土壤包气带中气体对入渗水流运动影响的实验研究

利用专门的实验系统,研究了降雨入渗过程中土壤包气中气压势形成、发展和消亡的规律及其对下渗水流运动的影响。结合成因分析,探讨了气压势形成的条件;审视和解释了气压势与土壤水总势能和地下水位的相互关系。实验结果表明,在地下水位埋深较浅的条件下(<2m),积水入渗时所形成的气压势将使下渗量减少1/3。     

非饱和土中水流入渗和气体排出过程的求解

采用孔隙介质力学分析方法,把土体骨架、孔隙水和孔隙气分别作为独立的研究对象,结合孔隙水和孔隙气在气液交界面上满足的力学条件建立耦合方程,求解非饱和土中孔隙水的入渗和孔隙气体的排出过程。对标准砂进行的一维有压水流入渗试验和计算表明,孔隙气的排出过程影响孔隙水的渗流运动。数值计算与试验结果拟合较好。     

A Methodology for Simulating Radionuclide Diffusion in Unsaturated Soils

In this paper, a methodology that can be employed to simulate radionuclide migration through unsaturated soils, under laboratory conditions, has been developed and reported. This was achieved with the help of a specially designed half-cell setup to study diffusion characteristics of inactive forms of Cs⁺, Sr⁺² and Co⁺² in two different types of soils, corresponding to their different compaction states. It has been noted that the apparent diffusion coefficient strongly depends on the volumetric water content of the soil. However, increase of the apparent diffusion coefficient for higher volumetric water contents is found to be much less as compared to the lower volumetric water contents.     

兰州市非饱和黄土水土关系与力学性质变化规律

灌溉和降雨是兰州南北两山绿化区黄土斜坡失稳的最主要诱发因素。灌溉或降雨作用下,黄土斜坡失稳的本质是水与非饱和黄土相互作用后黄土力学性质改变的结果。因此,研究非饱和黄土中水土关系及力学性质变化规律,不仅为定量评价选取参数提供依据,而且是深入分析黄土斜坡变形破坏机理的基础。本次研究在现场调查基础上,以在城关区青白石、桃树坪、九州3处黄土斜坡上采集的132组原状黄土,以及在皋兰山Ⅲ-2滑坡上采集的16组滑体和滑带扰动样的室内试验结果为基础,分析非饱和黄土水土相互作用规律及水土关系特征。试验结果显示抗剪强度及其参数变化随含水率（饱和度）不断变化是水土作用的直接结果,降雨或灌溉或其他地表水体入渗后黄土含水量（饱和度）变化是导致黄土抗剪强度变化的最主要因素。     

西北地区额济纳绿洲非饱和带水分和盐分分布

在西北地区黑河流域下游的额济纳绿洲选择3个土壤剖面采集不同深度土壤样品和潜水样品进行测试,并在野外观测非饱和带不同深度的水土势变化。结果表明,SO4^2-是非饱和带土壤和地下水中的主要离子成分,土壤和地下水呈偏碱性。土壤易溶离子含量随深度大体上呈减少趋势。绿洲非饱和带发育有收敛型和发散型零通量面,自夏季至冬季,零通量面变得不清晰直至消失。在非饱和带中,土壤易溶盐含量、含水量和总水土势随深度的变化趋势基本相同,植物根系的吸收对水分和盐分的垂直分布有着重要的影响。     

苏锡常地区孔隙Ⅱ承压水开采条件与水、土应力平衡探讨

基于水、土应力平衡观点，获得了对Ⅱ承压水过量开采发生地面沉降和可开采资源的认识，但平衡条件尚有模糊性，认为承压水一开采就产生水、土应力失衡。其分析研究在含水层弹性释放量上，未分天然状态土体自重压缩和开采至水、土应力失衡互动时含水层压缩弹性释放量，这就导致水、土应力平衡条件认识上的模糊性。通过土体压缩曲线与地面沉降发生曲线变化特征，结合苏州市城市规划区东部郭巷Ⅱ承压水开采过程中水位与地面沉降同步监测资料研究，论述苏锡常地区Ⅱ承压水具高压强，有一个天然动态下水、土应力平衡面，Ⅱ承压水开采其顶板以上土体不同厚度区，按天然状态水、土应力平衡面以上水压力控制开采，不会发生地面沉降。这一问题的深化有助于地面沉降机理研究和承压水可开采资源评价及开采利用条件的认识，为超采区划定和沿江及高水位地区由封井转入按水、土应力平衡开采提供了理论依据。     

