环鄱阳湖地区地下水pH特征及其控制因素研究

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2023.055

现代地质 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (02): 419-426.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2023.055

• 水文地质、工程地质和环境地质 • 上一篇下一篇

环鄱阳湖地区地下水pH特征及其控制因素研究

薛洋¹^,²^,³(), 廖福²^,³(), 王广才²^,³()

1.中国水务投资集团有限公司,北京 100053
2.中国地质大学(北京)水资源与环境学院,北京 100083
3.地下水循环与环境演化教育部重点实验室,北京 100083

收稿日期:2022-04-26 修回日期:2023-08-21 出版日期:2024-04-10 发布日期:2024-05-22
通讯作者: 廖福,男,讲师,1991年出生,水文地质学专业,主要从事水文地球化学与地下水-地表水交互研究。Email: fuliao@cugb.edu.cn。王广才,男,教授,1962年出生,水文地质学专业,主要从事水文地质学的教学与科研工作。Email: wanggc@cugb.edu.cn。
作者简介:薛洋,女,高级工程师,1988年出生,水文地质学专业,主要从事水文地球化学与地下水污染研究。Email: 361433815@qq.com。
基金资助:
国家自然科学基金重点项目(42030705);国家自然科学基金青年项目(42202272)

Study on the pH of Groundwater and Its Controlling Factors in the Poyang Lake Area, Jiangxi

XUE Yang¹^,²^,³(), LIAO Fu²^,³(), WANG Guangcai²^,³()

1. China Water Industry Investment Co., Ltd.,Beijing 100053, China
2. School of Water Resources and Environment, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China
3. Key Laboratory of Groundwater Circulation and Environmental Evolution (China University of Geosciences (Beijing)),Ministry of Education,Beijing 100083,China

Received:2022-04-26 Revised:2023-08-21 Online:2024-04-10 Published:2024-05-22

摘要/Abstract

摘要：

pH是影响地下水组分存在形式的重要水文地球化学指标之一。环鄱阳湖地下水维持着湖泊湿地生态系统,是该地区工农业生产至关重要的水源。目前对鄱阳湖地区地下水pH的研究依然薄弱。本文基于环鄱阳湖地区枯水期与丰水期56个地下水观测点的pH和NO₃、Cl、HCO₃、SO₄、Ca、Mg、Na、K含量等指标,采用多元统计与空间分析方法,分析该地区地下水pH的分布特征及其控制因素。结果表明,环鄱阳湖地区地下水体普遍偏酸性,其中枯水期地下水pH为4.75 ~ 8.41,平均值6.43;丰水期地下水pH为4.76 ~ 7.43,平均值6.05。丰水期地下水pH普遍低于枯水期,不同水化学类型的地下水pH存在差异,同时pH空间分布也具有区域性特征。控制该地区地下水pH的潜在因素包括酸雨、土壤类型以及碳酸盐岩出露等。本研究成果可为鄱阳湖地区地下水资源管理及污染防治提供一定的理论依据。

关键词: 鄱阳湖, 地下水, pH, NO₃, 控制因素

Abstract:

The pH value is an essential hydrogeochemical parameter affecting the chemical species in the groundwater. The groundwater in the Poyang Lake area is of great importance to the ecosystem of lake and wetland, and is the vital water resource for industrial and agricultural utilizations, however, only there are few stu-dies on the pH of the groundwater in the Poyang Lake aera. Through the investigation of the values of pH, and components of NO₃, Cl, HCO₃, SO₄, Ca, Mg, Na, and K in the collected 56 groundwater samples, we studied the distribution and its controlling factors of the groundwater pH in the Poyang Lake area during both dry and wet seasons using multivariate statistics analysis and spatial analysis. It shows that the groundwater in the Poyang Lake area is slightly acid. The pH of groundwater ranges from 4.75 to 8.41 with an average of 6.43 during the dry season, while ranging from 4.76 to 7.43 (average value 6.05) during the wet season. Groundwater pH in the Poyang Lake area presents spatial difference and varies with the hydrogeochemical types. This study infers that the potential effects on the pH of groundwater in the Poyang Lake area are acid rain, soil types, and presence of carbonate rocks. The results in this study will benefit the management of groundwater resources and groundwater pollution prevention in the Poyang Lake area.

Key words: Poyang Lake, groundwater, pH, nitrate, controlling factor

中图分类号:

薛洋, 廖福, 王广才. 环鄱阳湖地区地下水pH特征及其控制因素研究[J]. 现代地质, 2024, 38(02): 419-426.

XUE Yang, LIAO Fu, WANG Guangcai. Study on the pH of Groundwater and Its Controlling Factors in the Poyang Lake Area, Jiangxi[J]. Geoscience, 2024, 38(02): 419-426.

图/表 9

图1 鄱阳湖位置图(a)和环鄱阳湖地区地下水采样位置(b)

Fig.1 Locality of Poyang Lake (a) and the sampling locations of the groundwater in the Poyang Lake area (b)

图2 鄱阳湖地区地下水枯水期(a)和丰水期(b)pH统计直方图

Fig.2 Statistical histograms for pH values of groundwater during dry (a) and wet (d) seasons in the Poyang Lake area

表1 环鄱阳湖地区地下水pH统计结果

Table 1 Statistical values of the pH of groundwateraround Poyany Lake area

属性	枯水期	丰水期
最小值	4.75	4.76
最大值	8.41	7.43
均值	6.43	6.05
中位数	6.55	6.11
标准偏差	0.69	0.65
变差系数	0.11	0.11
偏酸性水(pH<6.5)比例(%)	54.00	75.00

表2 环鄱阳湖地区丰、枯水期地下水pH与水化学类型统计结果

Table 2 The pH values and hydrochemical types of the groundwater during the wet and dry seasons in the Poyang Lake area

水化学类型	枯水期			丰水期
水化学类型	最小值	最大值	平均值	最小值	最大值	平均值
HCO₃-Ca	6.30	8.41	7.00	5.38	7.07	6.79
HCO₃-Ca·Mg	6.15	7.26	6.75	5.64	6.71	6.17
HCO₃-Ca·Na	6.10	6.42	6.35	5.60	7.43	6.49
NO₃·HCO₃、HCO₃ ·NO₃	5.15	6.80	5.86	5.06	6.91	5.97
NO₃·Cl、Cl·NO₃	4.75	6.26	5.80	4.76	6.13	5.31

图3 环鄱阳湖地区枯水期地下水pH等值线图

Fig.3 Contour lines of pH values in the groundwater during the dry season

图4 环鄱阳湖地区丰水期地下水pH等值线图

Fig.4 Contour lines of the pH values of groundwater during the wet season

图5 环鄱阳湖地区红壤与水稻土地区地下水pH正态分布Q-Q图与箱型图 (a)红壤地区地下水pH正态分布Q-Q图;(b) 水稻土地区地下水pH正态分布Q-Q图;(c) 红壤与水稻土地区地下水pH箱型图

Fig. 5 Normal distribution Q-Q diagrams and box plot of groundwater pH in the red soil area and paddy soil area

图6 环鄱阳湖地区枯水期(a)和丰水期(b)地下水pH与NO3-质量分数关系图

Fig.6 Relationship between pH and the percentage of NO3- milligram equivalent in groundwater

表3 多元线性回归模型参数

Table 3 Parameters of the multivariable linear regressionmodel

变量	系数	T检验	p值
常量	d=6.494	38.44	0
土壤类型	a=-0.502	-2.73	0.009
NO₃^-	b=-0.030	-1.12	0.268
碳酸盐岩(Ca²⁺)	c=0.010	-2.49	0.016

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