河水-地下水侧向交互带地球化学特征:以重庆市马鞍溪为例

河水-地下水交互带是河水与地下水相互交换和混合的区域,在河流、地下水生态和水质的保护方面具有重要作用.为了解河水-地下水侧向交互带地球化学特征,以重庆市马鞍溪为研究对象,对河水及交互带的水温、溶解氧(DO)、pH值、电导率(EC)进行自动监测,结合对水样离子浓度和交互带沉积物中元素含量的分析.结果表明,马鞍溪侧向交互带水化学类型为HCO_3-Ca·Mg型.监测期间交互带受河水入渗影响为主,交互带的缓冲作用使其温度、DO、pH值、EC等指标变异系数较河水低.随距河岸距离的增加,马鞍溪侧向交互带在物理、化学、生物综合作用下形成了迅速进入缺氧状态的氧化还原环境,以及pH值先降低后升高的酸碱环境.在其影响下,K~+、NH_4~+-N、NO_3~-、SO_4~(2-)呈下降趋势,全Mn、EC、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Sr~(2+)等先上升后下降,全Fe、Al~(3+)等呈上升趋势.受河水、地下水长期交互影响,在距河岸约30 cm处的交互带沉积物中元素含量较高,形成独特的水化学梯度.据此可推断出马鞍溪侧向交互带边界可能在距河岸30~50 cm处,其中浅层交互带的边界可能在距河岸10 cm左右的位置.在河水补给地下水过程中,河水-地下水侧向交互带对净化水质有重要作用.     

汉江下游河水-地下水交互带中地下水水化学和氮分布特征

河水-地下水交互带被称为生物过滤器,对氮等污染物有截留净化功能.为研究汉江下游河水-地下水交互带氮的分布特征,本文设立了3个剖面和9口钻井,采集沉积物和地下水样品并进行测试.结果 表明,在样品采集期间交互带剖面1河水补给地下水,剖面2地下水补给河水,剖面3河水和地下水水位持平.交互带地下水pH整体上呈中性,主要水化学类...     

板集煤矿地下水稀土元素地球化学特征

稀土元素具有稳定且相似的地球化学性质,被广泛用于研究地下水体与含水层之间的相互作用和地球化学过程。以淮南煤田板集煤矿为研究区,采集了砂岩水、太灰水和采空区混合水等地下水样,并对这些水样的稀土元素含量和常规水化学离子进行了测试分析,以研究矿区地下水的水化学特征、稀土元素含量分布特征以及相关控制因素等方面的内容。研究结果表明：矿区地下水中的Na⁺+K⁺、Cl^-、HCO₃^-平均质量浓度分别为669.1、820.3、344.0 mg/L,水质类型主要为Cl-Na、Cl·HCO₃-Na、HCO₃-Na型。研究区地下水中的稀土元素含量总体处于较低的浓度范围,其中三个混合水样中出现了重稀土的富集现象,大部分水样则呈现轻稀土富集。其中,Eu的含量最高,这是由于Eu与钙矿物的结晶沉淀作用导致其从稀土元素中分离出来。通过相关性冗余分析发现,研究区地下水样中的Eu和Fe存在一定的线性关系,说明Fe氧化物与稀土元素的吸附作用是影响稀土元素含量的重要控制因素之...     

超采背景下地下水化学特征演变及机制分析——以新疆昌吉州东部奇台县为例

地下水超采不仅引发生态与地质环境问题,而且对水质产生影响.探究超采背景下地下水化学演变特征,对区域地下水资源开发利用与保护具有重要意义.本文基于2001―2020年16眼原位井长系列监测数据及2020年30组地下水水质数据,采用Piper三线图、Spearman秩相关系数法、Gibbs图、离子比值法等方法对奇台县近20年地下水化学变化特征进行了分析.结果表明：(1)超采背景下,近20年奇台县平原区矿化度(TDS)呈下降趋势,水质趋于淡化.地下水化学类型主要由SO₄·HCO₃-Ca·Mg型过渡到SO₄·HCO₃-Ca·Na和SO₄-Ca型.(2)2001年和2020年地下水水位与水化学特征空间变化规律具有一致性,地下水位降幅较大区域对应的Mg²⁺、Na⁺、Cl^-含量变幅也相对较大,地下水化学组分受地下水超采影响较大.(3)超采背景下,地下水埋深增大,蒸发浓缩作用减弱甚至消失.地下水化学组分受岩石风化溶滤作用和矿物的...     

