长江中游沿岸地下水中铵氮与磷的共存规律及其控制因素

长江中游平原区面临着一系列严重的地质环境问题,其中地下水铵氮和磷的问题十分突出,但目前对于二者共存规律的认识还十分薄弱。以长江中游沿岸故道区为典型研究区,对采集的地下水样品进行了水文地球化学分析,并综合运用因子分析和随机森林模型探讨了铵氮和磷的赋存规律。结果表明：地下水整体处于还原环境中,NH₄-N的质量浓度为0.03～71.0 mg/L(均值9.92 mg/L),P的质量浓度为0.02～3.38 mg/L(均值0.51 mg/L)。地下水中高浓度的铵氮与磷均主要为天然成因,但铵氮与磷的迁移富集过程存在差异：铵氮的迁移富集与含氮有机质矿化过程密切相关;磷的迁移富集与铁氧化物或氢氧化物的还原性溶解密切相关,而含磷有机质矿化是磷富集的次要过程。Eh很低的地下水环境易产生高浓度铵氮的地下水,相对中等的还原环境会产生高浓度的磷但通常不会伴生高浓度的铵氮;当地下水中S^2-,DOC,I均处于相对较高的浓度水平时会伴生大量的铵氮,而磷的浓度在很大程度上受控于Fe²⁺浓度;当DOC,I和Fe²⁺浓度都高时,通常会出...     

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。      

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。      

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。      

西北内陆盆地浅层地下水温度场及动态类型:以酒泉东盆地为例

温度是地下水的固有属性,地下水温度场和动态特征是地下水流系统的外在表现。为揭示地下水开采等人类活动影响下西北内陆盆地浅层地下水温度场特征与地下水流系统的关系,基于多点位、长序列、高精度的地下水温度监测数据,在酒泉东盆地开展了地下水温度场及动态特征研究。结果表明：酒泉东盆地浅层地下水温度9.33～20.77℃不等,平均水温为13.54℃,自地下水补给区至排泄区,沿地下水径流方向,浅层地下水温度逐渐升高;循环深度相近的不同地下水流系统对比表明,浅层地下水温度与地下水动力条件呈负相关,地表水入渗补给大、水动力条件强的水流系统地下水平均温度低,入渗补给小、水动力条件弱的地下水平均温度高;浅层地下水温度动态受自然地下水循环和地下水开采等人类活动共同影响,从山前地下水补给区到中游绿洲区再到下游排泄区,浅部地下水温度动态可划分为4种基本类型,依次分别为河流补给型、水温稳定型、开采相关型、正弦波动型。     

隔档式构造区岩溶地下水流系统多级次嵌套结构的水化学识别

川东隔档式构造区岩溶地下水流系统表现出多级次嵌套结构的特征,之前主要是定性的水文地质条件分析,缺乏来自水化学方面的量化依据。利用41个浅层和19个深层岩溶水样的水化学资料开展分析,发现浅层岩溶水为HCO₃-Ca·Mg型,ρ(Mg²⁺)较低,深层岩溶水为SO₄-Ca·Mg型且ρ(Mg²⁺)明显偏高,说明地下水在岩溶含水层中的滞留时间与ρ(Mg²⁺)具有正变关系。对典型剖面地下水流系统的分析表明,优先采用ρ(Mg²⁺)来评价地下水滞留时间,将地下水排泄点ρ(Mg²⁺)小于20,50 mg/L分别作为划分局部-中间、中间-区域水流系统的依据。浅层岩溶水受地貌作用控制明显,其中浅切沟谷泉点为局部地下水流系统的排泄点,深切沟谷泉点一般属于中间或区域流动系统的排泄点。ρ(Mg²⁺)反映了泉水循环的滞留时间,也能够反映钻孔所揭露的深循环特征。这种水化学识别方法可为相似岩溶区识别地下水流系统的多级次嵌套结构提供参考。     

