【畢業(yè)學位論文】（Word原稿）錫林河流域水體痕量元素研究

分類號： 密級：公開 研 究 生 學 位 論 文 論文題目（中文） 錫林河流域水體痕量元素研究 論文題目（外文） on in in 究 生 姓 名 薛麗洋 學 科 、 專 業(yè) 環(huán)境科學與工程 環(huán)境工程 研究方向 水資源保護與利用 學位級別 碩 士 導師姓名、職稱 張明 泉 教 授 吳錦奎 副 研究員 論文工作 起止年月 2011 年 5 月至 2013 年 5 月 論 文 提 交 日 期 2013 年 5 月 論 文 答 辯 日 期 2013 年 5 月 學 位 授 予 日 期 2013 年 6 月 校址：甘肅省蘭州市 原 創(chuàng) 性 聲 明 本人鄭重聲明：本人所呈交的學位論文，是在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果。學位論文中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點等，均已明確注明出處。除文中已經(jīng)注明引用的內容外，不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究成果做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。 本聲明的法律責任由本人承擔。 論文作者簽名： 日 期： 關于學位論文使用授權的聲明 本人在導師指導下所完成的論文及相關的職務作品，知識產(chǎn)權歸屬蘭州大學。本人完全了解蘭州大學有關保存、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保存或向國家有關部門或機構送交論文的 紙質版 和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權蘭州大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用任何復制手段保存和匯 編本學位論文。本人離校后發(fā)表、使用學位論文或與該論文直接相關的學術論文或成果時，第一署名單位仍然為蘭州大學。 本學位論文研究內容： 可以公開 不宜公開，已在學位辦公室辦理保密申請，解密后適用本授權書。 （請在以上選項內選擇其中一項打 ） 論文作者簽名： 導師簽名： 日 期： 日 期： I 錫林河流域水體痕量元素研究 中文 摘要 天然水的化學成分是水在循環(huán)過程中與周圍環(huán)境長期相互作用的結果 ， 因此天然水化學組成從一定程度上記錄著水體形成 和 運移的歷史 。水體中的 痕量 元素組成在很大程度上表征著水體環(huán)境質量狀況、區(qū)域環(huán)境化學特征、水體元素分布及遷移轉化的規(guī)律，對其特征的研究對于正確理解流域內地表水與大氣降水和地下水的補給關系、河水的離子組成和來源具有重要意義。 錫林郭勒草原是世界范圍內溫帶草原最有代表性的地區(qū)。 近年來，區(qū)域 生態(tài)環(huán)境已出現(xiàn)明顯退化 并引起學術界和政府的廣泛關注。干旱半干旱地區(qū)生態(tài)環(huán)境的退化和水資源的過度開發(fā)利用直接相關。 錫林 河流域 水文方面的研究很少 ，這給區(qū)域生態(tài)環(huán)境的恢復治理帶來了一定困難。 本文是在 20062008 年連續(xù) 3 年對錫林河流域開展野外考察 和取樣（ 24 個取樣點， 416 個樣品） ，取得第一 手水化學 數(shù)據(jù)資料的基礎上， 利 用相關分析手段 如主成分分析法和聚類分析等 ，較全面 地 分析了錫林河流域痕量元素的時空分布特征，并嘗試對其形成原因做了一定的解釋 ，闡述了錫林河流域水體之間的轉化關系 。主要研究結果和初步結論如下： (1)錫林河 河水 痕量元素平均濃度大部分在 0g 間，與松花江干流、長江干流和海水進行對比，映射出河水 中痕量元素的組成與地理位置密切相關。