内蒙古河套平原典型高砷区地下水中砷的演化规律

通过对高砷地下水典型区完整地质单元不同深度含水层地下水进行监测,分析了与砷释放、迁移和富集有关的敏感因素（水位、Eh、总铁、亚铁等）的时间和空间变化规律,探讨了高砷地下水的形成机理。结果发现,地下水灌溉区和黄河水灌溉区,地下水水位均受人为灌溉活动的影响。地下水砷含量在空间和时间尺度上发生有规律的变化。在空间尺度上,地下水中砷含量随着深度的增加而升高,井深小于10 m的地下水砷含量在1.88～2.58 μg/L;井深在10~15 m之间的地下水中砷含量在18.2～217 μg/L;井深在15~25 m之间的地下水中砷含量在38.3～226 μg/L。受人为灌溉影响,地下水中砷的含量会随着地下水位的抬升而升高。地下水砷含量随时间变化的原因是水位抬升使水位变化造成氧化还原环境改变。地下水系统中含砷铁氧化物矿物的还原性溶解、脱硫酸作用等是控制地下水砷含量的主要水文地球化学过程。     

天鹅洲长江故道湿地地下水砷的时空分布特征及控制机理

高砷地下水不仅直接危害供水安全,还可通过与湿地之间的交互作用,影响湿地水质进而威胁湿地生态安全.长江中游河湖平原已被报道广泛分布有高砷地下水,而位于长江中游故道区域的天鹅洲湿地地下水中砷的空间分布特征尚不明确,湿地与地下水的交互作用对地下水中砷季节性动态的控制机理尚不明确.本研究在天鹅洲湿地采集2个水文地质钻孔的35件沉积物样品、12个分层监测井不同季节的共72组地下水样和18组地表水样,通过水位-水化学监测、沉积物地球化学组成分析和砷、铁形态表征探究天鹅洲湿地地下水中砷的时空分布规律及控制机理.研究发现天鹅洲湿地地下水砷含量为1.08~147 μg/L,牛轭湖外侧浅井（10 m）地下水砷含量普遍高于深井（25 m）和牛轭湖内侧浅井（10 m）、深井（25 m）地下水,枯水期和平水期的砷含量高于丰水期.牛轭湖外侧浅层地下水系统具有更厚的粘土、亚粘土沉积,沉积物中总砷、强吸附态砷和易还原的铁氧化物的含量更多,吸附砷的水铁矿等无定形铁氧化物还原性溶解导致砷释放进入地下水中.枯水期天鹅洲湿地底部向牛轭湖外侧浅层含水层输送不稳定的有机质,使天鹅洲湿地地下水-地表水界面成为砷释放的热点区域.丰水期时牛轭湖外侧含水层受长江补给的影响,还原环境发生改变使地下水中的砷和铁被氧化固定从而不利于砷向地下水释放.      

江汉平原高砷地下水监测场水化学特征及砷富集影响因素分析

江汉平原高砷地下水的发现引起了广泛的关注,通过对该区高砷地下水监测场39个地下水样品的分析,揭示了高砷地下水的水化学特征。同时,结合沉积物砷含量分析和高砷地下水的垂向分布特征,探讨了地下水中砷富集的影响因素。结果表明,地下水水化学类型主要为HCO3-Ca·Mg型,pH值为中性偏弱碱性,Fe、Mn质量浓度很高。25m深度的监测井水中砷质量浓度最高,对应的沉积物中总砷质量浓度也较高。井水中浓烈的H2S气味,偏负的氧化还原电位,高质量浓度的NH4-N、溶解有机碳(DOC)、HCO-3、S2-与低质量浓度的NO-3、SO2-4均指示该区为典型的富含有机质的还原性地下水环境。该条件下沉积物中有机物质的生物降解作用和铁锰氧化物、铁锰氢氧化物的还原是江汉平原高砷地下水形成的主要原因。     

水流场及水化学过程对地下水中砷富集的影响

大同盆地是我国典型原生高砷地下水分布区,为精细刻画地下水系统中砷迁移富集的机理,在盆地高砷地下水分布区建立了面积为150m×250m的多水平试验监测场,开展了系统的水文地质与水文地球化学监测研究。结果表明,富砷沉积物是地下水中砷的直接来源,高pH值、强还原性的地下水环境及竞争吸附离子的存在是含水沉积物中砷向地下水迁移富集的主要控制因素。场地范围内地下水水化学组成及砷的空间分布特征明显受水流场影响,沿地下水径流方向,砷质量浓度逐渐升高。     

