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。      

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150 m×250 m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。      

大同盆地地下水系统中碘迁移富集的生物标志物证据

为查明有机质微生物降解过程对地下水系统中碘迁移富集的影响,以大同盆地为研究区,对区内２２组地下水样品进行了水化学和生物标志物研究。水化学分析结果表明,地下水碘质量浓度为５～１２１２μｇ／Ｌ,其 中,５６．５２％的地下水样品中碘质量浓度超过饮用水标准限定值１５０μｇ／Ｌ。地下水样品生物标志物分析结果显示,可提取饱和烃中存在大量“未分辨组分（ＵＣＭ）”;ＣＰＩ１ 和 ＣＰＩ２ 分别为０．３８～１．０３和０．２７～１．１９;低相对分子质量正构烷烃无明显奇偶优势。上述生物标志物特征表明,含水层中有机质经历了强烈的微生物降解。有机质微生物降解产生的 ＨＣＯ－３ 通过竞争吸附,导致沉积物中吸附态碘的解吸附并在地下水中富集。此外,有机质的微生物降解有利于迁移能力强的低相对分子质量有机质或有机胶体的形成,该类有机物通过吸附或螯合作用进一步促进碘在地下水中的富集。      

水文重力效应改正中一维地下水模拟算法的对比

基于一维地下水渗透方程详细推导其有限差分解算过程,引入不同于显式差分的隐式差分和中心差分格式,对比分析不同差分格式对地下水模拟结果及其相应地下水重力效应的影响,并对其中的层间参数取值和非线性方程的线性化问题进行探讨。结果表明,在日本Isawa扇形地区超导台站,不同层间参数加权公式能够引起最大约0.15 μGal的重力效应差异,影响在1.9%以内;不同差分格式和线性化方法组合形式能够引起最大约0.12 μGal的重力效应差异,影响在1.5%以内。     

灌溉对非饱和带中砷迁移转化过程的影响

通过场地灌溉试验,探讨了灌溉活动对非饱和带中砷迁移转化过程的影响机理。结果表明:灌溉过程中非饱和带中砷的迁移转化受多个地球化学过程共同控制,非饱和带ｐＨ 值、Ｅｃ值、ＳＯ２－４ 和 ＨＣＯ－３ 与 Ａｓ的竞争吸附以及氧化还原条件的波动都会影响土壤孔隙水中砷的质量浓度。灌溉活动导致土壤处于相对还原环境,铁氧化物矿物还原溶解,被吸附或与之共沉淀的砷被释放进入水相,灌溉结束后,土壤逐渐恢复相对氧化环境,重新生成铁氧化物矿物,土壤孔隙水中砷以吸附／共沉淀形式被其固定。因此,通过改变非饱和带氧化还原条件导致铁氧化物矿物的沉淀／溶解是灌溉作用下非饱和带水体中砷迁移转化的主要原因。      

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.      

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。      

地下水均衡过程的数值模拟

利用电子计算机对地下水的均衡过程进行数值模拟,这是提高以均衡法评价地下水资源精度的有效途径之一。论证地下水的均衡过程应以足够多的地下水位系列观察资料为基础,这也是获得的地下渗流过程的最主要的信息。数值模拟过程包括数学模型建立、参数调整(系统识别)和模型运转(水位预报)。本文着重论述参数调整(初始流场确定和参数调整)和模型运转(预报未来水位、论证和对比开采方案),基于上述工作要求,以有限差分法为基础用 ALGOL 语言编成一套计算用的序列程序——初始流场调整程序、参数调整程序和开采方案下的水位预报程序。这些程序已多次应用在 DJS—6机上,完成了大量的计算工作。     

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。      

鲁北平原浅层地下水中砷的来源探析

为了阐明养殖场中所排放的含砷废水对浅层地下水水质的影响,通过对在鲁北平原养殖场附近采集的水样中砷含量与全区采集水样的砷含量进行了对比分析研究,初步明确了养殖场所排放的含砷废水已经对附近地下水造成了一定的污染,养殖场所排放废水的砷已成为浅层地下水中砷的一个重要来源。此结论为养殖场附近浅层地下水的防污、治污和限制砷在饲料中的添加提供了一定的参考依据。     