广西贵港岩溶地质高背景区富含铁锰结核土壤的矿物学与重金属地球化学特征

岩溶地质高背景区土壤中普遍存在的铁锰结核对重金属的赋存状态和有效性有重要影响。选择广西贵港覃塘岩溶地质高背景区富含铁锰结核的表层土壤(0~20 cm)为研究对象,筛分出不同粒径的铁锰结核(10~120目)和细粒径土壤(<120目)样品进行化学分析,针对以下三个方面开展研究:(1)重金属(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn)在铁锰结核和细粒径土壤中的分布分配规律和铁氧化物矿物的组成;(2)铁氧化物矿物对富含铁锰结核的土壤中Cd等重金属富集的影响;(3)重金属在富含铁锰结核的土壤中的赋存机制。研究发现,铁锰结核中的Fe和Mn以及Cd等重金属含量随着粒径的增大而不断增加,说明Cd等重金属元素更倾向于在大粒径铁锰结核中富集;土壤中Cd等重金属总量的约90%赋存在结核中,表明研究区土壤中重金属主要以结核形式赋存;富含铁锰结核的土壤中赤铁矿和针铁矿的平均含量分别为0.61%和4.94%,且结核粒径越大,针铁矿和赤铁矿含量越高;除Hg外,Cd等重金属含量与针铁矿和赤铁矿的含量均呈现极显著正相关,与赤铁矿的相关性稍优于针铁矿,表明铁氧化物矿物与富含铁锰结核土壤中的Cd等重金属元素富集密切相关。铁锰结核的存在既能促进Cd等重金属在土壤中的富集,又能降低土壤中重金属的生物有效性,研究结果为解释岩溶地质高背景区土壤Cd等重金属元素高含量、低生物有效性提供了理论依据。     

山东省沂南县东部土壤重金属地球化学特征及源解析

为查明山东省沂南县东部地区土壤重金属污染现状和污染源,系统采集了4 779件表层土壤样品,测试分析Cd、Hg、Pb、As、Cr、Ni、Cu、Zn元素含量及pH值,用地统计学、多元统计、空间分析等方法,探讨土壤重金属元素地球化学特征及其可能来源。结果表明,研究区土壤Hg含量均值略高于临沂市表层土壤背景值,另外7种元素含量均值与临沂市土壤背景值相当。与GB 15618—2018土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准筛选值相比,研究区土壤8种重金属元素浓度超标率低,但极大值的超标倍数较大,反映局部点式和小片污染较重。研究区8种元素含量水平总体表现出由西到东三级台阶下降的特征。研究区土壤中Cd、Pb、Zn、As高含量主要受控于自然源母岩,叠加了程度不同的工矿交通和农业活动因素;Cr、Ni几乎完全受控于成土母岩;Hg、Cu主要受控于沂南金场、铜井金矿采冶活动,其次受工业和交通排放以及农业粪肥、农药施用影响。     

