珠江水系河水主要离子化学特征及成因

珠江水系河水主要离子化学特征及成因 ( )U niversitatis Pekinensis , Vol . 35 , No . 6 Nov ,1999 1) 珠江水系河水主要离子化学特征及成因 陈静生何大伟 ()北京大学城市与环境学系 ,北京 ,100871 摘 要 对珠江水系 109 个水文站 1954 —1984 年的水化学资料的研究 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明 ,在组成珠江水系的 3 条河流中 ,以东江离子总量为最低 ,西江的离子总量为最高 ,前者的化学类型为重碳酸盐钠型水 ,后者为重碳酸盐钙型水 。北江的离子总量和水化学类型介于上二者之间 。珠江水系的离子径流 模数远高于我国河流平均离子径流模数 。在 3 条河流中 ,以北江的离子径流模数为最高 ,东江为 最低 ,西江介于上二者之间 。其原因与 3 条江流域的面积 、岩石类型和降水量有关 。西江和北江 水中的离子主要起源于岩石风化 ,东江水中的离子有部分来自海洋气溶胶的补给 。 关键词 中国河流 ; 珠江 ; 水化学 ; 离子径流模数 中图分类号 X142 0 引言 珠江是我国继长江和黄河之后的第三大水系 。珠江三角洲是近 20 年来我国经济高速发 展的区域之一 。合乎要求的水量 、水质将保证这一区域经济的高速和持续发展 。而迅速发展 的经济和高强度的人类活动也对水质产生巨大的影响 。因此 ,研究珠江水系水化学的时空变 化规律 ,不仅在理论上具有重要意义 ,同时也具有重要的实践意义 。 尽管对珠江进行水化学 (监测至今已有近 40 年的历史 自 1958 年起 ,我国水利部先后在珠 ) 江流域各大河流上设立了 100 多个水化学监测站 ,积累了丰富的水化学资料,但至今未见对 1 这一流域河水中主要离子化学研究的报道 。唯一见诸文献的是 1963 年乐嘉祥等所撰写的 《中国河流水化学特征》一文在阐述全国河流水化学状况时对珠江水化学特征有所涉及 。1 资料与 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 (( )) 选用我国水利部《水文年鉴 1959 —1984》珠江流域 109 个测站自 50 年代末 60 年代初 ) 2至 80 年代中期的水化学资料。采样的频度为 6 、8 、12 至 24 次/ a ,但在 1966 —1976 年期间 , 有些站点的监测次数减少 ,极少数测站甚至数年中断监测 。 除特别说明外 ,本研究数据的统计处理及 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 均在 Pentium2586 计算机上用 Micro sof t Of2 fice 中的 Excel 电子 表格 关于规范使用各类表格的通知入职表格免费下载关于主播时间做一个表格详细英语字母大小写表格下载简历表格模板下载 软件和 SPSS 统计软件完成 。将所有数据输入工作用数据库后 ,先按 ( )) 1国家自然科学基金资助项目 49671017 收稿日期 : 1998209208 ; 修改稿收到日期 : 1999201220 ) 2中华人民共和国水利部. 中华人民共和国水利部水文年鉴珠江流域水文资料. 1959 —1984 Grubbs 检验法剔除异常值 ;然后将数据按站点分组 ,对各站点的水化学数据进行处理 ,对各 站 、河流及流域的水化学特征用各种表格 、图形进行分析和表达 。 2 结果与讨论 211 珠江水系河水主要离子化学特征 根据 1959 —1984 年珠江流域 109 个测站资料 ,统计得出珠江水系主要测站各离子组分均值 ,见表 1 和表 2 。 表 1 () 珠江水系主要测站主要离子含量 指质量浓度 ,下同多年均值 mg/ L Table 1 Annual means of major io ns in t he water of t he Pearl River system 水 化 学 离 子 监 测 资 1)2 - -2 + 2 + + +-SOHCO 河 流 测 站 总硬度 CaMgNa + K Cl 43 2) 总 量料 年 限型 类 Na 5161 194 155 126 146 111 138 1444 181538670C东 江 博 罗 —1984 1959 ? Ca ,Na 1959 —1968 北 江 石 角 2215 2160 1111 1180 7180 95110 13910 11337 C? 1959 —1968 Na ,Ca 绥 江 石 狗 7176 2129 1213 4124 8106 5216 9117 01567 C? 1978 —1984 Ca 6011 1414 2193 2137 1519 23418 33010 41184 C南盘江 江边街 ? 