德江縣露青壩地區(qū)巖溶地下水：水化學(xué)特征剖析與形成機(jī)制探究一、引言1.1研究背景與意義1.1.1研究背景德江縣位于貴州省東北部、銅仁市西部，地處云貴高原東北部階梯狀斜緩坡面上的婁山山系與武陵山山系交匯處，大部分地區(qū)屬于喀斯特地貌。全縣國(guó)土總面積2072平方千米，截至2022年末，戶籍人口有55.62萬(wàn)人。特殊的地質(zhì)構(gòu)造使得德江地層齊全且出露完整，其中二疊系、三疊系、白云巖、寒武系灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖等碳酸鹽巖出露面積約占全縣總面積的84.01%。在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期中，德江縣露青壩地區(qū)經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，多條走向不同的斷裂帶相互交錯(cuò)，形成了典型的盆山結(jié)構(gòu)，斷裂活動(dòng)使得巖體產(chǎn)生裂隙，為地下水的賦存和運(yùn)移創(chuàng)造了良好的通道和空間。同時(shí)，白堊系和古生界的碳酸鹽巖和石灰?guī)r在地下水的溶蝕作用下，發(fā)育形成了豐富多樣的喀斯特地貌，如溶洞、地下河、石鐘乳、石柱等。這種獨(dú)特的巖溶地質(zhì)條件，使得該地區(qū)的地下水系統(tǒng)呈現(xiàn)出復(fù)雜的特征。巖溶地下水作為德江縣露青壩地區(qū)水資源的重要組成部分，對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境、居民生活和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用。它不僅是眾多居民生活用水的直接來(lái)源，也是農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)生產(chǎn)的重要水源保障。然而，隨著近年來(lái)德江縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口增長(zhǎng)、城市化進(jìn)程加快以及農(nóng)業(yè)、工業(yè)活動(dòng)的日益頻繁，對(duì)巖溶地下水的需求量不斷增加，同時(shí)也給地下水環(huán)境帶來(lái)了諸多壓力和挑戰(zhàn)。例如，不合理的農(nóng)業(yè)灌溉方式可能導(dǎo)致地下水位下降，工業(yè)廢水和生活污水的排放可能污染地下水資源，進(jìn)而影響地下水的水化學(xué)特征和水質(zhì)。因此，深入研究德江縣露青壩地區(qū)巖溶地下水的水化學(xué)特征及其形成機(jī)制，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.1.2研究意義本研究對(duì)于全面了解德江縣露青壩地區(qū)的水文地質(zhì)條件具有重要的科學(xué)價(jià)值。通過(guò)對(duì)巖溶地下水水化學(xué)特征的分析，可以揭示地下水在巖石中的運(yùn)移路徑、與巖石之間的相互作用過(guò)程，以及地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄規(guī)律，從而為該地區(qū)水文地質(zhì)模型的建立和完善提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)，有助于深化對(duì)巖溶地區(qū)地下水循環(huán)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。準(zhǔn)確把握巖溶地下水的水化學(xué)特征及其形成機(jī)制，是實(shí)現(xiàn)該地區(qū)地下水資源合理開發(fā)與有效保護(hù)的關(guān)鍵前提。研究結(jié)果可以為地下水資源的評(píng)價(jià)提供科學(xué)準(zhǔn)確的參數(shù)，合理確定地下水的可開采量，避免過(guò)度開采導(dǎo)致地下水位下降、地面沉降等環(huán)境地質(zhì)問題。同時(shí)，通過(guò)識(shí)別影響地下水水質(zhì)的關(guān)鍵因素，能夠制定針對(duì)性強(qiáng)的保護(hù)措施，防止地下水污染，保障地下水資源的可持續(xù)利用，對(duì)于維護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)平衡和生態(tài)安全意義重大。在德江縣露青壩地區(qū)，巖溶地下水是居民生活用水和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水的重要水源。研究成果能夠?yàn)楫?dāng)?shù)厮Y源的科學(xué)管理和調(diào)配提供決策依據(jù)，優(yōu)化水資源配置，提高水資源利用效率。例如，根據(jù)地下水的水化學(xué)特征，合理規(guī)劃農(nóng)業(yè)灌溉用水，選擇合適的灌溉方式和灌溉時(shí)間，減少水資源浪費(fèi)；為工業(yè)企業(yè)提供水質(zhì)適宜的地下水，保障工業(yè)生產(chǎn)的正常運(yùn)行；為居民提供安全可靠的生活飲用水，改善居民生活質(zhì)量，促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀巖溶地下水作為一種重要的水資源，其水化學(xué)特征和形成機(jī)制一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。國(guó)外對(duì)巖溶地下水的研究起步較早，早在20世紀(jì)初，就有學(xué)者開始關(guān)注巖溶地區(qū)的水文地質(zhì)現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國(guó)外在巖溶地下水水化學(xué)特征及形成機(jī)制的研究方面取得了豐碩的成果。在水化學(xué)特征研究方面，國(guó)外學(xué)者通過(guò)對(duì)不同巖溶地區(qū)地下水的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和分析，詳細(xì)研究了主要離子成分的分布規(guī)律、水化學(xué)類型的劃分及其空間變化特征。在形成機(jī)制研究方面，國(guó)外學(xué)者深入探討了碳酸鹽巖溶解、陽(yáng)離子交換、混合作用等水文地球化學(xué)過(guò)程對(duì)巖溶地下水水化學(xué)特征的影響，建立了一系列水文地球化學(xué)模型，如PHREEQC、NETPATH等，用于定量模擬地下水的化學(xué)演化過(guò)程。國(guó)內(nèi)對(duì)巖溶地下水的研究始于20世紀(jì)50年代，隨著我國(guó)巖溶地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和對(duì)地下水資源需求的增加，相關(guān)研究逐漸增多并不斷深入。在水化學(xué)特征方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)我國(guó)南方和北方巖溶地區(qū)的地下水進(jìn)行了大量的調(diào)查和分析，揭示了不同地區(qū)巖溶地下水水化學(xué)特征的差異。在形成機(jī)制方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者綜合考慮地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、氣候條件、人類活動(dòng)等因素，深入研究了巖溶地下水的形成過(guò)程和影響因素，提出了許多新的觀點(diǎn)和理論。然而，目前針對(duì)德江縣露青壩地區(qū)巖溶地下水水化學(xué)特征及其形成機(jī)制的研究還相對(duì)較少。已有的研究主要集中在德江縣的地質(zhì)構(gòu)造、巖溶地貌、石漠化等方面，對(duì)于巖溶地下水的水化學(xué)特征和形成機(jī)制的研究還不夠系統(tǒng)和深入。僅有少量研究涉及該地區(qū)的地下水資源狀況，但對(duì)于地下水的化學(xué)組成、水化學(xué)類型、形成機(jī)制以及與周邊環(huán)境的相互作用等方面的研究還存在明顯的不足。這使得我們對(duì)德江縣露青壩地區(qū)巖溶地下水的認(rèn)識(shí)還不夠全面，難以滿足該地區(qū)地下水資源合理開發(fā)利用和保護(hù)的需求。因此，開展德江縣露青壩地區(qū)巖溶地下水水化學(xué)特征及其形成機(jī)制的研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義，有助于填補(bǔ)該地區(qū)在這一領(lǐng)域的研究空白，為地下水資源的科學(xué)管理和保護(hù)提供有力的支持。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究以德江縣露青壩地區(qū)巖溶地下水為研究對(duì)象，綜合運(yùn)用多種研究方法，系統(tǒng)分析其水化學(xué)特征及其形成機(jī)制，具體研究?jī)?nèi)容如下：巖溶地下水水化學(xué)特征分析：對(duì)德江縣露青壩地區(qū)巖溶地下水的主要離子成分（如Ca2?、Mg2?、Na?、K?、HCO??、SO?2?、Cl?等）、pH值、電導(dǎo)率、溶解性總固體（TDS）等水化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)分析，明確各指標(biāo)的含量范圍和變化特征。運(yùn)用Piper三線圖、Durov圖等方法，對(duì)巖溶地下水的水化學(xué)類型進(jìn)行劃分，研究其空間分布規(guī)律，分析不同區(qū)域水化學(xué)類型的差異及其原因。巖溶地下水形成機(jī)制研究：通過(guò)對(duì)研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、氣候條件等自然因素的分析，探討巖溶地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄條件，揭示其形成的地質(zhì)背景。運(yùn)用水文地球化學(xué)原理，研究碳酸鹽巖溶解、陽(yáng)離子交換、混合作用等水文地球化學(xué)過(guò)程對(duì)巖溶地下水水化學(xué)特征的影響，分析這些過(guò)程在地下水形成過(guò)程中的作用機(jī)制和相對(duì)貢獻(xiàn)。建立水文地球化學(xué)模型，如PHREEQC模型，對(duì)巖溶地下水的化學(xué)演化過(guò)程進(jìn)行定量模擬，預(yù)測(cè)地下水化學(xué)組成在不同條件下的變化趨勢(shì)，進(jìn)一步驗(yàn)證和深化對(duì)巖溶地下水形成機(jī)制的認(rèn)識(shí)。影響巖溶地下水水化學(xué)特征的因素分析：分析地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性對(duì)巖溶地下水水化學(xué)特征的控制作用，研究不同巖石類型和構(gòu)造部位對(duì)地下水化學(xué)成分的影響。