Major ion chemistry and weathering processes of the Danjiangkou Reservoir, China

Abstract

A total of 40 water samples were collected from five sites in the Danjiangkou Reservoir, an important drinking water source in China. Over the period November 2004–June 2006, eight field surveys were conducted and water temperature, pH, EC, major ions (Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^-, and ) and Si were monitored to determine their temporal and spatial patterns across the reservoir. The controlling factors were analysed using the stoichiometry of the water chemicals and multivariate statistics including a correlation matrix and analysis of variance. The results revealed that waters in the reservoir are sub-alkaline and have a low solute load, and most water variables exhibit notable spatial and temporal variations. The major ion chemistry of the reservoir was controlled by carbonate weathering (of limestone) with the dominant ions Ca²⁺ and contributing 63–81% and 73–81% to the major cation and anion budgets, respectively. Carbonate dissolution was produced by both sulfuric and carbonic acids; in particular carbonic acid and silicate contributed little to the reservoir waters, while was important and originated primarily from anthropogenic inputs. This research will help water quality conservation in the Danjiankou Reservoir, China.

Citation Li, S. & Zhang, Q. (2010) Major ion chemistry and weathering processes of the Danjiangkou Reservoir, China. Hydrol. Sci. J. 55(8), 1385–1395.

Résumé

Quarante échantillons d'eau ont été prélevés en cinq sites dans le Réservoir Danjiangkou, une source importante d'eau potable en Chine. Au cours de la période November 2004-Juin 2006, huit campagnes de terrain ont été conduites et la température, le pH, la CE, les ions majeurs (Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^-, et ) et Si de l'eau ont été suivis afin de déterminer les patrons temporels et spatiaux au sein du réservoir. Les facteurs de contrôle ont été analysés á l'aide de la stoechiométrie deséléments chimiques de l'eau et de statistiques multivariées, dont une matrice de corrélation et une analyse de variance. Les résultats montrent que les eaux dans le réservoir sont sub-alcalines et ont une faible charge en solutés, et que la plupart des variables hydrologiques présente des variations spatiales et temporelles notables. La chimie des ions majeurs du réservoir est contrôlée par l'altération des carbonates (du calcaire) avec une dominante des ions Ca²⁺ et qui contribuent á hauteur de 63-81% et de 73-81% aux bilans des cations et des anions majeurs, respectivement. La dissolution des carbonates est produite par les acides sulfurique et carbonique; l'acide carbonique et les silicates contribuant peu á l'eau duréservoir, alors que est important et d'origine anthropique. Cette recherche va contribuer á la conservation de la qualit é de l'eau dans le Réservoir Danjiankou, en Chine.

Key words:

• major ions
• chemical weathering
• spatial and temporal variation
• Danjiangkou Reservoir
• China

Mots clefs:

• ions majeurs
• altération chimique
• variation spatiale et saisonniére
• Réservoir Danjiangkou
• Chine

Acknowledgements The research is funded by the National Key Sciences Research Program of China (2008CB418000), and the “Hundred-talent Project” of the Chinese Academy of Sciences (O629221C01). We would like to thank Sheng Gu, Jia Li, Lianfa Li, Sha Mu and Yiping Wang for their assistance with field sampling, and Hongyin Han of the Chinese University of Geosciences for the assistance on the major ion analysis. Appreciation is also due to the editor and two anonymous reviewers for their constructive comments and suggestions.