地下水化學(xué)動力學(xué)與生態(tài)環(huán)境區(qū)劃分

前言

近年來，資源、環(huán)境與生態(tài)問題成為國內(nèi)外研究的熱點和難點。水資源作為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和不可替代的資源，更受到廣泛關(guān)注，而水環(huán)境、水污染、海咸水入侵、水質(zhì)惡化、生態(tài)環(huán)境惡化等諸多問題均與地下水水質(zhì)密切相關(guān)。黨中央和國務(wù)院提出在我國構(gòu)建資源節(jié)約與環(huán)境友好型社會的重大戰(zhàn)略決策，成為我們從事水資源、環(huán)境與生態(tài)工作人員的艱巨任務(wù)和重要使命，對地下水水質(zhì)研究的迫切性更加凸顯出來。迄今，在地下水科學(xué)研究中，多采用水文地質(zhì)學(xué)方法與水文地球化學(xué)方法等傳統(tǒng)工作方法。為了更科學(xué)、系統(tǒng)地描述地下水賦存與流動的客觀規(guī)律，該書作者突破了傳統(tǒng)的水文地質(zhì)研究領(lǐng)域和研究手段，從大區(qū)域人手，用系統(tǒng)學(xué)的理論和觀點觀察事物，結(jié)合水文地質(zhì)條件、水文地球化學(xué)和生態(tài)環(huán)境，進(jìn)行多學(xué)科交叉，形成了新的獨立的理論體系。作者在傳統(tǒng)水文地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，建立了集水文地球化學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)于一體的多重耦合模型，從地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件、水文地球化學(xué)反應(yīng)一遷移一分異及生態(tài)環(huán)境條件分區(qū)三個層次逼近真實的自然條件；從一個全新的角度建立水文地質(zhì)系統(tǒng)，為水資源和生態(tài)環(huán)境評價研究規(guī)劃和發(fā)展提供了新的思路和方法。在此基礎(chǔ)上，對水文地球化學(xué)這門學(xué)科進(jìn)行了拓展，耦合了達(dá)西定律與化學(xué)反應(yīng)定律，以離子活度和飽和指數(shù)這類化學(xué)指標(biāo)建立達(dá)西定律的表達(dá)式，進(jìn)而根據(jù)水化學(xué)資料確定水文地質(zhì)參數(shù)，計算地下水的年齡。按此技術(shù)路線，不僅能拓展水文地球化學(xué)的應(yīng)用空間，增加揭示地下水流真實情況的手段，而且使水文地球化學(xué)理論和水文學(xué)基礎(chǔ)理論向前推進(jìn)了一大步，形成了獨具特色的地下水化學(xué)動力學(xué)理論體系。該書作者結(jié)合我國的地質(zhì)、水文地質(zhì)及水文地球化學(xué)特征和生態(tài)環(huán)境，依據(jù)伯特蘭德關(guān)于元素對生物生長的最適營養(yǎng)定律和施羅德對于生物中毒差異原理，以及生態(tài)位及其中適宜度、“三基點”理論，提出水文地質(zhì)生態(tài)環(huán)境條件分區(qū)——生態(tài)環(huán)境條件不足帶、適宜帶和過量帶，奠定了不同巖性和不同構(gòu)造形成的水文地球化學(xué)分帶理論基礎(chǔ)，為水資源的合理開發(fā)利甩與生態(tài)環(huán)境的全面建設(shè)提供了科學(xué)依據(jù)和研究方法。這對中共十七大提出的“建設(shè)生態(tài)文明”，無疑也提供了理論依據(jù)。理論研究源于實踐，用于實踐，也在實踐中得到檢驗。此理論體系形成于實際研究課題，也在實際應(yīng)用中不斷完善和得到檢驗，它應(yīng)用于山東、河北、山西、吉林、大慶和準(zhǔn)噶爾盆地等地的科研項目，均得到較好的效果。可見，這個體系集基礎(chǔ)理論研究與實際應(yīng)用例證于一體，理論嚴(yán)謹(jǐn)，實用性很強(qiáng)。

