气田开发过程中地下水环境保护方案初探

区域地下水环境的保护是气田开发过程中环境保护工作的重点之一。通过现场调查和统计分析得知,外部污染源是影响当地地下水环境的主要因素,农田径流污染源是外部的主要污染源,以COD_Cr计其排放量分别约占外部污染源排放总量的67%,而钻井液漏失、天然气窜层、钻井废水排放等钻井作业是内部的主要污染源,其COD_Cr排放量约占内部污染源COD_Cr排放总量的62%,因而钻井作业的污染防治应是项目内部地下水污染防治工作的重点。根据地下水环境质量现状分析及变化趋势分析可知由于气田的开发建设,气田区地下水水质已受到一定程度的影响,特征污染物表现为COD_Cr、氨氮、氯化物、硝酸盐氮。为保护气田区地下水环境,分施工期和运营期两阶段设计了地下水环境保护方案,采取源头控制的清洁生产,至末端控制的污染治理并提出了突发污染事故应急预案,为气田的可持续开发提供指导。     

Southwestern Intermittent and Ephemeral Stream Connectivity

Ephemeral and intermittent streams are abundant in the arid and semiarid landscapes of the Western and Southwestern United States (U.S.). Connectivity of ephemeral and intermittent streams to the relatively few perennial reaches through runoff is a major driver of the ecohydrology of the region. These streams supply water, sediment, nutrients, and biota to downstream reaches and rivers. In addition, they provide runoff to recharge alluvial and regional groundwater aquifers that support baseflow in perennial mainstem stream reaches over extended periods when little or no precipitation occurs. Episodic runoff, as well as groundwater inflow to surface water in streams support limited naturally occurring riparian communities. This paper provides an overview and comprehensive examination of factors affecting the hydrologic, chemical, and ecological connectivity of ephemeral and intermittent streams on perennial or intermittent rivers in the arid and semiarid Southwestern U.S. Connectivity as influenced and moderated through the physical landscape, climate, and human impacts to downstream waters or rivers is presented first at the broader Southwestern scale, and secondly drawing on a specific and more detailed example of the San Pedro Basin due to its history of extensive observations and research in the basin. A wide array of evidence clearly illustrates hydrologic, chemical, and ecological connectivity of ephemeral and intermittent streams throughout stream networks.     

石期河流域地下水化学特征及物质来源分析

为明确典型岩溶溶丘洼(谷)地区域地下水化学特征及其成因,以石期河流域为研究对象,运用Gibbs图、Piper图、端元分析及离子比例系数等方法,对地下水水化学特征及物质来源进行了定性和定量分析.结果表明,研究区内地下水pH值介于6.06～8.07之间,Ca~(2+)、 Mg~(2+)和HCO~-_3是地下水中的主要离子,其质量浓度范围分别为2.61～108.7、 0.54～27.61和8.1～370.74mg·L~(-1),符合岩溶水高钙弱碱性特征;地下水物质成分中, Ca~(2+)和Mg~(2+)主要受到碳酸参与的灰岩和白云岩风化作用的控制, Na~+主要来源于硅酸盐岩的溶解,同时, Ca~(2+)和Na~+在地下水流动过程中进行阳离子交替吸附作用; K~+、 Cl~-和NO~-_3主要受到农业化肥施放和生活废水排放的影响.此外,大气降水作为该区域地下水的主要补给来源,对当地地下水化学特征和物质来源也有一定的影响.     

基于原位试验场的融雪水补给地下水过程研究

基于原位试验场地,本研究通过对土壤含水率、温度和地下水位、温度、电导率的测量,分析了2017年2月～5月长春市融雪水补给地下水过程,并运用氢氧稳定同位素技术对补给过程进行证明。结果表明,当地大气降水线为δD=7. 53δ~(18)O-3. 41(R~2=0. 76)。在δD-δ~(18)O关系图中,地下水各水样点主要分布在当地大气降水线附近,说明地下水主要受融雪水补给。融雪水对地下水的主要补给时间为气温保持在0℃左右的20余天内,地下水位上升幅度能达到0. 6 m。在此阶段,地下水位与地下水温度和电导率具有显著相关性,相关系数均在0. 9以上。之后由于春季工农业用水增加,水位开始下降。在整个过程中,融雪水对地下水的贡献率为20. 1%。黄土地层的田间持水率约为39%。     

