河套平原西部地下水砷富集机制研究

干旱内陆盆地高砷含量的地下水威胁着当地饮用水安全,其形成机制尚不完全清楚。为厘清这类高砷地下水的形成机制,本文以河套平原西部地下水为研究对象,分析其中As等部分氧化还原敏感元素含量和氢、氧同位素组成(δD和δ¹⁸O)。结果表明,地下水样的As的质量浓度为1.5～155μg/L(均值为36.7μg/L),超半数样品超过10μg/L,主要分布于盆地中部的浅层含水层。水样的氢、氧同位素组成和离子间的相关性分析表明,虽然蒸发浓缩作用导致地下水富集Na⁺和Cl^-,但对As的富集影响不显著;在偏碱性环境中因解吸附作用产生的As进入地下水,对As的富集有一定贡献;负载As的铁氧化物还原性溶解和沉积物中的As(V)还原性解吸附是地下水中As富集的主要原因;强还原环境中,硫酸盐还原作用形成的硫代砷可能会促使As在地下水中高度富集。     

河套平原地下水砷污染机理的探讨

地下水砷污染是影响地区居民身体健康和生活水平提高的重大环境地质问题之一。本文通过实际调查,从地质、地球化学、环境化学入手,系统分析和探讨了内蒙古河套平原地下水砷污染的形成机理。阐述了地下水中砷的来源及其聚集、迁移的地球化学条件。认为高砷地下水的形成,与特定的地质、地形、古地理和地球化学环境的背影有关。聚集于地层中的砷,由于环境的变化,从非游离态转化为游离态,在地下水动力的作用下,进入地下水中。     

内蒙古河套平原地下水砷异常分布规律研究

通过对内蒙古河套平原砷异常区的实际调查、现场取样、测试、室内实验以及数据分析,得出本区高砷地下水的分布具有明显的地带性,其中双庙和三道桥、沙海和蛮会、白脑包和狼山、塔尔湖及胜丰5片为高砷水地带,从西向东呈不连续的条带状展布,而且与盆地沉降中心带相一致。同时分析了高砷地下水的分布规律及其与古地理环境特征、地下水环境演化的关系。通过研究,可以看出以还原环境为主的富含有机质的湖沼相沉积环境、特定的地质、地形条件为地下水砷异常的原因。     

内蒙古河套平原高砷地下水赋存环境特征

内蒙古河套平原是世界地方性砷中毒较为严重的地区之一。笔者以平原西部的重病区杭锦后旗为研究区,对高砷地下水赋存环境进行了调查研究。研究表明:高砷区沉积物中As的含量为7.7～34.6mg/kg,其中粘性土和亚粘性土中As含量相对较高。高砷地下水的pH值为7.0～8.3,平均Eh值为-155.1mV,平均矿化度为1.58g/L,主要的水化学类型包括:Cl-HCO3-Na型、Cl-Na型、HCO3-Cl-Na型,As的含量为15.5～1093μg/L,且主要以As(Ⅲ)形态存在,水中DOC(0.73～35.76mg/L)、HCO3-(283.75～1290.48mg/L)、NH4+(0.27～10.48mg/L)的浓度较高,硝酸盐和硫酸盐含量较低。研究区的氟中毒现象也较严重,高氟地下水中氟含量为1.11～6.01mg/L。绝大多数高氟水中砷含量也超标,出现了一种高砷水与高氟水并存的现象。综合判断,河套平原的高砷地下水赋存环境处于还原性环境。还原条件下,高砷区沉积物中的铁/锰氧化物的还原溶解易使吸附的砷释放到地下水中。这是研究区高砷地下水形成的主要原因。     

河套平原五原地区地下水Fe-As-H2O体系中砷的吸附释放趋势

通过在河套平原五原地区建立典型剖面,对从剖面上采集的水样进行测试分析,结合地质环境特征,得出五原剖面上各地质、地貌单元条件下砷在浅层地下水的赋存形态。应用美国地质调查局专业水文地球化学软件Phreeqc进行水文地球化学模拟,对五原地区地下水Fe-As-H2O体系中砷的吸附释放趋势进行讨论,得出五原剖面上扇前洼地砷酸盐主要表现为从羟基铁上解离释放出来;而黄河冲湖积平原地下水中As主要表现为在水中解离。黄河冲湖积平原地下水中Fe(OH)3对砷释放的抑制力远远高于扇前洼地。     