九江庐山地区地下水水文地球化学特征及成因

分析九江环庐山地区观测井水、大气降水、冷泉水、地热温泉水及地表水水样的常量化学组分和氢氧同位素及氚活度,结果表明,庐山地区地下水主要分为西北、东南两个水文地质单元,西北侧以九江台2号井井水、东林寺泉水为代表,水化类型为HCO3-Ca;东南侧以地热温泉井水、观音桥泉水为代表,水化类型为HCO3-Na,离子组分主要来自风化壳岩石风化。氢氧同位素显示,九江庐山地区地下水均属于降水成因型,部分井泉具有深循环的特征;氯离子估算结果显示,大气降水直接补给率约为4.5%~33.27%。大气降水下渗补给形成裂隙承压自流井泉是庐山地区地下水主要成因,另有部分为降水经长时间深循环形成地热温泉水,而九江台2号井既有浅表水特征又有深循环水的特征,暗示两个不同补给源的含水层通过不同循环路径上升到浅表地层,携带有部分深部构造活动信息,有利于获取地震前兆异常信息。     

Porosity, Dispersivity, and Contaminant Transport in Groundwater

Porosity (n) and Dispersivity (D) were modeled in relation to Solute Transport Time (t) in a saturated, homogeneous, isotropic, unconfined aquifer using the MOC model. It was noted that n and D have an important influence on solute transport time t in groundwater, with a consistently strong and direct relationship between n, D, and t. In the case of porosity, the relationship was found to be directly related to t when other aquifer properties remained unchanged. This was also mathematically argued using a form of the flow equation put forward by Henry Darcy (1856). Dispersivity on the other hand had somehow the same relationship with solute transport time t as porosity, but with much less effect. That is, higher dispersions lead to longer solute transport time within the aquifer system. This was because as the individual solute particles set off from the average seepage velocity, they traversed through longer distances due to tortuosity, mechanical mixing, diffusion, and microscopic heterogeneity latent in the porous media. Also when n and D were co- treated over t, n was noted to be dominant over D with regard t. This follows that the effect of porosity on solute transport time far out shadowed that of dispersivity. Stated in other words, the dispersivity of a substance in any porous medium is to a large extent a function of the porosity of that medium.     

于家沟地下水反应溶质运移规律数值仿真

针对矸石淋滤液对于家沟地区地下水污染的实际情况,分析其在含水层中运移的规律,充分考虑了地下水变密度对浓度分布的影响,建立了多组分溶质在地下水中运移的耦合动力学数学模型,采用Galerkin有限元方法和Picard迭代法相结合对耦合模型进行了离散,通过室内土柱实验求得基本参数并对地下水污染的动态过程进行了仿真模拟,预测了污染浓度的时空分布特征。结果表明:污染面积随时间推移不断向两轴方向扩大,且纵向显著;不同组分由于各自特征的巨大差异,受到地下水密度影响的程度也有很大差别;渗滤液浓度拟合误差小于6%,从而验证了模型的可靠性和实用性。     

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。      

沉积物岩性及水化学性质对水土界面氟迁移行为的影响

水土界面氟的迁移对高氟地下水的形成具有重要影响。以大同盆地典型氟中毒区为例,分析了不同岩性沉积物中的氟质量分数和形态分布特征,并通过室内静态实验,探究了水溶液的pH值、Ca2+、HCO-₃以及H₂PO-₄质量浓度对水土界面氟迁移的影响。研究结果表明,沉积物中不同形态氟按含量由高到低的顺序依次为:残余态氟≥铁锰氧化态氟>水溶态氟>有机束缚态氟>离子交换态氟;各形态氟在不同岩性沉积物中含量大小均表现为:黏土>粉质黏土>粉砂;在沉积物中,黏土矿物和方解石是主要的固氟矿物成分。溶液的pH值、Ca2+、HCO-₃以及H₂PO-₄质量浓度与氟在沉积物表面的吸附-解吸和沉淀-溶解平衡密切相关,沉积物对氟的吸附量随溶液pH值和HCO-3质量浓度增大而降低,随Ca2+和H₂PO-₄质量浓度增大而增大。