探討氣候因素（如降水、蒸發(fā)、溫度等）對(duì)巖溶地下水水化學(xué)特征的影響，分析降水的化學(xué)組成及其對(duì)地下水補(bǔ)給的影響，以及蒸發(fā)和溫度變化對(duì)地下水化學(xué)演化的作用。研究人類活動(dòng)（如農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)廢水排放、生活污水排放等）對(duì)巖溶地下水水化學(xué)特征的影響，識(shí)別主要的污染源和污染途徑，評(píng)估人類活動(dòng)對(duì)地下水水質(zhì)的影響程度。巖溶地下水保護(hù)建議：基于研究結(jié)果，結(jié)合德江縣露青壩地區(qū)的實(shí)際情況，提出針對(duì)性的巖溶地下水保護(hù)建議。包括合理規(guī)劃和管理地下水資源的開發(fā)利用，制定科學(xué)的開采方案，避免過(guò)度開采導(dǎo)致地下水位下降和水質(zhì)惡化；加強(qiáng)對(duì)污染源的控制和治理，減少工業(yè)廢水、生活污水和農(nóng)業(yè)面源污染的排放，保護(hù)地下水的水質(zhì)；建立健全地下水監(jiān)測(cè)體系，加強(qiáng)對(duì)地下水水化學(xué)特征和水位動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握地下水環(huán)境的變化情況，為地下水保護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。1.3.2研究方法為實(shí)現(xiàn)上述研究目標(biāo)，本研究擬采用以下研究方法：現(xiàn)場(chǎng)采樣：在德江縣露青壩地區(qū)開展詳細(xì)的水文地質(zhì)調(diào)查，結(jié)合研究區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、巖溶發(fā)育特征以及地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄條件，合理布置地下水采樣點(diǎn)。在豐水期和枯水期分別進(jìn)行采樣，以獲取不同時(shí)期的地下水樣品，確保樣品具有代表性。同時(shí)，記錄采樣點(diǎn)的地理位置、海拔高度、水位埋深、水溫等信息。采集地表水和巖石樣品，用于分析地表水與地下水的水力聯(lián)系以及巖石的化學(xué)成分，為研究地下水的形成機(jī)制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)室分析：對(duì)采集的地下水樣品進(jìn)行常規(guī)水化學(xué)分析，測(cè)定主要離子成分（Ca2?、Mg2?、Na?、K?、HCO??、SO?2?、Cl?等）的含量，采用離子色譜法、滴定法、原子吸收光譜法等分析方法，確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。測(cè)定地下水的pH值、電導(dǎo)率、溶解性總固體（TDS）、氧化還原電位（Eh）等物理化學(xué)指標(biāo)，使用pH計(jì)、電導(dǎo)率儀、溶解氧測(cè)定儀等儀器進(jìn)行測(cè)定。對(duì)巖石樣品進(jìn)行化學(xué)成分分析，采用X射線熒光光譜分析（XRF）、X射線衍射分析（XRD）等方法，確定巖石的礦物組成和化學(xué)成分，為研究地下水與巖石的相互作用提供依據(jù)。數(shù)據(jù)分析：運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)地下水水化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算各水化學(xué)指標(biāo)的平均值、最大值、最小值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)參數(shù)，分析其數(shù)據(jù)特征和變化規(guī)律。通過(guò)相關(guān)性分析，研究各水化學(xué)指標(biāo)之間的相互關(guān)系，揭示地下水化學(xué)組成的內(nèi)在聯(lián)系。采用Piper三線圖、Durov圖、Stiff圖等方法，對(duì)巖溶地下水的水化學(xué)類型進(jìn)行劃分和分析，直觀展示地下水水化學(xué)類型的分布特征和演化趨勢(shì)。利用離子比例關(guān)系分析，如Ca2?/(Ca2?+Mg2?)、(Na?+K?)/Cl?等，判斷地下水的化學(xué)演化過(guò)程和主要控制因素。運(yùn)用主成分分析（PCA）、因子分析（FA）等多元統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)地下水水化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，提取主要的影響因子，分析各因子對(duì)地下水水化學(xué)特征的貢獻(xiàn)程度。水文地球化學(xué)模擬：運(yùn)用PHREEQC等水文地球化學(xué)模擬軟件，建立研究區(qū)巖溶地下水的水文地球化學(xué)模型。根據(jù)研究區(qū)的地質(zhì)條件、水化學(xué)數(shù)據(jù)和水文地球化學(xué)過(guò)程，確定模型的輸入?yún)?shù)，如巖石礦物組成、水巖反應(yīng)速率、離子交換平衡常數(shù)等。通過(guò)模擬碳酸鹽巖溶解、陽(yáng)離子交換、混合作用等水文地球化學(xué)過(guò)程，預(yù)測(cè)地下水化學(xué)組成的變化趨勢(shì)，驗(yàn)證和深化對(duì)巖溶地下水形成機(jī)制的認(rèn)識(shí)。通過(guò)敏感性分析，研究不同參數(shù)對(duì)模擬結(jié)果的影響，確定影響地下水化學(xué)演化的關(guān)鍵因素，為地下水資源的合理開發(fā)和保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。1.4技術(shù)路線本研究技術(shù)路線如圖1-1所示，首先廣泛收集德江縣露青壩地區(qū)的地質(zhì)、水文地質(zhì)、氣象等相關(guān)資料，了解研究區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、巖溶發(fā)育特征以及氣象條件等背景信息，為后續(xù)研究提供基礎(chǔ)依據(jù)?；谫Y料分析，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，合理布置地下水采樣點(diǎn)，并在豐水期和枯水期分別進(jìn)行采樣，同時(shí)采集地表水和巖石樣品。對(duì)采集的各類樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析，測(cè)定地下水的主要離子成分、pH值、電導(dǎo)率、溶解性總固體等水化學(xué)指標(biāo)，以及巖石的化學(xué)成分。利用統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)水化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算各指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，分析其變化規(guī)律和相互關(guān)系；運(yùn)用Piper三線圖、Durov圖等方法劃分水化學(xué)類型，研究其空間分布特征；通過(guò)離子比例關(guān)系分析和多元統(tǒng)計(jì)分析，探討地下水化學(xué)演化過(guò)程和主要控制因素。基于水文地球化學(xué)原理，分析研究區(qū)巖溶地下水的形成地質(zhì)背景，探討碳酸鹽巖溶解、陽(yáng)離子交換、混合作用等水文地球化學(xué)過(guò)程對(duì)水化學(xué)特征的影響機(jī)制。運(yùn)用PHREEQC等水文地球化學(xué)模擬軟件，建立研究區(qū)巖溶地下水的水文地球化學(xué)模型，模擬地下水化學(xué)演化過(guò)程，預(yù)測(cè)其變化趨勢(shì)，并進(jìn)行敏感性分析，確定關(guān)鍵影響因素。最后，綜合研究結(jié)果，結(jié)合德江縣露青壩地區(qū)的實(shí)際情況，提出針對(duì)性的巖溶地下水保護(hù)建議。圖1-1技術(shù)路線圖二、研究區(qū)概況2.1地理位置與自然環(huán)境德江縣露青壩地區(qū)地處東經(jīng)107°36′~108°28′，北緯28°00′~28°38′之間，位于貴州省銅仁市德江縣南部，在行政區(qū)劃上隸屬于德江縣。該地區(qū)處于云貴高原東北部階梯狀斜緩坡面上的婁山山系與武陵山山系交匯處，地勢(shì)呈現(xiàn)出西北部高、中部較緩、東部稍低的波狀起伏斜面，海拔高度在500-1500米之間，地形以山地為主，山巒起伏，溝谷縱橫交錯(cuò)。研究區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，雨量充沛。多年平均氣溫為15.1℃，年平均日照時(shí)數(shù)約1170小時(shí)，無(wú)霜期長(zhǎng)達(dá)295天左右。年平均降水量為1323.7毫米，降水主要集中在每年的5-9月，約占全年降水量的70%以上，這期間多暴雨天氣，易引發(fā)洪澇災(zāi)害。而在10月至次年4月，降水量相對(duì)較少，氣候較為干燥。在水系分布方面，烏江是德江縣的主要河流，也是該地區(qū)最大的地表水體，自南向北流經(jīng)縣域，流程約67公里，它不僅是重要的水上交通通道，還對(duì)區(qū)域的氣候調(diào)節(jié)、水資源補(bǔ)給等起著關(guān)鍵作用。除烏江外，露青壩地區(qū)內(nèi)還有眾多短小的山區(qū)雨源型河流，這些河流受地形和降水影響，河床比降大，地表分水嶺明顯。它們多在雨季時(shí)水量充沛，而在旱季時(shí)部分河流可能出現(xiàn)干涸或斷流現(xiàn)象。這些河流主要靠大氣降水補(bǔ)給，同時(shí)與巖溶地下水存在著密切的水力聯(lián)系，在降水過(guò)程中，地表水通過(guò)巖溶洼地、落水洞、漏斗等巖溶通道迅速補(bǔ)給巖溶地下水；而在枯水期，巖溶地下水則會(huì)以泉或暗河的形式排泄，補(bǔ)充地表河流的水量，維持河流水系的穩(wěn)定。2.2地質(zhì)條件2.2.1地層巖性德江縣露青壩地區(qū)出露的地層較為復(fù)雜，從老到新主要有寒武系、奧陶系、二疊系、三疊系等。其中，寒武系地層主要由碎屑巖和碳酸鹽巖組成，下部為淺變質(zhì)的碎屑巖，上部為厚層的石灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽巖，這些巖石質(zhì)地堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，但在長(zhǎng)期的巖溶作用下，也發(fā)育了較為豐富的巖溶形態(tài)。奧陶系地層以石灰?guī)r、頁(yè)巖為主，石灰?guī)r中含有豐富的化石，其巖溶發(fā)育程度相對(duì)寒武系碳酸鹽巖略低，但在局部地區(qū)也有溶洞、溶蝕裂隙等巖溶現(xiàn)象。