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氧化-还原反应对水化学演化过程具有重要的控制作用,不仅影响着有机物的降解和迁移,还对无机物的地球化学转化过程起着主导作用。基于氧化-还原环境分析水文地球化学特征,在一定程度上,不仅可以揭示不同阶段水文地球化学反应及离子组成特征,还可以查明含水层中氧化还原物质的分布规律,从而对硝酸盐、重金属等污染物的控制、修复起着重要作用。 本文在野外勘察取样的基础上,基于水文地球化学数据,分析了三江平原乌苏里江流域内水文地球化学组成特征及其分布规律,采用ArcGIS地统计模块分析了地下水氧化-还原环境空间分布特征,探讨了氧化还原电位Eh与氧化还原灵敏性物质间关系,揭示了氧化还原环境对地下水化学组分的控制作用,并利用反向水文地球化学模拟查明了沿地下水径流方向氧化还原环境的变化规律及水化学反应特征。 结果表明: 1.研究区地下水处于连续且稳定的弱酸性环境,浅层地下水易溶盐贫乏,以HCO3型、Cl-HCO3型和Cl-SO4型微咸水为主,深层地下水淡化趋势显著,以HCO3型低矿化度水为主;浅层地下水和深层地下水分别以30m、90m井深为界限,具有明显的分层性,水体中离子含量呈不同的变化趋势。 2.流域内地下水同位素组成偏负,分布于当地大气降水线附近,主要来源于大气降水补给。离子组成受岩石风化因素和人类活动共同控制,其中易受人类活动影响的Cl-、NO3-表现出较高的空间变异性,Cl-、NO3-受人为污染输入显著。 3.研究区浅层地下水Eh以50~100mV、100~150mV变化范围为主,处于氧化环境、弱氧化环境和还原环境中。Eh随井深呈无规律性变化,含水层氧化-还原环境具有易变性;深层地下水Eh以0~50mV和<0mV变化范围为主,处于弱氧化环境和还原环境中,含水层氧化-还原环境具有稳定性。 4.氧化还原电位Eh与氧化还原灵敏性物质关系显著。Eh与pH呈负相关性,Eh与DO呈正相关性,Eh、pH和DO共同控制着地下水氧化还原环境;浅层地下水和深层地下水均经历了强烈的溶解氧还原、NO3-和NO2-还原阶段;深层地下水Fe还原反应较显著,氧化-还原条件控制Fe2+迁移、转化过程,浅层下水HCO3-随Eh变化较显著,呈负关性。 5.浅层地下水中氧化-还原反应显著,氧化条件下主要发生硝化作用以及黄铁矿的氧化,还原条件下以反硝化作用、铁氧化物的溶解以及少量硫酸盐还原作用为主。SO42-、NO3-、NO2-、Fe2+等含量受氧化-还原反应控制,Ca2+、Mg2+、Na+和Cl-含量变化主要受水-岩相互作用、阳离子交换作用等控制,HCO3-含量同时受水-岩相互作用和氧化-还原反应影响;深层地下水处于较稳定的弱氧化-还原环境中,Eh变化对常规水化学离子含量影响较小,主要引起Fe2+、Mn含量的变化。