河套平原地下水中砷的空间变异特征及影响因素分析

河套平原是我国地方性砷中毒最为严重的地区之一.基于河套平原浅层地下水的砷含量数据,利用地统计学中半变异函数分析法,对地下水砷含量的空间分布及其异质性特征进行了分析,并探讨其空间变异性的影响因素.结果显示,河套平原地下水砷含量整体上呈由南向北递增的趋势,在假设各向同性条件下,砷含量残差项的空间分布符合纯块金效应模型,在所...     

内蒙古河套平原高碘地下水的水文地球化学特征

以内蒙古河套平原西北部的高砷地下水分布区为研究区,通过对区内22组地下水和2组地表水中碘含量的测试和分析可知,研究区地下水中碘含量在27.30～1 638.00μg/L,其中,约50%的地下水样品中碘含量超过我国饮用水的标准限定值150μg/L,约84.6%的高碘地下水为高砷地下水。高碘地下水主要分布于研究区北部地下水水流相对滞缓的平原中心地带,以Cl-Na、Cl·HCO₃-Na和HCO₃·Cl-Na型水为主。研究区地下水中碘的富集有两种机制:浅层地下水的蒸发作用和深部富含有机质的、偏还原的地下水环境中的微生物作用。两种机制相比,后者对地下水中碘的贡献更大些,但前者更普遍些。     

河套平原浅层地下水水化学成分及其相关性分析

本文通过实地调查,按照一定的间距在内蒙古河套平原西部采集和分析了400组地下水水质样品,通过分析研究这些水质测试数据,初步掌握了地下水的水化学特征和其主要元素及离子的分布规律。水化学分析结果表明:研究区的地下水水质总体较差,砷、氯化物、硫酸盐、溶解性总固体、总硬度、氟化物和铁等多项指标超标;区内地下水化学类型以Cl·HCO3-Na、Cl-Na、HCO3·Cl-Na型为主;主要组分分布图表明,砷、磷、铁、氯化物、氟化物、硫酸盐等含量较高的点主要分布在研究区西北部地势较低的山前冲、洪积扇扇裙前缘和地势相对低洼的冲积平原以及临河区北部的狼山镇一带。通过对14种水质测试指标值进行多元线性回归分析结果表明,研究区地下水中砷与磷、铁含量具有密切的相关关系。     

河套平原中东部地下水的环境同位素特征分析

河套平原由大厚度第四系冲湖积地层组成,地下水水平径流滞缓,以垂向水交替为主。地下水D1、8O3、H同位素特征的分析表明,地下水开发利用和引黄河水灌溉对河套平原中东部地下水循环交替的影响主要是:在没有开采井的地域,灌溉水入渗补给对地下水的影响范围和深度十分有限;在开采井周围,灌溉入渗补给的影响深度、范围和强度明显增加,影响深度取决于主要开采层位,影响范围和强度取决于开采规模。     

《地球科学——中国地质大学学报》征稿简则

为查明土著微生物活动对高砷地下水形成的影响,利用河套平原高砷地下水中分离出的土著微生物(YH002)进行了微宇宙实验研究.实验结果表明:高砷地下水中加入的葡萄糖提供了微生物生长所需要的碳源,微生物大量繁殖,分泌的有机酸使溶液的pH值降低.在缺氧条件下,溶液中的OD值最高达到了0.189,pH值最低为6.22;在有氧条件...     

Environmental geochemistry of high arsenic groundwater at western Hetao plain, Inner Mongolia

Environmental geochemistry of high arsenic groundwater at Hetao plain was studied on the basis of geochemical survey of the groundwater and a core sediment. Arsenic concentration in groundwater samples varies from 76 to 1093 μg/L. The high arsenic groundwater mostly appears to be weakly alkaline. The concentrations of NO₃⁻ and SO₄²⁻ are relatively low, while the concentrations of DOC, NH₄⁺, dissolved Fe and sulfide are relatively great. Analysis of arsenic speciation in 21 samples shows that arsenic is present in the solution predominantly as As(III), while particulate arsenic constitutes about 10% of the total arsenic. Methane is detected in five samples with the greatest content being 5107 μg/L. The shallow aquifer in Hangjinhouqi of western Hetao plain is of strongly reducing condition. The arsenic content in 23 core sediment samples varies from 7.7 to 34.6 mg/kg, with great value in clay and mild clay layer. The obvious positive relationship in content between Fe₂O₃, Mn, Sb, B, V and As indicates that the distribution of arsenic in the sediments may be related to Fe and Mn oxides, and the mobilization of Sb, B and V may be affected by similar geochemical processes as that of As.     

