一种滨海水库水体沉积物-水界面盐分释放及水岩作用的检测方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种滨海水库水体沉积物

【技术实现步骤摘要】
一种滨海水库水体沉积物
‑
水界面盐分释放及水岩作用的检测方法及应用


[0001]本专利技术属于环境水体检测领域，涉及滨海水库水体检测技术，尤其是一种滨海水库水体沉积物
‑
水界面盐分释放及水岩作用的检测方法及应用。

技术介绍

[0002]沿海城市水资源短缺已经成为普遍问题，修建滨海水库能够有效缓解沿海城市水资源短缺问题。滨海水库建成后，其水体会发生严重的咸化或突发泛咸的问题，水体溶解性总固体含量(TDS)升高，滨海水库在盐分超标后，水会散发一种腥臭气味，从而影响了滨海水库的供水功能，妨碍了水库在缓解水资源匮乏中作用的发挥；水库的咸化对居民生活、工农业生产也有一定影响，所以水库水质咸化问题也引起了人们的普遍关注。
[0003]导致水库水质咸化的影响因素包括：沉积物的盐分释放、气候气象条件、降水、咸化浅层地下水、蒸发浓缩作用、海水入侵等。沉积物的盐分释放主要发生在沉积物
‑
水界面，而沉积物
‑
水界面通常会发生复杂的物理化学、生物反应，是沉积物和水体之间重要的物质交换和迁移转化的场所。在沉积物盐分释放过程中，基本都存在扩散边界层(DBL)，扩散边界层是物质交换的必经场所，是位于沉积物表面上的一层有厚度的水体。扩散边界层的存在抑制了水动力对沉积物与上覆水之间物质交换的增强作用。
[0004]现有技术中关于库水咸化的研究主要集中在对总盐分、氯离子或者其他单一指标的研究，而对沉积物
‑
水界面盐分释放的规律研究整体缺乏系统性，还缺乏离子指标的全分析，缺乏对盐分释放过程中水化学变化的分析，缺乏沉积物
‑
库水之间所发生的水岩相互作用的研究，缺乏对库水盐分来源的分析。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，采用野外采样、土柱试验和数据分析相结合的方法，系统性的研究滨海水库沉积物盐分释放过程中，pH、溶解性总固体(TDS)、Na
+
、K
+
、Mg
2+
、Ca
2+
、HCO3‑
、CO
32
‑
、Cl
‑
、SO
42
‑
这些指标的变化规律和离子之间的相关性，探讨沉积物
‑
水界面盐分释放过程中的水化学变化规律，通过Gibbs图、离子比例法和饱和指数推断库水和沉积物水岩作用过程中的盐分来源，从而揭示库水和库底介质之间水文地球化学机理，为水库水质咸化的机理研究和控制提供科学依据。
[0006]本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0007]一种滨海水库水体沉积物
‑
水界面盐分释放及水岩作用的检测方法，包括如下方法步骤：
[0008]⑴
采样点布设及样品采集
[0009]选取水库区域已有的蓄水建筑为采样点，采样点需涵盖水流上游与水流下游，采样点≥4，采样点布设完成后，实地采集库水和沉积物，取每个采样点0
‑
50cm深处的表层库水和表层沉积物，密封保存；将采集沉积物中的砂石、贝壳杂质分离后，经自然风干过筛分
选，并测定沉积物容重、比重、孔隙度、含水率、粒度分布指标；
[0010]⑵
水库盐分垂直动态变化模拟试验
[0011]试验装置采用高1.35m、直径10cm、外侧带有圆孔的有机玻璃柱，下部柱体为60cm厚的水库沉积物，上部分为水库库水，上覆水深60cm，垂直向上依次分为水
‑
沉积物交界面0cm、0
‑
10cm、10
‑
20cm、20
‑
30cm、30
‑
40cm、40
‑
50cm、50
‑
60cm，每个取样口间隔10cm，共设7个取样口，监测水体中各层中盐分浓度的变化；
[0012]土柱采用湿装法填装，将表层沉积物分为0
‑
10cm、10
‑
30cm、30
‑
50cm，土柱在填装时按照整体上中下三部分填装，在有机玻璃柱的最下方铺上10cm厚的石英砂作为承托，石英砂颗粒的大小从上往下粒径依次增大，在水
‑
沉积物界面上方装2cm厚的石英砂，填装时每隔5cm铺设预处理后的土样，并振捣压实，取样口用有机玻璃管连接后套上乳胶管作为采集水样的出口，取样孔径2cm，不取样时用止水夹封堵，进水时采用虹吸法加入库水，整个试验过程中使用保鲜膜覆盖在有机玻璃柱上方；
[0013]试验共观察266天，开始每3天取一样，21天后每5天取一次样，46天后每10天取一次样，试验进行86天后每15天取一次样，取样时间具体为：0、3、6、9、12、15、18、21、26、31、36、41、46、56、66、76、86、101、116、131、146、161、176、191、206、221、236、251、266天，每次都在不同取样口进行取样，测定水样中的水化学指标—TDS、pH、Na
+
、K
+
、Mg
2+
、Ca
2+
、HCO3‑
、CO
32
‑
、Cl
‑
、SO
42
‑
；
[0014]⑶
根据盐分累积释放量观测水体咸化程度
[0015]根据实际监测的水体中不同位置的盐分指标浓度，将0
‑
10cm定义为第一层水体，10
‑
20cm定义为第二层水体，每隔10cm为1层，共6层水体，采用如下公式计算土柱上覆水体中盐分指标在不同时刻的累积增量，由此推测沉积物中对应盐分指标的释放量：
[0016][0017]式中：C
i
为计算时刻第i层水体中的盐分指标浓度g/L；V