同時， 結合區(qū)域地下水和大氣降水痕量元素平均濃度， 表明地表水同時受大氣降水和地下水補給并主要依靠地下水補給。 (2)錫林河流域痕量元素年內、年際變化較穩(wěn)定。地表水和地下水大部分元素變化趨勢相似，年內濃度變化 表現(xiàn)為 5 月濃度較大， 8 月較小，主要原因是痕量元素在冬季 積雪中 富集，隨著徑流量增大，元素濃度被稀釋。部分元素 濃度變化 有所不同，可能受到吸附作用或其他補給源的影響。年際間大部分元素在 2007年間濃度略小，主要是由于 07 年全年干旱，降水少，降水淋濾作用減小 ； 同時由于 流域 地表水主 要受地下水補給 ， 在 干旱年中 地表水和淺層地下水 補給 主要來源 于 深層地下水 ， 而 深層地下水 痕量元素 濃度明顯低于 淺層 地下水，因此，地表水和地下水在 07 年同時表現(xiàn)出濃度降低。 (3)地表水痕量元素和常量元素濃度從上游到下游 大部分 呈上升趨勢， 與地下水補給和 蒸發(fā) 作用 有關。各元素均在 8 處有不同程度的增加， 由于 地下水 的 側向徑流補給 及 人類活動的影響有關。 地下水從上游至下游方向，各元素均 現(xiàn)峰值， 可能與南岸不同巖性構造發(fā)生的水巖作用和人類生活有密切關系 ；垂直于錫林河方向由南向北 ， 元素濃度在 濃度變化明顯 ，這是由于 此處受到的基巖裂隙水的補給； 深層地下水，大部分元素濃度較其他點位均低。 (4)使用主成分分析法對元素的相關性和主成分的分類，對元素的變化規(guī)律有了初步的判斷，從而印證第四章各元素時間分布的結果，結果表明 大部分 元素相關，其中 B、 間高度相關，其變化趨勢也相似。 主成分分析結果發(fā)現(xiàn)，元素變化主要受到巖石溶濾作用、土壤淋濾作用、周圍采礦、 人為作用以及 大氣降水作用的影響。 (5)通過聚類分析， 將 24 個點位分成為聚合區(qū)與發(fā)散區(qū)。 12，以及 5、 先聚合，視為同一補給源，基本上受 巖石風化作用和蒸發(fā)結晶作用的共同影響 ，外界的影響較小。與降水發(fā)生二次聚合，說明降水還受到遠處其他水汽的補給。與 生第三次聚合，表明此處受外界影響較大。與 散，由于 到山區(qū)基巖裂隙水的補給， 能受到更遠處水源的補給，此結果與第四章個元素空間分布結果一致。 關鍵詞： 錫林河 ， 痕量元素 ， 時空 變化 ， 水文化學 ，補給特征 on in in he of of As a of to a of To a of in of of of on of or in a in ol is In of As we of of is to of of on it a of is on by 24 471 006 008 It of to be a of of in as (1)of of is in 0gis to In to of in it on at (2)is of of of is of of is is ay in in is of of a of is be by or 007, to At in of is is of in is a 007. (3)of of of is on to is to To in 7S8 of of to at 4 to is to on at to to at 9, is of In 5 8 (4)CA of we of to of s at B、 Li As a of is by (5)24 by 13, G5 8 as is by a is by of 4, G7 13, is 9 10, 9, 10, is of s at 錄 中文摘要 . I . 一章 緒論 . 1 題依據(jù)及意義 . 1 題背景 . 1 究意義 . 3 內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 . 3 外研究現(xiàn)狀 . 3 內研究現(xiàn)狀 . 