1959 —1967 Ca 红水河 4212 7181 4101 3185 4133 16411 22917 31687 C迁 江 ? 1959 —1968 Ca 武 宣 3410 5157 4128 3194 3154 13115 18317 21222 C黔 江 ? 1959 —1967 长 安 融 江 Ca ,Na 6140 2153 4183 2196 2183 33195 56165 01669 C? 1959 —1984 高 要 西 江 Ca 2911 5104 1115 4100 9131 12217 18113 11864 1959 —1984 C? 南 宁 郁 江 Ca 1959 —1984 3819 4149 5150 2191 4176 14019 19717 21308 C? 下 颜 右 江 1959 —1962 Ca 4015 4186 5132 2127 4159 14811 20517 21414 C? 马 口 西 江 1959 —1962 Ca ,Na 2516 4156 610 1129 5157 11110 15818 11683 C? Na ,Ca 6173 1168 7172 1131 5184 36166 60123 01474 流溪河 牛心岭 C ? ) ) 1单位为 meq/ L ; 2根据 O . A. 阿列金分类法分类 表 2 珠江流域主要河流离子总量 Table 2 The total co ntent s of io ns in t he major t ributaries of t he Pearl River system 2- 1- 1流域面积/ km 离子总量变幅/ mg〃L 多年均值/ mg〃L 河 流 测站数 资料监测年限 27 040 3 110 6652123,78169 东 江 1959 —1984 62198,18914 1959 —1969 北 江 121103 46 710 10 32157,41710 1959 —1984 西 江 202152 353 120 96 12012,18518 1959 —1971 155185 26 820 12 珠江三角洲 32157,417 1959 —1984 珠江流域 184103 453 960 109 说明 :“河流”栏中的“珠江三角洲”包括珠江三角洲河网区和珠江三角洲诸河 ; 珠江三角洲河网区指西江 、北江 、 ( ) 东江等汇入珠江三角洲的部分 ; 珠江三角洲诸河指汇入珠江三角洲的诸小河 不包括珠江三角洲河网区,如流 溪河 。 将表 1 和表 2 数据与已知的全国和世界数据相比较 ,可以看出 ,珠江流域各河流的离子 ( ) () 量的特点如下 : 1东江离子总量 指质量浓度 ,下同的多年均值仅 6611 mg/ L ,大大低于我 2 ,3 2 ,3 (( ) ) 国其他主要河流 140,400 mg/ L ,接近于世界河流的平均值 64135 mg/ L ; 北江离 ( 子总量的 多 年 均 值 为 121103 mg/ L , 亦 低 于 我 国 其 他 主 要 河 流 长 江 大 通 站 多 年 均 值 为 2) 162 mg/ L ,辽河铁岭站为 294 mg/ L 与我国其他g/ L ,;西江离子总量的多年均值为 20215 m 2 () 主要河流相近 淮河蚌埠站多年均值为 207 mg/ L ; 珠江三角洲河网区是接受来自西江 、北 ( ) 江 、东江的河水 ,离子总量的多年均值在三条河流之间 ,为 144175 mg/ L 。2在离子组成上 , 按 O . A . 阿列金的分类方法 ,珠江水系水化学类型主要有 4 种 : 重碳酸盐钙型水 、重碳酸盐钠 型水 、重碳酸盐钠2钙型水 、重碳酸盐钙2钠型水 。其中 ,东江水为重碳酸盐钠型水 ;北江主要为 重碳酸盐钠2钙型水 ,少数为重碳酸盐钙2钠型水 。