水化學(xué)分析方法在水電工程勘探中的應(yīng)用

張紅(大連海洋學(xué)校， 遼寧 大連 116023)

水化學(xué)分析方法在水電工程勘探中的應(yīng)用

張紅(大連海洋學(xué)校， 遼寧 大連 116023)

伴隨著當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各個(gè)國(guó)家在水電工程勘探中的競(jìng)爭(zhēng)也在不斷加強(qiáng)，高科技的應(yīng)用使得水電勘探變得更加便利、有效，在該行業(yè)自身得到巨大的品質(zhì)提升的同時(shí)，也為國(guó)家節(jié)省了大量的經(jīng)濟(jì)資源，利于我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。對(duì)此，本文著重就水化學(xué)分析方法在水電工程勘探中的應(yīng)用過(guò)程及效果進(jìn)行探討。

水化學(xué)分析；水電工程勘探；經(jīng)濟(jì)發(fā)展；效果

0 引言

有關(guān)調(diào)查研究顯示，基本貯藏于巖土中的地下水是地球表層系統(tǒng)中最為活躍的環(huán)境因子。在地下水的不斷運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程中，其自身會(huì)不斷地與周?chē)煌馁|(zhì)體發(fā)生運(yùn)動(dòng)的、不斷地發(fā)生離子交換、氧化還原與溶解沉淀等各種過(guò)程，各種變化復(fù)雜的反應(yīng)經(jīng)過(guò)時(shí)間的沉淀，其將地區(qū)之間的氣象、地質(zhì)以及水文等詳細(xì)的記錄了下來(lái)。通過(guò)研究地下水的相應(yīng)資料，我們可以準(zhǔn)確的提取地下水的時(shí)空分布等特點(diǎn)。據(jù)悉，要想充分利用好地下水的相應(yīng)資料，那么水化學(xué)分析法無(wú)疑是分析地下水水文地質(zhì)的最好途徑。

1 水化學(xué)分析法概述

水化學(xué)是一門(mén)研究天然水的化學(xué)成分及其分布和演變過(guò)程的學(xué)科，其研究的天然水分布涵蓋有時(shí)間和空間上的分布，其研究的內(nèi)容主要包括化學(xué)成分、水化學(xué)成分的形成 以及水質(zhì)評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)、預(yù)警等方面。在具體的實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中，水化學(xué)分析法主要結(jié)合地質(zhì)的裂隙資料來(lái)分析水化學(xué)的類(lèi)型和成分以及其在空間分布上的變化規(guī)律，還可以就水流的方向以及巖性變化特點(diǎn)展開(kāi)研究，對(duì)不同水型的特征也有很好的鑒別作用。

2 水化學(xué)分析方法在實(shí)際勘探中的應(yīng)用原則

(1)水化學(xué)方法的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)。實(shí)踐表明，至于地下水，由于其物理性質(zhì)和化學(xué)成分有非常密切的聯(lián)系，在一定程度上，地下水的化學(xué)成分可以存在對(duì)其環(huán)境特性產(chǎn)生直接反應(yīng)。因此，在利用水文地質(zhì)勘探手段研究地下水的化學(xué)成分時(shí)，首先需要詳細(xì)了解地下水的物理性質(zhì)。一是監(jiān)測(cè)地下水溫度。在自然界中，在一定溫度下進(jìn)行許多化學(xué)變化，水的化學(xué)元素的溫度和溶解度有一定的影響。其次，監(jiān)測(cè)水的電導(dǎo)率。地下水的電導(dǎo)率是其反映不僅離子在水中的強(qiáng)度，而且還反映總離子的組成和溶解的無(wú)機(jī)物質(zhì)的組成的能力的主要反映。此外，測(cè)定水中的溶解氧做功。溶解氧濃度是其環(huán)境狀態(tài)的直接反映。最后，水質(zhì)對(duì)PH值的科學(xué)有效監(jiān)測(cè)。地下水的pH值很容易受地下水中H濃度的影響，化學(xué)元素的遷移是影響pH變化的主要因素。

(2)水化學(xué)特征的實(shí)驗(yàn)分析。水的礦化度。在水的化學(xué)表征中，礦化度是水中所有化學(xué)成分(陰離子和陽(yáng)離子)的總和。礦化度差異反映了不同地下水性質(zhì)的差異。 當(dāng)?shù)V化度測(cè)試結(jié)果在0和1000mg/L之間時(shí)，表明水質(zhì)是淡水。鹽化程度超過(guò)100000mg/L，這表明它是鹽水。測(cè)定水質(zhì)鹽度，需要在水中分析各種化學(xué)元素，地下水中的化學(xué)元素是陰離子和陽(yáng)離子的濃度。陰離子和陽(yáng)離子不僅反映了水質(zhì)的化學(xué)成分，而且可以很好地顯示不同的水文地質(zhì)環(huán)境對(duì)水體的影響。

3 水化學(xué)方法在水電工程勘探中的實(shí)際應(yīng)用分析

下面，我們就某水電站進(jìn)行分析，據(jù)悉，該水電站屬于高山峽谷地貌，水流的流向?yàn)镾45°E～ S62°E，在水電站下游約1km轉(zhuǎn)向 S45°E～ S62°E，河流 兩岸的谷坡坡度在40到50度之間，河流常年有水且水流量比較大。水電站所屬的氣候區(qū)域?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年平均降水量在720mm左右，年平均氣溫在9℃度左右。