5 域研究現(xiàn)狀及存在問題 . 6 究內容與技術路線 . 7 究內容 . 7 術路線 . 7 第二章 錫林河流域概況 . 9 然環(huán)境概況 . 9 域位置 . 9 候特征 . 9 形地貌 . 10 壤特征 . 11 被特征 . 11 文、地質概況 . 12 質 . 12 文 . 13 然經(jīng)濟概況 . 14 第三章 數(shù)據(jù)來源和研究方法 . 15 據(jù)來源 . 15 樣點布置 . 15 樣方法 . 16 品的分析測試 . 17 究方法 . 18 布類型判斷方法 . 18 數(shù)的計算 . 18 成分分析法 . 19 類分析 . 20 第四章 錫林河流域水體痕量 元素的濃度分析 . 22 量元素濃度特征分析 . 22 表水中的痕量元素濃度特征 . 22 下水中痕量 元素濃度特征 . 23 林河不同水體中痕量元素濃度對比分析 . 25 量元素時空分布特征 . 27 表 水痕量元素的時空分布 . 27 下水痕量元素的時空分布 . 30 量元素濃度分布特征 . 34 表水常 量元素濃度分布特征 . 35 下水常量元素濃度分布特征 . 37 章小結 . 38 第五章 錫林河流域痕量元素水化學 成因分析 . 41 量元素與常量元素相關性分析 . 41 林河流域主成分分析 . 44 林河流域聚類分析 . 47 章小結 . 48 第六章 結論 . 49 要結論 . 49 新點 . 50 在問題與研究展望 . 50 參考文獻 . 51 在學期間的研究成果 . 57 致謝 . 58 圖件目錄 表 1元素分類及含量界限 . 1 圖 1技術路線圖 . 8 圖 2錫林河流域示意圖 . 9 圖 2錫林河流域年內降水分布 . 10 圖 2錫林河流域徑流的年內分布 . 13 圖 3采樣點分布圖 . 15 表 3采樣點描述一覽表 . 16 表 3降雨量及徑流量統(tǒng)計表 . 17 表 3水環(huán)境背景值數(shù)據(jù)概率分布類型檢驗方法 . 19 表 4錫林河地表水中痕量元素含量特征表 . 22 表 4錫林河流域地下水中痕量元素含量特征表 . 24 表 4錫林河流域與其他水環(huán)境痕量元素含量對照表 . 26 表 4錫林河地表水中痕量元素濃度特征與其他水環(huán)境痕量元素含量對照 . 27 圖 4錫林河地表水痕量元素濃度的時間變化 . 28 圖 4錫林河水痕量元素濃度的空間變化 . 30 圖 4錫林河流域地下水痕量元素濃度時間變化分布圖 . 31 圖 4錫林河地下水痕量元素濃度的空間變化 . 33 表 4錫林河常規(guī)水化學離子濃度及水化學類型統(tǒng)計表 . 34 圖 4錫林河河水主 離子濃度空間變化特征 . 35 圖 4地表水 勢圖 . 36 圖 4錫林河地下水主離子濃度空間變化特征 . 37 圖 4地下水 勢圖 . 38 表 5錫林河流域各元素相關系數(shù)矩陣 . 42 表 5各元素顯著性關系統(tǒng)計表 . 43 表 5各主成分解釋方差及所占比例 . 45 表 5各主成分與化學成分和指標的權數(shù) . 45 圖 5錫林河流域各點位相關性樹狀圖 . 47 蘭州大學碩士研究生學位論文 錫林河流域水體痕量元素的研究 1 第一章 緒論 題依據(jù)及意義 題背景 痕量元素通常指在給定系統(tǒng)中含量很低的那些元素 1。在巖石、土壤 、 水體等任何自然體中至少含有兩類化學元素，一類是在自然體中含量較大的元素，通常稱為常量元素，另一類為含量較小的元素，稱為微（痕）量元素 2，兩者濃度相差很大，通常相差 23 個數(shù)量級 。 在 分析化學 中，痕量元素指的是“某一 元素 在 樣本 中需測量到 原子 規(guī)模 的 濃度 小于 100是“這個 元素 在每 克 的 樣本 中含量少于 100 微克 (g，1g=110 。 在常見的地球化學文獻中 3，人們常將地殼中除氧（ O）、氫（ H）、硅（ 鋁（ 鐵（ 鈣（ 鎂（ 鈉（ 鉀（ K）、鉈 （ 10 種元素（它們的總重量豐度共占 99左右）以外的其他元素統(tǒng)稱微量元素或痕量元素、雜質元素、副元素、稀有元素、次要元素等。 