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 、SO2₄- 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。      

松嫩平原含水层沉积物特征及其对砷赋存态分布的影响

松嫩平原西部地区为中国砷中毒区域,含水层沉积物特征及砷赋存态对地下水砷迁移、转化的影响并不清楚。在对研究区高砷区与低砷区钻孔沉积物进行取样的基础上,运用激光粒度分析、Tessier五步提取法和Keon分步提取法分别确定了不同深度沉积物的粒度分布和不同赋存态砷含量,系统研究了沉积物的水力传导系数、不同赋存态砷的分布及其与高砷地下水形成的关系。结果表明:沉积物5种赋存态砷(包括可交换态、碳酸盐吸附态、铁/锰氧化物吸附态、有机物或硫化物吸附态和基质态)中,铁/锰氧化物吸附态砷含量最高,并且砷含量与铁、锰含量呈明显正相关性;高砷区钻孔沉积物铁/锰氧化物吸附态砷质量分数为(1.18~6.11)×10-6,低砷区为(0.67~2.60)×10-6;高砷区钻孔沉积物以粉砂、黏土为主,水力传导系数介于0.004~0.027m·d-1,低砷区钻孔沉积物以细砂、中砂为主,水力传导系数介于0.005~0.2m·d-1;沉积物中粉砂或黏土含量越多,则沉积物颗粒越小,其水力传导系数越低,各赋存态砷含量越高,因此,高砷区低水力传导系数有利于还原环境的形成。通过地下水的循环,高砷含水层沉积物的淋滤作用和铁/锰氧化物的还原性溶解形成了研究区高砷地下水。     

灌溉活动对大同盆地表层土壤中砷迁移的影响

大同盆地是我国原生高砷地下水典型分布区。高砷地下水常被用作灌溉水源,灌溉回流对表层土壤中砷迁移和富集有着重要影响,但具体机制尚不清晰。通过场地灌溉模拟试验,并结合室内分析,探讨了灌溉活动对表层土壤中砷迁移转化的影响机制。结果表明,灌溉回流不仅导致地表土壤载砷量显著增加,而且引起潜水位快速上升。近地表还原性环境的强化使得含砷铁氧化物还原溶解增强,从而导致了砷的释放。此外,土壤孔隙水离子强度增加促进了离子交换态砷的迁移。灌溉停止后,伴随潜水位回落,氧化环境的增强有利于结晶态铁氧化物的形成,水砷通过吸附和共沉淀作用重新被铁氧化物固定。因此,高砷地下水灌溉通过改变近地表氧化还原环境可促进砷的迁移,砷和铁的输入最终导致表层土壤总砷和铁含量增加。      

地下水系统中砷迁移富集过程的水文地球化学模拟

原生高砷地下水已给人类健康造成了极大威胁。近几十年来,国际上针对高砷地下水已开展了大量的研究工作,但由
于地下水系统中砷经历的复杂物理、化学及生物地球化学过程,使得地下水系统中砷浓度衰减和运移尚不能进行准确预测。在系
统总结前人研究工作的基础上,对控制地下水中砷迁移转化的主要物理、化学和生物地球化学过程(包括吸附/解吸、溶解/沉淀、
非氧化/还原和生物还原等)进行了系统总结。重点讨论了孔隙介质中砷的地球化学反应和运移机制的平衡与动态模型,即批反
应模型、运移模型、反应运移模型,以期为原生高砷地下水修复及高砷地下水开发指导提供科学依据。      

微生物介导下高砷地下水系统的氧化还原分带性概念模型

微生物活动对地下水水化学组分、氧化还原环境及砷的迁移转化有重要影响。研究高砷地下水系统的氧化还原分带性,有助于进一步理解微生物作用下地下水中砷的迁移转化规律,并为高砷地下水原位修复技术提供理论依据。在综述前人的研究成果的基础上,阐明了不同生物地球化学阶段砷的吸附、释放及固定过程,并刻画出高砷地下水系统的氧化还原分带性概念模型。在地下水环境中,微生物依次消耗(还原)溶解氧、NO-₃、Fe(Ⅲ)、SO2-₄和CO₂等组分,氧化有机物获取能量。在溶解氧和NO-3还原阶段,地下水处于偏氧化环境,此时Fe(Ⅲ)还原受到抑制,其负载的砷不会释放到地下水中;当Fe(Ⅲ)还原时,地下水处于还原环境,会导致与之共存的砷释放,形成高砷地下水;而当SO2-₄还原时,地下水处于强还原环境,产生的HS-与Fe2+形成的铁硫化物吸附或共沉淀砷,会降低地下水中的砷浓度。      