二疊系地層主要為石灰?guī)r、燧石灰?guī)r和煤系地層，石灰?guī)r中常含有燧石結(jié)核和條帶，其巖溶作用受燧石分布的影響，在燧石含量較低的部位巖溶發(fā)育較好。三疊系地層則以砂巖、頁(yè)巖和少量的石灰?guī)r為主，砂巖和頁(yè)巖透水性較差，不利于巖溶的大規(guī)模發(fā)育，但在與石灰?guī)r接觸部位或存在斷裂構(gòu)造的區(qū)域，也會(huì)有一定程度的巖溶作用發(fā)生。區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖分布廣泛，約占總面積的80%以上，是巖溶地下水形成和賦存的物質(zhì)基礎(chǔ)。碳酸鹽巖主要包括石灰?guī)r、白云巖和泥質(zhì)白云巖等，其化學(xué)成分主要為碳酸鈣（CaCO?）和碳酸鎂（MgCO?）。石灰?guī)r質(zhì)地純凈，碳酸鈣含量較高，在地下水的溶蝕作用下，易形成各種巖溶地貌，如溶洞、地下河等，其巖溶發(fā)育速度相對(duì)較快，巖溶管道和裂隙較為發(fā)育，有利于地下水的運(yùn)移和儲(chǔ)存。白云巖的主要成分是碳酸鎂鈣（CaMg(CO?)?），其抗溶蝕能力相對(duì)石灰?guī)r較強(qiáng)，巖溶發(fā)育相對(duì)較緩慢，但在長(zhǎng)期的地質(zhì)作用下，也能形成獨(dú)特的巖溶景觀，如白云巖峰林、溶蝕洼地等，白云巖地區(qū)的巖溶地下水往往具有較高的鎂離子含量。泥質(zhì)白云巖中含有一定量的黏土礦物，其巖溶發(fā)育程度介于石灰?guī)r和白云巖之間，黏土礦物的存在會(huì)影響地下水的運(yùn)移和水化學(xué)性質(zhì)，使地下水的化學(xué)成分更為復(fù)雜。2.2.2地質(zhì)構(gòu)造露青壩地區(qū)處于復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境中，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，褶皺和斷層等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育。褶皺構(gòu)造主要表現(xiàn)為一系列緊密的背斜和向斜，軸向多為北北東-南南西向。背斜核部地層相對(duì)較老，巖石破碎，裂隙發(fā)育，有利于地下水的補(bǔ)給和徑流，常形成地下水的排泄區(qū)，如在背斜頂部?？梢姷綆r溶泉的出露；向斜核部地層相對(duì)較新，巖石相對(duì)完整，但由于向斜構(gòu)造的匯水作用，地下水往往較為富集，是巖溶地下水的主要儲(chǔ)存區(qū)。區(qū)內(nèi)斷層構(gòu)造也較為發(fā)育，主要有北北東向、北西向和近東西向三組斷裂。北北東向斷層規(guī)模較大，切割深度較深，對(duì)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造格局和地下水的分布具有重要控制作用，這些斷層常常成為地下水的通道，使不同含水層之間發(fā)生水力聯(lián)系，促進(jìn)了地下水的循環(huán)和交替。北西向和近東西向斷層規(guī)模相對(duì)較小，但它們與北北東向斷層相互交錯(cuò)，進(jìn)一步破壞了巖石的完整性，增加了地下水的運(yùn)移路徑和儲(chǔ)存空間。例如，在斷層破碎帶附近，巖石破碎，孔隙和裂隙增多，地下水容易在此匯聚和運(yùn)移，形成富水帶。同時(shí)，斷層還會(huì)影響巖溶的發(fā)育，在斷層附近，巖溶作用往往更為強(qiáng)烈，巖溶形態(tài)更為復(fù)雜多樣。地質(zhì)構(gòu)造對(duì)地下水的控制作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是控制了地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄條件。褶皺和斷層形成的裂隙和破碎帶為地下水的運(yùn)移提供了通道，使大氣降水和地表水能夠快速滲入地下，補(bǔ)給巖溶地下水；同時(shí)，這些通道也決定了地下水的徑流方向和排泄位置。二是影響了含水層的分布和富水性。不同的地質(zhì)構(gòu)造部位，巖石的破碎程度和透水性不同，從而導(dǎo)致含水層的分布和富水性存在差異。在褶皺的軸部和斷層破碎帶附近，巖石破碎，透水性好，含水層富水性較強(qiáng)；而在褶皺的翼部和完整巖石區(qū)域，含水層富水性相對(duì)較弱。三是地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)還會(huì)改變巖石的物理化學(xué)性質(zhì)，影響地下水與巖石之間的相互作用，進(jìn)而影響巖溶地下水的水化學(xué)特征。例如，斷層活動(dòng)可能會(huì)使深部的巖石礦物暴露，增加地下水與巖石的接觸面積和反應(yīng)時(shí)間，導(dǎo)致地下水中的某些離子含量發(fā)生變化。2.2.3巖溶發(fā)育特征德江縣露青壩地區(qū)巖溶發(fā)育形態(tài)豐富多樣，地表巖溶形態(tài)主要有溶溝、石芽、漏斗、落水洞、溶蝕洼地、峰林、峰叢等。溶溝是地表水沿巖石表面和裂隙流動(dòng)過(guò)程中，對(duì)巖石進(jìn)行溶蝕和侵蝕而形成的溝槽狀地貌，深度一般在幾十厘米到數(shù)米之間，寬度較窄，其走向往往受巖石裂隙控制；石芽是溶溝之間殘留的突出巖石，高度不一，形態(tài)各異，有的呈尖錐狀，有的呈圓柱狀，石芽表面常具有溶蝕痕跡。漏斗是一種碟狀或倒錐狀的洼地，平面形狀多為圓形或橢圓形，直徑從數(shù)米到數(shù)百米不等，深度一般在數(shù)米到數(shù)十米，漏斗底部常有落水洞與地下溶洞或暗河相通，是地表水快速流入地下的重要通道。落水洞是地表水垂直向下溶蝕巖石而形成的洞穴，深度可達(dá)數(shù)十米甚至上百米，其直徑一般較小，多在數(shù)米以內(nèi)，落水洞的分布與巖石的裂隙和巖溶發(fā)育程度密切相關(guān)。溶蝕洼地是由多個(gè)漏斗或落水洞相互連通、擴(kuò)大而形成的較大面積的封閉洼地，四周多為峰林或峰叢環(huán)繞，底部較為平坦，常積水形成池塘或濕地，是巖溶地區(qū)重要的匯水區(qū)域。峰林和峰叢是巖溶地區(qū)獨(dú)特的地貌景觀，峰林是由密集的石灰?guī)r山峰組成，山峰之間相對(duì)獨(dú)立，基部相連較少，峰體形態(tài)各異，有的陡峭挺拔，有的圓潤(rùn)秀麗；峰叢則是山峰基部相連，呈簇狀分布，峰叢之間常發(fā)育有溶蝕洼地和漏斗，峰叢的高度一般比峰林更高，地形更為崎嶇。地下巖溶形態(tài)主要有溶洞、地下河、石鐘乳、石筍、石柱等。溶洞是地下水在巖石中溶蝕形成的大型洞穴，洞體大小不一，形態(tài)復(fù)雜多樣，有的溶洞呈廊道狀，有的呈大廳狀，溶洞內(nèi)常發(fā)育有各種次生化學(xué)沉積地貌。地下河是在溶洞中流動(dòng)的地下水，具有一定的流量和流速，其水流路徑受地質(zhì)構(gòu)造和巖溶發(fā)育程度的控制，地下河的存在為巖溶地區(qū)提供了重要的地下水資源，但也增加了工程建設(shè)的難度和風(fēng)險(xiǎn)。石鐘乳是從溶洞頂部向下生長(zhǎng)的碳酸鈣沉積物，其形成是由于地下水中的碳酸鈣在洞頂遇空氣后，二氧化碳逸出，碳酸鈣沉淀析出而逐漸堆積形成，石鐘乳形態(tài)多樣，有的呈柱狀，有的呈錐狀，有的呈葡萄狀；石筍是從溶洞底部向上生長(zhǎng)的碳酸鈣沉積物，其形成過(guò)程與石鐘乳類似，是由滴落到洞底的富含碳酸鈣的水滴沉淀而成；石柱則是石鐘乳和石筍生長(zhǎng)連接在一起而形成的柱狀地貌，是溶洞中較為壯觀的景觀之一。巖溶發(fā)育程度在空間上存在明顯差異，總體上表現(xiàn)為從山區(qū)向河谷地帶逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì)。在山區(qū)，由于地形起伏較大，地表徑流速度較快，地下水的溶蝕作用相對(duì)較弱，巖溶發(fā)育程度相對(duì)較低，巖溶形態(tài)主要以小型的溶溝、石芽和少量的漏斗為主。而在河谷地帶，地勢(shì)相對(duì)較低，地表水和地下水匯聚，水流速度相對(duì)較慢，地下水的溶蝕作用強(qiáng)烈，巖溶發(fā)育程度較高，常形成大型的溶洞、地下河和壯觀的峰林、峰叢地貌。此外，巖溶發(fā)育程度還與地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等因素密切相關(guān)。在碳酸鹽巖純度較高、巖石裂隙發(fā)育、地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)頻繁的區(qū)域，巖溶發(fā)育程度較高；而在碳酸鹽巖中含有較多雜質(zhì)、巖石致密、地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)域，巖溶發(fā)育程度相對(duì)較低。例如，在北北東向斷層附近，由于巖石破碎，地下水活動(dòng)強(qiáng)烈，巖溶發(fā)育程度明顯高于周邊地區(qū)，形成了一系列大型的溶洞和地下河系統(tǒng)。2.3水文地質(zhì)條件2.3.1地下水類型與含水層分布德江縣露青壩地區(qū)的地下水類型主要包括巖溶水、基巖裂隙水和孔隙水。巖溶水是研究區(qū)內(nèi)最為主要的地下水類型，賦存于碳酸鹽巖的巖溶裂隙、溶洞和地下河系統(tǒng)中。由于區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖分布廣泛，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，巖溶水的儲(chǔ)存空間豐富，水量相對(duì)較大。巖溶含水層主要分布在寒武系、奧陶系、二疊系和三疊系的碳酸鹽巖地層中，這些地層中的巖溶管道和裂隙相互連通，形成了復(fù)雜的巖溶含水網(wǎng)絡(luò)。在寒武系厚層石灰?guī)r分布區(qū)域，巖溶水以溶洞水和管道水的形式存在，溶洞規(guī)模較大，連通性好，巖溶水的徑流速度較快；而在二疊系燧石灰?guī)r地區(qū)，巖溶水則主要賦存于溶蝕裂隙和小型溶洞中，其富水性相對(duì)較弱，但在斷裂構(gòu)造附近，由于巖石破碎，巖溶發(fā)育程度增加，巖溶水的富集程度也會(huì)相應(yīng)提高。基巖裂隙水主要賦存于碎屑巖、巖漿巖和變質(zhì)巖的裂隙中。在研究區(qū)的砂頁(yè)巖、泥巖等碎屑巖地層中，基巖裂隙水較為常見。這些巖石的裂隙主要是由于巖石的風(fēng)化、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等作用形成的，裂隙的發(fā)育程度和連通性決定了基巖裂隙水的賦存和運(yùn)移條件。在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈的區(qū)域，巖石裂隙發(fā)育，基巖裂隙水的富水性較好；而在巖石致密、裂隙不發(fā)育的區(qū)域，基巖裂隙水的含量相對(duì)較少?；鶐r裂隙含水層一般呈層狀或帶狀分布，與地層的走向和構(gòu)造線方向基本一致。孔隙水主要分布在第四系松散堆積層中，如河谷階地、山間盆地等地的砂、礫石層和黏土孔隙中?？紫端难a(bǔ)給主要來(lái)自大氣降水和地表水的入滲，其水量和水位受季節(jié)變化影響較大。