武汉市地表水-地下水交互带识别与变化模拟

地表水-地下水交互带是地表水与地下水混合交换的重要区域,该混合特性也是识别其范围的难点。为确定地表水-地下水交互带的识别方法与变化特征,选取地表水-地下水相互作用明显的武汉市汉江-府河河间地块冲湖积平原为研究区,构建了研究区内的地下水数值模型,得到了研究区内地下水流场轨迹,分析了研究区区域和局部的水流系统,总结了地表水-地下水交互作用模式,并结合MODPATH模块追踪地下水流运动轨迹,识别地表水-地下水交互带及其变化特征。结果表明：研究区地表水-地下水完全混合交互带的范围在汉江顺流方向由40 m不断拓宽至180 m,沿长江流向地表水-地下水交互带范围整体缩小但保持在70～100 m范围内;粒子运动轨迹分析结果显示,影响地表水-地下水交互带范围与交互作用强度的因素主要有地形、地表水形态、含水层水文地质条件。该研究结果可为确认地表水-地下水交互带范围及其动态变化特征提供依据。     

巴伊盆地平原区地下水水化学特征及污染源识别

为探明新疆巴伊盆地平原区地下水水化学特征及形成机制并解析污染源,综合运用数理统计、图解法和PCA-APCS-MLR模型等方法,对2022年8月采集的4组泉水样、 20组潜水样和11组承压水样的测试结果进行分析.结果表明,研究区地下水化学类型复杂多样,泉水以HCO₃·SO₄-Na·Ca型地下水为主,潜水以HCO₃·SO₄-Na·Ca型和HCO₃·SO₄-Ca型地下水为主,承压水水化学类型主要为HCO₃·SO₄-Na·Ca型和HCO₃·Cl·SO₄-Na·Ca型;未利用地承压水水化学类型单一(Cl·SO₄-Na·Ca型),耕地及城乡居民用地承压水水化学类型复杂,表明地下水受到人类活动影响;地下水演化过程主要受到水岩相互作用与阳离子交换作用的影响,从泉水至潜水至承压水阳离子交换作用逐渐增强,石膏及硬石膏的风化溶解作用逐渐减弱、岩盐的风化溶解作用逐渐加强;...     

北方典型岩溶泉域地下水水文地球化学特征分析——以鹤壁许家沟泉域为例

近年来,受采矿活动、气候变化等因素影响,包括鹤壁许家沟泉域在内的北方多数岩溶泉域水化学场发生了改变,但其演变规律及现状条件下的水文地球化学特征仍不明晰。为揭示现状条件下许家沟泉域地下水水文地球化学特征及其控制因素,本文在调查取样分析的基础上,采用数理统计、离子比例系数、Gibbs图及相关性分析等方法进行了研究。结果表明:泉域内岩溶地下水水化学类型主要为HCO_3-Ca·Mg和HCO_3·SO_4-Ca·Mg型。地下水主要水化学组分演化过程的主控因素是岩石风化作用,地下水中的Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_4~(2-)和HCO_3~-主要来源于含方解石(CaCO_3)、白云石(CaMg(CO_3)_2)的碳酸盐岩以及硫酸盐岩(CaSO_4·2H_2O)的溶解,一部分SO_4~(2-)来自黄铁矿氧化。脱白云石化作用致使泉域枯水期地下水中Mg~(2+)明显高于丰水期。阳离子吸附交替使地下水中Na~+、K~+含量降低。稳定同位素特征表明,泉域岩溶地下水主要接受西部裸露区大气降雨的入渗补给,泉域南部岩溶地下水还受淇河河水渗漏的影响,枯水期岩溶地下水中δ~(18)O存在漂移现象。研究成果为泉域内岩溶地下水的合理开发与保护提供了依据。     

丽江盆地地表-地下水的水化学特征及其控制因素

2008年11月～2009年10月在丽江盆地-玉龙雪山地区采集白水河、三束河、哥吉河、束河河水及流域内地下水样品,使用离子色谱法分析了样品主要阴阳离子含量,研究了岩溶地区地表及地下水体的水化学特征、季节变化及其控制因素.结果表明,研究区水体均呈现弱碱性,主要离子组成以Ca2+和HCO3-为主,分别占阳离子和阴离子总量的54.8%和92.4%;不同季节河水的离子浓度差别较大,季风期离子浓度仅为西风期离子浓度的80%左右,表明季风期丰沛的大气降水输入对河水离子特征有较为显著的影响;河水离子浓度普遍低于盆地地下水主要阴阳离子浓度;河水和地下水的无机离子浓度都呈现出从高海拔到低海拔离子含量递增的规律.碳酸盐的风化溶解作用是水体离子的主要来源,季风期降水对水体的离子特征也有一定的影响,人类活动对人类聚居区部分天然水体已造成轻度污染.     