基于TMVOC的地下水位波动带苯系物迁移转化模拟

为探究水位波动情况下苯系物的迁移转化规律,提高石油污染场地地下水污染治理精度,以西北某傍河石化场地为研究对象,基于TMVOC模型对特征污染物苯系物开展泄漏模拟,通过情景模拟比较水位波动对苯系物迁移转化的影响,并从污染分布、相间转化等方面,解析地下水位稳定和波动状态下苯系物迁移转化过程差异.结果表明:①TMVOC模型较好地模拟了水位波动状态下苯系物迁移转化过程.②相较于水位稳定状态下,水位波动作用下苯系物污染深度增加0.5 m,污染面积增加25%,总质量增加12 kg.③水位稳定和波动状态下苯系物"气-液-NAPL（Non-Aqueous Phase Liquids）相"占比分别为0.17%、2.03%、97.8%和0.04%、3.69%、96.27%.④NAPL相苯系物饱和度分布与苯系物质量分布呈正相关,水位波动造成NAPL相初始饱和度降低,且初始水位面以下NAPL相饱和度升高.⑤对于苯而言,水位波动状态下非饱和带中苯在液相中的质量是水位稳定状态下的1.11倍,饱和带为10.15倍.研究显示,水位波动显著地影响了苯系物的迁移转化过程,促进了苯系物的溶解,并使更多的苯系物残留在地下介质中.      

基于PCA-SOM的北京市平谷区地下水污染溯源

为了解北京市平谷区地下水污染物来源,以平谷区2010—2018年监测数据为基础,使用PCA(主成分分析法)识别了地下水水质指标因子,使用自组织映射识别了污染物的空间分布.结果表明:通过监测指标间的Pearson检验发现, 平谷区地下水电导率与ρ(Ca2+)(p=0.936)、总碱度与ρ(HCO₃2-)(p=0.981)、ρ(Mg2+)与总硬度(p=0.944)指标之间显著相关.地下水化学类型主要以HCO₃-Ca型为主,其次为HCO₃-Mg型.NH₄+、SO₄2-、Cd、Fe(Ⅱ)、NO₂指标空间分布离散性和差异性较大,存在局部富集现象.通过因子分析法筛选出影响平谷区地下水水质的8个公因子,首要影响因子为溶滤-富集作用(贡献率为22.398%),次要影响因子为农业、养殖业和填埋场等人为活动作用(贡献率为16.533%),雨水下渗作用(贡献率为8.035%)、工业源人为活动(贡献率为7.466%)对地下水也有一定影响.通过比较各指标的SOM(Self-Organizing Map,自组织映射)特征图像和监测井映射特征图像,发现NH₄+受山前地带林业、种植业和平原地带农业、养殖业的双重影响,Na+、Mn受平原地带人为活动的影响;同时,NH₄+、NO₃-、NO₂三者之间及Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)之间来源不同,Cd、Al、氰化物三者具有同一来源.研究显示,PCA-SOM(PCA与SOM相结合)可以对地下水化学组分来源进行定性识别与定量分析.      

基于野外原位抽注试验和同位素技术的含水层反硝化速率研究

反硝化作用是地下水硝酸盐污染去除最重要的过程.由于水文地质条件和水文地球化学环境的复杂性和不确定性,精准测定含水层反硝化速率是反硝化过程的研究难点.选取潮白河冲洪积扇中部中国环境科学研究院地下水创新野外基地作为研究区,基于野外原位试验和15N同位素示踪法提出一种含水层反硝化速率的测定方法.该方法综合体现了研究区实际水文地质条件和水文地球化学环境对反硝化作用的影响,并充分考虑了硝酸盐在含水层中稀释弥散作用对计算结果的影响.结果表明:①潮白河冲洪积扇中部某地地下26~28 m处于还原环境,含水介质以粉细砂为主,ρ（NO₃-N）平均值为2.77 mg/L.②地下26~28 m反硝化速率在349.52~562.99 μg/（kg·d）（以N计,下同）之间,平均值为450.31 μg/（kg·d）.通过与研究区含水介质、采样深度和硝酸盐背景值相似的国内外案例对比研究,初步评估结果处于合理区间.③测试结果具有一定不确定性,主要来自忽略中间产物NO₂-和NO的计算方法、扰动采样方法、N₂O的操作规范程度及采样频率等方面.研究方法为测定含水层硝酸盐速率研究提供了新的思路,研究结果可为地下水中硝酸盐转化过程机理研究、地下水硝酸盐污染修复及风险管控提供关键的理论支撑数据.      