i
为计算时刻第i层水体的体积L；C
i
为水体初始时刻的盐分指标浓度g/L；V0为土柱中水体的总体积L；i为水层层数；m
i
为盐分指标累积释放量g；
[0018]⑷
水化学类型分析
[0019]根据试验数据，通过AQQA软件绘制Piper三线图，分析水岩相互作用过程中的水化学变化；
[0020]⑸
各指标相关性分析
[0021]用SPSS软件对各指标进行相关性分析，分析在沉积物
‑
水界面盐分释放过程中，影响库水盐分变化的主要离子，用相关性分析来衡量变量因素之间的相关程度，采用皮尔逊(Pearson)相关分析对各采样点沉积物
‑
水界面盐分释放过程中各指标的相关性进行分析，相关性系数r在
‑1‑
1的范围之间变动，当r为正时，表明变量之间正相关；当r为负时，表明变量之间是负相关；r的绝对值越大，变量的相关性也就越强，皮尔逊相关本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种滨海水库水体沉积物
‑
水界面盐分释放及水岩作用的检测方法，其特征在于：包括如下方法步骤：
⑴
采样点布设及样品采集选取水库区域已有的蓄水建筑为采样点，采样点需涵盖水流上游与水流下游，采样点≥4，采样点布设完成后，实地采集库水和沉积物，取每个采样点0
‑
50cm深处的表层库水和表层沉积物，密封保存；将采集沉积物中的砂石、贝壳杂质分离后，经自然风干过筛分选，并测定沉积物容重、比重、孔隙度、含水率、粒度分布指标；
⑵
水库盐分垂直动态变化模拟试验试验装置采用高1.35m、直径10cm、外侧带有圆孔的有机玻璃柱，下部柱体为60cm厚的水库沉积物，上部分为水库库水，上覆水深60cm，垂直向上依次分为水
‑
沉积物交界面0cm、0
‑
10cm、10
‑
20cm、20
‑
30cm、30
‑
40cm、40
‑
50cm、50
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60cm，每个取样口间隔10cm，共设7个取样口，监测水体中各层中盐分浓度的变化；土柱采用湿装法填装，将表层沉积物分为0
‑
10cm、10
‑
30cm、30
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50cm，土柱在填装时按照整体上中下三部分填装，在有机玻璃柱的最下方铺上10cm厚的石英砂作为承托，石英砂颗粒的大小从上往下粒径依次增大，在水
‑
沉积物界面上方装2cm厚的石英砂，填装时每隔5cm铺设预处理后的土样，并振捣压实，取样口用有机玻璃管连接后套上乳胶管作为采集水样的出口，取样孔径2cm，不取样时用止水夹封堵，进水时采用虹吸法加入库水，整个试验过程中使用保鲜膜覆盖在有机玻璃柱上方；试验共观察266天，开始每3天取一样，21天后每5天取一次样，46天后每10天取一次样，试验进行86天后每15天取一次样，取样时间具体为：0、3、6、9、12、15、18、21、26、31、36、41、46、56、66、76、86、101、116、131、146、161、176、191、206、221、236、251、266天，每次都在不同取样口进行取样，测定水样中的水化学指标—TDS、pH、Na
+
、K
+
、Mg
2+
、Ca
2+
、HCO3‑
、CO
32
‑
、Cl
‑
、SO
42
‑
；
⑶
根据盐分累积释放量观测水体咸化程度根据实际监测的水体中不同位置的盐分指标浓度，将0
‑
10cm定义为第一层水体，10
‑
20cm定义为第二层水体，每隔10cm为1层，共6层水体，采用如下公式计算土柱上覆水体中盐分指标在不同时刻的累积增量，由此推测沉积物中对应盐分指标的释放量：式中：C
i
为计算时刻第i层水体中的盐分指标浓度g/L；V
i
为计算时刻第i层水体的体积L；C
i
为水体初始时刻的盐分指标浓度g/L；V0为土柱中水体的总体积L；i为水层层数；m
i
为盐分指标累积释放量g；
⑷
水化学类型分析根据试验数据，通过AQQA软件绘制Piper三线图，分析水岩相互作用过程中的水化学变化；
⑸
各指标相关性分析用SPSS软件对各指标进行相关性分析，分析在沉积物
‑
水界面盐分释放过程中，影响库水盐分变化的主要离子，用相关性分析来衡量变量因素之间的相关程度，采用皮尔逊
(Pearson)相关分析对各采样点沉积物
‑
水界面盐分释放过程中各指标的相关性进行分析；
⑹
水化学成因及盐分来源分析采用Gibbs图、离子比列系数法和饱和指数法分析水体盐分来源，具体方法包括：Gibbs图分析、离子比例法及饱和指数分析。2.根据权利要求1所述的一种滨海水库水体沉积物
‑
水界面盐分释放及水岩作用的检测方法，其特征在于：所述的步骤
⑸
中相关性系数r在
‑1‑
1的范围之间变动，当r为正时，表明变量之间正相关；当r为负时，表明变量之间是负相关；r的绝对值越大，变量的相关性也就越强。3.根据权利要求2所述的一种滨海水库水体沉积物
‑
水界面盐分释放及水岩作用的检测方法，其特征在于：皮尔逊相关系数r的绝对值在0.8
‑
1.0之间属于极强相关；0.6
‑
0.8...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海明，武建茹，李梦娣，肖瀚，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：