银北平原浅层高砷地下水砷富集水化学特征研究

宁夏银川平原是继河套平原之后,在黄河流域发现的又一个高砷地下水分布区.为了总结其高砷地下水的水化学特征,并探索水化学因素对地下水砷释放和富集的影响机制,本文以银川平原北部（银北平原）作为典型研究区,采取野外水文地质调查、水样采集与测试、砷与水化学组分散点图相关分析及水文地球化学方法进行了综合研究.结果表明,银北平原地下水砷含量在0.2~177 μg/L之间;高砷地下水（大于50 μg/L） pH值多在7.5~8.5,水化学类型主要为HCO3-Na·Ca、Cl·HCO₃-Na及Cl·HCO₃-Na·Ca型,E_h多在-200~-100 mV.银北平原砷含量较高的地下水中COD、NH₄⁺、HCO3^-含量相应也较高,而NO3^-和SO₄^2-含量较低.高砷富有机质的冲-湖积含水层经过长期演化,形成偏碱性的中强还原性地下水环境和特殊的水化学特征,也具备极大的砷释放能力.较高的pH导致砷从铁锰氧化物或氢氧化物等水合物或黏土矿物表面解吸.其次部分铁锰氧化物在高pH、低E_h条件下可被还原为低价态可溶性铁锰,从而使与其结合的砷也得以释放进入地下水中.此外重碳酸根与砷酸根、亚砷酸根的竞争吸附行为促使含水层砷的解吸.     

中国北方高砷地下水分布特征及成因分析

本文分析了银川平原北部饮水型砷中毒分布、水文地质条件和水化学特征,并探讨了地下水中砷离子分布规律和富集环境。研究表明:高砷地下水区呈两个条带状分布于冲湖积平原,主要为埋藏深度小于40m的潜水,水化学环境呈弱碱还原环境,水化学类型主要为HCO3-Na·Ca,Cl·HCO3-Na,Cl·HCO3-Na·Ca型;最后对比分析了中国北方内蒙古平原、山西大同盆地、新疆、吉林西部高砷地下水分布和环境地质特征。     

江汉平原砷中毒病区地下水砷形态季节性变化特征

查明地下水中砷的时间变异性规律及机理是高砷地下水研究的难点和热点, 也是防控地下水砷污染的根本.选择在雨季前后对浅层潜水和孔隙承压水进行了动态监测.研究表明地下水砷含量和形态与地下水位波动存在明显的响应关系: 雨季开始后随着地下水位抬升, 地下水还原环境增强, As(Ⅴ)和Asp转化成As(Ⅲ), 颗粒态铁大幅降低, 导致水中溶解的砷和铁大幅增加, 地下水砷含量在雨季达到最高且As(Ⅲ)所占比例达到90%;雨季结束后随着水位逐渐降低, 地下水中As(Ⅲ)所占比例和溶解的砷含量下降.农业活动对浅层潜水砷形态季节性变化有明显的影响.孔隙承压水的砷形态分布变化较浅层潜水幅度大, 其变化与水位波动存在滞后效应.自然或人为活动引起的地下水位季节性变化改变了含水层的氧化还原环境, 补给水源与地下水之间的混合过程带来新的物质输入促进地下水系统中砷的迁移转化.      

长江中游河湖平原浅层地下水中砷空间异质性的同位素指示

近年来陆续有报道发现长江中游河湖平原广泛分布着高砷地下水,鄱阳湖平原与江北平原（古彭蠡泽）作为长江中游南北两岸典型的河湖平原,其地下水资源丰富,但砷的空间分布规律尚不清楚,区域供水安全存在风险.本研究在两个区域系统采集98个浅层地下水（< 40 m）样品和8个地表水样品,通过水化学、氢氧稳定同位素分析,查明地下水中砷的空间分布异质性及其影响因素.研究发现江北平原浅层地下水砷含量为0.65~956.72 μg/L（平均值210.78 μg/L）,高砷地下水集中分布于长江古河道;鄱阳湖平原浅层地下水砷含量为0.09~267.45 μg/L（平均值11.85 μg/L）,高砷地下水仅分布于赣江三角洲局部地区.江北平原地下水δD与δ18O值相对鄱阳湖平原更偏负,且与地表水的差异更大.地下水化学及主成分分析结果表明物源和含水层结构差异是影响鄱阳湖平原和江北平原砷空间分布异质性的关键因素,来自长江物源的古彭蠡泽区域沉积物为高砷含水层的形成提供了物质来源,湖相含水层中含砷铁氧化物的还原性溶解是地下水砷富集的主要过程.地下水氢氧稳定同位素指示江北平原较鄱阳湖平原地下水赋存环境更封闭,地下水循环交替速度缓慢,有利于砷的富集.      