惠民凹陷沙河街组地层水化学特征及其成因

根据惠民凹陷沙河街组水化学分析数据,探讨水化学成分分布特征,并初步进行地层水来源及成因方面的分析。研究结果表明:沙河街组发育的是以(Cl^-和Na⁺+K⁺为主要离子组分的(CaCl₂,型水,矿化度及其他水化学组分纵向上呈增加-减小交替变化的特点。各水化学参数反映凹陷内沙四段、沙三中下亚段和沙二段地层较好的封闭性,地层水总体被CaCO₃饱和,尚未达到CaSO₄饱和程度。与海水、湖水蒸发曲线进行对比,直观地反映水中离子的富集和贫乏程度,进而进行相应的地层水成因研究,即沙河街组地层水中Na⁺, Cl^-浓缩,Ca²⁺富集,以及Mg²⁺ 、 SO₄^2-贫乏的现象是蒸发浓缩作用、斜长石钠长石化、脱硫酸作用、有机质生烃等共同作用的结果。此外,平面上沙四段以上各层地层水矿化度低值区均分布在临南洼陷内,粘土矿物脱水作用可以解释洼陷及周边地层水的淡化现象。     

浙西典型石煤矿山周边耕地富硒土壤地球化学特征及影响因素

为系统研究石煤矿山周边耕地富硒土壤地球化学特征及影响因素,在浙江省常山县辉埠石煤矿山周边耕地采集了表层土壤样品144件、农产品甘蔗样20件、土壤垂向剖面土壤样6件、岩石样5件和地表水样3件。通过样品Se、有机质、As、Cd、Cu、Pb、Zn、Ni、Hg、Cr等元素含量指标测定和统计,探究了该区富硒土壤地球化学特征。结果表明:区内表层土壤硒含量主要集中于0.47~1.34 mg/kg之间,平均含量0.87 mg/kg,远高于浙江省平均值,且硒含量高值区与辉埠石煤矿的走向一致;硒含量随着土壤深度增加而逐渐下降;89.58%的土壤样品和65%的甘蔗样品达到富硒标准,但存在土壤和农产品Cd等主要重金属元素含量超标的生态风险。土壤硒含量均值在寒武系下统荷塘组最高(1.31 mg/kg),奥陶系中—下统最低(0.64 mg/kg);旱地硒均值略高于水田,但差异不显著(p>0.05);硒含量均值高低变化为粗骨土>石灰岩土>水稻土>红壤。研究认为,土壤硒含量受地质背景、土壤类型和有机质等因素的影响,含石煤层黑色岩系和碳酸盐岩等富硒地层是形成富硒土壤的主要因素,小部分与矿山开采等人类活动有关。     

一种快速制备不同含水饱和度岩石试样的方法

岩石的含水饱和度对其力学参数有着较大的影响,针对目前关于制备不同含水饱和度岩样普遍存在着精度低、时间长、岩样含水分布不均匀等问题,根据化学-热力学原理,提出一种快速有效制备不同含水饱和度岩样的方法。该方法通过调节放置有岩样的恒湿负压环境的湿度,从而精确控制岩样最终稳定时组分水的逸度,以致控制岩样最终的含水饱和度。由于恒湿环境中水蒸气的逸度是恒定的,当环境中水蒸气的逸度与岩样中组分水的逸度不同时,外界恒湿环境中的水蒸气与岩样中组分水形成逸度差,当环境中水蒸气逸度小于岩样中组分水的逸度时,岩样中组分水渗出;反之,则水渗入岩样,最终岩样中组分水的逸度达到与外界恒湿环境相同的状态,制得相应含水饱和度的岩样。岩样是放置在负压环境中制备的,在负压环境中岩样孔隙中的空气减少,水蒸气在岩样中的渗透加快,从而缩短了岩样达到稳定的时间。根据气液平衡原理,岩样稳定时,岩样各个部分组分水的逸度相同,因此,制得的岩样含水分布均匀。     

北京市密云区农业土壤重金属元素地球化学特征及生态风险评价

在北京市密云区西南部农业区系统地采集了1 065件表层土壤样品,对其中Ni、V、Cr、As、Cd、Pb、Zn、Hg 8种重金属元素的含量开展了测试分析。采用多元统计分析法及空间分析法,阐明了这些重金属元素的地球平均化学分布特征,并探讨了其可能的主要来源。结果表明,8种重金属元素主要分为3类：第一类为Ni、V、Cr、As,其含量低于北京地区背景值,其分布主要受成土母质等自然因素的影响;第二类为Cd、Pb、Zn,其平均含量高于背景值,且居民区含量最高。除继承成土母质外,此类元素的分布特征受人为活动影响较大,其中Cd受人为活动影响的程度明显高于Pb和Zn;第三类为Hg,推断大气沉降为影响Hg分布的主要因素。主要采用Hakanson法评价了土壤中重金属的生态风险,结果表明该地区潜在生态危害指数较低。     