地下水化学组成的时空聚类分析与多级嵌套水流系统识别

水文地球化学是识别地下水流系统的重要方法,然而区域尺度上多级嵌套地下水流系统的复杂性使地下水化学组成的分析和解释难度增加。以鄂尔多斯北部盆地湖泊集中区典型的胡同察汗淖地下水流系统为例,基于丰水期和枯水期3个期次不同深度地下水样品的物理化学数据,应用时空聚类与主成分分析方法,揭示地下水化学组成的空间分布特征、变化规律及其作用机制,分析水化学时空聚类结果对多级嵌套地下水流系统划分的可行性。该聚类结果将地下水样品分为3类,其中C1为以Na-HCO₃型为主的深层地下水,具有偏负的氢氧同位素组成(δD<-70‰,δ¹⁸O<-9‰)和极低浓度的NO^-₃;C2为Ca-HCO₃为主的浅层地下水,具有偏正的氢氧同位素组成(δD>-70‰,δ¹⁸O>-9‰)和高浓度的NO^-₃;而C3呈无优势阳离子、δD和δ¹⁸O变化范围大且显著线性相关等深、浅地下水混合特征。呈南北条带分布在苏贝淖-胡同...     

新疆阿克苏典型山前洪积扇内高氟地下水的化学特征及氟富集机制

在内陆干旱区,作为重要饮用水源的地下水常面临氟含量超标问题。查明内陆干旱区高氟地下水的分布规律,了解氟在地下水中的富集过程及其影响因素,既可丰富高氟地下水的研究体系,也是保证内陆干旱区饮水安全的重要基础。以新疆阿克苏地区典型山前洪积扇——依格齐艾肯河-喀拉玉尔滚河河间地带为研究区,基于水文地球化学调查结果,刻画了高氟地下水的分布区;结合氟离子含量与特征性水化学指标间的关系,揭示了高氟地下水的成因机制。结果表明:①地下水中氟含量的变化范围为0.8~6.1 mg/L,83%的水样氟含量超过《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）规定的上限（1.0 mg/L）;②总体上,氟含量沿地下水流动路径逐渐增大,低氟地下水（ρ（F-）≤1.0 mg/L）分布在国道314以北的补给区,高氟地下水（ρ（F-）>1.0 mg/L）分布在国道314以南的径流区和排泄区;③高氟地下水的水化学类型以Cl·HCO₃-Na型为主,而低氟地下水则以Cl·SO₄-Na型为主,高氟地下水相比于低氟地下水优势阴离子偏向于HCO₃-;④地下水的pH值范围为7.9~8.9（均值为8.4）,表明其处于弱碱环境中。地下水中ρ（F-）与pH值呈正相关,此外构成浅层含水层的上更新统沉积物中含有黑云母、氟磷灰石等矿物,其表面存在一定数量的可交换F-,这表明水中OH-与矿物表面F-间的阴离子交换可能对氟的富集有一定贡献;⑤地下水的F-含量与Ca2+含量呈负相关,即高氟地下水中ρ（Ca2+）小于低氟地下水。