它們在巖石或礦物中的含量一般在 1或 下，含量單位常以 微克 (g， 1g=110 納克 (110示。 1974 年， O將含量等于或小于 1000g 的任何一種元素稱為痕量元素。 水文學或水文地質學中，一般將除常 量 元素，即 氧（ O）、氫（ H）、硫（ S）、氯（ 鈣（ 鎂（ 鈉（ 鉀（ K） 外的其它 元素，根據(jù)濃度的不同，稱為 微量元素 或痕量元素 2。 具體分類如表 1示。 痕量元素為含量等于或小于 100g 的元素。 痕量元素的測定目前一般使用高分辨 電感耦合等離子體質譜儀 (可直接檢出 的 痕量元素 一般為 20 種 左右 (B、U、 V、 右 。 這其 中在一般水體中， 濃度一般大于 100g ，但在討論中還是將其歸為痕量元素。 表 1元素分類及含量界限 4 元素 含量界限（ %） 界限（ 常量元素 1100 104106 微量元素 10010000 痕量元素 1100 超痕量元素 液中的有機碳可溶解各種形態(tài)的 素，從而與各元素發(fā)生絡合；同時在 34的研究中發(fā)現(xiàn)尼永流域在潮濕環(huán)境下風化作用過程和離子的化學遷移與強降水和高溫關系不蘭州大學碩士研究生學位論文 錫林河流域水體痕量元素的研究 5 大，主要受到常規(guī)和痕量元素以及硅 的同位素的作用影響。其次，水位的漲落對水體痕量元素的影響很大， 35對阿根廷的桑博龍邦灣水體痕量元素的比對發(fā)現(xiàn)高、低水位時期，金屬痕量元素的濃度會發(fā)生變化，主要影響因素是高水位時期局部的生物作用。 36研究特倫托河痕量元素發(fā)現(xiàn)，痕量元素可在水體中形成凝聚物，這些凝聚物不是簡單地凝聚成懸浮物，而是伴隨著很多化學變化形成復雜的化合物，并通過潮汐自上游向下游移動、沉積，最終形成巖石或膠體。此外， 7通過對痕量元素濃度的季節(jié)性分析發(fā)現(xiàn)大多數(shù)離子的濃度在夏 季都略高于冬季，是由于在緩流季節(jié)水 子容易溶解于水中；但 在冬季較高的原因是 紊流 流的河水中容易形成的氫氧化物膠體懸浮于水中，經(jīng)過 徑的過濾器，將很多的懸浮顆粒過濾，使之含量較低。最后，盡管大部分水中的痕量元素都是來自于自然界，但也要重視直接和間接人為因素的影響 3843。 隨著痕量元素的逐漸深入，伴隨而生了多種水化學統(tǒng)計學方法 44。 45利用多種統(tǒng)計學分析方法，對深圳近海地下水進行研究 ， 發(fā)現(xiàn)主成分分析法印證了水體的氧化性可以抑制水體中痕量元素的氧化 還原反應， Q 模型因子分析法說明地下水中痕量元素很大程度取決于土壤的類型和含水量，聚類分析法則驗證了冬季和夏季各地下水采樣點的相關性不發(fā)生變化。 內研究現(xiàn)狀 在我國，由于痕量元素與人體的生命健康有很大的關系，因此在生物醫(yī)藥方面取得了較多的研究成果，王明遠 46將地殼、土壤、植物、活質、海水、人體的化學元素平均豐度取自然對數(shù)值后，在普通方格紙上作圖，發(fā)現(xiàn)地殼與土壤、地殼與活質、土壤與植物，海水與人、地殼與人的元素豐度呈線性正相關關系，表明活質、植物和人的元素平均豐度的增減變化趨勢與地殼、土壤、海 水的元素平均豐度的增減變化趨勢基本上是一致的。 水文領域的研究 非常少 ， 劉志光等 47定義 “ 痕量 ” 元素，主要是指元素周期表上的副族元素 ， 即 過渡 元素 ， 這樣，既可包括對環(huán)境影響的金屬，又避免把鋁這種金屬稱為 “ 痕量金屬 ” 。實際上元素周期表上的過 渡 元素，除了鈦、釩、鉻、溴、鎘等二十種金屬外 ， 還包括錒系和鑭系約六十余種元素。成春奇 48通過礦區(qū)地下水系統(tǒng)的新生界松散層類孔隙含水層、煤系下伏巖溶含水層微量元素進行了比較，建立了微量元素組分參與的水化學判別模式。礦區(qū)微量元素進行系