基于随机森林建模预测河套盆地高砷地下水风险分布

河套盆地浅层地下水砷污染严重,对当地居民健康造成严重影响。当前对河套盆地浅层地下水高砷分布的研究受限于采样时间和样本数量,难以从宏观角度对河套盆地高砷地下水的空间分布作出较为全面的评价。本文基于研究区506个浅层地下水样品,以9个地表环境参数为初始预测变量,经过最佳变量组合筛选,采用随机森林建模来产生风险概率,评价了预测变量的重要性以及对高砷地下水的影响。以气候因子为动态预测变量,根据模型识别不同季节地下水高砷的概率分布并制作了风险区专题图。结果表明：研究区的地下水样品砷含量为0.05~916.7μg/L,超标率（砷浓度>10μg/L）为50%;地下水高砷风险区主要分布在河套盆地的沉积中心地带,但冬季高砷风险区面积减少1907km2,占研究区总面积14.14%;降水、干旱指数、排灌渠影响、潜在蒸散、温度是影响高砷地下水最重要的指标。研究认为,河套盆地的气候变量（降水、干旱指数）与含水层砷含量显著相关,控制高砷地下水在河套盆地的沉积中心地带发生季节性变化。     

内蒙古河套平原地下咸水与高砷水分布特征

通过实地调查、资料分析和试验测试等方法手段,详细研究了内蒙古河套平原地下咸水与高砷水的分布特征。结果表明:河套平原分布有大量的咸水和高砷地下水,在调查研究区12510.83 km2的范围内,深度在10~40 m的浅层地下水中,分布有淡水1145.75 km2、微咸水9025.51 km2、咸水盐水2339.57 km2,分别占研究区总面积的9.16%、72.14%和18.70%;在淡水区、微咸水区和咸水盐水区,分别存在有233.85 km2、2965.74 km2和997.16 km2的高砷(As≥0.05 mg/L)地下水,占各类水面积的20.41%、32.86%和42.62%;咸水体分别呈南北两个条带状分布,北部的咸水体自西向东,宽度约5~10 km,在东部地区表现为上淡下咸的水质结构,南部咸水体分布在总引水干渠北侧呈东西条带状分布,西部较窄,东部变宽;高砷水的分布有明显的东西分区特征,东部区的高砷水多呈不规则的片状分布,范围较广,水中砷含量差异较小,西部区的高砷水沿山前低洼地带呈北东向的条带状分布,水中砷含量高,分布面积较为集中。研究表明:地下水中的盐分含量与砷含量不存在正相关关系,但是,西北部地区高砷地下水的分布与咸水区有一定关系,认为均受控于构造,而东部地区高砷水的分布则与咸水无关。     

Techniques and methods of arsenic contaminated groundwater exploration in the Hetao plain of Inner Mongolia,China

1990年报道了在中国内蒙古河套平原由于饮用污染的地下水而患砷中毒的病例.估计目前内蒙受到砷中毒影响的居民已超过41万人.从1997年至2004年,在长达8年的时间里,我们进行了水文地质调查、地质调查和医学调查,并装置了管道输送的供水系统.这些调查揭示了河套平原地下水受砷污染的机理:由于被吸收的砷释放进入地下水,蓄水层中不断加强的还原环境造成铁氢氧化物的溶解.为了防止砷中毒病人数量的进一步增加,停止饮用污染过的水和供应安全的饮用水是重要的.我们需要根据当地的地质和水文地质条件来了解砷污染的机理.     

