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻，進(jìn)一步加劇壩體的變形和破壞。由于壩體不同部位的巖石受到水-巖作用的程度不同，其力學(xué)性質(zhì)的變化也存在差異，這使得壩體在受力時(shí)各部位的變形不一致，從而產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。在壩體與壩基的接觸部位，由于水-巖作用對壩基巖石的影響更為顯著，壩基巖石的力學(xué)性質(zhì)下降導(dǎo)致其對壩體的支撐能力減弱，壩體在這一部位容易產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，可能引發(fā)壩體的裂縫擴(kuò)展和局部破壞。通過有限元數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn)，在水-巖作用的影響下，壩體內(nèi)部的最大主應(yīng)力可增加15%-25%，應(yīng)力集中區(qū)域的應(yīng)力增幅更大，這對壩體的穩(wěn)定性構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。6.2對地下水水質(zhì)的影響水-巖作用對陳村大壩壩址區(qū)地下水水質(zhì)產(chǎn)生了顯著的影響，導(dǎo)致地下水化學(xué)成分發(fā)生復(fù)雜變化，這種變化不僅影響了地下水的化學(xué)類型，還對周邊居民用水安全和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了多方面的影響。在化學(xué)成分變化方面，水-巖作用使地下水中多種離子的濃度發(fā)生改變。鈣離子和鎂離子濃度的變化較為明顯。通過對壩址區(qū)不同監(jiān)測點(diǎn)地下水水樣的分析發(fā)現(xiàn)，在水-巖作用強(qiáng)烈的區(qū)域，地下水中鈣離子濃度可達(dá)到50-80mg/L，鎂離子濃度為20-30mg/L，明顯高于水-巖作用較弱區(qū)域。這是因?yàn)閴沃穮^(qū)巖石中含有豐富的含鈣、鎂礦物，如方解石（CaCO_{3}）、白云石（CaMg(CO_{3})_{2}）等，在水的作用下，這些礦物發(fā)生溶解反應(yīng)，釋放出鈣離子和鎂離子。方解石的溶解反應(yīng)方程式為CaCO_{3}+2H^{+}\rightleftharpoonsCa^{2+}+H_{2}O+CO_{2}\uparrow，白云石的溶解反應(yīng)方程式為CaMg(CO_{3})_{2}+4H^{+}\rightleftharpoonsCa^{2+}+Mg^{2+}+2H_{2}O+2CO_{2}\uparrow。隨著水-巖作用的持續(xù)進(jìn)行，地下水中的鈣離子和鎂離子濃度還可能進(jìn)一步發(fā)生變化，受到水中碳酸根離子、硫酸根離子等其他離子濃度的影響，可能會(huì)發(fā)生沉淀反應(yīng)，導(dǎo)致鈣離子和鎂離子濃度降低。鈉離子和鉀離子濃度也受到水-巖作用的影響。壩址區(qū)巖石中的鈉長石（NaAlSi_{3}O_{8}）和鉀長石（KAlSi_{3}O_{8}）等礦物在水的水解作用下，會(huì)釋放出鈉離子和鉀離子。鈉長石的水解反應(yīng)方程式為2NaAlSi_{3}O_{8}+2H_{2}O+2H^{+}\rightleftharpoonsAl_{2}Si_{2}O_{5}(OH)_{4}+4SiO_{2}+2Na^{+}，鉀長石的水解反應(yīng)方程式為2KAlSi_{3}O_{8}+2H_{2}O+2H^{+}\rightleftharpoonsAl_{2}Si_{2}O_{5}(OH)_{4}+4SiO_{2}+2K^{+}。在一些區(qū)域，地下水中鈉離子濃度可達(dá)到10-20mg/L，鉀離子濃度為5-10mg/L。這些離子濃度的變化會(huì)影響地下水的化學(xué)性質(zhì)和用途，過高的鈉離子濃度可能會(huì)使地下水的口感變差，不適合直接飲用；而鉀離子濃度的變化可能會(huì)對周邊土壤的肥力和農(nóng)作物的生長產(chǎn)生影響。氯離子和硫酸根離子濃度同樣受到水-巖作用的影響。壩址區(qū)巖石中的石膏（CaSO_{4}\cdot2H_{2}O）等礦物在水的作用下會(huì)溶解，釋放出硫酸根離子，其溶解反應(yīng)方程式為CaSO_{4}\cdot2H_{2}O\rightleftharpoonsCa^{2+}+SO_{4}^{2-}+2H_{2}O。在一些監(jiān)測點(diǎn)，地下水中硫酸根離子濃度可達(dá)到30-50mg/L。氯離子的來源可能與巖石中的氯化物礦物溶解以及人類活動(dòng)有關(guān)。周邊農(nóng)田灌溉使用含氯化肥，會(huì)使部分氯離子隨著降水入滲進(jìn)入地下水，導(dǎo)致地下水中氯離子濃度升高，在一些區(qū)域，氯離子濃度可達(dá)到10-20mg/L。