內(nèi)容概要

本書突破傳統(tǒng)的水文地質(zhì)研究尺度，以水文地質(zhì)蓄水構(gòu)造(單元)實體為對象，建立耦合地質(zhì)、水文地質(zhì)、水文地球化學(xué)、生態(tài)環(huán)境條件綜合模型的理論和表達(dá)形式；從三個層次逼近實體，將我國劃分為不同等級的水文地質(zhì)蓄水構(gòu)造(單元)，利用水文地質(zhì)資料和水化學(xué)指標(biāo)，定性和半定量地揭示其中含水層的富(透、導(dǎo))水性的空間分布規(guī)律；研究單元內(nèi)氣－水－巖的相互作用，通過正、反演模擬，提出一套對水中物質(zhì)形成的數(shù)值模擬理論和方法；利用耦合化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)與地下水動力學(xué)理論，研究水化學(xué)場、水動力場性質(zhì)，建立地下水化學(xué)動力學(xué)理論和用化學(xué)指標(biāo)表示的水文地質(zhì)參數(shù)計算公式，實現(xiàn)水量、水質(zhì)的預(yù)測評價；依據(jù)生態(tài)位理論、生物對某些元素的最適營養(yǎng)定律和中毒差異原理，研究單元內(nèi)環(huán)境要素及組合，從元素豐缺與人類健康關(guān)系的角度，建立生態(tài)環(huán)境區(qū)劃分模型，為生態(tài)環(huán)境建設(shè)治理提供依據(jù)。全書以逼近“實體”為目標(biāo)，建立一套研究水文地質(zhì)、水文地球化學(xué)、生態(tài)環(huán)境的新理論方法體系，為水文地質(zhì)學(xué)科開辟一個新領(lǐng)域，實踐證明具有很強(qiáng)的實用性。    本書可作為水文與環(huán)境地質(zhì)專業(yè)研究生和大學(xué)高年級本科生的教材或參考書，也可供地質(zhì)、水利、環(huán)境、城建、煤炭、冶金、礦山等相關(guān)專業(yè)的科技人員參考。