河套平原临河区高砷地下水分布及水化学特征

文章通过地质环境、地下水野外调查以及水质分析测试等方法手段,较系统地研究和分析了河套平原临河区高砷地下水的分布及水化学特征。结果表明,该区高砷地下水主要分布在调查区的西北部,在区域上属于河套平原的沉积中心地带,局部呈小片状分布,短距离内地下水中的砷含量变化较大;该区砷含量≥0.05mg/L的地下水绝大部分为微咸水(TDS为1～3g/L),个别为淡水(TDS<1g/L)和咸水(TDS为3～10g/L),其氧化还原电位(ORP)均显示负值的还原环境。通过与非高砷区的对比研究,高砷区地下水中的铁含量超标率明显高于非高砷区(58%),达到91.3%。研究认为该区域高砷地下水的形成与沉积环境和沉积物的特征有很大的关系。     

江汉平原高砷地下水与含水层沉积物的地球化学特征

通过采集江汉平原沙湖原种场典型高砷地下水区的27个地下水样品、6个地表水样品和不同深度的沉积物样品,采用X射线荧光光谱、离子色谱、TOC分析仪以及沉积物平行提取方法对该区含水层的水化学特征以及沉积物的地球化学特征进行了分析。结果表明:该区地下水水化学类型主要为HCO_3-Ca·Mg型,属中性偏弱碱性水;氧化还原电位较负,NH+4-N、HS-和Fe(Ⅱ)质量浓度较高,指示地下水的强还原环境;地下水As质量浓度平均值为74.39μg/L,最大值达580.77μg/L,出现在地面以下25m位置,且As(Ⅲ)质量浓度普遍高于As(V)。随深度增加,沉积物中w(As)呈先增加后减小的趋势,在17.4m(黏土层)深度处达到最大(21.15mg/kg),且w(As)随深度的变化与沉积物中TOC、Fe_2O_3、Al_2O_3质量分数以及沉积物比表面积随深度的变化呈现相同的趋势,采用SPSS软件经相关分析亦表明As与TOC、Fe_2O_3、Al_2O_3和比表面积具有较强的相关关系,相关系数分别为0.70,0.68,0.70,0.67,揭示砷在富含有机质、铁铝氧化物及比表面积大的黏土层沉积物中更易富集。沉积物平行提取实验结果表明,江汉平原沉积物中的砷主要以强结晶态铁氧化物、溶解态硫化物和反应性硅酸盐的形式存在。     

吉林省饮水型砷中毒区地下水砷的分布规律与成因研究

吉林省饮水型砷中毒区是继中国内蒙古和山西病区后发现的新病区。该病区主要分布在吉林省西部的通榆县和洮南市,其水文地质单元属于松嫩平原大型蓄水盆地的西部,是由第四系潜水、承压水和新近系承压水组成的多层结构的含水系统。采用瞬时采样法采集了区内潜水和承压水样品,共194份;通过GIS的空间叠加技术、化验与测试技术,进行了区域水化学环境特征与饮水型砷中毒的关系研究。结果表明：受区域地质构造控制,在低洼地带堆积了巨厚的粉砂淤泥质冲积物和富含有机质的湖积物,为地下水砷的赋存提供了空间。区域地下水砷含量的范围值为0.001~0.339 mg·L-1,水砷价态以As(V)为主,高砷水主要分布在由若干隆起形成的中间低洼地带中地下水埋深大于10 m的潜水、第四系和新近系承压水含水层中。高砷地下水的形成与特定的水文地质条件和水化学环境有关,氯化物重碳酸钠型水中的砷含量最高。臭葱石（FeAsO4·2H2O）等含铁、含锰矿物在进入地下水的溶解过程中,形成铁、锰的氧化物和砷的化合物,如砷酸盐和亚砷酸盐。伴随着水环境中Eh的降低,氧化物被还原形成更为活泼的离子组分,吸附在氧化物表面的含砷化合物进而解吸,使砷从含水层的沉积物中向水中溶解和迁移。     