太原市深层孔隙水的水化学分带性及其地球化学模拟

太原市深层孔隙水具有明显的水化学分带性,具体表现为由山前到盆地依次分布硫酸一重碳酸型水、重碳酸一硫酸型水、重碳酸型水,且各类地下水均大体在南北向上呈条带状展布,这与补给水的水化学状况密切相关．利用地球化学模拟软件PHREEQC建立一系列地下水混合模型对深层孔隙水的水化学形成过程进行模拟,结果显示：盆地北部的深层孔隙水受到北部边山岩溶水、盆地北部浅层孔隙水、汾河水的补给,其中北部边山岩溶水是最主要的补给源;盆地西部的深层孔隙水由西部边山岩溶水与盆地西部浅层孔隙水混合而成;盆地南部的深层孔隙水则由盆地北部与西部的深层水混合而成．混合作用是控制区域水化学状况的最重要的因素．     

上海崇明岛表层土壤重金属元素分布特征与环境地球化学基线值研究

对上海崇明岛地区表层土壤中重金属元素的分布特征进行了研究,结果表明崇明岛表层土壤未受人为污染。运用标准化方法计算了崇明岛地区表层土壤中重金属元素镉、铬、铜、铅、锌、砷的环境地球化学基线值,建立了元素镉、铬、铜、铅、锌、砷的环境地球化学基线模型,确定其环境地球化学基线值分别为0.19、71.97、31.32、24.79、86.43、8.34μg/g。与上海市土壤背景值进行了对比检验,结果显示,标准化方法能有效计算土壤中元素的环境地球化学基线,获得的基线符合其定义和实际意义,为区域经济发展规划和环境评价提供了实用的基础地球化学信息。     

珠江三角洲平原区土壤Pb元素地球化学特征及其影响因素研究

以珠江三角洲平原为研究区域,对其7个区县102件水稻根系土样品进行土壤理化参数及Pb形态分析,探讨在第四系分布区土壤Pb全量及Pb活动态含量的特征及影响因素。结果表明:全部供试土壤样品中Pb元素平均含量为46.47mg/kg,略高于广东省土壤Pb含量背景值(36mg/kg),表现出一定的累积趋势。研究区自西北陆相沉积区至南部海陆交互相沉积区,元素含量增高。Pb元素主要以残渣态和铁锰氧化物形态赋存在土壤中,迁移能力弱。影响土壤Pb全量的因素主要有Al2O3、K2O、Tl、Mo;影响土壤Pb活动态的因素有Pb全量、pH、有机质、CEC、P、TFe2O3、Mn;其中,p H是控制Pb元素活动性的最主要因素。     

黑龙江讷河市富锗土壤地球化学特征及影响因素浅析

锗是生命的必需元素,随着近年来中国各地富锗土壤的发现,开发富锗土地逐渐得到社会的重视。本文采用电感耦合等离子体质谱/发射光谱法(ICP-MS/OES)等技术测定黑龙江讷河地区土壤,讨论该区土壤锗地球化学特征、影响因素及主要农作物富锗情况,探究富锗土地开发潜力。结果表明：①讷河地区表层土壤锗含量为0.74~1.78mg/kg,平均值为1.13mg/kg,其中富锗土壤面积约599.8km2,占全市面积的9.31%;②土壤锗元素来源为中更新统上荒山组和上更新统顾乡屯组地层,不同土壤类型土壤的锗含量以沼泽土和黑土为最高。③讷河地区主要农作物以黄豆的锗含量最高,且较外围地区作物中的锗含量高出近2倍。综合认为,讷河地区具有连片富锗土壤,锗含量与地层、土壤类型及人为活动有关,作物以黄豆最为富集锗,具有良好的开发富锗农业前景。     