京津冀西北典型区域地下水位时空演变及驱动因素

京津冀西北地区是北京、天津重要的水源涵养区和生态屏障,也是“京津冀协同发展”战略重要的支撑区域。为揭示京津冀西北地区地下水位时空演变规律及其驱动因素,以张家口地区为研究区域,选取1981—2015年56个地下水位观测井连续观测数据、水文地质相关资料、气象数据、地下水资源开采数据和社会经济数据,对研究区内坝上高原、柴宣盆地、涿怀盆地和蔚阳盆地四个地貌单元地下水位时空演变规律和驱动因素进行分析。结果表明：张家口地区四个地貌单元及下辖各区县地下水位呈整体下降趋势,且下降速率逐步加快。35年间坝上高原水位降幅3.59 m<蔚阳盆地水位降幅3.6 m<涿怀盆地水位降幅7.17 m<柴宣盆地水位降幅20.41 m。张家口地区四个地貌单元地下水位动态变化与降雨量、蒸发量、气温等自然因素相关性较差,但与第一产业产值、常用耕地面积、有效灌溉面积、粮食总产量、蔬菜总产量、猪牛羊肉总产量、第二产业产值、第三产业产值和年末总人口等社会经济因素存在显著的相关性。在主成分分析中四个地貌单元前两个主成分的累计方差贡献率均>80%,其中第一个主成分主要为蔬菜总产量、猪牛羊肉总产量、年末总人口和第一、第二、第三产业产值等社会经济因素,不同地貌单元均可解释66%以上,表明社会经济因素是造成张家口地区地下水位持续下降的主要驱动因素。研究成果可为该地区未来社会经济的可持续发展和区域水资源的合理利用、调配以及京津冀西北地区水源涵养和生态功能保持提供理论依据。     

京津冀西北典型流域地下水化学特征及补给源分析

为揭示京津冀西北典型流域地下水循环特征,运用环境同位素和水化学技术等方法分析张家口市不同流域水体氢氧同位素特征、水化学特征及时空变化特征、地表地下水转化关系。结果表明：地表水化学类型主要为HCO₃-Mg·Na和HCO₃·Cl-Na型;地下水化学类型不同时期表现出不同的类型,水化学类型更为多样,主要以HCO₃-Mg·Na型、HCO₃·Cl-Na型、HCO₃·Cl-Na·Mg为主。地表河水和地下水中离子均主要来源于岩石风化作用;张北和桑干河流域地下水中离子偏向于蒸发浓缩作用控制。张家口市各流域地表地下水δ¹⁸O、δD组成较为接近,表明了当地地表水和地下水均受到大气降水的补给。大气降水和地表河水对地下水的补给比例均值分别为37.74%和62.26%,以地表河水的补给为主要方式。     

地下水波动带中细菌群落结构与水质响应关系

为揭示地下水波动带中细菌群落结构特征及其与地下水环境相互作用关系,选取哈尔滨市第一水源地作为研究区,采集地下水样品以及波动带不同深度（0~5m非饱和带和6~50m饱和带）含水介质样品,分别用于水化学分析和16S rRNA细菌高通量测序,依托冗余分析定量表述地下水质参数与细菌群落相关性.水化学分析结果显示,研究区地下水主要污染物为Fe、Mn、NH₄⁺和有机质,Fe、Mn超标与研究区特定地质背景有关,NH₄⁺和有机质主要来源于人类活动.微生物分析结果显示,非饱和带和饱和带的细菌群落结构差异性显著,非饱和带细菌群落丰度和多样性显著高于饱和带,Proteobacteria、Bacteroidetes、Actinobacteria、Firmicutes和Acidobacteria为研究区优势门,在非饱和带和饱和带的累积相对丰度分别为82.89%和98.64%.冗余分析（RDA）结果显示,门水平上非饱和带中与水质演化强相关的细菌类群是Bacteroidetes、Proteobacteria、Actinobacteria、Verrucomicrobia,贡献率分别为15%、14.8%、8.9%和5.2%;饱和带中对地下水质演化起主要作用的类群为Bacteroidetes、Acidobacteria、Actinobacteria和Firmicutes,贡献率分别为38.4%、19.0%、10.8%和9.1%.属水平上非饱和带中的Pseudomonas和饱和带中的Flavobacterium对Fe、Mn、NH₄⁺生物转化起主导作用.本研究为揭示地下水波动带中生物地球化学作用对地下水环境的影响提供了科学依据,对地下水污染修复具有重要的意义.