實測中領會巖性差異對漓江水化學性質的影響

劉科成

水循環是高一《地理》必修課的基本內容。雖然分布在陸地上的天然水只占全球水儲量的3.47%，但它在自然環境中的作用非常巨大，供應了人類生產生活必需的淡水。陸地天然水中溶解有許多化學元素，其來源和含量受很多因素影響。天然水在與大氣、土壤、植被、巖石等接觸過程中，將許多物質溶解并挾持進來，參與到水循環中。然而，陸地天然水的化學性質主要還是由它們所流經地區的巖石性質決定。那么，巖性差異如何影響天然水化學性質的變化？一次去桂林旅游，選取漓江流經的花崗巖地區和石灰巖地區進行了現場數據采集，在分析漓江水化學性質的差異中，真實領會了桂林喀斯特地形地貌的形成原因。

一、漓江樣點的選擇和測試方法

眾所周知，漓江是一條地表河流，發源于我國南嶺中越城嶺的貓兒山，匯入珠江的支流西江。漓江全長164km，流經地區屬亞熱帶季風氣候區，年平均氣溫18～19℃，年降水量1 686.5～2 182.5mm，年蒸發量為1 263～1 566mm。漓江流域氣候濕熱，雨量充沛。上游流經花崗巖地區，中下游流經石灰巖地區，是我國典型的巖溶地貌分布區。2014年6月，以桂林為首的中國南方喀斯特第二期項目申遺成功，桂林山水亦榮登世界自然遺產名錄。

2016年暑假，在領略峰叢峰林、孤峰平原的漓江風光和桂林山水時，選擇漓江上游的新寨村（距離桂林市30km）和中游的桂林市作為研究地點。在每個地點上，沿著漓江水流方向各選擇4個樣點，現場觀測漓江水化學的變化情況。實時測量使用儀器包括：便攜式Multiline3430多參數自動監測儀，分辨率分別為0.1℃、0.01pH單位和1μs/cm，用來監測水溫、pH值和電導率三個變量；堿度計，用來測量HCO3-和Ca2+含量變量。

二、結果與討論

漓江在新寨村流經花崗巖地區，而在桂林市流經石灰巖地區。花崗巖主要是由石英（SiO2）、長石和云母等硅酸鹽類礦物質組成，而石灰巖主要是由方解石（CaCO3）礦物質組成。因此，漓江流經這兩個地區的天然水化學性質表現出很大差異（如表1）。

從表1測量的數據中，可清楚地看出所測量五個變量的變化情況。

第一，水溫。漓江水溫從上游向下游方向有逐漸增大的趨勢。這與漓江自北向南所流經地區的氣溫和土溫等有很大關系，自然會影響其余參數的動態變化。

第二，pH值。pH值是表示溶液酸性或堿性程度的數值，也是水化學性質的基本參數。在大多數天然水中（pH=6～10），酸度主要由二氧化碳與水形成的碳酸構成。新寨地區（樣點XZ1～XZ4）pH處于6.1～6.5，偏酸性。表明水中含有較多的游離二氧化碳，隨著二氧化碳的水解，水質偏酸性。桂林地區（樣點GL1～GL4）pH基本都大于7，普遍偏堿性，這是典型巖溶水pH的特點。表明巖溶地區由于碳酸鹽巖（主要包括石灰巖和白云巖）的強堿弱酸性使天然河水的pH多呈弱堿性。另外，水解的二氧化碳溶解易溶的石灰巖礦物方解石（CaCO3）使水質趨向于飽和，消耗二氧化碳，使pH動態上升。

第三，電導率。電導率是測定水中鹽類含量的相對指標，能夠反映天然水中離解成分的總濃度。實驗數據表明：漓江在流經花崗巖地區時，電導率偏低一些，處于55～83μs/cm。流經石灰巖地區時，電導率急劇增高，達到109～163μs/cm。這反映水中可溶性鹽類含量的逐漸累積過程和流經不同巖性區含量顯著變化的差異。與漓江中下游石灰廣布巖且與它的易溶巖性有很大關系。

第四，HCO3-。HCO3-是天然水中所含的一種主要陰離子，由碳酸巖礦物與含有CO2的水作用而形成。從表1可看出，新寨花崗巖地區的漓江水HCO3-大多小于1mmol/L，桂林石灰巖地區HCO3-普遍大于1mmol/L。這說明石灰巖比花崗巖更易受水化學風化的影響。漓江中下游流域純石灰巖分布廣泛，石灰巖在CO2和 H2O 的參與下非常容易發生巖溶作用，造成HCO3-成為河流中最主要的陰離子。研究得到如下推論：在流經巖溶地區，漓江水中HCO3-含量在陰離子中最高，占陰離子的總量高達90%；而在流經新寨地區的只有40%。

第五，Ca2+。Ca2+是天然水中所含的一種主要陽離子。漓江流經桂林地區時，水中的Ca2+含量較高，在19.66～22.29 mg/L之間。新寨地區則要低很多，在2.31～9.56mg/L之間。這一結果有助于證實如下推論：漓江巖溶地區陽離子中Ca2+含量最高，可占陽離子總量的85 %以上；而在新寨區可能只有60%。桂林地區由于石灰巖分布厚度大，質地純，是我國典型的巖溶地區。因此，流經該地區的地表水和地下水普遍偏堿、含Ca2+高等特點。水的化學成分主要來源于碳酸鹽礦物的溶解，其它鹽類成分很少，成為典型的巖溶水，主要屬于HCO3-—Ca2+型水。新寨地區由于花崗巖分布（花崗巖主要由石英、長石和云母等硅酸鹽類礦物組成）。因此，水中SiO2含量相對較高。這是二者巖性不同使得流經此區的漓江從上游至中下游，水中主要離子含量表現出顯著差異的原因。

三、結論

巖石的礦物組分是影響天然水化學性質的主要物質來源。漓江在新寨村流經花崗巖地區，在桂林市流經石灰巖地區。因此，它們的水化學表現出顯著的差異。新寨地區水化學主要體現為偏酸性、HCO3-和電導率較低、SiO2含量較高等特點。桂林地區水化學主要體現為偏堿性、HCO3-和電導率較高、Ca2+含量較高等特點，屬于典型的HCO3-—Ca2+巖溶水。結合已有資料可知，天然水在流經碳酸鹽巖分布地區的天然河流時，其陰陽離子通常以HCO3-和Ca2+為主導。

通過實驗，明確了漓江能夠在流經桂林地區時形成 “山青、水秀、石美、洞奇”的典型巖溶（喀斯特）地形地貌的主要原因：這里分布的石灰巖是一種非常易溶且殘留物很少的巖石，流經該地區的漓江水能夠把巖石溶解并帶走。因此，水中含有的主要離子來源于石灰巖的HCO3-和Ca2+，由此也形成了桂林地區地上地下都存在喀斯特侵蝕和沉積景觀?；◢弾r的組成礦物石英和長石等抗風化能力都非常強，其結構和構造致密。因此，它們往往保持高大而奇峰獨立的特點。我國很多高大的名山，例如，黃山、泰山、華山等，大多由花崗巖形成。

最后，需要說明的是，天然水的成分非常復雜，除了流經地區的巖性是一個非常重要的影響因素外，大氣、土壤、植被以及人類活動對水化學的影響也非常顯著。所以，研究一個地區天然水的水化學性質，必須全面考慮其所流經地區的各種因素，才能得出更加全面的結論。▲

作者單位：重慶市西南大學附屬中學高2018級13班（400700）