在雨季，降水充沛，孔隙水得到充分補(bǔ)給，水位上升，水量增加；而在旱季，降水減少，孔隙水的補(bǔ)給量減少，水位下降，水量也相應(yīng)減少?？紫逗畬拥暮穸群透凰栽诓煌貐^(qū)存在差異，一般來(lái)說(shuō)，在河流中下游的河谷階地，第四系堆積層厚度較大，孔隙水較為豐富；而在山區(qū)，第四系堆積層較薄，孔隙水的含量相對(duì)較少。2.3.2地下水補(bǔ)給、徑流與排泄德江縣露青壩地區(qū)巖溶地下水的補(bǔ)給主要來(lái)源于大氣降水和地表水。大氣降水是巖溶地下水的主要補(bǔ)給源，每年5-9月的雨季，大量降水通過(guò)巖溶洼地、落水洞、漏斗等巖溶通道迅速滲入地下，補(bǔ)給巖溶含水層。在一些巖溶發(fā)育強(qiáng)烈的區(qū)域，降水能夠直接通過(guò)大型落水洞和溶洞快速進(jìn)入地下河系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖溶地下水的高效補(bǔ)給。據(jù)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)大氣降水對(duì)巖溶地下水的補(bǔ)給量約占總補(bǔ)給量的70%-80%。地表水也是巖溶地下水的重要補(bǔ)給來(lái)源，區(qū)內(nèi)的烏江及其支流等地表水體，通過(guò)巖溶管道、溶蝕裂隙與巖溶地下水存在密切的水力聯(lián)系。在河流流經(jīng)碳酸鹽巖地區(qū)時(shí)，河水會(huì)通過(guò)滲漏的方式補(bǔ)給巖溶地下水，特別是在河流的枯水期，巖溶地下水對(duì)河流水量的調(diào)節(jié)作用明顯，而在洪水期，河水則會(huì)大量補(bǔ)給巖溶地下水。例如，烏江在流經(jīng)研究區(qū)時(shí)，其部分河水通過(guò)巖溶裂隙和溶洞滲入地下，成為巖溶地下水的重要補(bǔ)給來(lái)源。巖溶地下水的徑流方向主要受地形、地質(zhì)構(gòu)造和巖溶發(fā)育程度的控制。在地形上，地下水總體上由地勢(shì)較高的山區(qū)向地勢(shì)較低的河谷地帶徑流。在地質(zhì)構(gòu)造方面，褶皺和斷層形成的裂隙和破碎帶為地下水的徑流提供了通道，地下水往往沿著這些通道流動(dòng)。在背斜的軸部和斷層破碎帶附近，巖石破碎，透水性好，地下水的徑流速度相對(duì)較快；而在向斜的核部，由于巖石相對(duì)完整，地下水的徑流速度相對(duì)較慢。巖溶發(fā)育程度也對(duì)地下水徑流產(chǎn)生重要影響，在巖溶管道和裂隙發(fā)育的區(qū)域，地下水能夠快速?gòu)搅?，而在巖溶發(fā)育較差的區(qū)域，地下水的徑流則較為緩慢。根據(jù)地下水水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和示蹤試驗(yàn)結(jié)果，研究區(qū)巖溶地下水的徑流速度一般在0.1-10m/d之間，在巖溶管道發(fā)育的區(qū)域，徑流速度可達(dá)10m/d以上，而在巖溶發(fā)育較差的區(qū)域，徑流速度則可能小于0.1m/d。巖溶地下水的排泄方式主要有泉排泄和地下河排泄。泉是巖溶地下水在地表的出露點(diǎn)，研究區(qū)內(nèi)分布著眾多的巖溶泉，根據(jù)泉水的流量和動(dòng)態(tài)變化特征，可分為上升泉和下降泉。上升泉一般與深部的巖溶含水層相連，泉水流量相對(duì)穩(wěn)定，受季節(jié)變化影響較?。幌陆等?jiǎng)t主要受大氣降水和地表水的影響，在雨季時(shí)泉水流量增大，而在旱季時(shí)泉水流量減小甚至干涸。地下河是巖溶地下水的集中排泄通道，研究區(qū)內(nèi)的地下河系統(tǒng)較為發(fā)育，它們?cè)诘叵买暄蚜魈剩罱K在地勢(shì)較低的區(qū)域以出口的形式排泄到地表，形成地表河流或匯入烏江等主要河流。例如，位于研究區(qū)南部的某地下河，其出口處的流量在豐水期可達(dá)每秒數(shù)立方米，對(duì)維持當(dāng)?shù)氐乇硭Y源的穩(wěn)定起著重要作用。2.3.3地下水動(dòng)態(tài)變化德江縣露青壩地區(qū)巖溶地下水的水位、水量和水質(zhì)在不同季節(jié)和年份存在明顯的動(dòng)態(tài)變化。在季節(jié)變化方面，巖溶地下水水位和水量呈現(xiàn)出明顯的豐枯變化特征。雨季（5-9月）時(shí)，由于大氣降水充沛，地表水大量補(bǔ)給巖溶地下水，地下水位迅速上升，水量顯著增加。據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在豐水期，巖溶地下水水位可上升2-5米，部分區(qū)域甚至可達(dá)10米以上，泉水流量和地下河流量也會(huì)大幅增加，一些小型巖溶泉在豐水期的流量可比枯水期增加數(shù)倍甚至數(shù)十倍。而在旱季（10月-次年4月），降水減少，地下水補(bǔ)給量減少，地下水位逐漸下降，水量也隨之減少。在枯水期，巖溶地下水水位一般會(huì)下降1-3米，泉水流量和地下河流量明顯減小，部分小型巖溶泉甚至?xí)霈F(xiàn)干涸現(xiàn)象。巖溶地下水的水質(zhì)在不同季節(jié)也有所變化。在豐水期，由于大量降水的稀釋作用，地下水中的主要離子濃度相對(duì)較低，水化學(xué)類型相對(duì)較為單一。例如，地下水中的Ca2?、Mg2?、HCO??等主要離子濃度會(huì)隨著降水的增加而降低，水化學(xué)類型多以HCO?-Ca型或HCO?-Ca?Mg型為主。而在枯水期，隨著地下水水位下降，地下水與巖石的接觸時(shí)間增加，溶蝕作用增強(qiáng)，地下水中的離子濃度相對(duì)升高，水化學(xué)類型也會(huì)變得更為復(fù)雜。此時(shí)，地下水中的SO?2?、Cl?等陰離子濃度可能會(huì)有所增加，水化學(xué)類型可能會(huì)向SO??HCO?-Ca型或Cl?HCO?-Ca型轉(zhuǎn)變。從年份變化來(lái)看，巖溶地下水的水位、水量和水質(zhì)受到降水年際變化和人類活動(dòng)的綜合影響。在降水偏多的年份，巖溶地下水的水位和水量相對(duì)較高，水質(zhì)相對(duì)較好；而在降水偏少的年份，地下水位和水量則會(huì)降低，水質(zhì)也可能會(huì)受到一定影響。此外，隨著近年來(lái)德江縣經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人類活動(dòng)對(duì)巖溶地下水的影響日益顯著。不合理的農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)廢水排放和生活污水排放等，可能導(dǎo)致地下水位下降、水質(zhì)惡化。例如，一些地區(qū)由于過(guò)度開采巖溶地下水用于農(nóng)業(yè)灌溉，導(dǎo)致地下水位持續(xù)下降，引發(fā)了地面沉降等環(huán)境地質(zhì)問題；而工業(yè)廢水和生活污水的排放，使得地下水中的污染物含量增加，如重金屬離子、氨氮等，嚴(yán)重影響了地下水的水質(zhì)。三、巖溶地下水水化學(xué)特征分析3.1樣品采集與分析方法3.1.1采樣點(diǎn)布置在德江縣露青壩地區(qū)進(jìn)行采樣點(diǎn)布置時(shí)，充分考慮了不同地貌單元、含水層和地質(zhì)構(gòu)造部位的特點(diǎn)。在地貌單元方面，綜合選取了峰林、峰叢、溶蝕洼地、河谷等典型地貌區(qū)域。峰林和峰叢地區(qū)地形起伏較大，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，地下水的補(bǔ)給和徑流條件復(fù)雜，在此設(shè)置采樣點(diǎn)可以研究巖溶發(fā)育程度對(duì)地下水水化學(xué)特征的影響；溶蝕洼地是地表水和地下水的匯聚區(qū)域，對(duì)該區(qū)域采樣有助于了解地下水的混合作用和物質(zhì)來(lái)源；河谷地帶地勢(shì)較低，地下水埋深淺，與地表水水力聯(lián)系密切，通過(guò)對(duì)河谷地區(qū)采樣，可分析地表水與地下水的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。針對(duì)不同含水層，分別在巖溶水含水層、基巖裂隙水含水層和孔隙水含水層設(shè)置采樣點(diǎn)。在巖溶水含水層，結(jié)合碳酸鹽巖的分布和巖溶發(fā)育情況，重點(diǎn)在巖溶管道和裂隙發(fā)育的區(qū)域布置采樣點(diǎn)，以獲取具有代表性的巖溶地下水樣品；對(duì)于基巖裂隙水含水層，選擇在碎屑巖裂隙發(fā)育良好、富水性較強(qiáng)的地段設(shè)置采樣點(diǎn)；孔隙水含水層采樣點(diǎn)則主要分布在第四系松散堆積層較厚、孔隙水豐富的河谷階地和山間盆地。在地質(zhì)構(gòu)造部位上，在褶皺的軸部、翼部以及斷層破碎帶等關(guān)鍵部位均布置了采樣點(diǎn)。褶皺軸部巖石破碎，裂隙發(fā)育，地下水的徑流速度較快，水化學(xué)特征可能與其他部位有所不同；褶皺翼部巖石相對(duì)完整，通過(guò)對(duì)翼部采樣，可以對(duì)比分析不同構(gòu)造部位地下水的水化學(xué)差異；斷層破碎帶是地下水的重要通道，也是不同含水層之間水力聯(lián)系的關(guān)鍵部位，在斷層破碎帶附近采樣，能夠研究地質(zhì)構(gòu)造對(duì)地下水水化學(xué)特征的控制作用。最終，在研究區(qū)內(nèi)共設(shè)置了[X]個(gè)地下水采樣點(diǎn)，其中巖溶水采樣點(diǎn)[X1]個(gè)，基巖裂隙水采樣點(diǎn)[X2]個(gè)，孔隙水采樣點(diǎn)[X3]個(gè)。這些采樣點(diǎn)在研究區(qū)內(nèi)呈均勻分布，能夠較好地代表不同地貌單元、含水層和地質(zhì)構(gòu)造部位的巖溶地下水特征。同時(shí)，在研究區(qū)周邊的地表水體（如烏江及其支流）設(shè)置了[X4]個(gè)地表水采樣點(diǎn)，用于分析地表水與地下水的水力聯(lián)系和水化學(xué)特征的相互影響。在不同地層巖性區(qū)域采集了[X5]個(gè)巖石樣品，用于分析巖石的化學(xué)成分，為研究地下水與巖石的相互作用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。采樣點(diǎn)的具體位置如圖3-1所示。圖3-1采樣點(diǎn)分布圖3.1.2樣品采集采樣時(shí)間選擇在豐水期（202X年7月）和枯水期（202X年1月）進(jìn)行，以獲取不同季節(jié)的地下水樣品，分析水化學(xué)特征的季節(jié)變化規(guī)律。每個(gè)采樣點(diǎn)在豐水期和枯水期各采集一次水樣，共采集地下水樣品[X]組，地表水樣品[X4]組。在采樣方法上，對(duì)于地下水采樣，使用一次性貝勒管進(jìn)行采樣，確保一井一管，避免交叉污染。貝勒管汲水位置控制在井管底部，緩慢下降和上升，以采集到具有代表性的水樣。對(duì)于泉水和地下河等露頭地下水，直接在出水口采集水樣。地表水采樣則在河流的不同位置（如河心、岸邊）多點(diǎn)采集后混合，以保證樣品能代表該地表水的整體特征。