基于嵌套模型的地下水侧向径流边界刻画方法研究——以湖北碾盘山冲积平原地下水数值模拟为例

侧向径流边界的刻画方法是地下水数值模拟中的关键问题。以湖北碾盘山汉江水利水电枢纽工程为例,基于有限单元法和嵌套模型的水量转换方法,分别建立包括完整水文地质单元的区域模型和仅包含汉水Ⅰ级阶地的平原区模型;通过区域模型的分区水均衡运算,计算平原区侧向径流边界的径流量,并以区域模型水均衡为框架,分别采用二类流量边界和一类水头边界刻画侧向径流边界,建立了平原区模型;深入分析区域模型和平原区模型间参数和水量的转换关系,并对比了两类边界条件刻画方法的优缺点和适用条件。结果表明:采用嵌套模型能够得到较为准确的地下水侧向径流量;在平原区模型中采用二类流量边界刻画侧向径流边界有利于提高平原区模型的精度和稳定性;边界条件除具有双重含义外还具有双重特征,在模型建立过程中应充分认识边界条件的位置特征和数量特征,并合理概化。     

河水-地下水交互带沉积物中抗生素和代谢产物提取方法优化及其分布特征

河水-地下水交互带是污染物发生富集、降解和转化等生物地球化学过程的重要场所.抗生素作为一类广泛关注的有机污染物,探索其在交互带中的分布特征对认识特殊生境下污染物迁移转化过程具有重要意义.由于交互带氧化还原条件变化敏感,沉积物组成特殊,建立了一种有效提取交互带中22种抗生素及4种磺胺类代谢产物的前处理方法,并对样品初始状态、提取温度、提取液p H值以及有机提取溶剂进行了优化.同时对汉江下游河水-地下水交互带沉积物中的抗生素含量进行分析,结果表明,采用p H=3的乙腈/乙二胺四乙酸二钠(Na₂EDTA)-Mcllvaine缓冲液(1∶1,体积比)对未经氧化的沉积物原样在40℃条件下进行3次微波提取,目标抗生素的回收效果最好.汉江下游交互带沉积物中共检出11种抗生素,其中以土霉素(OTC)和氧氟沙星(OFL)为主,最高检出含量分别为6.77 ng·g^-1和5.81 ng·g^-1.不同交互剖面中抗生素含量的垂向分布差异较大,主要与沉积物岩性、抗生素理化性质和地表水-地下水交互作用等影响因素有关.     

人类活动影响下水化学特征的影响: 以西江中上游流域为例

对西江中上游3个代表性断面进行一个完整水文年每月3次的观测和取样,利用水化学、流量等数据,探讨自然过程和人为活动影响下的河流水化学演化过程.对研究区116个水样的水化学特征进行分析.研究区的类型为HCO-3-Ca2+型,化学风化类型主要属于岩石风化,Ca2+和HCO-3是主要的阳离子和阴离子,反映了岩溶地区河水化学特征主要受碳酸盐岩溶解影响.Na+、Mg2+、Ca2+、Cl-主要受自然条件控制,人类活动影响对其影响不大.K+、NO-3、SO2-4、HCO-3不同程度地受到人类活动的影响并且显示出不同的影响途径.本研究对我国南方季风区河流水化学变化、水质特征、下游珠江物质输送通量的影响、水质保护具有重要意义.     