考虑到氟化钙（CaF₂）是自然界中的主要含氟矿物,也是地下水中氟的主要来源,ρ（F-）与ρ（Ca2+）间的这种负相关指示着高氟地下水中可能存在去Ca2+、Mg2+作用,如阳离子交替吸附或碳酸盐岩沉淀等。研究区地下水样中ρ（F-）与ρ（Mg2+）间也呈负相关关系,且和ρ（F-）与ρ（Ca2+）间的关系高度相似,也佐证了高氟地下水中去Ca2+、Mg2+作用的存在;⑥绝大部分地下水样品都位于氯碱性指数图的负值区域,且ρ（F-）与CAI-1和CAI-2均呈较好负相关,CAI-1和CAI-2都随ρ（F-）的增大而减小,这表明高氟地下水中存在Ca2+、Mg2+与Na+间更强的交换作用,对氟富集起着重要作用。地下水中ρ（F-）与SAR间呈较好正相关关系,且高氟地下水样的SAR均值（5.71）远大于低氟地下水SAR均值（1.67）,这也进一步证明高氟地下水中的Ca2+、Mg2+与含水介质的Na+间存在强烈的交替作用,对氟的富集起着重要作用;⑦所有地下水样中的萤石均处于未饱和状态,且萤石的饱和指数（SI）与F-含量间呈现较好的正相关,这表明地下水对含氟矿物（主要是萤石）的持续溶解应是导致研究区地下水中氟富集的主要原因。与之相反,研究区所有地下水样中的方解石均处于过饱和状态（SI>0）。这表明CaCO₃的沉淀可能促进了CaF₂的溶解,导致地下水中氟离子质量浓度增高;⑧研究区低氟地下水的δ18O值介于-11.20‰~-10.67‰间,平均值为-10.94‰,而高氟地下水的δ18O值介于-11.65‰~-11.21‰间,平均值为-11.49‰,即低氟地下水较高氟地下水富集δ18O。此外,F-质量浓度较低（ρ（F-）≤3.0 mg/L）的地下水样中δ18O值与F-质量浓度呈负相关,即低氟地下水具有更正的δ18O值;F-质量浓度较高（ρ（F-）≥4.8 mg/L）的地下水样中δ18O值与F-质量浓度的相关性不显著,随F-质量浓度的增高,δ18O值基本维持不变。以上表明蒸发浓缩作用对地下水中氟的富集贡献较小;⑨研究区地下水中ρ（F-）/ρ（Cl-）比值与ρ（F-）间呈现正相关,即ρ（F-）/ρ（Cl-）比值随ρ（F-）增高呈增大趋势,这也说明地下水中氟富集的主要原因是含氟矿物的溶解,而不是蒸发浓缩作用。此外,Gibbs图也提供了证据:研究区地下水样基本处于水岩作用主导区域,表明地下水化学特征（包括氟的富集）主要受水岩作用控制,蒸发浓缩影响很小。总之,地下水中氟的富集主要由溶解作用引起,OH-与矿物表面F-间的交换也有贡献,但蒸发浓缩作用影响微弱。含氟矿物持续溶解的驱动机制是阳离子交替吸附（地下水中Ca2+与岩土颗粒表面Na+之间）及方解石沉淀所引起的地下水中Ca2+的衰减。      

