Question

模拟方法概述

Answer 1

假定沿地下水的流动途径测定了两个点上的水质，记上游点的水质为“初始水质”，下游点的水质为“终点水质”，则有：

水文地球化学

式（6-2-1）中的“反应物”和“产物”是指反应过程中进入或离开溶液相的物质。一般情况下，有多种“反应物”和“产物”组合能够满足式（6-2-1），这时就需要根据研究区的岩性及地质、水文地质条件来确定该条件下最有可能的“反应物”和“产物”。在这方面，以水溶组分平衡分布计算为基础所求得的矿物相对于水溶液的饱和指数可提供重要的参考信息。

事实上，式（6-2-1）中的“产物”可认为是负的“反应物”，而且由于地下水系统中的“反应物”和“产物”通常为围岩中的矿物或与水接触的气体，因此在后面的讨论中将其统称为反应性矿物（或简称为矿物）。

一般情况下，质量平衡模拟都是针对元素来进行的，若我们考虑了水溶液中n种元素的质量平衡关系，则由质量平衡模拟可确定n种矿物的溶解或沉淀量。设地下水在“初始水质”的基础上，每升水中溶解（沉淀）了x₁（mmoL）的第1种矿物（溶解为正，沉淀时为负）、x₂（mmoL）的第2种矿物、…、x_n（mmoL）的第n种矿物后，形成了“终点水质”，且与“初始水质”相比，“终点水质”中第i种元素的增量为b_i（mmoL），则有：

水文地球化学

或简写为：

水文地球化学

式中，a_ij为第i种元素相对于第j种矿物的化学计量数，它在数值上等于1 moL的第j种矿物完全溶解时所生成第i种元素的摩尔数。

这里需要注意的问题是：①在建立如式（6-2-2）或（6-2-3）所示的元素质量平衡方程时，通常不包括氢和氧，因为很难确定它们在“初始水质”和“终点水质”中的总量；②由于地下水系统岩性的复杂性及矿物的多样性，因此在建立元素质量平衡方程时经常遇到的一个问题就是矿物的种类多于方程的个数，这时就需要对地下水系统的矿物成分及其空间变化、矿物溶解反应的动力学特征进行深入研究，在此基础上遴选出参与反应的矿物；③一般情况下，地下水系统中矿物的成分总是与标准矿物的成分有一定差异，因此，当建立元素的质量平衡方程时，应采用能代表系统平均矿物成分的化学计量数。

一些研究者（Plummer等，1982；Xilai Zheng等，2002）在质量平衡模型中还列出了电子平衡和同位素平衡方程，这样可以增加方程的个数，从而使模型中所包含矿物的种类增多，进一步增强模型的准确性和代表性。