江汉平原高砷含水层沉积物地球化学特征

选取江汉平原典型地下水砷中毒区仙桃市沙湖原种场为研究区,对3个长50 m的钻孔沉积物砷含量与赋存形态及其他化学组成进行了分析。结果表明区内沉积物砷质量分数为1.35_~107.5 mg/kg (平均值为12.8 mg/kg)。黏土或亚黏土层中砷含量较高,这与细粒沉积物中铁锰氧化物、黏土矿物对砷的吸附有关。地下20 m左右深度内含水层沉积物中砷含量最高,相应地下水中砷质量浓度高达到1 000 μg/L。草酸-草酸铵选择性提取结果指示沉积物中10%_~77% (平均38%)的As与无定形铁氢氧化物结合,表明无定形铁氢氧化物还原性溶解可能是控制砷释放与还原的主要地球化学过程,并且有机质生物氧化机制极大地促进了该过程。然而,沉积物中仅1.2%_~23%的铁被草酸-草酸铵提取,含水层中砷浓度主要受铁的氢氧化物还原性溶解影响,但其他形式的铁、有机物的吸附作用亦控制着砷的含量。      

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20~50m 的浅层地下水中,总砷质量浓度为0.56~927
μg/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SO24- 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。      

江汉平原第四系沉积物中砷的垂向分布规律及其对地下水中砷浓度的影响

含水层沉积物是江汉平原地下水中砷的主要来源，沉积物地球化学特征对地下水的水化学具有重要控制作用。为查明江汉平原第四系沉积物中砷的垂向分布及赋存环境，在典型高砷地下水分布区内选取２个深钻（ＪＨ００２孔及 ＹＬＷ０１孔，深度分别为２３０ｍ 和２０１ｍ）采集沉积物样品进行了地球化学分析。结果表明全新统和上更新统含水层沉积物以黏土、粉土、淤泥质黏土、粉砂、细砂为主，指示着弱水动力的沉积环境；２个钻孔沉积物地球化学特征相似，ｗ（Ａｓ）＝２．０～２２．６ｍｇ／ｋｇ（平均９．０ｍｇ／ｋｇ），ｗ（Ｆｅ）＝１１．８～５５．０ｍｇ／ｇ（平均３７．８ｍｇ／ｇ），ｗ（Ｓ）＝０．１～２．１ｍｇ／ｇ（平均０．４ｍｇ／ｇ）。中、下更新统沉积物岩相变化较大，以砂和砾石居多，局部含有黏土夹层，指示着沉积时较强的水动力沉积环境；其中ＪＨ００２孔沉积物 ｗ（Ａｓ）＝２．７～１６０．５ｍｇ／ｋｇ（平 均４０．９ｍｇ／ｋｇ），ｗ（Ｆｅ）＝２０．１～１７９．５ｍｇ／ｇ（平均５０．５ｍｇ／ｇ），ｗ（Ｓ）＝０．１～１７．７ｍｇ／ｇ（平均４．９ｍｇ／ｇ）；ＹＬＷ０１孔沉积物砷、铁、硫质量分数均低于ＪＨ００２孔，ｗ（Ａｓ）＝５．２～５６．１ｍｇ／ｋｇ（平 均１６．２ｍｇ／ｋｇ），ｗ（Ｆｅ）＝１０．９～１１７．５ｍｇ／ｇ（平 均３６．４ｍｇ／ｇ），ｗ（Ｓ）＝０．３～７．８ｍｇ／ｇ（平均１．８ｍｇ／ｇ）。ＹＬＷ０１孔中、下更新统沉积物颗粒较ＪＨ００２孔更细，所处的水动力条件更弱，砷、铁、硫质量分数均低于ＪＨ００２孔，说明沉积历史环境影响着砷、铁、硫等元素的分布。沉积物地球化学数据聚类分析结果表明全新统和上更新统砷与铁具有显著的相关性，而中、下更新统沉积物砷与硫化物矿物紧密相关。结合不同深度含水层水化学特征差异指示上更新统含水层中含砷铁氧化物的还原性溶解导致浅层地下水中砷的富集，富硫的中、下更新统深层含水层中强还原环境下砷受到硫化物矿物的固定作用难以释放进入地下水中。      