塔里木盆地南缘绿洲带地下水砷氟碘分布及共富集成因

由于地表水资源稀缺,地下水是塔里木盆地南缘绿洲带重要用水水源,因此,系统查明该区地下水砷氟碘的分布及成因至关重要。基于塔里木盆地南缘绿洲带233组地下水水样检测结果,分析不同含水层中高砷、高氟和高碘地下水的空间分布及水化学特征,结合研究区地质、水文地质条件和地下水赋存环境进一步揭示影响地下水砷氟碘的来源、迁移与富集的水文地球化学过程。结果表明:地下水砷、氟、碘浓度变化范围分别为1.091.2 μg/L、0.0128.31 mg/L、10.02 637.0 μg/L。地下水高砷、高氟和高碘水样分别占总水样的7.3%、47.2%和11.6%,砷氟碘共富集占比为3.0%。砷氟碘共富集地下水主要分布于研究区中部的民丰县,水化学类型主要为Cl·SO₄-Na型。自补给区至过渡区再至蒸发区,地下水氟、碘浓度明显增大,砷浓度在过渡区和蒸发区均较大;砷氟碘共富集地下水取样点主要分布于36.060.0 m深度的浅层承压含水层中。浅层地下水受蒸发作用和矿物溶解沉淀作用的影响,随砷氟碘富集项的增多而增大。第四纪成因类型中风积物对氟浓度的影响较大,洪积-湖积物对砷和碘浓度的影响较大。细粒岩性、平缓的地形、地下水浅埋条件、偏碱性的地下水环境、微生物降解作用下有机质介导的矿物溶解是利于砷氟碘共富集的主要机制。     

大同盆地地下水中砷的形态、分布及其富集过程研究

为查明大同盆地高砷地下水的分布规律及其主要控制因素,对大同盆地典型高砷区35件地下水样进行了水化学特征及形态分析研究。结果表明,高砷地下水[ρ(As)≥50μg/L]主要存在于20~50 m的浅层地下水中,总砷质量浓度为0.56~927μg/L,主要以As(Ⅴ)形态存在。该区高砷地下水以Na-HCO3型水为主,具有明显的高pH值,高HCO-3、Fe2+、HS-质量浓度及低Eh值,低SO2-4质量浓度特征。这可能与微生物催化氧化有机碳的同时还原含铁矿物和硫酸盐的过程有关。PHREEQC模拟矿物饱和指数结果表明,高砷地下水[ρ(As)≥50μg/L]中菱铁矿均为过饱和,而低砷地下水[ρ(As)50μg/L]中均不饱和,且菱铁矿饱和指数与地下水中总砷质量浓度呈显著正相关性,该现象表明微生物还原含铁矿物生成FeCO3(菱铁矿)的过程可能是控制本区地下水中砷富集的主要因素。     

内陆平原区中层承压水系统中粘土的阻滞作用研究

为研究内陆平原区地下水化学成分的形成演变及其分带性,通过野外钻探取得51~112 m不同深度的6层粘土样并在钻孔内90 m深度处取得的水样,采用批式法设计实验。结果表明:(1)不同深度粘土对地下水中常规离子的等温吸附曲线符合线性吸附规律,总体上表现为离子浓度越高,粘土对其吸附作用越强;(2)粘土对地下水中各常规离子存在阻滞作用,其阻滞强度表现为与地下水水化学组分含量基本一致,同时粘土的阻滞作用反过来控制地下水中常规水化学组分含量;(3)粘土减弱了含水层间的水力联系,导致不同深度水质、水位的差异,粘土对常规离子的阻滞作用控制内陆平原中层承压水水化学成分的垂向分带性。可见,粘土对内陆平原区地下水水化学类型及其水化学成分的形成与演变有一定控制作用。     

北方典型内陆盆地高砷地下水的水化学特征及处理技术

我国高砷地下水分布广泛,是受砷污染最严重的地区之一,严重危害居民身体健康,开发经济、高效、环境友好的高砷地下水修复治理技术极具必要性。以大同盆地、呼包平原、河套平原和银川平原为代表性研究区域,归纳总结了北方干旱、半干旱地区典型高砷地下水区水化学特征。通常情况下,高砷地下水的pH值较高,共存阴离子(HCO^-3、SO^2-₄和Cl^-)浓度较大,溶解性有机碳含量较高,并且As(Ⅲ)为主要砷形态。开展了针对北方典型高砷地下水特定水化学环境特点(如pH值、共存阴阳离子以及溶解性有机物等)的改性天然菱铁矿除砷性能研究。结果表明,改性天然菱铁矿对溶液pH值具有良好的缓冲能力,其除砷性能基本不受pH值、共存阴离子、Ca/Mg阳离子及以腐殖酸为代表的溶解性有机物等典型高砷地下水水化学特征因素的影响,表明吸附剂对砷具有良好的吸附选择性。另外,改性天然菱铁矿对As(Ⅲ)的去除效果优于对As(V)的去除效果,因此,利用改性天然菱铁矿作为反应介质材料,将其应用于处理主要以As(Ⅲ)形式存在的高砷地下水具备良好的发展前景。     