(1)研究地區(qū)的地質(zhì)特征。在研究區(qū)，印山花崗巖砂巖變質(zhì)砂巖異質(zhì)巖主要發(fā)育于地層。地下水類(lèi)型是松散覆蓋物中的多孔堤和基巖裂隙水，所有這些都提供有降水。基巖巖體的含水或儲(chǔ)存條件主要受風(fēng)化，卸荷和結(jié)構(gòu)斷裂的控制。該區(qū)域的花崗質(zhì)裂隙水主要發(fā)生在風(fēng)化裂隙和成巖裂隙中，變質(zhì)砂巖裂隙水主要發(fā)生在構(gòu)造裂隙中。孔隙水主要發(fā)生在斜坡，殘留物和河岸帶的沖積層中。

(2)研究分析方法。水電站位于河流右岸，勘探平硐有高層平硐 P 6、中層平硐P 7和低層平硐 P 5和P 4，高程分別為2001、1687、1563和1571m，硐深分別為113.6、579.4、418.6和208.3m。我們?cè)趯?shí)際勘探過(guò)程中主要采用離子比例分析法、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和同位素分析方法等研究措施。

平峒顯示有花崗巖，變質(zhì)石英砂巖和變質(zhì)石英砂巖的接觸帶。中高層主要是花崗巖，而低層含有更多的砂巖玄武巖，如滴水點(diǎn)。通過(guò)收集研究區(qū)域地表水，通道水和出口水點(diǎn)水，進(jìn)行常規(guī)水化學(xué)分析和D 18 O同位素測(cè)試，得到地下水中的地下水水化學(xué)數(shù)據(jù)。大部分地表水溫度小于14℃，pH值高，通常在8.5以上。地下水主要是指普通的水，即在隧道不同深度的地方采取水或滴水。 主要測(cè)試化學(xué)成分(Ca2+，Mg2+，Na+，K+，HCO-

3，SO2-

4，Cl-)和礦化度。具體的水化學(xué)分析結(jié)果見(jiàn)表1。離子比分析是利用水化學(xué)成分，兩種成分或a2和幾種成分的比例來(lái)研究一些水文地球化學(xué)問(wèn)題。在具有類(lèi)似水化學(xué)的類(lèi)似TDS類(lèi)型的水樣品中，水樣品的比例可以用于反映水樣品中的差異。計(jì)算并分析Ca2+/Na+和Ca2+/Mg2+，研究區(qū)Ca2+/Na+比地下水中Ca2+/Na2+大得多。Mg＜2+一般是地下水以下的地表水。而Ca2+/Na+比值在中層水平徑流方向最低，而Ca2+/Na+比值在低水平徑流徑向上較高；/Mg2+在地下水的砂巖和接觸帶中低于花崗巖。G2的Ca2+/Na+比較高，與表面風(fēng)化裂隙區(qū)相通，地下水徑流快。

表1 研究地區(qū)降水、地表水與平峒地下水化學(xué)分析結(jié)果

灰色關(guān)系分析用于分析判斷系統(tǒng)中主要行為因素與相關(guān)行為因素之間的接近程度。為了確定不同水樣和水體之間的相關(guān)程度，19個(gè)水樣(HCO-3，SO2-

4，Cl-，Ca2+，Mg2+，K+，Na+)通

過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析。相關(guān)因素行為數(shù)據(jù)如表1所示。從徑流區(qū)采集的地下水樣品G4和排泄區(qū)的地表水樣品S13具有良好的相關(guān)度，為0.867，表明中其研究區(qū)域的徑流條件較好，速度較快；地表水S14與降水P19的相關(guān)系數(shù)為0.90，表明研究區(qū)域地表水主要為降水；地下水樣品G9和地表水樣品S17之間的低水平面度的相關(guān)性為0.875，這表明在低水平地層的地下水和雷聲通道的地表水之間存在密切的液壓連接。灰色關(guān)聯(lián)分析表明，河溪右岸地下水水化學(xué)類(lèi)型受徑流方向巖體風(fēng)化程度的影響，地表水具有不同程度的接觸。

4 綜合討論分析

高，中，低層地下水中宏觀組分的分析反映了地下水的水化學(xué)特性隨巖性變化，裂縫發(fā)育，地下水交替和水巖相互作用而發(fā)生變化。水分析的結(jié)果可用于描述地下水與地表水之間的水力連接，為后期場(chǎng)地?cái)嗔褲B透率的模擬提供定性依據(jù)。

水的化學(xué)成分和離子分析方法主要與斷裂測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)合，分析水中化學(xué)成分和TDS的變化，揭示徑流方向的巖性變化特征和地下水徑流條件。可以區(qū)分不同水質(zhì)的特點(diǎn)。灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明，河溪右岸地下水水化類(lèi)型受徑流方向巖體風(fēng)化程度的影響，與地表水有不同的關(guān)系。基于地質(zhì)調(diào)查和地質(zhì)條件的斷裂測(cè)量，結(jié)合研究區(qū)典型地質(zhì)條件下水分布，水化學(xué)成分和同位素特征的分析，可以得出結(jié)論：隧道裂縫補(bǔ)給水，徑流和排泄條件，并對(duì)這種缺乏水文地質(zhì)條件的綜合分析，對(duì)山區(qū)水文地質(zhì)條件的分析特別重要。

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張紅(1967- )，女，漢族，遼寧大連人，高級(jí)講師，碩士，主要從事化學(xué)、分析化學(xué)教育教學(xué)研究。