西江和珠江三角洲河网区大多为重碳酸盐 () 钙型水 ,少数为重碳酸盐钙2钠型水 。珠江三角洲诸小河 新昌河和流溪河主要离子特征与东 江相近 ,为重碳酸盐钠型水 。 212 珠江水系离子径流模数特征 2 离子径流模数又称淋溶系数 ,以 t / km〃a 计 ,指河流每年从每平方公里土地上溶解携带出 4 的矿物质总量 。我国已有多文对此进行研究 ,但使用的资料 、测站较少 ,年限较短。此次我 们使用珠江流域 109 个测站近 30 年的资料进行研究 ,可较细致地讨论问题 。 21211 珠江水系离子径流模数的总体特征 由于有逐月的监测资料 ,本文用公式 : Y 12 ( )/ 12 × Y X ?流域面积 , ij?? j = 1 i = 1 () 进行计算 其中 X 为离子流量 , i 为月份 , j 为年份 , Y 为监测年限。先得到各测站离子径流 i j 模数 ,再得出各河流及整个珠江流域的离子径流模数 。从表 3 可以看出 ,珠江流域各河流年离2 2 ( ) ( ) 子径流模数都较高 ,大都在 50,250 t / kma之间 ; 多年均值为 128181 t / kma,大大高 〃〃2 2 (( ) ) 于我国河流年离子径流模数的均值 4412 t / kma,也高于我国外流区径流的离子径流 〃 2 2 (( ) ) 模数 6117 t / kma。其最高值与最低值相差悬殊 ,这与本流域径流量变化大和不同区 〃 域岩石的溶蚀性不同有关 。 表 3 珠江年离子径流模数 2 ( )a t / kmTable 3 The io nic runoff modulus of t he Pearl River system 〃 1)水 系 最低值 多年均值 最高值 比 测站数 监测年限 倍 67193 126 160 1187 2 74801东 江 1959 —1984 1960 —1962 北 江 3 61155 171189 282123 41585 1963 —1984 西 江 49111 132159 269179 51494 26 1959 —1984 49111 128181 282123 51747 31 珠江流域 ) 1指最高值与最低值之比 21212 珠江水系离子径流模数与区域岩性的关系 从 109 个测站中选取若干控制区域岩性单一且降水量近似的测站进行计算 ,结果列于表4 。从表 4 中看出 ,在降雨量近似相同的条件下 ,珠江水系各河流的离子径流模数与流经地区 的岩性关系明显表现为 :石灰岩地区 > 碎屑岩地区 > 变质岩地区?花岗岩地区 。 表 4 降水量近似但岩性不同地区离子径流模数的差异 Table 4 The io nic runoff modulus of t he Pearl River Basin wit h different rocks )1离子流量 年离子径流模数 流域面积 资 料 年降水量 水 系 测 站 岩 性 - 1- 2- 12))( ( / gs / t km a 〃〃〃监测年限 / km / mm 10 14 159 1 57919 676807 699 东 江 龙 川 花 岗 岩 1962 —1967 浈 水 浈 湾 1960 —1962 花岗岩 、碎屑岩 6 764 1 54210 13 20115 61155 信 都 贺 江 1965 —1967 变质岩 、碎屑岩 94 50 1 53514 18 99716 6 340 容 江 1965 —1967 容 县 1 58817 12 73914 103 2 660 151碎 屑 岩 龙 江 1966 —1967 石 灰 岩 1 49014 48 45419 269179 5 664 金城江 2 860 1 90013 19 122 13 804152桂 江 桂 林 碎 屑 岩 1983 —1984 融 江 长 安 变 质 岩 1963 —1967 1 94215 37 16315 54130 21 585 ) ( ) 1资料来源于参考文献2 及中国科学院自然资源综合考察委员会. 中国国土资源数据资料集 ?. 1989 21213 东江 、北江 、西江离子径流模数区域差异 () ( ) 选取 3 条江的代表测站 博罗站 、石角站 、高要站计算其离子径流模数 表 5。表 3 和5 表明 ,从东江 ?西江 ?北江 ,离子径流模数逐渐升高 。