采集的水樣在現(xiàn)場(chǎng)立即進(jìn)行初步處理，對(duì)于用于測(cè)定揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的水樣，使用帶塑料螺紋蓋的40mL小玻璃瓶（VOAvail）取樣，加入鹽酸（HCl）至pH值為2，以使其穩(wěn)定，且確保小瓶中不存在頂空或者大于6mm的氣泡；溶解氧、五日生化需氧量和半揮發(fā)性有機(jī)污染物項(xiàng)目采樣時(shí)，水樣注滿容器，上部不留空隙；用于測(cè)定可溶解金屬物質(zhì)的水樣在野外取樣后先過(guò)濾，再裝入聚乙烯容器內(nèi)，加入硝酸（HNO?）至pH值小于2使其穩(wěn)定；用于測(cè)定總金屬含量的水樣不需要過(guò)濾，也不加穩(wěn)定劑。采集的水樣及時(shí)貼上標(biāo)簽，注明采樣點(diǎn)編號(hào)、采樣時(shí)間、采樣地點(diǎn)、樣品類型等信息，字跡清晰可辨。水樣采集后，盡快送往實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析測(cè)試，在運(yùn)輸過(guò)程中，采取了防震、防暴曬、低溫保存等措施，確保水樣的性質(zhì)穩(wěn)定，避免受到外界因素的干擾。3.1.3分析項(xiàng)目與方法分析項(xiàng)目涵蓋陽(yáng)離子、陰離子、微量元素和其他指標(biāo)。陽(yáng)離子主要包括鈣離子（Ca2?）、鎂離子（Mg2?）、鈉離子（Na?）、鉀離子（K?）等；陰離子有碳酸氫根離子（HCO??）、硫酸根離子（SO?2?）、氯離子（Cl?）等；微量元素包含鐵（Fe）、錳（Mn）、銅（Cu）、鋅（Zn）、鉛（Pb）、鎘（Cd）等；其他指標(biāo)有pH值、電導(dǎo)率、溶解性總固體（TDS）、氧化還原電位（Eh）等。陽(yáng)離子（Ca2?、Mg2?、Na?、K?）采用原子吸收光譜法進(jìn)行測(cè)定，該方法利用原子對(duì)特定波長(zhǎng)光的吸收特性，通過(guò)測(cè)量吸收光的強(qiáng)度來(lái)確定陽(yáng)離子的濃度，具有靈敏度高、準(zhǔn)確性好的優(yōu)點(diǎn)；陰離子（HCO??、SO?2?、Cl?）使用離子色譜法進(jìn)行分析，離子色譜法基于離子交換原理，能夠快速、準(zhǔn)確地分離和測(cè)定各種陰離子的含量；微量元素（Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd等）運(yùn)用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）進(jìn)行檢測(cè)，ICP-MS可以同時(shí)測(cè)定多種微量元素，具有極低的檢測(cè)限和良好的精密度；pH值通過(guò)pH計(jì)進(jìn)行測(cè)定，利用玻璃電極對(duì)氫離子的選擇性響應(yīng)，直接讀取溶液的pH值；電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率儀進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)溶液中離子的導(dǎo)電能力來(lái)確定電導(dǎo)率的大??；溶解性總固體（TDS）通過(guò)重量法進(jìn)行測(cè)定，將水樣經(jīng)過(guò)過(guò)濾、蒸發(fā)、烘干后，稱量剩余固體的質(zhì)量，從而得到TDS的值；氧化還原電位（Eh）使用氧化還原電位儀進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)測(cè)量電極與參比電極之間的電位差，來(lái)確定溶液的氧化還原電位。在分析過(guò)程中，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行操作，對(duì)每個(gè)分析項(xiàng)目都進(jìn)行了空白試驗(yàn)、平行樣分析和加標(biāo)回收試驗(yàn)，以確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性?？瞻自囼?yàn)用于檢驗(yàn)分析過(guò)程中是否存在污染；平行樣分析用于評(píng)估分析方法的精密度，要求平行樣的相對(duì)偏差在允許范圍內(nèi)；加標(biāo)回收試驗(yàn)用于驗(yàn)證分析方法的準(zhǔn)確性，加標(biāo)回收率應(yīng)在合理的范圍內(nèi)（一般要求在80%-120%之間）。通過(guò)這些質(zhì)量控制措施，保證了分析數(shù)據(jù)的質(zhì)量，為后續(xù)的水化學(xué)特征分析和形成機(jī)制研究提供了可靠的依據(jù)。3.2水化學(xué)基本特征3.2.1主要離子含量統(tǒng)計(jì)對(duì)德江縣露青壩地區(qū)巖溶地下水主要離子含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表3-1所示。陽(yáng)離子中，Ca2?的含量范圍為[Ca2?最小值]-[Ca2?最大值]mg/L，平均值為[Ca2?平均值]mg/L，變異系數(shù)為[Ca2?變異系數(shù)]，表明Ca2?含量在不同采樣點(diǎn)之間存在一定差異，這可能與碳酸鹽巖的溶解程度以及地下水的徑流路徑有關(guān)。Mg2?含量范圍是[Mg2?最小值]-[Mg2?最大值]mg/L，平均值為[Mg2?平均值]mg/L，變異系數(shù)為[Mg2?變異系數(shù)]，其含量變化相對(duì)較小，說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)白云巖等含鎂巖石的溶解作用較為穩(wěn)定。Na?含量范圍為[Na?最小值]-[Na?最大值]mg/L，平均值為[Na?平均值]mg/L，變異系數(shù)相對(duì)較大，達(dá)到[Na?變異系數(shù)]，這可能是由于部分采樣點(diǎn)受到人類活動(dòng)（如農(nóng)業(yè)灌溉中使用含鈉鹽的肥料、工業(yè)廢水排放等）或局部地質(zhì)條件（如地層中鈉鹽含量較高）的影響，導(dǎo)致Na?含量波動(dòng)較大。K?含量相對(duì)較低，范圍是[K?最小值]-[K?最大值]mg/L，平均值為[K?平均值]mg/L，變異系數(shù)為[K?變異系數(shù)]，反映出地下水中K?的來(lái)源相對(duì)穩(wěn)定，主要可能來(lái)自于巖石中鉀長(zhǎng)石等礦物的風(fēng)化溶解。陰離子方面，HCO??是地下水中的主要陰離子，含量范圍在[HCO??最小值]-[HCO??最大值]mg/L，平均值為[HCO??平均值]mg/L，變異系數(shù)為[HCO??變異系數(shù)]，其高含量表明碳酸鹽巖的溶解作用是巖溶地下水化學(xué)組成的重要控制因素，且在不同區(qū)域由于水巖相互作用程度不同，HCO??含量存在一定變化。SO?2?含量范圍是[SO?2?最小值]-[SO?2?最大值]mg/L，平均值為[SO?2?平均值]mg/L，變異系數(shù)為[SO?2?變異系數(shù)]，部分采樣點(diǎn)SO?2?含量較高，可能與石膏等硫酸鹽礦物的溶解、人類活動(dòng)（如工業(yè)排放含硫酸鹽廢水、農(nóng)業(yè)使用含硫肥料等）有關(guān)。Cl?含量范圍為[Cl?最小值]-[Cl?最大值]mg/L，平均值為[Cl?平均值]mg/L，變異系數(shù)為[Cl?變異系數(shù)]，Cl?含量總體較低且變化相對(duì)較小，說(shuō)明其來(lái)源相對(duì)穩(wěn)定，主要可能來(lái)自于大氣降水和巖石中少量氯化物的溶解。通過(guò)對(duì)主要離子含量的統(tǒng)計(jì)分析可以看出，德江縣露青壩地區(qū)巖溶地下水的主要離子組成受多種因素影響，包括地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水巖相互作用以及人類活動(dòng)等。這些因素的綜合作用導(dǎo)致了不同采樣點(diǎn)地下水主要離子含量的差異，為進(jìn)一步研究水化學(xué)特征和形成機(jī)制提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。表3-1主要離子含量統(tǒng)計(jì)（單位：mg/L）離子最小值最大值平均值變異系數(shù)Ca2?[Ca2?最小值][Ca2?最大值][Ca2?平均值][Ca2?變異系數(shù)]Mg2?[Mg2?最小值][Mg2?最大值][Mg2?平均值][Mg2?變異系數(shù)]Na?[Na?最小值][Na?最大值][Na?平均值][Na?變異系數(shù)]K?[K?最小值][K?最大值][K?平均值][K?變異系數(shù)]HCO??[HCO??最小值][HCO??最大值][HCO??平均值][HCO??變異系數(shù)]SO?2?[SO?2?最小值][SO?2?最大值][SO?2?平均值][SO?2?變異系數(shù)]Cl?[Cl?最小值][Cl?最大值][Cl?平均值][Cl?變異系數(shù)]3.2.2酸堿度（pH值）與總?cè)芙夤腆w（TDS）研究區(qū)內(nèi)巖溶地下水的pH值變化范圍為[pH最小值]-[pH最大值]，平均值為[pH平均值]，整體呈弱堿性。其中，在豐水期，pH值范圍為[豐水期pH最小值]-[豐水期pH最大值]，平均值為[豐水期pH平均值]；枯水期pH值范圍是[枯水期pH最小值]-[枯水期pH最大值]，平均值為[枯水期pH平均值]。不同季節(jié)pH值略有差異，豐水期由于降水的稀釋作用，pH值相對(duì)較低，但仍處于弱堿性范圍。弱堿性的pH值主要是由于地下水中含有大量的HCO??，其水解產(chǎn)生OH?，使溶液呈堿性。在巖溶作用過(guò)程中，碳酸鹽巖與含有CO?的地下水發(fā)生反應(yīng)，生成HCO??，這是維持地下水弱堿性的重要原因。此外，巖石中其他堿性礦物的溶解也可能對(duì)pH值產(chǎn)生一定影響?？?cè)芙夤腆w（TDS）反映了地下水中溶解的各種離子、分子和化合物的總量。德江縣露青壩地區(qū)巖溶地下水的TDS值變化范圍為[TDS最小值]-[TDS最大值]mg/L，平均值為[TDS平均值]mg/L。在空間分布上，TDS值呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，從山區(qū)向河谷地帶，TDS值總體上有逐漸升高的趨勢(shì)。山區(qū)地勢(shì)較高，地下水徑流速度較快，與巖石的接觸時(shí)間相對(duì)較短，溶蝕作用相對(duì)較弱，因此TDS值相對(duì)較低；而河谷地帶地勢(shì)較低，地下水徑流速度較慢，與巖石的接觸時(shí)間長(zhǎng)，溶蝕作用強(qiáng)烈，水中溶解的物質(zhì)增多，TDS值相對(duì)較高。同時(shí)，TDS值在不同含水層也存在差異，巖溶水含水層的TDS值一般高于基巖裂隙水含水層和孔隙水含水層，這與巖溶水在流動(dòng)過(guò)程中對(duì)碳酸鹽巖的強(qiáng)烈溶蝕作用以及巖溶管道系統(tǒng)的連通性有關(guān)，巖溶水能夠充分溶解巖石中的礦物質(zhì)，導(dǎo)致其TDS值升高。在時(shí)間變化上，豐水期TDS值范圍為[豐水期TDS最小值]-[豐水期TDS最大值]mg/L，平均值為[豐水期TDS平均值]mg/L；枯水期TDS值范圍是[枯水期TDS最小值]-[枯水期TDS最大值]mg/L，平均值為[枯水期TDS平均值]mg/L?？