城市化过程对氨氮排放的驱动作用与空间交互特征——以长三角地区为例

解析城市化过程对水污染物排放的驱动机制及其空间演化特征,对科学管控水污染物超标排放和源头上减少水污染物入水具有重要意义,是生态文明建设时期推进城市绿色发展、打造高质量人居环境的重要施策依据.以长江三角洲为例,建立县域氨氮排放和人口社会经济数据库,在揭示2011—2015年长三角地区氨氮排放的时空演变特征基础上,构建基于STIRPAT框架的驱动力分析模型,运用空间计量方法定量估计人口城市化和土地城市化对氨氮排放的驱动作用,并通过设置不同阈值的反距离空间权重矩阵测度其空间交互效应.结果表明：①2011—2015年长三角地区氨氮排放整体规模下降显著,氨氮高值排放区县向沿海和地市中心快速收缩,热点区分布呈沿海持续集聚、内陆不断减少,在动态变化中,在长三角地区形成了圈层式分布格局;②空间溢出效应显著,即本地的氨氮排放明显受到周边地区的影响.长三角城市化过程总体上缓解了区域的氨氮排放压力,人口规模和经济水平会驱动区域氨氮排放增加,外商直接投资和固定资产投资规模则抑制了氨氮排放;③土地城市化和人口城市化会加剧本地氨氮排放,但会吸引相邻区县人口、资源要素集聚,并通过绿色生产生活方式的辐射促进邻地氨氮排放下降.空间交互特征表明,以城市群和都市圈为主体,在100 km范围内,高度城市化地区的集聚效应和示范作用驱动了氨氮排放下降.     

汉江下游河流型水华暴发的多影响要素特征识别

水体富营养化通常发生于湖泊和水库等闭合水域,在大型流动性河流中通常较少发生.然而,随着近年来人类活动的干扰,汉江中下游水华事件频繁暴发,给沿岸居民的饮用水安全带来了严重隐患.科学辨识可能导致汉江下游水华暴发的多要素变化特征,是揭示河流水华成因和优化上游水利工程调度的重要依据.基于收集的汉江流域下游气象、水文、水环境和水生态长序列数据,系统检测了可能导致汉江河流型水华暴发的多要素特征和不同时期的变化差异.结果表明:①汉江中下游降雨量（1961-2015年）下降、气温（1961-2012年）显著上升,汉江流域近50年气候逐渐呈现暖干的变化趋势.②1992-2013年汉江中下游径流变化呈显著下降趋势,在水华严重暴发的2008-2011年,汉江干流中下游主要断面年均流量和水位均处于历史上相对较低的一段时期.③2004-2014年汉江下游主要水环境指标变化趋势不显著,但总体水质状况较差,水华年ρ（COD_Mn）和ρ（TP）明显高于非水华年.④汉江水华暴发季节时间自2008年后有明显前移趋势,每年春季的2月中下旬-3月中旬将是水华暴发的重点防控时段.研究显示,汉江下游藻密度的变化相对于营养盐和水文情势要素更加敏感,在不同水华暴发时期的差异也最为显著,是导致河流型水华暴发的主要驱动因素.      

长江大保护下健康长江指数研究——以泰州市为例

自党的十八大以来,生态文明地位提到历史新高度,习近平总书记对长江经济带发展提出"共抓大保护,不搞大开发"时代新基调.在此背景下,长江的开发与保护行动模式成为经济社会高质量发展的重要样板.根据此背景要求明确长江健康的内涵,并对其健康状况、存在问题进行评估分析十分必要,也是流域规划管理的重要支撑和行动方向.本文基于长江大保...     

长江流域不同尺度岸带区域的土地利用及其变化

利用2010年和2000年数据,分析长江流域干流和支流的岸带区域土地利用类型及其10年间的变化,并对比分析干、支流不同宽度缓冲距离内的土地利用结构特征及其时空变化,探讨不同地理尺度下的人类开发活动对长江岸带土地利用格局的影响。结果表明:长江岸带区域是流域内人类开发建设和农业活动的重要区域,岸带区域的耕地和人工表面面积占比分别为31.9%和6.8%,明显大于流域平均(24.9%和3.1%);其中,长江中游岸带区域的人类开发建设和农业活动强度相对较高,干、支流岸带区域的林地占比仅为长江流域平均的14.1%和66.0%。从2000年与2010年土地利用变化看,长江干、支流岸带区域的人工表面占比增幅最大,其中,中游干、支流的岸带区域人工表面增幅分别为流域平均的5.3和2.1倍。     

长江源区主要河流水化学特征、主要离子来源

通过开展水环境调查并结合历史数据,分析了长江源区主要河流水体主要离子分布特征,揭示了长江源区主要河流水化学类型及其主要控制因子,阐明了长江源区主要主要离子来源,同时评价了长江源区主要河流水体的适用性.结果表明,长江源区河流水体主要阳离子的平均含量高低依次为:Na+>Ca2+>Mg2+>K+,其中Na+和Ca2+的平均含...     