鄂尔多斯盆地多级次地下水流系统中硝酸盐分布特征及其成因

水资源短缺的鄂尔多斯盆地内地下水遭受硝酸盐(NO^-₃)污染等问题日益突出,识别盆地不同地下水流系统的NO^-₃分布规律及其成因,对地下水资源的合理利用与保护具有重要意义。选取鄂尔多斯盆地北部湖泊集中区白垩系地下水系统为研究对象,基于水化学和聚类-主成分分析划分地下水流系统级次,在此基础上对比分析不同级次地下水流系统中NO^-₃分布特征,综合水化学和环境同位素分析识别多级次地下水流系统中NO^-₃来源及其潜在过程。研究表明：研究区ρ(NO^-₃)超出地下水质量标准(GB/T 14848-2017)Ⅲ类水标准的地下水样品集中在局部-中间地下水流系统,其超标率达到28%;区域地下水流系统中ρ(NO^-₃)均值约为1 mg/L。研究区不同级次地下水流系统中ρ(NO^-₃)分布特征主要与人类活动影响程度有...     

江汉平原浅层地下水防污性能模糊综合评价与验证

为开展江汉平原浅层地下水防污性能评价,以江汉平原沙洋-旧口地区浅层地下水为研究对象,针对传统DRASTIC模型评价指标存在关联性、权重主观性强、评分值缺乏连续性以及评价结果缺乏实测数据验证等缺点,考虑研究区实际条件,建立了基于改进DRASTIC模型的模糊综合评价模型,并利用研究区浅层地下水关键污染因子Cl-、NO₃-和NH₄+实测数据验证了模型的准确性和可靠性。该模型使用包气带黏性土厚度代替包气带介质指标,含水层厚度代替含水层介质指标、土壤饱和渗透系数代替土壤介质指标,采用全定量评价指标体系,评价指标更加客观、合理;采用三标度层次分析方法确定各评价指标权重,减少了传统DRASTIC模型人为确定权重的主观性;在改进的DRASTIC模型基础上,引入模糊数学理论,以隶属度函数代替传统DRASTIC模型固定评分值,克服了传统DRASTIC模型使用定额评分带来的不连续性。模糊综合评价结果表明:研究区浅层地下水防污性能整体表现为差-较差,占研究区总面积的76.53%。研究结果可为平原地区开展浅层地下水脆弱性评价提供方法参考,为江汉平原浅层地下水污染防治工作提供科学依据。      

东非裂谷Albertine盆地上中新统-下上新统烃源岩地球化学特征与沉积环境

Albertine盆地是东非裂谷系重要的裂谷盆地,油气资源丰富,上中新统-下上新统烃源岩是盆地重要的生烃岩系,目前研究相对薄弱。综合利用地质学、岩石热解、元素地球化学等资料,对Albertine盆地上中新统和下上新统的烃源岩进行了评价,并分析了晚中新世-早上新世时期的古环境特征。研究表明,两套烃源岩处于成熟阶段,但有机质丰度和类型存在差异,下上新统烃源岩有机质丰度更高,属于中等-好烃源岩,干酪根类型主要是Ⅱ₁～Ⅱ₂型;上中新统烃源岩有机质丰度略低,属于差烃源岩,干酪根主要是Ⅱ₂～Ⅲ型。沉积环境是造成烃源岩差异的重要原因。晚中新世-早上新世时期,研究区属于还原性较强的淡水湖盆,水体逐渐加深,气候越来越温暖,细菌及微生物繁盛,有机质类型变好,同时,湖泊生产力提高,沉积速率有所加快,有机质能够更有效地保存,烃源岩的有机质丰度更高。研究结果对于Albertine盆地的油气勘探与开发具有重要的理论意义和实际意义。     

滇中高原岩溶关键带典型含水系统水化学特征及成因分析

岩溶关键带水文地球化学过程的研究对于科学认识其内部的演化环境与结构特征具有重要意义。岩溶水是水-岩作用后主要的信息载体, 定量分析其水化学特征及成因是揭示岩溶关键带含水系统介质环境与水动力条件的有效手段。以滇中高原岩溶关键带3个典型岩溶含水系统为研究对象, 通过对不同含水系统出露的岩溶泉进行野外采样与室内测试, 综合采用数理统计分析、水化学图解、离子比例系数与水文地球化学模拟等方法, 深入剖析了各含水系统岩溶水水化学组分特征、成因作用和含水层介质特性, 并对关键带中水循环与水化学的内在联系及规律进行了探讨。结果表明: ①HCO₃-、Ca2+是各含水系统岩溶水中含量最高且来源稳定的离子组分, Mg2+是控制各含水系统水化学类型异化的关键因素; ②碳酸盐岩类的岩石风化、矿物溶解是各含水系统内岩溶水化学组分特征的主要成因作用, 岩溶水对华宁水系统含水层的溶蚀作用仍在发生, 阳离子吸附交替与硅酸盐岩类的风化溶解是区域岩溶水中Na+、K+的重要来源; ③区域岩溶的发育强度、岩溶含水层的出露条件及含水介质岩性与连通性共同塑造了滇中高原岩溶关键带不同含水系统地下水化学特性。研究成果丰富了对滇中高原岩溶关键带水文地球化学过程的认识, 为区域岩溶水资源的开发、利用与保护提供基于水化学的证据支撑。      

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，在所测尺度上（2~4 km）为随机分布，不存在空间自相关性，短距离内变异较大；地下水砷含量的分维数较大（D=1.999），进一步说明该尺度上变异显著。地下水砷含量与沉积物中有机质关系密切。晚第四纪以来，河套平原北部山区的新构造运动和盆地沉积环境变迁形成多种成因、形态复杂的沉积相，导致有机质埋藏条件的高度空间变异性，进而导致地下水砷含量的高度空间变异。河套平原缓慢的地下水径流条件有利于砷元素空间变异性的维持。河套地区地下水砷的空间异质性研究，对有效预测未知地区饮水型砷暴露潜在风险、精准防控地方病和保障供水安全具有重要的科学意义。      