东江雨量充沛 ,但流域内主要分布 蚀性低的花岗岩 ,因而离子径流模数较低 ;北江碳酸盐岩和碎屑岩占优势 ,降水量较高 ,因此 子径流模数较大 。西江虽石灰岩广布 ,但同时有大面积变质岩和碎屑岩分布 ,而且有些高离 含量地区降水量较小 ,因而其离子径流模数反而不如北江高 。此外 ,北江 、西江地质岩性差 大 ,因而离子径流模数变幅大 ;东江岩性单一 ,离子径流模数变幅小 。 表 5 东江 、北江 、西江离子径流模数比较 Table 5 A co mpariso n of io nic runoff modulus amo ng Do ngjiang ,Beijiang and Xijiang Basins 离子流量 年离子径流模数 流域面积 1)水 系 测 站 监测年限 - 1- 2- 12))( ( / gs / t km a 〃〃〃/ km 16 193 54 54867( )25 325 —1984 25 1959 东 江 博 罗 ( )1959 —1968 10 北 江 石 角 240 02613 197131 38 363 ( )1959 —1984 12 西 江 高 要 351 535 1 455 745 130159 ) 1括号值为实际监测年限 珠江流域主要离子起源问题213 21311 根据 Gibbs 图的讨论 () 为了了解河流的离子特征及成因 ,通常使用 Gibbs 的半对数坐标图解 图 1。纵坐标以 2 + + + 数表示河水 中 溶 解 性 固 体 总 量 , 横 坐 标 以 算 术 值 表 示 阳 离 子C/ C或 阴 离 Na Na + 1/ 2Ca - - - C/ C的比值 。按此关系 ,全球所有地表水的离子组分点几乎全部落在图中的虚 Cl Cl + HCO 3 - 6 ( ) 内 。Gibbs 指出 ,图中右下角的一些溶解性固体含量很低 约 10 ×10 的河 水 具 有 较 高 2 + - - -+ + () 与 C/ C C/ C比值 接近于 1,这类河流主要受海洋起源的大气降 Cl Cl + HCONa Na + 1/ 2Ca 3 补给 ,其离子组成和含量决定于大气中“纯水”对海洋气溶胶的稀释作用 。溶解性固体含量 - 6 2 + + + () 高 70,300 ×10 ,且 C/ C比值在 015 左右或小于 015 的河流 ,其离子主要 Na Na + 1/ 2Ca 2 + + + 源于岩石的风化释放 。落在图右上角的溶解性固体含量很高和比值亦高C/ C Na Na + 1/ 2Ca() 接近于 1的河流分布在蒸发作用很强的干旱区域 ,海洋水的组分点亦落在这一区域 。 图 1 应用 Gibbs 图解法比较珠江水系与我国及世界某些河流的水质 Fig. 1 A co mpariso n of water qualit y bet ween Pearl River and ot her major world rivers 本文将珠江水系各主要测站水化学资料点绘于 Gibbs 图中 。从图 1 中可以清楚地看出 , 2 + + + 西江与北江流域站点落于C/ C 比值为 011,013 的范围内 ,说明其离子成分主 Na Na + 1/ 2Ca 2 + + + 要来源于岩石的风化过程 。东江水化学站点落在C/ C比值为 015,016 的范围 Na Na + 1/ 2Ca 内 ,说明其主要离子成分大部分来源于岩石的风化过程 ,但不排除一定比例来源于海洋性降水 2 + + + ( ( ) ) 的补给 。珠江三角洲诸河测站的C/ C 比值 01494与东江 01555接近 ,其化学 Na Na + 1/ 2Ca 特征与东 江 相 似 , 这 与 二 者 流 经 地 区 的 岩 性 均 为 花 岗 岩 有 关 。但 珠 江 三 角 洲 诸 河 C/ Cl 3 - - (() ) 比值 01276大大高于东江 01068 7,其氯离子含量较高可能是因其所处地理位臵 C Cl + HCO 比东江更受海风 、台风的影响 ,故主体部分更可能来自海洋起源的大气降水有关 。 () 21312 根据流量与离子含量 指质量浓度关系的讨论 按一般原理 ,若河水离子主要来自岩石风化释放 ,则河水流量增加时 ,河水中离子浓度减 小 ,而悬浮物浓度增大 。根据东江博罗站监测资料绘出图 2 。 