地下水回补引发含水层氟释放次生风险的模拟研究

地下水回补过程中,含水层沉积物中部分微量组分（As、F等）可能因为环境条件改变释放进入地下水中造成次生污染.为探究回补入渗后含水层F-释放的次生风险,依托潮白河南水北调回补区及我国北方8个具有高F地下水的典型区域,应用PHREEQC软件模拟回补入渗对含水层萤石矿物溶解平衡及地下水F-浓度的影响.研究含水层沉积物典型矿物组分、回补水源与地下水水质差异对F-释放次生风险的控制作用.结果表明:①由于回补水源水质、地下水水质及含水层矿物差异,回补后不同地区地下水中F-浓度的呈现趋势有显著差异,部分地区由于地下水水质差异大,F-浓度存在上升及下降两种趋势.②地下水Ca2+浓度相对较低的区域回补后F-浓度呈下降趋势,增大回补量有利于降低F-释放风险,而对于Ca2+浓度高、甚至萤石饱和的区域,增大回补量会增加F-释放风险.③地下水中F-浓度同时受到萤石及其他含钙矿物的控制,当含水层存在萤石矿物且其他含钙矿物较少时,回补后F-释放的风险增大.因此在具有F背景的区域,对地下水Ca2+浓度较高的含水层或除萤石外含钙矿物含量有限的含水层进行回补时,可能导致地下水F-浓度升高引发回补次生风险.对于回补水源、地下水与含水层矿物组分相互作用的深入研究是保证地下水安全回补的关键,回补后F-释放反应动力学的进一步研究将加深F-释放次生环境风险的认识.      

滹沱河超采区地下水回补的水化学效应研究

由于长期超采地下水,导致滹沱河冲洪积平原地下水位持续下降,水质恶化,为缓解滹沱河超采区水资源矛盾,2018年开始实施了河道回补工程,回补水源为黄壁庄水库水和“南水北调”水.为了研究回补后地下水化学效应变化,应用水文地球化学、水文学和统计学等理论方法,开展了现场动态监测、地下水化学检测工作.结果表明:①实施滹沱河补水后地下水位上升显著,滹沱河沿线地下水位平均回升5.83 m;2019年较2015年滹沱河超采区地下水位平均回升5.93 m,地下水漏斗形状发生改变,地下水向漏斗中心汇集已不明显.②滹沱河多年受上游高硫酸盐水源补给的影响,滹沱河沿岸分布HCO₃·SO₄-Ca·Mg型地下水,并在HCO₃·SO₄-Ca·Mg型水两侧形成了条带状的HCO₃·SO₄·Cl-Ca·Mg型水.与2015年相比,2019年HCO₃-Ca·Mg型水的面积减少了20.6%,HCO₃·SO₄·Cl-Ca·Mg型水和HCO₃·SO₄-Ca·Mg型水的面积增加了13.6%.③河道补给有效缓解了地下水环境恶化,区域地下水中硫酸盐平均含量基本持平,氯化物浓度、TDS（溶解性总固体）浓度、总硬度呈下降趋势;受上游黄壁庄水库补水影响,滹沱河沿岸附近地下水中硫酸盐的浓度升高,高浓度的硫酸盐主要分布在滹沱河、石津灌渠及黄壁庄水库副坝附近,随着补水的不断推进,水位持续回升,在水动力作用下,其有向下游扩散的趋势.研究显示,科学合理地选择补水水源与回补方式是减缓该地区地下水硫酸盐污染及保持地下水可持续利用的有效方式.      

基于改进DPSIR模型的京津冀地区优先回补地下水水源地筛选方法

京津冀地区地下水水源地超采问题严重,引发了地下水水位持续下降等一系列问题,南水北调中线输水贯通为该地区地下水水源地的回补涵养提供了契机;然而,京津冀地区众多地下水水源地在回补条件和回补需求等方面各异,在有限回补水源条件下,亟需建立该地区地下水水源地回补优先性评价和分级方法,从而筛选出可优先回补的水源地.借助DPSIR(驱动力—压力—状态—影响—响应)评价模型理念,在综合分析地下水水源地产生资源环境问题的根本原因、存在压力、不利状态、对人类社会的影响以及地下水回补工程产生的响应基础上,解析影响地下水回补的关键因素,并以此为依据进行专家咨询和评分,建立了涵盖5个准则和21个指标的综合评价指标集.在阈值确定和数据标准化基础上,依据评分数据确定各准则和指标权重,最后通过综合指数法构建基于DPSIR模型的地下水水源地回补优先性评价体系,并对京津冀地区具有代表性的76个浅层地下水水源地进行了评价和分级.结果表明:以南水北调中线工程为轴,分布在山前冲洪积扇的32个浅层地下水水源地为优先和较优先回补等级,从山前至中部平原地下水水源地回补优先性逐渐变差;回补水源类型、浅层含水层储水空间、区域浅层地下水质量、浅层含水层防污性能是影响评价结果的最重要指标.研究显示,位于京津冀山前的冲洪积扇地区的地下水水源地应最优先考虑回补,中部平原地下水水源地大多为一般或暂不考虑,东部平原区地下水水源地普遍不适宜回补.该评价方法指标选取和权重计算科学客观,可为京津冀地下水水源地的涵养提供标靶和决策的理论支撑.      