大汶河流域中上游地区岩溶地下水水化学特征及其控制因素分析

为查明大汶河流域中上游地区岩溶地下水水化学特征和离子来源,基于2018年枯、丰两期采集的岩溶地下水样品水化学数据,综合运用数理统计、相关性分析、Piper图、Gibbs图以及离子比值等方法,对大汶河流域中上游地区岩溶地下水水化学特征及其控制因素进行了分析。结果表明,大汶河流域中上游地区枯、丰水期岩溶地下水的pH均值分别为7.6和7.5,整体表现为弱碱性。岩溶地下水中Ca²⁺为占优势的阳离子,HCO^-₃和SO^2-₄为主要阴离子。枯、丰期岩溶地下水中ρ(TDS)均值分别为645.4,648.4 mg/L。按照TDS划分,大汶河流域中上游地区岩溶地下水均属于淡水或微咸水;枯、丰水期岩溶地下水水化学类型均以HCO₃·SO₄-Ca为主。岩石风化作用是控制区内岩溶地下水水化学特征的主要控制因素,碳酸盐岩和硅酸盐岩矿物的溶解是地下水主要离子的重要来源。同时,大汶河流域中上游地区岩溶地下水还受到了比较明显的人为输入影响,地下水中NO^-     

永城市浅层地下水污染分布特征及来源识别

为有效管理和保护永城市浅层地下水资源,维系水资源可续利用,必须查明其污染物的分布特征和来源。在对永城市浅层地下水采样分析的基础上,结合分析城市发展带来产业布局改变及土地利用类型分布对其造成的影响,研究其主要污染组分的来源及分布特征。结果表明：城市第二产业(工矿业)发展,GDP的增长与浅层地下水中ρ(SO^2-₄)、ρ(NO^-₃)上升存在相关性,城市工业及人口密集区与污染严重区位置趋于一致。浅层地下水污染的最主要来源是SO^2-₄含量的上升,除了直接导致水质变差外,还会间接改变水文地球化学作用的强度,造成原本难溶的碳酸盐和硅酸盐的溶解量增大,使得ρ(TDS)进一步上升而改变水质。其次,NO^-₃、COD也是浅层地下水主要的污染来源,其部分来源工业废水,部分来源于农业上农药和化肥的过量使用。     

黄陵背斜东北翼岩溶水系统特征及其对引调水隧洞工程的影响

黄陵背斜东北翼地层以碳酸盐岩和碎屑岩相间的组合形式出现,碳酸盐岩分布区岩溶发育强烈,岩溶突涌水是该区地下工程建设的重要影响因素。以某重大引调水工程黄陵背斜段为研究对象,综合采用岩溶水文地质调查、示踪试验、水文地球化学等多种方法对研究区岩溶水系统特征及隧洞突涌水条件进行了识别和分析。结果表明：区内存在4个子含水系统,垂向上构成了透水性强-弱相间的结构,发育了浅部快速循环、中间快速循环和深部慢速循环的多级水流系统,断裂构成各子含水系统间发生水力交换的垂向通道。工程输水隧洞主体在深部灯影组(Z₂dn)和天河板组-石龙洞组(∈₁t+sl)子含水系统中穿越,岩溶发育总体较弱,但在穿越店垭断裂时存在导通上部娄山关组-南津关组(∈₃l-O₁n)强岩溶子含水系统而发生较大规模高压突涌水的可能。施工支洞穿越∈₃l-O₁n子含水系统中白龙洞水流系统的排泄区,遭遇管道式突涌水事故的风险高。多种水文地质方法的联合解译可提高识别岩溶水系统特征和突涌水条件的精度。