华北低平原区地下水中氟分布特征及形成原因:以南皮县为例

华北低平原区区域水资源和农业生产矛盾突出,深层地下水氟超标进一步限制了区域水资源利用.为了解区域地下水中氟的分布情况及其来源,在南皮县域内通过野外调查和采样,利用水文地球化学和稳定同位素相结合的方法对其进行了分析.结果表明,空间分布上,浅层地下水低氟中心分布在地表淡水水库——大浪淀附近,高氟中心分布在东南和西南部;深层地下水高氟中心与开采量大的区域分布一致.局部地区受点源(暗管排污)和非点源(深层地下水灌溉)等人为因素的影响出现浅层地下水氟超标现象;受岩石沉积、水文地质条件等影响所有深层地下水氟质量浓度均超过国家饮用水标准(1.00mg·L-1),过量开采深层地下水导致黏土矿物里面的氟离子随释水作用进入水体,导致氟质量浓度升高.随着浅层微咸水开发利用程度的增加及深层地下水限采压采措施的执行,华北中东部低平原区区域水环境将发生较大变化,明确现状条件下地表水和地下水氟污染的原因对未来水资源合理开发利用具有重要意义.     

基于t-SNE的晋北矿区地下水水质评价

将t-Distributed Stochastic Neighbor Embedding(t-SNE)技术引入水质评价领域,探讨了基于t-SNE的水质评价方法,并对晋北矿区地下水水质进行评价.结果发现,相对于传统水质评价方法,基于t-SNE的水质评价方法降低了评价过程对经验值的依赖.地下水水质标准中某些指标(如氨氮、锰、挥发性酚类和大肠杆菌等)对不同的水质类别采用了相同的阈值,这导致采用传统方法评价时产生不确定性,而新方法基于"距离"概念识别不同水样在这些指标上的差异,从而提高了评价结果的精确度.此外,新方法通过高维数据向量可视化直观地表达数据间的内在分类特点.评价结果表明,晋北矿区开采排水和生活排污引起了地下水水质恶化,主要超标项目有硫酸盐、总硬度、细菌总数和大肠杆菌群数等.水质恶化影响的深度局限在200 m以浅,在空间上主要局限在靠近左云县和山阴县的部分地区,深层岩溶水水质未见明显改变.     

山西省降水量时空变化及预测

山西广布高山与岩溶,是华北平原地表水产流区和地下水补给区.研究该区域降水时空变化有利于全面认识华北平原干旱问题.应用时间序列聚类、突变点检验、趋势分析和小波-支持向量机模型揭示降水时空变化并预测.按降水变化特点划分北部高纬区、太行山高山区、北部高山高原区、中部盆地区、中西部高山高原区和南部盆地区等子区.太行山高山区和南部盆地区降水偏多,北部高纬区降水偏少.同纬度的盆地降水少于高原和高山.1965—1991 年,山西南部、东部、中部和北部降水量相继显著下降,1957—2012年平均下降速率为-1.5 mm/a.山西自20 世纪90 年代整体进入偏干阶段,直接导致地表产流和地下水补给减少,加剧华北平原干旱.预测结果表明,2013—2020 年山西降水平均变化速率约16 mm/a,有利于遏制干旱.     

饱和多孔介质中水流停滞对胶体吸附与解吸的影响

地下水水流停滞区域是胶体污染物吸附的重要场所.为研究水流停滞时间对胶体在饱和多孔介质中再迁移的影响,在石英砂柱与胶体达到稳定吸附后中断水流,分别设置水流停滞时间0、15、32、64、87、120 h,比较胶体的再迁移能力.结果表明:①水流停滞时间在32 h以内时,通入去离子水可使5.2%~5.3%的胶体被解吸出来再次随水流迁移,解吸量介于0.54~0.56 mg之间,对胶体再迁移能力的影响不明显;水流停滞时间为32~120 h时,水流停滞时间增加会导致胶体再迁移能力降低;水流停滞时间达到120 h,胶体主要楔在石英砂颗粒间,难以被解吸出来,此时仅有1.8%的胶体再次随水流迁移.②水流停滞时,以自上而下的流通方式吸附在土柱中的胶体受重力作用可能跨过能垒吸附在初级势阱中,使再迁移能力降低;然而在自下而上的流通方式下吸附在土柱中的胶体受重力影响难以跨过能垒吸附在初级势阱中,胶体再迁移能力较强.③当以≤ 30.2 m/d的流速通入背景液时,流速对胶体解吸的影响不如通入去离子水时显著.研究显示,水流停滞时间对吸附在饱和含水介质上胶体的再迁移能力有明显影响,重力作用在不同的流通方式下不同.      

多孔介质表面化学异质性对胶体运移的影响

研究胶体在饱和多孔介质中的迁移行为在污染物迁移、环境修复等领域具有重要意义.本文通过对比胶体在未酸洗和酸洗过的玻璃珠中的迁移行为来探究多孔介质表面异质性对胶体迁移的影响,并通过扩展DLVO理论来计算每一组中胶体与多孔介质的相互作用能.结果表明,不论在有利环境还是在不利环境下,多孔介质表面的化学杂质均会提高胶体的吸附能力,这主要归因于胶体在初级势阱中的吸附.不利环境下,多孔介质表面的化学杂质能够将不利环境转化为有利环境,而在有利环境下,化学杂质的存在可能提高胶体的单一拦截效率(η_0).此外,研究发现,高pH溶液仍然能使胶体从多孔介质表面解吸下来,并且沥滤作用仍被低估.本研究对化学杂质在胶体迁移过程中所扮演的角色有了进一步的认识,可为胶体迁移行为研究提供实验依据.