从图 2 中可看出东江离子浓度与流量的关系 : ()图 2 东江博罗站河水流量与离子浓度的关系 1959 —1984 Fig. 2 Relatio n bet ween t he io nic co ntent s and discharge at t he Boluo Hydrological Statio n of t he Do ngjiang River 2 + 2 + + + () ρ( ) ( ) ( ) () ρρρ1Ca、Mg、Na + K 和 离子总量的关系都基本上符合上述 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf , 2 + 2 + + 明东江河水中的上述离子主要来源于岩石的风化过程 。但也有少部分 Ca、Mg、Na 、K - 与 Cl 相对应 ,来源于海洋起源的大气降水 。 - - () ρ( ) ρ( ) 2Cl 与流量的关系不符合上述规律 ,即当流量增加时 ,Cl 保持不变或微减 - 这表明珠江河水中的 Cl 只有极微量来自岩石 ,而主体部分来自海洋起源的大气降水 。 2 - 2 - () ρ( ) ρ( ) 3SO与流量的关系也不符合上述规律 ,即当流量增加时 ,SO的变化不4 4 2 - 则 ,说明东江河水中的 SO主要也不来源于岩石风化 。按 Meybeck ,火成岩地区河水中4 52 - SO有 8 %来自岩石风化 ,其余部分与海洋气溶胶和动植物残体的分解等诸多因素有关4 - - () ρ( ) ρ( ) 4HCO与流量的关系十分符合上述规律 ,即随流量增加 ,HCO减少 。但 须3 3 - 强调指出 ,东江河水中的 HCO并不来源于岩石的风化释放 ,因为东江流域的岩石主要 3 - 花岗岩和部分碎屑岩 ,几乎无碳酸盐岩石 。按一般原理 ,河水中 HCO来源于空气中 CO的 3 2 6 - 溶解。溶解性 CO可作用于硅酸盐与铝硅酸盐岩石 ,产生各种盐基离子及 HCO,其化学 2 3 通式为 : () 硅酸盐 或铝硅酸盐+ CO+ HO ?2 2 2 + 2 + + + - () Ca或 Mg、Na 、K + HCO+ HSiO 4 43 SiO+ 2 HO 2 2 - 按上式 ,在天然水中 HCO与各阳离子总量及 SiO间存在着等当量关系和电荷平衡 。 3 2 2 + 2 + - - 2 - ρ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ρρρρρ 西江高要站与东江博罗站相比 ,Ca、Mg、HCO、Cl 、SO和 3 4 + + () ρ( ) () 离子总量的变化与东江基本一致 ,其差异表现在 : 1流量增加时 ,Na + K 保持不变 。 + + - ( ) ρ( ) 表明西江 Na + K 主体部分来自海洋起源的大气降水 。2HCO变化不显著 。与西 3 江流域有石灰岩 、变质岩 、碎屑岩及部分松散岩 、基性岩等多种岩石分布而导致矿化度差别较 大的河水的混合有关 。 结论3 通过研究 ,得出如下结论 : ) 1从总体上看 ,在珠江水系中 ,东江河水离子总量较低 ,多年均值为 6611 mg/ L ,化学类 型为重碳酸盐钠 、钙型水 ;西江河水离子总量较高 ,多年均值为 20215 mg/ L ,化学类型多为重 碳酸盐钙型水 ;北江离子总量介于上述二者之间 ,化学类型亦为两者的过渡类型 。 2 ) ( ) 2珠江水系离子径流模数多年均值为 128181 t / km〃a,远远高于我国河流年离子径流 模数 ;在降雨量近似相同的条件下 ,珠江水系不同岩性地区离子径流模数表现为 : 石灰岩地区 > 碎屑岩地区 > 变质岩地区?花岗岩地区 ;从东江 ?西江 ?北江 ,离子径流模数升高 。 2 + 2 + + + - ) 3东江河水中 Ca、Mg、Na + K 主要自岩石风化 , Cl 主体来自海洋起源的大气降 - 2 - 水 , HCO绝大部分来自土壤和空气中 CO的溶解补给 ,SO主要与海洋气溶胶和动植物残 3 2 2 2 + 2 + + + - 体的分解等诸多因素有关 ; 西江河水中 Ca、Mg、HCO主要来自岩石风化 , Na + K 、 3 - Cl 主体部分来自海洋起源的大气降水 ;北江离子主要来自岩石风化 ;珠江三角洲诸河离子来 源与东江相似 ,但氯离子更多来自海洋气溶胶补给 。 参 考 文 献 () 1 乐嘉祥 ,王德春 . 中国河流水化学特征 . 