大规模开采条件下我国北方区域地下水水化学变化特征

本文在总结近些年来我国北方地下水水文地质调查成果的基础上,对大规模开采条件下我国北方主要盆地和平原地下水化学变化规律及其影响因素进行探讨。结果表明:在大规模开采地下水后,我国北方地下水水化学变化特征主要表现为:浅层地下水水化学类型向重碳酸型水转变,地下水硬度增高,且在地下水大规模开发利用时间比较早的山西盆地、华北平原和东北平原变化比较明显,在西北干旱地区并不明显;深层地下水水化学类型由重碳酸型水转变为其它类型,地下水矿化度增大,水质变差,且在新疆准噶尔盆地、山西盆地和华北平原及东北平原变化比较明显。同时在地下水强烈开采区的潜水和承压含水层及主要城市区的地下水水化学特征均表现为常量组分升高,矿化度增大,污染组分和污染程度增加。导致这些变化产生的原因主要是70年代以后地下水的大规模开发利用引起地下水流场发生变化和局部地区人类活动影响造成的污染物增加和不合理排放。     

京津冀地区地下水污染防治现状、问题及科技发展对策

地下水作为京津冀地区重要的战略水资源和饮用水源,其超采问题和环境质量恶化趋势一直未能得到有效遏制,严重危及该区域饮用水安全与可持续发展.为加快我国生态文明建设,落实《水污染防治行动计划》等国家重点战略,围绕改善京津冀地区地下水环境质量现状目标,分析了京津冀地区地下水环境存在的四点主要问题:①地下水污染严重,缺乏科学的风险管控与污染防治策略;②地下水污染源点多面广,污染监管体系亟待完善;③地下水污染分类治理技术集成创新与工程示范亟待开展;④地下水超采问题突出,迫切需要研发地下水安全回补技术.在此基础上,系统地梳理了京津冀地区已有的地下水环境管理基础,并提出“十三五”期间京津冀地区地下水污染防治的4个研究方向:①开展地下水污染特征识别与系统防治研究,完善京津冀地区地下水污染防治顶层设计;②突破地下水污染精确识别与优化监测技术,提升京津冀地区地下水环境监管能力;③研发技术经济最优的源头阻控与污染修复成套技术,提升污染场地地下水修复治理能力;④开展回补区适宜性与环境风险评估,建立协同高效的安全回补技术体系.研究成果可为提升京津冀地区的地下水环境质量管理水平、保障京津冀地区饮用水安全提供技术与管理支撑.      

石家庄地区近70年来伴随经济发展的水文环境变化分析

论文系统分析了石家庄地区70年来伴随社会经济发展的水资源开发历史,结合水文资料探讨了人类活动对区域水文环境变迁的影响。并通过对地下水采样,结合室内水化学和氚同位素测定,确认区域地下水补给来源主要是通过河道得到线状的垂向补给,和上游含水层的侧向补给两种天然途径。城市及工农业发展改变了区域水循环系统的补排结构。河流断流减少了地下水的垂向补给,造成地下水的补给源从原来的天然垂向补给和上游的侧向补给,变为单一的侧向补给。另一方面,大量开采地下水已成为区域地下水排泄的主要方式。其中用于农业灌溉的大部分以蒸发、蒸腾的形式耗散于大气,无法回补。地下水位的持续下降、地下水化学类型转变及其空间分布显示了水量和水质以及生态环境的变化。     

河岸带地下水理化指标变化及与洪水的响应关系研究

河岸带地下水和河水存在复杂的交互作用,地下水和地表水存在明显的补排关系,洪水事件是影响河岸带地下水水质波动的重要水文过程.以黄河湿地国家级自然保护区孟津湿地为对象,通过河岸带地下理化指标(特别是小浪底水库调水调沙期间)野外定位观测,深入分析了河岸带地下水水质与洪水的响应关系.结果表明,受河流与荷塘蓄水的影响,地下水温度...     