江汉平原高砷地下水稳定碳同位素特征及其指示意义

溶解性有机碳（DOC）是地下水中砷释放过程的关键因素,为查明江汉平原高砷地下水稳定碳同位素特征,识别有机质的降解过程对砷富集的影响,采用稳定碳同位素分析测试技术并结合地下水化学特征,对江汉平原典型砷中毒病区的浅层地下水进行了区域采样分析。结果表明:浅层承压水的砷质量浓度为0.23~2 621 μg/L。地表水较地下水具有更负的δ13C_DOC、δ13C_DIC值。地下水中溶解性无机碳（DIC）的δ13C_DIC值在-11.9‰~-3.99‰之间,溶解性有机碳的δ13C_DOC值在-28.5‰~-19.6‰之间。地下水的δ13C_DIC-δ13C_DOC差值与ρ（As）呈一定负相关关系,表明微生物作用下有机质的降解促进了As的富集。δ13C_DIC-δ13C_DOC差值与δ13C_DIC和ρ（DOC）均具有较显著的正相关关系,表明地下水中有机质的氧化分解是导致δ13C_DIC贫化的重要过程,微生物作用下溶解性有机质的降解是地下水中无机碳的重要来源。此外,江汉平原少数高砷地下水呈现较大的δ13C_DIC值,推断江汉平原高砷含水层强还原环境下可能存在的产甲烷过程导致了明显的碳同位素分馏。      

古气候变化对大同盆地第四纪沉积物中砷富集过程的影响

为揭示古气候变化对大同盆地第四纪含水层中砷(As)富集的影响,对盆地中部的第四系沉积物钻孔样品 进行了地球化学分析.结果表明,大同盆地第四系沉积物中的铁矿物、黏土矿物以及有机质均为 As的重要赋存 载体.根据沉积物地球化学特征,可将沉积物由深到浅依次划分为４层,分别对应中更新世暖湿期、中更新世干 冷期、末次间冰期暖湿期及末次冰期的干冷期.暖湿期沉积物中的 As及铁矿物、黏土矿物、有机质含量均明显高 于干冷期,说明暖湿气候更有利于铁矿物、黏土矿物和有机质在沉积物中埋藏堆积,促进了沉积物中 As的富集.      

地下水氮污染的区域性调控策略

全球约有110个国家和地区的地下水遭受氮污染,地下水三氮污染已成为全球性饮水安全问题。地下水氮污染具有如
下特点:污染源主要为面源;形成过程随机性大、影响因子复杂;分布范围广、氮污染负荷时空变幅大;污染物的迁移转化涉及了复
杂的氮循环;终端排泄可引起或加剧地表水体氮污染。因此,地下水氮污染的区域修复是当前国际学术界研究的难点。提出了氮
污染的区域调控策略,以地下水氮污染脆弱性和氮污染负荷为依据,识别地下水氮污染优先控制区和优先控制目标,并分配氮污
染控制量;在此基础上,实施源头削减、下渗阻断和排泄阻控工程,最终实现区域性调控的目标。本研究为地下水氮污染的区域修
复以及地表水质量的保护提供了新思路。      

威海市地下水防污性能评价

地下水防污性能评价反映地下水遭受污染的可能性,可以为土地利用规划、地下水资源保护规划、地下水水质监测等提供科学依据。该文采用美国EPA地下水防污染性能评价方法(DRASTIC),对威海市主城区范围内地下水防污性能进行了评价,为政府部门合理开采利用地下水提供了科学依据,有利于地下水资源保护和城市建设协调发展。     

深层地下水SPD人工补给系统

提出了一种新的深层地下水回灌方法———SPD人工补给系统,并通过室内沙槽模拟试验,对该系统和常规的直接井回灌法作了比较。研究表明,利用该系统补给深层地下水,具有回灌水质要求低、补给速度快、补给量多、不易淤堵等特点,是深层地下水人工补给的一条有效的新途径。     