菟赥DS值相對(duì)較高，這是因?yàn)樨S水期降水對(duì)地下水的稀釋作用明顯，而枯水期降水減少，地下水蒸發(fā)濃縮作用相對(duì)增強(qiáng)，使得水中溶解物質(zhì)的濃度升高，TDS值增大。3.2.3硬度德江縣露青壩地區(qū)巖溶地下水的總硬度范圍為[總硬度最小值]-[總硬度最大值]mg/L，平均值為[總硬度平均值]mg/L，以CaCO?計(jì)。根據(jù)水質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)，大部分地下水樣品屬于硬水，這主要是由于地下水中含有較高濃度的Ca2?和Mg2?，它們主要來(lái)源于碳酸鹽巖（如石灰?guī)r、白云巖）的溶解。在碳酸鹽巖地區(qū)，CaCO?和MgCO?等礦物在含有CO?的地下水作用下發(fā)生溶解，釋放出Ca2?和Mg2?，導(dǎo)致地下水硬度升高。進(jìn)一步分析碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度，碳酸鹽硬度（暫時(shí)硬度）主要由水中的HCO??與Ca2?、Mg2?結(jié)合形成，其含量范圍為[碳酸鹽硬度最小值]-[碳酸鹽硬度最大值]mg/L，平均值為[碳酸鹽硬度平均值]mg/L，占總硬度的比例較高，約為[碳酸鹽硬度占比平均值]%。這表明碳酸鹽巖的溶解是地下水硬度的主要貢獻(xiàn)來(lái)源，當(dāng)水被加熱時(shí)，HCO??會(huì)分解生成CO?和CO?2?，CO?2?與Ca2?、Mg2?結(jié)合形成沉淀，從而降低水的硬度，這也是“暫時(shí)硬度”名稱的由來(lái)。非碳酸鹽硬度（永久硬度）主要由水中的SO?2?、Cl?等陰離子與Ca2?、Mg2?結(jié)合形成，含量范圍是[非碳酸鹽硬度最小值]-[非碳酸鹽硬度最大值]mg/L，平均值為[非碳酸鹽硬度平均值]mg/L，占總硬度的比例相對(duì)較低，約為[非碳酸鹽硬度占比平均值]%。非碳酸鹽硬度的存在說(shuō)明除了碳酸鹽巖溶解外，還有其他因素影響地下水硬度，如石膏（CaSO??2H?O）等硫酸鹽礦物的溶解，以及人類活動(dòng)（如工業(yè)廢水排放、農(nóng)業(yè)使用含硫酸鹽肥料等）導(dǎo)致的SO?2?等陰離子進(jìn)入地下水，與Ca2?、Mg2?結(jié)合形成非碳酸鹽硬度。在空間分布上，總硬度、碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度均呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。從山區(qū)到河谷地帶，總硬度和碳酸鹽硬度總體上有逐漸升高的趨勢(shì)，這與TDS值的變化趨勢(shì)一致，主要是由于河谷地帶地下水與巖石的溶蝕作用更強(qiáng)烈，溶解的Ca2?和Mg2?更多。而非碳酸鹽硬度在部分區(qū)域受人類活動(dòng)影響較大，如在工業(yè)活動(dòng)較為集中的區(qū)域，由于工業(yè)廢水排放中含有較高濃度的SO?2?等陰離子，導(dǎo)致該區(qū)域非碳酸鹽硬度相對(duì)較高；在農(nóng)業(yè)活動(dòng)頻繁的區(qū)域，農(nóng)業(yè)面源污染（如農(nóng)藥、化肥的使用）也可能對(duì)非碳酸鹽硬度產(chǎn)生一定影響。在時(shí)間變化上，豐水期和枯水期硬度也存在差異，一般來(lái)說(shuō)，枯水期總硬度、碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度相對(duì)較高，這與枯水期地下水蒸發(fā)濃縮作用增強(qiáng)，水中溶解物質(zhì)濃度升高有關(guān)；而豐水期降水的稀釋作用使得硬度相對(duì)較低。3.3水化學(xué)類型3.3.1Piper三線圖分析Piper三線圖是一種用于分析地下水水化學(xué)類型的常用工具，它能夠直觀地展示地下水主要離子的相對(duì)含量和水化學(xué)類型的分布特征。通過(guò)對(duì)德江縣露青壩地區(qū)巖溶地下水的主要離子數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪制出Piper三線圖，結(jié)果如圖3-2所示。圖3-2Piper三線圖從Piper三線圖中可以看出，研究區(qū)巖溶地下水的陽(yáng)離子主要以Ca2?和Mg2?為主，在陽(yáng)離子三角形中，大部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)集中在Ca2?和Mg2?頂點(diǎn)附近，表明Ca2?和Mg2?在地下水中占有主導(dǎo)地位，這與碳酸鹽巖（石灰?guī)r、白云巖）的溶解密切相關(guān)。在碳酸鹽巖地區(qū)，CaCO?和MgCO?等礦物在含有CO?的地下水作用下發(fā)生溶解，釋放出Ca2?和Mg2?，使得地下水中這兩種陽(yáng)離子的含量較高。而Na?和K?的含量相對(duì)較低，數(shù)據(jù)點(diǎn)在陽(yáng)離子三角形中靠近Na?+K?頂點(diǎn)的較少，說(shuō)明研究區(qū)巖溶地下水受鈉鹽和鉀鹽礦物溶解的影響較小。陰離子方面，主要以HCO??為主，在陰離子三角形中，大部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)靠近HCO??頂點(diǎn)，這是由于碳酸鹽巖溶解產(chǎn)生的HCO??是地下水中陰離子的主要來(lái)源。部分采樣點(diǎn)的SO?2?和Cl?含量相對(duì)較高，數(shù)據(jù)點(diǎn)在陰離子三角形中向SO?2?和Cl?頂點(diǎn)有所偏移，這可能與局部地區(qū)的石膏（CaSO??2H?O）等硫酸鹽礦物溶解、人類活動(dòng)（如工業(yè)廢水排放、農(nóng)業(yè)使用含硫肥料、生活污水排放等）導(dǎo)致的SO?2?和Cl?輸入有關(guān)。根據(jù)Piper三線圖的分類，研究區(qū)巖溶地下水的水化學(xué)類型主要為HCO?-Ca型、HCO?-Ca?Mg型和HCO??SO?-Ca?Mg型。其中，HCO?-Ca型水主要分布在研究區(qū)的北部和東部部分區(qū)域，這些區(qū)域的地層巖性以石灰?guī)r為主，碳酸鹽巖的溶解作用強(qiáng)烈，且受其他因素干擾較小，因此水化學(xué)類型相對(duì)簡(jiǎn)單，主要以HCO??和Ca2?為主。HCO?-Ca?Mg型水在研究區(qū)內(nèi)分布較為廣泛，表明該區(qū)域的地下水受到石灰?guī)r和白云巖溶解的共同影響，地下水中Ca2?和Mg2?含量均較高。HCO??SO?-Ca?Mg型水主要分布在研究區(qū)的南部和西部部分區(qū)域，這些區(qū)域可能存在石膏等硫酸鹽礦物的溶解，或者受到人類活動(dòng)的影響，導(dǎo)致地下水中SO?2?含量增加，從而形成了這種較為復(fù)雜的水化學(xué)類型。3.3.2舒卡列夫分類法舒卡列夫分類法是根據(jù)地下水中主要離子（陽(yáng)離子：Ca2?、Mg2?、Na?+K?；陰離子：HCO??、SO?2?、Cl?）的含量進(jìn)行分類的方法，該方法能夠直觀地反映地下水的化學(xué)組成和成因。按照舒卡列夫分類法，將德江縣露青壩地區(qū)巖溶地下水樣品進(jìn)行分類，結(jié)果如表3-2所示。表3-2舒卡列夫分類結(jié)果編號(hào)主要離子組合水化學(xué)類型樣品數(shù)量所占比例主要分布區(qū)域1[Ca2?]>[Mg2?]>[Na?+K?]，[HCO??]>[其他陰離子]HCO?-CaX1[X1占比]%北部、東部部分區(qū)域2[Ca2?]>[Mg2?]>[Na?+K?]，[HCO??]>[SO?2?]>[Cl?]HCO?-Ca·MgX2[X2占比]%中部、南部部分區(qū)域3[Ca2?]>[Mg2?]>[Na?+K?]，[HCO??+SO?2?]>[Cl?]，[HCO??]<[SO?2?]HCO?·SO?-Ca·MgX3[X3占比]%南部、西部部分區(qū)域4[Ca2?]>[Mg2?]>[Na?+K?]，[HCO??+Cl?]>[SO?2?]，[HCO??]<[Cl?]HCO?·Cl-Ca·MgX4[X4占比]%局部區(qū)域5[Mg2?]>[Ca2?]>[Na?+K?]，[HCO??]>[其他陰離子]HCO?-Mg·CaX5[X5占比]%北部部分區(qū)域從舒卡列夫分類結(jié)果可以看出，HCO?-Ca型水在研究區(qū)有一定分布，其形成主要是由于石灰?guī)r的溶解。石灰?guī)r的主要成分是CaCO?，在含有CO?的地下水作用下，CaCO?發(fā)生溶解，反應(yīng)方程式為：CaCO?+CO?+H?O?Ca2?+2HCO??，從而使地下水中Ca2?和HCO??成為主要離子，形成HCO?-Ca型水。這種類型的水在北部和東部部分區(qū)域相對(duì)集中，可能與這些區(qū)域石灰?guī)r的大面積分布以及相對(duì)穩(wěn)定的水動(dòng)力條件有關(guān)，地下水在與石灰?guī)r充分接觸過(guò)程中，主要發(fā)生了上述溶解反應(yīng)，而其他離子的混入較少。HCO?-Ca?Mg型水是研究區(qū)內(nèi)分布最廣泛的水化學(xué)類型，這是因?yàn)檠芯繀^(qū)不僅有大量的石灰?guī)r，還存在一定比例的白云巖。白云巖的主要成分是CaMg(CO?)?，其溶解反應(yīng)為：CaMg(CO?)?+2CO?+2H?O?Ca2?+Mg2?+4HCO??，導(dǎo)致地下水中Ca2?、Mg2?和HCO??含量都較高，形成HCO?-Ca?Mg型水。在中部和南部部分區(qū)域，地層巖性復(fù)雜，石灰?guī)r和白云巖相互交錯(cuò)分布，且地下水的流動(dòng)路徑相對(duì)較長(zhǎng)，與兩種巖石的接觸時(shí)間都較為充分，因此這種水化學(xué)類型更為常見。HCO??SO?-Ca?Mg型水主要分布在南部和西部部分區(qū)域。除了碳酸鹽巖的溶解外，該區(qū)域可能存在石膏（CaSO??2H?O）等硫酸鹽礦物的溶解，石膏溶解產(chǎn)生SO?2?，反應(yīng)方程式為：CaSO??2H?O?Ca2?+SO?2?+2H?O，使得地下水中SO?2?含量升高，與Ca2?、Mg2?和HCO??共同構(gòu)成了這種水化學(xué)類型。此外，人類活動(dòng)也可能對(duì)該區(qū)域地下水的化學(xué)組成產(chǎn)生影響，如工業(yè)廢水排放中含有較高濃度的SO?2?，農(nóng)業(yè)使用含硫肥料等，進(jìn)一步增加了地下水中SO?2?的含量。HCO??Cl-Ca?Mg型水在局部區(qū)域出現(xiàn)，其形成可能與人類活動(dòng)排放的含氯污染物有關(guān)，如生活污水排放、工業(yè)廢水排放中含有Cl?，當(dāng)這些污染物進(jìn)入地下水后，改變了地下水中離子的組成比例，使得Cl?含量升高，與Ca2?、Mg2?和HCO??共同形成了這種水化學(xué)類型。在一些人口密集或工業(yè)活動(dòng)集中的區(qū)域，由于人類活動(dòng)排放的含氯污染物較多，可能會(huì)導(dǎo)致這種水化學(xué)類型的出現(xiàn)。HCO?-Mg?Ca型水在北部部分區(qū)域有少量分布，這可能與該區(qū)域白云巖的相對(duì)優(yōu)勢(shì)分布以及地下水的局部水動(dòng)力條件有關(guān)。在這些區(qū)域，白云巖的溶解作用相對(duì)更為突出，使得Mg2?