書籍目錄

序前言第1章  緒論  1.1 地下水化學(xué)動力學(xué)與生態(tài)環(huán)境區(qū)劃分的基本內(nèi)容    1.1.1 地下水化學(xué)動力學(xué)的定義    1.1.2 地下水化學(xué)動力學(xué)原理建立的基礎(chǔ)和研究范圍    1.1.3 建立地下水化學(xué)動力學(xué)的基本理論    1.1.4 地下水化學(xué)動力學(xué)原理的基本假設(shè)    1.1.5 建立生態(tài)環(huán)境區(qū)劃分的基本理論  1.2 地下水化學(xué)動力學(xué)與有關(guān)學(xué)科的關(guān)系    1.2.1 與水文地球化學(xué)的關(guān)系      1.2.2 現(xiàn)代水化學(xué)理論    1.2.3 地下水動力學(xué)    1.2.4 地下水化學(xué)動力學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系  1.3 地下水化學(xué)動力學(xué)的研究思想、原理和方法  1.4 學(xué)科發(fā)展的簡況    1.4.1 以水力學(xué)指標(biāo)表示的滲流理論階段    1.4.2 以化學(xué)指標(biāo)表示的滲流理論的建立和發(fā)展    1.4.3 蓄水構(gòu)造區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境研究進(jìn)展第2章  水文地質(zhì)蓄水構(gòu)造級、區(qū)帶劃分及其水資源分布特點  2.1 我國水文地質(zhì)實體——水文地質(zhì)單元或水文地質(zhì)蓄水構(gòu)造劃分的基礎(chǔ)    2.1.1 Ⅰ級水文地質(zhì)蓄水構(gòu)造區(qū)    2.1.2 Ⅱ級水文地質(zhì)蓄水構(gòu)造區(qū)    2.1.3 Ⅲ級水文地質(zhì)區(qū)帶的劃分    2.1.4 Ⅳ級水文地質(zhì)蓄水構(gòu)造的劃分    2.2 離石一柳林地區(qū)蓄水構(gòu)造的分級研究  2.3 典型地質(zhì)和水文地質(zhì)系統(tǒng)模型的表示第3章  地下水化學(xué)熱力學(xué)-水文地球化學(xué)模型  3.1 地下水化學(xué)熱力學(xué)一水文地球化學(xué)理論基礎(chǔ)和實踐    3.1.1 水文地球化學(xué)反應(yīng)一遷移一分異模型    3.1.2 水文地質(zhì)單元內(nèi)水化學(xué)類型形成某些機(jī)制問題的探討——以辛安泉域潞安礦區(qū)為例    3.1.3 離石一柳林地區(qū)碳酸鹽巖含水層水化學(xué)特點及分布規(guī)律    3.1.4 離柳礦區(qū)黃土對幾種常規(guī)離子的吸附規(guī)律  3.2 化學(xué)熱力學(xué)和質(zhì)量遷移的計算    3.2.1 地下水水質(zhì)地球化學(xué)模型的發(fā)展    3.2.2 地下水中絡(luò)合物的計算機(jī)模擬    3.2.3 淺層高氟蘇打水形成的熱力學(xué)模式探討    3.2.4 水文地球化學(xué)綜合模型的數(shù)值模擬——以大同麻峪口地區(qū)為例      3.2.5 模擬技術(shù)概化條件應(yīng)遵循的原則    3.2.6 淺層地下水中CO2分壓pco2的分布和成因討論    3.2.7 水文地質(zhì)蓄水構(gòu)造內(nèi)地下水中pco2的確定  第4章  地下水化學(xué)動力學(xué)基本理論  4.1 地下水化學(xué)動力學(xué)基本理論基礎(chǔ)    4.1.1 滲流和水化學(xué)勢場的特點及關(guān)系    4.1.2 化學(xué)指標(biāo)表示的達(dá)西定律    4.1.3 水化學(xué)指標(biāo)表示的裘布依公式形式  4.2 水文地質(zhì)條件評價和地下水資源確定(以太原市東山區(qū)為例)    4.2.1 區(qū)域水文地質(zhì)條件定性定量評價    4.2.2 區(qū)域“奧灰”含水層的水量評價  4.3 區(qū)域水質(zhì)評價及預(yù)計——以淄博市周村北部地區(qū)為例    4.3.1 水化學(xué)場特點    4.3.2 水質(zhì)模型及求解方法的簡述    4.3.3 本區(qū)Cl-、NO3-的計算和預(yù)計第5章  水文地質(zhì)條件定量評價和含水層富水性的預(yù)測  5.1 太原市西峪煤礦的水文地質(zhì)問題研究    5.1.1 西峪煤礦地質(zhì)及水文地質(zhì)概況    5.1.2 峰峰組巖溶含水層水化學(xué)指標(biāo)及其分布特點    5.1.3 研究區(qū)水動力場和水化學(xué)場特征    5.1.4 水文地質(zhì)參數(shù)計算    5.1.5 西峪煤礦區(qū)水文地質(zhì)條件的定量評價    5.1.6 西峪煤礦區(qū)天然涌水量和礦坑突水量預(yù)測  5.2 煤層氣水文地質(zhì)研究的理論和方法——以沁水盆地南部煤層氣區(qū)為例    5.2.1 煤層氣最佳靶區(qū)確定的理論基礎(chǔ)    5.2.2 山西組砂巖含水層水文地球化學(xué)環(huán)境    5.2.3 HCO3-Na型水成因和最佳勘察區(qū)的確定    5.2.4 尋求煤層氣高產(chǎn)井區(qū)的理論和方法第6章  蓄水構(gòu)造區(qū)內(nèi)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境模型  6.1 蓄水構(gòu)造區(qū)內(nèi)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境區(qū)劃分的理論基礎(chǔ)及實踐    6.1.1 生態(tài)位理論的概述    6.1.2 Bertrand定律和Schroeder理論及推廣    6.1.3 松散巖層為主的蓄水構(gòu)造生態(tài)環(huán)境區(qū)    6.1.4 以淺層基巖含水層為主的蓄水構(gòu)造生態(tài)環(huán)境區(qū)    6.1.5 元素在水中存在形式與人體健康的關(guān)系    6.2 環(huán)境質(zhì)量綜合評價及預(yù)測    6.2.1 離石一柳林礦區(qū)環(huán)境質(zhì)量綜合評價    6.2.2 礦區(qū)三氮污染的環(huán)境質(zhì)量預(yù)測評價參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：4．關(guān)于地下水化學(xué)動力學(xué)幾個問題的討論1）地下水化學(xué)動力學(xué)常數(shù)k，的確定方法純化學(xué)意義的化學(xué)動力學(xué)常數(shù)是隨具體條件而改變的，因此確定地質(zhì)、水文地球化學(xué)和環(huán)境條件千變?nèi)f化的地下水化學(xué)動力學(xué)常數(shù)便更加困難。據(jù)工作實踐，確定地下水化學(xué)動力學(xué)常數(shù)的方法有以下兩種：（1）在野外采取大量各類巖石的樣品，通過室內(nèi)做化學(xué)動力學(xué)試驗，求取化學(xué)動力學(xué)常數(shù)（王洪濤等，1986；1988）。由于地質(zhì)體系的復(fù)雜性，同時受經(jīng)濟(jì)條件和時間的限制，不允許采取很多樣品做試驗，即使做了較多樣品獲得幾種礦物的化學(xué)動力學(xué)常數(shù)，在實際運用上還受到一定的限制。但是作為研究巖石的溶蝕過程和作用機(jī)制的手段，這種方法則是不可少的。

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