地下水分布式多参数实时监测系统

地下水分布式多参数监测系统是基于分布式总线技术,利用各种监测传感器和多路复用器,实现了对地下水多种参数的远程集中实时监测,解决了地下水多种参数监测问题。     

Groundwater system analysis of south Yishu geosyncline

South Yishu geosyncline is 50 km southeast of Changchun City of Jilin Province, where an aquifer is thick,surface runoff is abundant and it has potential to develop water resources preferably. By means of system analysis, the authors analyse the structural characteristics, I/O characteristics, function characteristics and boundary and environment characteristics of the groundwater system, so as to search for a way of optimizing water resources arrangement and enhancing water resources‘bearing capacity. Based on the analysis results, the authors abstract conceptual model and mathematical model of the groundwater system. The simulation results certify and enrich the knowledge about south Yishu geosyncline.     

Groundwater system analysis of south Yishu geosyncline

South Yishu geosyncline is 50 km southeast of Changchun City of Jilin Province, where an aquifer is thick,surface runoff is abundant and it has potential to develop water resources preferably. By means of system analysis, the authors analyse the structural characteristics, I/O characteristics, function characteristics and boundary and environment characteristics of the groundwater system, so as to search for a way of optimizing water resources arrangement and enhancing water resources'bearing capacity. Based on the analysis results, the authors abstract conceptual model and mathematical model of the groundwater system. The simulation results certify and enrich the knowledge about south Yishu geosyncline.     

山东省地下水环境演化规律

地下水环境演化是地下水系统在自然因素和人为因素影响下,发生在地质环境空间内质与量的变化过程和结果。在自然因素中地理、地质等条件可视为基本不变,最主要的是气候条件的变化,而大气降水又是气候条件中最为活跃的因子,其余如温度、风速虽也影响水分的蒸发,但年际变化不如降水大,故以狭义的降水来代表广义的气候条件。人类工程活动因素则主要是抽取地下水和污染物排放,这些因素的变化最终导致的是地下水动力场和化学场的变化。人类工程活动主要是抽取地下水和污染物排放,这些因素变化最终导致的是地下水动力场和化学场的变化。基于这一观点,以1978年为基准年,通过地下水动力场和化学场演化研究结果,采用"地下水环境演化综合指数法",对全省地下水环境演化程度进行综合评价,划分出"优向演化区、波动平衡区、劣向演化区",是对近30多年来人类工程活动影响下,山东省地下水环境演化规律的系统总结。     

山东省地下水资源及其潜力评价

通过对山东省水文地质条件、地下水赋存特征、地下水开采现状及其动态特征进行系统研究的基础上,计算评价了全省地下水天然补给资源量、可开采资源量、开采程度和剩余可开采资源量。论述了地下水开采资源潜力的计算评价原则和判别标志,确定了全省主要的地下水资源潜力分布区。     

浅层地下水物探探测方法选择

浅层地下水探测是物探工作重点关注领域之一,本文从地球物理特征出发,结合工作实例,分析电阻率层析成像技术、电测深、大地电磁法、甚低频及浅层地震等方法在地下水探测中的效果,分析各方法探测中优缺点。本文从成本、效率、探测深度、地形条件等不同因素考虑,给出了不同条件下物探方法的选择。文中对不同勘探深度给出了不同的综合勘探手段组合,100m以浅优选层析成像技术、电测深、瞬变电磁法、浅层地震等方法组合,500m以深选择CSAMT法、EH法等组合。     

岩溶地下水系统演化的数值模拟

为了研究岩溶地区泉域系统演化过程及对泉流量进行预测,耦合了渗流模型和岩溶动力模型,对均质性和非均质性2
种条件下泉域系统进行了溶蚀演化模拟。从模拟结果上可以看出,均质性泉域系统初期水位变化较小,中后期下降明显,而非均
质性泉域系统初期下降明显,中后期水位稳定;在裂隙张开度方面,非均质模型在相同时段内裂隙张开度的最大值却比均质性模
型要大4~5cm。2个泉域系统的泉流量都经过了初期较小,中后期迅速增大的过程,只是增大的时间和每个时间点的泉流量不
同,非均质性泉域系统增大时间更早,流量更大,可以分别用指数函数和多项式函数来拟合均质性和非均质性泉域系统泉流量过
程曲线。