在陽(yáng)離子中的相對(duì)含量較高，從而形成了HCO?-Mg?Ca型水。同時(shí)，地下水的流動(dòng)路徑和與巖石的接觸時(shí)間也可能影響離子的溶解和交換過(guò)程，進(jìn)一步導(dǎo)致這種水化學(xué)類型的形成。3.4水化學(xué)特征的空間分布3.4.1水平方向變化為了深入研究德江縣露青壩地區(qū)巖溶地下水水化學(xué)特征在水平方向上的變化規(guī)律，利用克里金插值法對(duì)主要離子（Ca2?、Mg2?、HCO??、SO?2?等）、pH值、TDS等水化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行空間插值，繪制了相應(yīng)的等值線圖，結(jié)果如圖3-3至圖3-7所示。圖3-3Ca2?含量等值線圖圖3-4Mg2?含量等值線圖圖3-5HCO??含量等值線圖圖3-6SO?2?含量等值線圖圖3-7TDS等值線圖從Ca2?含量等值線圖（圖3-3）可以看出，Ca2?含量在研究區(qū)呈現(xiàn)出明顯的空間變化。在研究區(qū)的北部和東部部分區(qū)域，Ca2?含量相對(duì)較高，一般在[Ca2?高值范圍]mg/L以上，這與該區(qū)域廣泛分布的石灰?guī)r有關(guān)，石灰?guī)r的主要成分CaCO?在地下水的溶蝕作用下，大量釋放出Ca2?，使得地下水中Ca2?含量升高。而在研究區(qū)的西部和南部部分區(qū)域，Ca2?含量相對(duì)較低，一般在[Ca2?低值范圍]mg/L以下，這些區(qū)域可能受到白云巖等其他巖石的影響，白云巖中Ca2?的相對(duì)含量較低，導(dǎo)致地下水中Ca2?含量不高。同時(shí)，地質(zhì)構(gòu)造對(duì)Ca2?含量也有一定影響，在斷層破碎帶附近，巖石破碎，地下水的溶蝕作用增強(qiáng)，Ca2?含量可能會(huì)局部升高。Mg2?含量等值線圖（圖3-4）顯示，Mg2?含量在研究區(qū)的分布也存在差異。在研究區(qū)的中部和北部部分區(qū)域，Mg2?含量相對(duì)較高，主要是因?yàn)檫@些區(qū)域存在一定比例的白云巖，白云巖的主要成分CaMg(CO?)?溶解會(huì)釋放出Mg2?，使得地下水中Mg2?含量增加。而在研究區(qū)的南部和東部部分區(qū)域，Mg2?含量相對(duì)較低，可能是由于這些區(qū)域石灰?guī)r分布相對(duì)較多，白云巖分布較少，地下水受到白云巖溶解的影響較小。此外，水動(dòng)力條件也會(huì)對(duì)Mg2?含量產(chǎn)生影響，在地下水徑流速度較快的區(qū)域，Mg2?可能會(huì)被稀釋，含量相對(duì)較低；而在地下水流動(dòng)相對(duì)滯緩的區(qū)域，Mg2?可能會(huì)相對(duì)富集。HCO??作為地下水中的主要陰離子，其含量等值線圖（圖3-5）顯示，HCO??含量在研究區(qū)整體較高，且分布較為廣泛。在研究區(qū)的大部分區(qū)域，HCO??含量一般在[HCO??含量范圍]mg/L之間，這是由于碳酸鹽巖的溶解是巖溶地下水化學(xué)組成的重要控制因素，碳酸鹽巖與含有CO?的地下水反應(yīng)，產(chǎn)生大量的HCO??。然而，在一些局部區(qū)域，如靠近河流或人類活動(dòng)密集的區(qū)域，HCO??含量可能會(huì)有所變化?？拷恿鞯膮^(qū)域，由于地表水的補(bǔ)給，可能會(huì)稀釋地下水中HCO??的濃度；而在人類活動(dòng)密集的區(qū)域，如工業(yè)排放或農(nóng)業(yè)施肥等活動(dòng)，可能會(huì)引入其他離子，影響HCO??的含量。SO?2?含量等值線圖（圖3-6）表明，SO?2?含量在研究區(qū)的分布呈現(xiàn)出明顯的不均勻性。在研究區(qū)的南部和西部部分區(qū)域，SO?2?含量相對(duì)較高，部分區(qū)域可達(dá)[SO?2?高值范圍]mg/L以上，這可能與該區(qū)域存在石膏等硫酸鹽礦物的溶解有關(guān)，石膏（CaSO??2H?O）溶解會(huì)釋放出SO?2?，增加地下水中SO?2?的含量。此外，人類活動(dòng)也是導(dǎo)致SO?2?含量升高的重要因素，工業(yè)廢水排放、農(nóng)業(yè)使用含硫肥料等，都可能使大量的SO?2?進(jìn)入地下水。而在研究區(qū)的北部和東部部分區(qū)域，SO?2?含量相對(duì)較低，一般在[SO?2?低值范圍]mg/L以下，這些區(qū)域受硫酸鹽礦物溶解和人類活動(dòng)的影響較小。TDS等值線圖（圖3-7）顯示，TDS值在研究區(qū)從山區(qū)向河谷地帶總體上呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)。山區(qū)地勢(shì)較高，地下水徑流速度較快，與巖石的接觸時(shí)間相對(duì)較短，溶蝕作用相對(duì)較弱，水中溶解的物質(zhì)較少，因此TDS值相對(duì)較低，一般在[山區(qū)TDS范圍]mg/L以下。而河谷地帶地勢(shì)較低，地下水徑流速度較慢，與巖石的接觸時(shí)間長(zhǎng)，溶蝕作用強(qiáng)烈，水中溶解的礦物質(zhì)增多，TDS值相對(duì)較高，部分河谷區(qū)域TDS值可達(dá)[河谷TDS范圍]mg/L以上。同時(shí)，在一些人類活動(dòng)密集的區(qū)域，如城鎮(zhèn)附近，由于工業(yè)廢水和生活污水的排放，可能會(huì)增加地下水中的溶解物質(zhì)，導(dǎo)致TDS值局部升高。3.4.2垂直方向變化研究不同含水層水化學(xué)特征的垂直變化規(guī)律對(duì)于深入理解巖溶地下水系統(tǒng)具有重要意義。通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)不同深度的巖溶水、基巖裂隙水和孔隙水的水化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)水化學(xué)特征在垂直方向上存在明顯差異。在巖溶水含水層中，隨著深度的增加，Ca2?、Mg2?和HCO??的含量總體上呈現(xiàn)出先升高后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。在淺部巖溶水層，由于大氣降水的直接補(bǔ)給，水動(dòng)力條件較為活躍，地下水與巖石的接觸時(shí)間相對(duì)較短，碳酸鹽巖的溶解作用相對(duì)較弱，因此Ca2?、Mg2?和HCO??的含量相對(duì)較低。隨著深度的增加，地下水的徑流速度逐漸減慢，與巖石的接觸時(shí)間增長(zhǎng)，碳酸鹽巖的溶解作用增強(qiáng)，Ca2?、Mg2?和HCO??的含量逐漸升高。當(dāng)達(dá)到一定深度后，地下水的水化學(xué)條件趨于穩(wěn)定，Ca2?、Mg2?和HCO??的含量也基本保持不變。例如，在某巖溶水采樣點(diǎn)，淺部（0-50m）巖溶水中Ca2?含量平均為[淺部Ca2?含量]mg/L，Mg2?含量平均為[淺部Mg2?含量]mg/L，HCO??含量平均為[淺部HCO??含量]mg/L；而在深部（100-150m）巖溶水中，Ca2?含量平均升高到[深部Ca2?含量]mg/L，Mg2?含量平均升高到[深部Mg2?含量]mg/L，HCO??含量平均升高到[深部HCO??含量]mg/L，之后在更深的部位（大于150m），這些離子的含量變化較小。SO?2?和Cl?的含量在巖溶水含水層的垂直方向上變化相對(duì)復(fù)雜。在一些區(qū)域，隨著深度的增加，SO?2?含量可能會(huì)升高，這可能與深部存在石膏等硫酸鹽礦物的溶解有關(guān)，或者是由于深部地下水受到人類活動(dòng)污染的影響，如深部巖溶管道與工業(yè)廢水排放通道相連，導(dǎo)致SO?2?含量增加。而在另一些區(qū)域，SO?2?含量可能會(huì)隨著深度的增加而降低，這可能是因?yàn)闇\部地下水受到人類活動(dòng)影響較大，而深部地下水相對(duì)較為封閉，受外界干擾較小。Cl?含量在垂直方向上的變化一般相對(duì)較小，但在一些特殊區(qū)域，如靠近鹽礦或受到海水入侵影響的區(qū)域，Cl?含量可能會(huì)隨著深度的增加而升高?；鶐r裂隙水含水層的水化學(xué)特征與巖溶水含水層有所不同。由于基巖裂隙水主要賦存于碎屑巖等巖石的裂隙中，其與巖石的相互作用相對(duì)較弱，水化學(xué)組成相對(duì)簡(jiǎn)單。基巖裂隙水中Ca2?、Mg2?和HCO??的含量總體上低于巖溶水含水層，且在垂直方向上變化較小。例如，在某基巖裂隙水采樣點(diǎn)，不同深度（0-100m）的基巖裂隙水中Ca2?含量平均為[基巖裂隙水Ca2?含量]mg/L，Mg2?含量平均為[基巖裂隙水Mg2?含量]mg/L，HCO??含量平均為[基巖裂隙水HCO??含量]mg/L，各深度之間的差異不顯著?；鶐r裂隙水中的SO?2?和Cl?含量也相對(duì)較低，主要來(lái)源于巖石中少量硫酸鹽和氯化物的溶解，在垂直方向上基本保持穩(wěn)定?？紫端畬又饕植荚诘谒南邓缮⒍逊e層中，其水化學(xué)特征受地表環(huán)境和人類活動(dòng)影響較大。孔隙水中的陽(yáng)離子以Na?和K?為主，這是因?yàn)榈谒南刀逊e層中含有較多的鈉鹽和鉀鹽礦物，在地下水的作用下，這些礦物溶解釋放出Na?和K?。陰離子則以HCO??和Cl?為主，HCO??主要來(lái)源于大氣降水和土壤中碳酸鹽的溶解，Cl?則可能來(lái)自于大氣降水、地表污水排放以及巖石中少量氯化物的溶解。在垂直方向上，孔隙水的水化學(xué)特征變化較為明顯，靠近地表的孔隙水受大氣降水和地表污水的影響較大，水化學(xué)組成相對(duì)復(fù)雜，離子含量變化較大；而隨著深度的增加，孔隙水受外界干擾逐漸減小，水化學(xué)組成逐漸趨于穩(wěn)定。例如，在某孔隙水采樣點(diǎn)，淺層（0-10m）孔隙水中Na?含量變化范圍為[淺層Na?含量范圍]mg/L，Cl?含量變化范圍為[淺層Cl?含量范圍]mg/L；而在深層（20-30m）孔隙水中，Na?含量相對(duì)穩(wěn)定，平均為[深層Na?含量]mg/L，Cl?含量平均為[深層Cl?含量]mg/L。3.5水化學(xué)特征的時(shí)間變化3.5.1季節(jié)性變化對(duì)德江縣露青壩地區(qū)巖溶地下水在豐水期和枯水期的水化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)其水化學(xué)特征存在明顯的季節(jié)性變化。在主要離子含量方面，豐水期地下水中Ca2?、Mg2?、HCO??等主要離子濃度相對(duì)較低。這是因?yàn)樨S水期降水充沛，大量降水通過(guò)巖溶通道快速補(bǔ)給地下水，對(duì)地下水中的離子起到了稀釋作用。以Ca2?為例，豐水期Ca2?的平均含量為[豐水期Ca2?平均值]mg/L，而枯水期Ca2?的平均含量為[枯水期Ca2?平均值]mg/L，枯水期含量明顯高于豐水期。HCO??在豐水期的平均含量為[豐水期HCO??平均值]mg/L，枯水期為[枯水期HCO??平均值]mg/L，同樣呈現(xiàn)出枯水期高于豐水期的趨勢(shì)。這表明豐水期降水的稀釋作用對(duì)主要離子濃度有顯著影響。相反，SO?2?和Cl?在部分采樣點(diǎn)的濃度在枯水期相對(duì)較低。這可能是由于豐水期地表徑流增大，將地表的一些含SO?2?和Cl?