内蒙古河套平原浅层高铁高氟地下水分布与成因

为了查明内蒙古河套平原高铁高氟地下水的分布与形成原因,通过实地调查、监测、资料分析和试验测试等方法手段,详细研究了地下水中铁、氟的分布、地球化学特征及其来源。结果表明:高铁水主要分布在平原中部的冲湖积平原,地势低洼和地下水的排泄地带含量最高;高氟水主要以条带状分布在山前的冲洪积扇地带;在调查研究区12510.83 km2的范围内,深度在10~40 m的浅层地下水中,分布有高铁水9310.66 km2,高氟水2308.35 km2,分别占调查研究区总面积的74.40%和18.45%;研究认为,河套平原高铁高氟地下水的形成主要是由自然地质环境所致,是不同地质环境条件下环境水文地球化学作用的结果;地下水中的铁主要来源于由黄河携带来的大量的第四系沉积物,而溶出的主要原因是地下氧化还原条件的变化;地下水中的氟主要来源于平原周边的山区,气候、地质构造、水文地质和水化学条件是氟富集的主要因素;研究表明河套平原高铁水与高氟水不存在正相关关系。     

黄河冲积扇平原浅层地下水中氮循环对砷迁移富集的影响

黄河冲积扇平原浅层地下水砷含量超标情况严重,豫北平原的主体是黄河冲洪积扇平原。全面了解豫北平原浅层地下水氮循环驱动下砷的富集模式,对地下水资源的可持续利用和居民健康至关重要。本文采集豫北平原513组浅层地下水样品,采用原子荧光光谱法测定砷含量,原子吸收光谱和离子色谱等方法进行全分析及微量元素分析,对该地区高砷地下水的水化学成分以及地下水中硝酸盐、氨氮与砷之间的相关关系进行探究,并研究了氮循环对地下水中砷迁移富集的影响。结果表明：研究区浅层地下水中砷浓度超标率为17.3%。不同沉积环境条件下氮的赋存形态和转化方式是砷富集的重要驱动因素。山前冲洪积扇裙带中经硝化作用产生大量NO3-,浓度平均值为9.3mg/L,为各区最高,同时砷浓度为各区最低,平均值为1.3μg/L,NO3-与砷浓度之间良好的负相关性表明硝化作用产生大量NO3-,不利于含砷氧化铁的溶解;NH4+含量较高的冲洪积扇前洼地及黄河决口扇地区,为高砷地下水的聚集地,两地地下水砷浓度平均值分别为49.7μg/L和18.9μg/L,超标率达到87.5%和71.4%。地下水中砷含量与NH4+之间良好的正相关关系表明,反硝化和硝酸异化还原成铵（DNRA）过程消耗了地下水中的NO3-,生成大量NH4+,促进吸附了砷的铁氧化物的还原溶解而导致砷释放到地下水中,形成了富集砷的环境。     

Arsenic pollution of groundwater and its release mechanism in the central part of the Hetao Plain, Inner Mongolia, China

Arsenic pollution of groundwater has become a serious health problem in several regions of the world. Wuyuan County located in the central part of the Hetao Plain, Inner Mongolia, is one of the most severely arsenic polluted areas. Peoples of the county have used groundwater of shallow （12-25 m） tube-well as drinking water. The groundwater is Na-HCO3 and Na-Cl type on the piper plots and aligns with steady Ca ： Mg ratio on cation diagram. The arsenic content in the water is more than 0.2 mg/L and the highest value reaches up to 0.52 mg/L. Drilling data show that Holocene sediments are divided into three zones on the basis of their color appearances; brown, grey and dark gray zones. The strata from 2m to 9-14m under the surface are mainly composed of clay and silt which are impermeable layers. The grey and dark grey zones composed of sand underlie the impermeable bed and the condition of their zones is reductive. At the depth of 30 m near the bottom of drilling, ORP of the groundwater is -300- -400 mV. The dark grey sand changes to yellow in color under the atmosphere. Under reducing environment, the color returns to its original dark grey. The characteristic color is due to amorphous or low-crystalline Fe sulfide coating sand grains. The sediments are of fluvial origin by the Yellow River. The arsenic content in the sediments is rich in fine-grained part and its values are more than 20 mg/kg in clay layer. The highest is 38 mg/kg. X-ray diffraction and macroscopic observation show that the clay layer is made of minerals such as chlorite and illite and contains high quantities of organic matter.