咸阳地区某典型地热井的地热水地球化学特征分析

地球化学方法是了解地热系统特点、变化及起源的重要手段,合理开发利用地热资源的前提。基于咸阳地热田XY1地热井1999年与2017年两期水质资料、多年水温变化资料,参考其他学者在研究区取得的研究成果,综合分析了该热水井及区域地热流体地球化学因子的变化特征。根据地热水δD、δ¹⁸O、¹⁴C同位素分析,探讨了该地区地热水的起源及其同位素水文特征。结果表明：该热水井水温变化不大,水-岩平衡状态未改变,大部分离子组分浓度呈上升趋势,水质变差。水化学类型未改变,为Cl-Na型,其中多种水化学组分浓度达到一定标准,可作为医疗热矿水开发利用。研究区热储层以消耗静态储量为主,无现代降水补给。该井地下热水属于第四纪末次冰期北山山区海拔1200 m大气降水入渗成因,为混入古溶滤水的残存沉积水。建议生产过程中应采取地热水回灌措施,使地热资源开发具有可持续性。     

雅鲁藏布江上游夏季水化学特征及来源解析

为探究雅鲁藏布江上游干支流的无机水化学特征,于2020年8月在雅鲁藏布江上游河源和河流段采集干支流水样,分析了水体主要离子的化学组成和空间变化规律,并对离子来源进行了解析.结果表明,雅鲁藏布江上游干支流水体中的阴离子以HCO3、SO42为主,分别占阴离子总量的71.11％、23.16％;优势阳离子为Ca2+、Na+,分...     

黄河三角洲浅层地下水化学特征及形成作用

黄河三角洲高效生态经济区开发建设和黄河下游生态调度均需要了解当地地下水化学特征.在沉积环境分区和补-径-排系统分区的基础上,采用数理统计与地统计、Piper三线图和离子比例系数等方法,对黄河三角洲浅层地下水化学特征及成因进行了系统研究.结果表明,①主要水化学参数Na+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO24-、HCO3-和TDS的质量浓度分别介于0.1～25.0g.L-1、3.6～3 815.0 mg.L-1、5.6～3 377.0 mg.L-1、0.1～45.1 g.L-1、24.2～4 947.0 mg.L-1、62.6～850.0 mg.L-1和0.4～80.7 g.L-1之间,各离子质量浓度均值进一步表明区域内Cl-、Na+和TDS质量浓度很高,而HCO 3-、CO23-和K+质量浓度很低.②Cl-和TDS质量浓度沿地下水流向逐渐增大,二者均呈现显著的方向性空间变异和空间分布一致性,揭示了Cl-是浅层地下水水质的主控离子.③从补给区到排泄区,浅层地下水水化学类型由Na+-Mg2+-Ca2+-Cl--SO42-等复杂类型快速过渡到Na+-Mg2+-Ca2+-Cl-(或Mg2+-Na+-Ca2+-Cl-)及Na+-Mg2+-Cl-型,并在海岸滩涂区演化成Na+-Cl-这一简单类型的水.④混合、蒸发浓缩、溶滤、阳离子交替吸附作用及人类活动的影响是黄河三角洲地区浅层地下水化学成分形成的主要作用.该地区浅层地下水化学特征形成的关键驱动因素是黄河入海流路的变迁和海水入侵.     

博弈视角下跨界河流水资源保护协作机制——以太湖流域太浦河为例

跨界河流水资源保护利益协调问题是流域水资源管理的难点。以太湖流域典型跨界河流太浦河为例,对比分析上下游水资源保护利益诉求,基于博弈理论,引入外部驱动（流域机构介入、激励约束政策）与内部均衡（生态补偿、断面水质考核）四种协调手段,探讨均衡太浦河上下游利益矛盾、激励上下游实现合作保护的协作机制。结果表明：（1）在引入协调手段的博弈模型中,实现了博弈系统向协作策略（达标,补偿）演化。（2）基于博弈分析结果,协作策略（达标,补偿）的实现与激励约束力度、补偿金额、水权、上游保护成本与效益等因素密切相关。（3）外部驱动机制有利于协调上下游河流功能定位需求差异,并调动上下游加强协作保护的积极性与主动性;内部均衡机制有利于弥补上游水权、产业发展等利益损失,并倒逼太浦河水质达标、保障下游取水安全。（4）构建的太浦河水资源保护协作机制,可为加快推进长三角一体化协同发展,建设流域“清水走廊”提供理论与决策支持参考。