的物質(zhì)帶入地下水中，導(dǎo)致豐水期這兩種離子的濃度升高。而在枯水期，地表徑流減少，這種帶入作用減弱，同時(shí)地下水在流動(dòng)過(guò)程中與巖石的相互作用相對(duì)穩(wěn)定，使得SO?2?和Cl?的濃度相對(duì)降低。例如，在某采樣點(diǎn)，豐水期SO?2?的濃度為[豐水期SO?2?濃度]mg/L，枯水期為[枯水期SO?2?濃度]mg/L，豐水期濃度明顯高于枯水期。水化學(xué)類型也隨季節(jié)發(fā)生變化。在豐水期，水化學(xué)類型相對(duì)較為單一，主要以HCO?-Ca型和HCO?-Ca?Mg型為主。這是因?yàn)樨S水期降水的稀釋作用使得地下水中其他離子的相對(duì)含量降低，碳酸鹽巖溶解產(chǎn)生的Ca2?、Mg2?和HCO??占據(jù)主導(dǎo)地位。而在枯水期，由于地下水與巖石的接觸時(shí)間增長(zhǎng)，溶蝕作用增強(qiáng)，以及可能受到人類活動(dòng)的影響，水化學(xué)類型變得更為復(fù)雜。除了HCO?-Ca型和HCO?-Ca?Mg型外，還出現(xiàn)了HCO??SO?-Ca?Mg型、HCO??Cl-Ca?Mg型等水化學(xué)類型。在一些受人類活動(dòng)影響較大的區(qū)域，枯水期地下水中SO?2?和Cl?的含量增加，導(dǎo)致水化學(xué)類型發(fā)生改變。pH值在豐水期和枯水期也存在差異。豐水期由于降水的稀釋作用，pH值相對(duì)較低，平均pH值為[豐水期pH平均值]，整體仍呈弱堿性。枯水期pH值相對(duì)較高，平均pH值為[枯水期pH平均值]。這是因?yàn)榭菟诘叵滤c巖石的溶蝕作用增強(qiáng)，地下水中HCO??的含量相對(duì)增加，HCO??的水解作用使溶液的堿性增強(qiáng)，從而導(dǎo)致pH值升高。3.5.2年際變化收集德江縣露青壩地區(qū)多年的巖溶地下水水化學(xué)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)其年際變化趨勢(shì)進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，在過(guò)去[X]年中，地下水中的一些離子含量呈現(xiàn)出一定的變化趨勢(shì)。Ca2?和Mg2?的含量總體上較為穩(wěn)定，但在個(gè)別年份出現(xiàn)了波動(dòng)。例如，在[具體年份1]，由于當(dāng)年降水偏少，地下水的蒸發(fā)濃縮作用增強(qiáng)，Ca2?和Mg2?的含量相對(duì)升高；而在[具體年份2]，降水偏多，對(duì)地下水的稀釋作用明顯，Ca2?和Mg2?的含量相對(duì)降低。HCO??的含量也隨降水的年際變化而波動(dòng)，降水較多的年份，HCO??含量相對(duì)較低，這是因?yàn)榻邓南♂屪饔脤?dǎo)致其濃度降低；而降水較少的年份，HCO??含量相對(duì)較高，主要是由于地下水與巖石的溶蝕作用相對(duì)增強(qiáng)。近年來(lái)，隨著德江縣經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人類活動(dòng)對(duì)巖溶地下水的影響逐漸顯現(xiàn)，導(dǎo)致部分離子含量發(fā)生變化。SO?2?和NO??的含量在一些區(qū)域呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)。這主要是由于工業(yè)廢水排放中含有較高濃度的SO?2?，以及農(nóng)業(yè)活動(dòng)中大量使用含硫和含氮的肥料，這些物質(zhì)通過(guò)地表徑流和土壤滲透進(jìn)入地下水，使得地下水中SO?2?和NO??的含量增加。在一些工業(yè)集中區(qū)附近的采樣點(diǎn)，SO?2?的含量從[起始年份SO?2?含量]mg/L上升到[結(jié)束年份SO?2?含量]mg/L，增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯；在農(nóng)業(yè)活動(dòng)頻繁的區(qū)域，NO??的含量也有不同程度的升高。水化學(xué)類型也受到人類活動(dòng)的影響發(fā)生改變。在一些受污染較為嚴(yán)重的區(qū)域，原本以HCO?-Ca型和HCO?-Ca?Mg型為主的水化學(xué)類型，逐漸向HCO??SO?-Ca?Mg型、HCO??NO?-Ca?Mg型等復(fù)雜類型轉(zhuǎn)變。這表明人類活動(dòng)對(duì)巖溶地下水的化學(xué)組成產(chǎn)生了顯著影響，改變了地下水的水化學(xué)特征和演化趨勢(shì)，需要引起高度重視，加強(qiáng)對(duì)地下水的保護(hù)和監(jiān)測(cè)。四、巖溶地下水形成機(jī)制分析4.1巖石風(fēng)化與溶蝕作用4.1.1碳酸鹽巖溶解平衡碳酸鹽巖是德江縣露青壩地區(qū)巖溶地下水形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，其主要成分碳酸鈣（CaCO?）和碳酸鎂（MgCO?）在地下水的溶蝕作用下發(fā)生溶解，對(duì)地下水的化學(xué)組成起著關(guān)鍵作用。以碳酸鈣為例，其溶解過(guò)程涉及一系列化學(xué)反應(yīng)，主要反應(yīng)式如下：CaCO_{3(s)}\rightleftharpoonsCa^{2+}_{(aq)}+CO_{3}^{2-}_{(aq)}CO_{2(g)}+H_{2}O_{(l)}\rightleftharpoonsH_{2}CO_{3(aq)}H_{2}CO_{3(aq)}\rightleftharpoonsH^{+}_{(aq)}+HCO_{3}^{-}_{(aq)}H^{+}_{(aq)}+CO_{3}^{2-}_{(aq)}\rightleftharpoonsHCO_{3}^{-}_{(aq)}總反應(yīng)式為：CaCO_{3(s)}+CO_{2(g)}+H_{2}O_{(l)}\rightleftharpoonsCa^{2+}_{(aq)}+2HCO_{3}^{-}_{(aq)}在上述反應(yīng)中，碳酸鈣在水中存在溶解平衡，當(dāng)水中二氧化碳含量增加時(shí)，會(huì)促進(jìn)碳酸的形成，進(jìn)而增加氫離子濃度，使碳酸根離子與氫離子結(jié)合形成碳酸氫根離子，打破碳酸鈣的溶解平衡，促使碳酸鈣不斷溶解，釋放出鈣離子和碳酸氫根離子進(jìn)入地下水中。同理，碳酸鎂（MgCO?）的溶解過(guò)程與碳酸鈣類似，其反應(yīng)式為：MgCO_{3(s)}+CO_{2(g)}+H_{2}O_{(l)}\rightleftharpoonsMg^{2+}_{(aq)}+2HCO_{3}^{-}_{(aq)}這些溶解反應(yīng)的平衡受到多種因素的影響，溫度升高會(huì)加快反應(yīng)速率，在一定程度上促進(jìn)碳酸鹽巖的溶解；壓力的變化也會(huì)對(duì)溶解平衡產(chǎn)生影響，例如在深部地下水環(huán)境中，較高的壓力可能會(huì)抑制二氧化碳的逸出，從而有利于碳酸鹽巖的溶解。水中其他離子的存在也會(huì)通過(guò)離子強(qiáng)度、離子交換等作用影響碳酸鹽巖的溶解平衡。當(dāng)水中存在大量的鈉離子、鉀離子等陽(yáng)離子時(shí)，可能會(huì)與碳酸鈣溶解產(chǎn)生的鈣離子發(fā)生離子交換作用，影響碳酸鈣的溶解和沉淀過(guò)程。4.1.2水巖相互作用過(guò)程在德江縣露青壩地區(qū)，地下水與巖石之間的相互作用是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，主要包括溶解、沉淀、離子交換等作用。當(dāng)降雨或地表水通過(guò)巖溶通道滲入地下后，首先與巖石表面接觸。地下水中通常含有一定量的二氧化碳，這是由于大氣中的二氧化碳溶解于水中，以及土壤中微生物分解有機(jī)物產(chǎn)生的二氧化碳也會(huì)進(jìn)入地下水。這些二氧化碳使地下水具有一定的酸性，增強(qiáng)了其對(duì)巖石的溶蝕能力。在水巖接觸初期，地下水主要對(duì)碳酸鹽巖進(jìn)行溶解作用。如前文所述的碳酸鈣和碳酸鎂的溶解過(guò)程，地下水中的碳酸與碳酸鹽巖發(fā)生反應(yīng)，將巖石中的鈣離子、鎂離子和碳酸氫根離子等溶解到水中，使得地下水中這些離子的濃度逐漸增加。隨著水巖相互作用的持續(xù)進(jìn)行，當(dāng)?shù)叵滤心承╇x子的濃度達(dá)到一定程度時(shí)，沉淀作用可能會(huì)發(fā)生。例如，當(dāng)水中的鈣離子和碳酸氫根離子濃度過(guò)高，且環(huán)境條件發(fā)生變化（如溫度升高、壓力降低或二氧化碳逸出）時(shí)，會(huì)導(dǎo)致碳酸氫鈣發(fā)生分解，重新生成碳酸鈣沉淀，反應(yīng)式為：Ca(HCO_{3})_{2(aq)}\rightleftharpoonsCaCO_{3(s)}+CO_{2(g)}+H_{2}O_{(l)}這種沉淀作用在溶洞中形成石鐘乳、石筍、石柱等次生化學(xué)沉積地貌。在一些溶洞的頂部，含有碳酸氫鈣的地下水緩慢滴落，隨著二氧化碳的逸出和水分的蒸發(fā)，碳酸氫鈣分解，碳酸鈣逐漸沉淀，日積月累形成石鐘乳；而滴落到洞底的水滴，同樣由于上述反應(yīng)，碳酸鈣在洞底逐漸堆積形成石筍，當(dāng)石鐘乳和石筍生長(zhǎng)連接在一起時(shí)，就形成了石柱。離子交換也是水巖相互作用的重要過(guò)程之一。巖石顆粒表面通常帶有一定的電荷，能夠吸附地下水中的某些離子。當(dāng)水中的離子濃度發(fā)生變化時(shí)，離子交換作用就會(huì)發(fā)生。在陽(yáng)離子交換過(guò)程中，巖石表面吸附的鈉離子、鉀離子等可能會(huì)與地下水中的鈣離子、鎂離子發(fā)生交換，導(dǎo)致地下水中陽(yáng)離子組成的改變。這種離子交換作用不僅影響地下水的化學(xué)組成，還會(huì)對(duì)巖石的物理性質(zhì)產(chǎn)生一定影響，改變巖石的孔隙結(jié)構(gòu)和透水性。4.1.3溶蝕作用對(duì)水化學(xué)特征的影響溶蝕作用是塑造德江縣露青壩地區(qū)巖溶地下水水化學(xué)特征的關(guān)鍵因素，對(duì)地下水的離子組成和水化學(xué)類型產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。在離子組成方面，溶蝕作用使得地下水中的鈣離子（Ca2?）、鎂離子（Mg2?）和碳酸氫根離子（HCO??）成為主要離子成分。如前所述，碳酸鹽巖的溶解源源不斷地向地下水中釋放Ca2?、Mg2?和HCO??，導(dǎo)致這些離子在地下水中占據(jù)主導(dǎo)地位。在研究區(qū)的大部分采樣點(diǎn)，Ca2?和Mg2?的含量相對(duì)較高，是構(gòu)成地下水硬度的主要陽(yáng)離子，其濃度的高低直接影響地下水的硬度大小。HCO??作為主要陰離子，不僅決定了地下水的堿度，還在維持地下水的酸堿平衡中發(fā)揮著重要作用。溶蝕作用還對(duì)地下水的水化學(xué)類型產(chǎn)生了決定性影響。由于溶蝕作用使Ca2?、Mg2?和HCO??成為主要離子，因此研究區(qū)巖溶地下水的水化學(xué)類型主要為HCO?-Ca型、HCO?-Ca?Mg型等。在以石灰?guī)r為主的區(qū)域，溶蝕作用主要產(chǎn)生Ca2?和HCO??，形成