【摘 要】
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河流生态补水是改善河流生态环境、涵养地下水水源最有效、最便捷的手段。生态补水进入含水层后,使得水文地球化学条件发生变化,改变区域地下水环境。河流生态补水对地下水系统的影响已成为水文地质领域当前研究热点。本文依托“南水北调中线干线工程生态环境效益指标体系及影响评估”项目,以贾鲁河生态补水郑州城区段为研究区,采用野外调查监测、室内物理实验、水文地球化学模拟等技术方法和手段,开展了贾鲁河生态补水郑州城区
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河流生态补水是改善河流生态环境、涵养地下水水源最有效、最便捷的手段。生态补水进入含水层后,使得水文地球化学条件发生变化,改变区域地下水环境。河流生态补水对地下水系统的影响已成为水文地质领域当前研究热点。本文依托“南水北调中线干线工程生态环境效益指标体系及影响评估”项目,以贾鲁河生态补水郑州城区段为研究区,采用野外调查监测、室内物理实验、水文地球化学模拟等技术方法和手段,开展了贾鲁河生态补水郑州城区段地下水化学演变规律及水岩作用机理研究。论文主要研究成果如下:（1）利用反距离权重法、多元统计分析、水化学分析等方法,研究了2015年～2019年生态补水段地下水水化学组分时空演变规律及成因机制。研究区地下水p H介于7.02～8.09变化,呈弱碱性,溶解性固体（TDS）整体呈波动下降趋势,主要离子组分中Ca2+、Mg2+、Cl-和NO3-浓度呈明显下降趋势;地下水化学类型未发生明显变化,整体向生态补水的HCO3-Ca型水过渡,地下水Cl-、Mg2+浓度占比呈下降趋势;地下水蒸发浓缩控制作用减弱,岩石风化作用增强,表现为蒸发作用贡献率由44.91%下降至33.48%,而岩石风化作用贡献率由27.07%上升至38.36%;地下水主要离子组分变化来自岩盐、石膏、钠长石、方解石、白云石的溶解与沉淀,以及与岩土介质发生的阳离子吸附交替作用。（2）利用年内单次生态补水三处断面的监测数据,分析了补水前后的地下水位、理化性质、水化学组分变化特征及变化机制。补水期间,地下水p H、溶解氧（DO）缓慢增加,电导率（EC）值逐渐减小,氧化还原电位（Eh）呈上升趋势,氧化性增强;在补水初期地下水Ca2+、Mg2+浓度增大,随后这一趋势逐渐减弱,阴离子Cl-、NO3-呈现不同下降趋势;地下水化学类型出现较多的HCO3-Ca?Mg和HCO3?Cl-Ca?Na（地表水化学类型）的过渡类型;受补水影响,地下水逐渐从蒸发浓缩作用转移至岩石风化作用,阳离子吸附交替作用与碳酸盐岩溶解作用增强,补水一定程度上缓解了地下水硝酸盐污染。（3）开展了生态补水、地下水与含水介质的水岩相互作用模拟实验,分析了不同比例补水、不同含水介质中混合液理化性质、主要水化学组分变化规律及水岩相互作用过程。含水介质1（中细砂）混合液p H、Eh值呈下降趋势,TDS先快速增大后缓慢波动变化,实验后期呈降低趋势;含水介质2（粉砂）混合液Eh、DO整体呈增加趋势,TDS先快速增大后缓慢增加;在同种介质中,生态补水占比越高,混合液中K+、Na+、Ca2+、HCO3-浓度越低,NO3-浓度越高;当生态补水占比越大时,混合液中NO3-浓度越大。水岩相互作用过程中Na+、Cl-、HCO3-、SO42-浓度的增加主要来自岩盐、石膏、方解石和白云石的溶解,反应过程中发生了阳离子吸附交替作用;含水介质1、2中在反应中均发生了较强的硝化作用,且生态补水占比越高,硝化反应越强烈。（4）通过PHREEQC软件对室内实验进行水文地球化学反向模拟,揭示了生态补水、地下水与含水介质混合后水岩相互作用机理。含水介质1（中细砂）中方解石、白云石、钾长石、岩盐、石膏等矿物发生了溶解,伊利石沉淀析出及Ca2+/Na+的阳离子交替吸附作用,含水介质2（粉砂）中未见石膏溶解且阳离子吸附交替作用强度弱于介质1;生态补水占比越高,方解石溶解量越大,说明生态补水过程中,地下水硬度存在增大的风险。
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