南水北调中线工程通水后,来水除了用于供给生活用水的同时,富余部分将用来补充由于多年超采而紧缺的地下水资源。由于南方地表水水质与北京当地的地下水水质存在一定差异,回灌过程中很有可能发生水岩相互作用。本研究以潮白河地下水回灌区为例,通过静态摇瓶实验、土柱实验和水文地球化学模拟等研究方法,对南水补给北京深层地下水过程中产生的水岩作用过程和水质影响程度进行分析评价。研究结果表明:1.南水北调过程中南水与北水混合过程中不是简单的物理混合,而是与含水层介质矿物之间发生了水文地球化学反应,包括阳离子交换反应,石膏、方解石、钾长石、岩盐等矿物组分的溶解以及三氮迁移转化反应,在这些水岩相互作用过程中,地下水的水化学组分发生了变化。2.南水中的溶解氧为硝化反应提供了有利条件,南水所占比例较高时,硝化反应强烈,使硝氮浓度升高。根据土柱实验结果表明,硝化反应主要集中在表层,土柱下部形成的厌氧环境有利于硝氮的降解,使得硝氮浓度有明显的下降,有利于去除地下水中的硝氮。3.重碳酸根离子主要受体系中CO2的影响,硫酸根离子和氯离子主要受物理混合过程影响。4.阳离子浓度受到方解石、白云石、钾长石、岩盐和CO2的溶解以及Mg/Ca-Na阳离子交换反应的影响。在不同南北水混合条件下,随着摇瓶实验的进行,水体的水化学类型均从Ca?Na-HCO3类型转变为Ca-HCO3类型。经离子当量比值分析,混合体系中的钙镁离子主要来源为碳酸盐矿物和硅酸盐矿物的溶解,钠离子主要来源于岩盐的溶解。随着南水所占比例的增加,方解石的溶解量相应增加,期间伴随着阳离子交换反应。当南水比例大于40%,呈现Mg-Na阳离子交换反应;当南水所占比例小于40%时,呈现Ca-Na阳离子交换反应。南水在混合体系中所占比例越大,阳离子交换吸附作用越弱。5.回灌过程中,强烈的阳离子交换吸附作用和矿物溶解对地下水中各个阳离子的浓度的变化存在显著的影响,阳离子交换引起地下水中的钠和钾离子浓度升高,钙和镁浓度降低,但方解石和白云石溶解造成的钙镁浓度升高程度远远大于阳离子交换,使钙镁离子降低幅度较小。阳离子交换过程完成后,方解石和白云石继续溶解,钙镁浓度升高明显。