地下水砷污染分析

阐述了含砷黄铁矿等含砷矿物以及岩石矿物附着砷等天然来源,同时从气候、环境地质以及水化学环境等方面分析了砷在地下水中的迁移和富集规律。研究表明：干旱、半干旱地区、封闭的地形地貌、断裂凹陷等外部环境有利于高砷地下水的形成,同时含水介质性质、地下水径流条件以及地下水中pH值、Eh值、不同的无机和有机组分对砷在地下水中迁移富集起着重要作用。在此基础上从砷的“来源—影响因素—影响过程—高砷形成”角度提出了地下水砷污染的成因模式,对砷中毒病区的环境问题调查与地下水砷污染的防治具有重要参考价值。     

大同盆地地下水砷异常及其成因研究

大同盆地是中国典型的原生高砷地下水分布区。笔者对大同盆地高砷地下水的分布特征、水化学演化过程、砷的来源以及控制高砷地下水形成的地球化学过程等近期研究成果进行了总结。盆地周边石炭—二叠纪煤系地层是盆地高砷环境的主要原生物源,含水层系统中铁磁性矿物为砷的主要载体,盆地内富含有机质的湖相沉积物是次生富砷介质。在盆地中心,地下水径流受阻,蒸发成为主要的排泄方式,浓缩作用使得地下水中TDS含量增大。在富含有机质的地层中,有机质在细菌或微生物作用下不断发生分解,使得地下水环境呈还原性。在高pH、低Eh条件下,由于铁锰氧化物或氢氧化物等水合物或粘土矿物对砷的吸附性降低,一部分被吸附的砷从这些矿物表面解吸;同时部分铁锰氧化物可被还原为低价态可溶性铁锰,从而使与其结合的砷也得以释放进入地下水中。在还原条件下,水中的SO24-和有机碳可被还原成H2S和CH4等低价态化合物,尽管生成的硫化物达到一定浓度时可与水中的亚铁离子和砷反应生成FeAsS沉淀,降低了地下水中砷含量,但由于地下水中Fe和硫酸盐含量有限,Fe普遍含量较低,硫酸盐耗尽后,CH4生成细菌就会成为主导力量,砷就会继续在地下水中积聚。此外,由于pH的升高,还可引起其他不同的酸根离子的解吸,如磷酸根、钒酸根、铀酰和钼酸根等也趋向于在溶液中积累,这些被吸附的阴离子以竞争吸附方式,进一步促进砷的解吸。     

北京建成一孔多层地下水监测示范井

本刊讯（范宏喜郭聪）6月1日,中国地质环境监测院在北京市通州区实施的一孔多层地下水监测示范井通过了专家的现场验收。据悉,该井在施工中采用导砂管涡旋式泵送填料及双气囊止水分层抽水洗井等新工艺,实现了在一个井孔中同时对18个含水层的地下水水位和水化学特征等的有效监测。     

地表水-地下水相互作用对砷在浅层地下水系统中运移的影响

地表水-地下水（SW-GW）相互作用对砷在浅层地下水系统中的运移至关重要,但其模式和强度对地下水中砷运移的影响尚不清楚.本文针对江汉平原仙桃市沙湖原种场野外地下水三维监测试验场,开展野外监测和三维地下水数值模拟.结果发现雨季地表水补给地下水,SW-GW相互作用强度较大,地下水砷浓度升高;旱季地下水补给地表水,SW-GW相互作用强度减弱,地下水砷浓度降低.SW-GW相互作用模式与强度的季节转变导致地下水流速和流向产生季节响应.模型估算出雨季和旱季地面以下10～25 m最大垂向砷交换量分别为457.2 mg/d、191.3 mg/d,地面以下28 m处水平砷交换量分别为4 380.0 mg/d、1 385.6 mg/d.     

全国首例一孔18层地下水监测示范井验收

<正>中国地质环境监测院承担的全国首例一孔多层地下水监测井实现了在一个井孔中同时对18个含水层的地下水水位和水化学特征等进行有效监测的重大突破。6月1日,这眼在北京市通州区部署的监测示范井通过了