地理学报 ,1963 ,29 1:1,12 水利电力部水文局编 . 中国水资源评价 . 北京 :水利电力出版社 ,1987. 27,40 ,69,70 ,1412 () 陈静生 ,陈梅 . 海南岛河流主要离子化学特征和起源 . 热带地理 ,1992 ,12 3:272,2813 4 ( ) 张群英 ,李迅 ,林峰 ,等 . 中国东南沿海地区河流中的主要化学组分及其入海通量 . 海洋学报 ,1985 ,7 5: 561,566 Meybeck M , Helmer R. The Quality of Rivers : f ro m Pristine Stage to Global Pollutio n. Papaeogeograp hy , 5 () Palaeoclimatology , Palaeoecology ,1989 75:283,309 Meybeck M . Origin and Variability of Present Day Riverborne Material . In : Hay W ed. Global Surficial Ge2 6 ofluxes. Washingto n : Natio nal Academy of Science ,1990 Chemical Characterist ics an d Genesis of Major Ions in the Pearl River Ba sin C H EN J i n gs hen g H E D a w ei ( )Depa rt ment of U rban an d En v i ron ment al S ciences , Peki n g U ni versi t y , Bei ji ng , 100871 Abstract According to water chemist ry data f ro m 1959 to 1984 at 109 mo nitoring statio ns collected f ro m t he water yearboo k edited by t he Water Co nservancy Minist ry of China , t he chemical characteristics and genesis of major io ns of t he Pearl River System were investigated. The result s are as follows. The co ntent s () of total dissolved solids in t he Do ngjiang River are relatively low about 66 . 1mg/ L and t he hydro2chemi2 Na (cal t ype is C. The co ntent s of total dissolved solids in t he Xijiang River are relatively high about 202 . 5 Ca ) mg/ L and t he hydro2chemical t ype is C,and t hose of t he Beijiang River are bet ween t hese of Do ngjiang and Xijiang. The io nic runoff modules in pearl River Basin are much higher t han t hose in t he ot her river basin of China . The co mpositio n of major io ns in t he Do ngjiang is do minated by t he weat hering of alumno2 silicates sto nes and t he io nic co mpositio n in t he Xijiang is do minated by t he leaching of limesto nes. Key words Chinese river ; Pearl River ; water chemist ry ; io nic runoff modulus