鄱阳湖水系重金属元素地球化学特征及入湖通量

江西省多目标区域地球化学调查显示,鄱阳湖流域河流两岸土壤(河漫滩沉积物)中存在明显的重金属异常带。为揭示河流两岸河漫滩沉积物(土壤)中重金属元素的来源、输送通量及其沉积历史,分别于丰水期和枯水期系统采集了鄱阳湖流域赣江、信江、饶河、抚河、修水及鄱阳湖湖水、悬浮物等样品,分析As、Cd、Pb等元素含量。研究表明：As、Pb、Cu、Zn等元素在研究区河流中的含量普遍较高,不同时期河水中的元素含量有较大的差异;各重金属元素在研究区河流迁移形式有很大的差别,As和Cd主要以离子态形式迁移,但Cd悬浮态迁移形式所占比例也很大;Pb、Zn、Cu和Ni主要以悬浮态形式迁移;重金属在河流水体和悬浮物两相中的分配受水体pH值、温度和悬浮物浓度等因素影响,不同的元素受这些因素的影响程度有很大的差别;按各支流输送通量,赣江和信江对湖区重金属元素输入通量的贡献最大,是鄱阳湖Cd等重金属元素的最主要来源。     

扎龙湿地包气带土壤水分垂直运移的稳定同位素研究

实测了扎龙湿地包气带土壤水以及芦苇的稳定同位素变化,通过建立模型和分析数据展开了湿地包气带土壤垂向水流运动情况的同位素示踪研究,分层计算了土壤水垂直运移量,建立起时段内通过土壤某一水平断面的土壤水垂直运移量与时段降雨量、时段土壤含水量变化的关系,分析结果对确定湿地垂向水流补给有重要意义。     

内蒙阿巴嘎旗包尔敖包银铅矿地球化学特征及找矿

内蒙古阿巴嘎旗包尔敖包银铅矿勘查过程中土壤地球化学的应用,为该区找矿指出了较好的方向。通过土壤地球化学扫面,分析研究该区元素的富集、组合及分带特征,圈定了4个Cu、Pb、Zn、Ag、W、Sn、Bi综合异常区,认为元素组合呈现自西向东由中高温向中低温变化的趋势,初步确定了该区的地球化学特征模型7．对化探异常中心和部分高值点进行工程验证,发现4个脉状Pb、Zn矿体和2个脉状Cu矿体．     

Geochemical Characters of Water Coproduced with Coalbed Gas and Shallow Groundwater in Liulin Coalfield of China

To reveal the geochemical characters of water coproduced with coalbed gas and shallow groundwater,water samples were collected from 12 wells of coalbed methane and 7 wells of shallow groundwater.The pH,CODMn,fCO2,total dissolved solids （TDS）,total hardness,and concentrations of metasilicic acid,sodium and kalium,calcium ion,magnesium ion,ammonium iron,bicarbonate ion,carbonate,chloride,sulfate ion,nitrate ion,fluoride,lithium,zinc,nickel,manganese,iron,boron,barium,etc.of the samples were measured.Research results showed the following：（1） Concentrations of TDS,chloride,fluoride,sodium and kalium,ammonium,iron,and barium in the water coproduced with coalbed gas exceeded the national standards of China; however,physical,chemical,and biological properties of shallow groundwater could meet the national standard.（2） The water produced from coalbed contained mainly Na-Cl·HCO3,with average TDS of 4588.5 ppm,whereas shallow groundwater contained a mixture of chemicals including Na.Mg.Ca-HCO3·SO4 and Na.Mg-HCO3·SO4,with average TDS of 663.8 ppm.（3） In general,it was observed that bicarbonate and sodium accumulated in a reducing environment and deeper system,while depletion of hydrogen ions and dissolution of sulfate,calcium,and magnesium occurred in a redox environment and shallow system.（4） Sodium and kalium,ammonium,chloride,and bicarbonate ions were the main ions found in the study area.