潮白河再生水生态补给河道区浅层地下水氮转化

再生水与天然地下水水质存在差异,利用再生水生态补给河道区可能会带来环境风险.引温济潮工程已运行10余年,为研究再生水长期河道入渗下不同位置地下水氮组分的演化特征与机制,收集近11年的地表水与地下水监测资料.采用聚类分析将地表水划分为不同区域后选择典型地下水监测点分析氮组分的演化差异,并利用Cl-计算混合比得出地下水中目标成分的计算浓度,初步推测地表水入渗后发生的氮转化,并选取DO、TOC、底泥、水文地质条件等环境指标分析证明.结果表明:①地表水明显分为3组,包括减河、土坝以北潮白河段、土坝以南潮白河段,各组间指标存在显著差异,影响水质差异的主要因素为再生水的氮、磷含量及水体流态.②再生水入渗过程中,包气带或黏土层较厚有利于氮的去除,减河和土坝以北潮白河段地表水中的NO₃--N流经包气带时通过反硝化与同化作用衰减,NH₄+-N通过吸附与硝化作用得以去除,入渗后未引起地下水中的氮浓度明显增加.③而土坝以南潮白河段,河道补水后翌年地下水位抬升并趋于稳定,长期地表水入渗使底泥的氮和有机质含量升高,使得该断面于2013年后达到适宜的碳氮比而发生有机氮矿化作用,由于包气带较薄,生成的NH₄+-N较少吸附于土壤介质中,易随水流入渗而引起地下水中ρ（NH₄+-N）升高.研究显示,再生水入渗过程中,包气带或黏土层较厚可有效去除氮组分,但部分地区包气带较薄且发生有机氮矿化作用会增加地下水的氮污染风险.      

雄安新区唐河污水库残留污染物对地下水水化学动态的作用机制

唐河污水库位于雄安新区白洋淀西侧,污水库渗漏和污水灌溉历时长达40 a,包气带中累积大量污染物.识别污水渗漏和灌溉复合系统残留污染物对地下水水化学动态的作用机制,对雄安新区的水环境保护至关重要.利用水化学离子示踪及改进的氯碱指数等水文地球化学方法,解析浅层地下水水化学时空特征及演化机制.结果表明,污水库区地下水水化学类型为SO₄ ·HCO₃-Na型,平均污水混合比例为48.4%,阳离子交替吸附作用和岩盐溶解作用分别为地下水提供了29.9%和8.6%的钠离子;污灌区地下水水化学类型为SO₄ ·HCO₃-Na ·Mg型,平均污水混合比例为58.3%,阳离子交替吸附作用降低了地下水中8.1%的钠离子;降水和灌溉水的混合稀释作用导致残留污水混合比例和矿物饱和指数降低,促进地下水中钠离子与土壤胶体吸附的钙镁离子的交换作用.含水层反硝化作用能有效减少地下水硝酸盐污染.此外,污水库修复前后污水比例分别为61.5%和49.3%.污水渗漏和灌溉复合系统中长期滞留的污染物将在降雨和灌溉模式驱动下以不同程度的污水物理混合和水岩相互作用持续影响浅层地下水水质.     

南水北调典型受水区浅层地下水水化学特征及成因

以邯郸黑龙港平原作为典型受水区,运用描述性统计、Piper图、离子比例分析、饱和指数和氯碱指数等方法,开展浅层地下水水化学变化特征及其成因分析研究.结果表明:南水北调中线工程通水后浅层地下水总体上由咸水向微咸水转化,浅层地下水水质的改善与水位恢复存在密切的相关性;6月和12月浅层地下水主要水化学类型分别是Na-SO₄-Cl型和Na-HCO₃型.蒸发岩(岩盐、石膏和芒硝)和碳酸盐岩矿物(方解石和白云石)的溶解/沉淀作用控制着浅层地下水主要离子浓度的变化.大部分区域发生了正向阳离子交换作用,而地下水位降落漏斗区或钠离子浓度相对富集区域则主要发生了反向离子交换作用.工业和生活污水排放、农业化肥使用可能在一定程度上造成部分浅层地下水的污染.研究结果对南水北调中线受水区地下水资源可持续开发利用和环境保护具有重要意义.     

桂林市峰林平原区岩溶水文地球化学特征

峰林平原区往往作为岩溶地下水系统的主要径流、排泄地段且人类活动密集,其水文地球化学特征具有一定的独特性.对典型峰林平原区岩溶水文地球化学特征进行合理分析,不仅能够反应峰林平原区在丰水期的补给模式,而且也能够反应出人类活动对岩溶盆地中水化学组分的影响.通过对桂林市典型峰林平原区的补给区、内排泄区、补给径流区、排泄区岩溶地下水主要出露点和漓江上下游在丰水期与枯水期的野外取样、现场测试,对各化学指标进行空间和时间上的对比分析,结果表明:桂林市峰林平原区水文地球化学性质在丰水期与枯水期均呈现出明显的空间分布规律,且含水层介质岩性对地下水主要离子组分具有强烈的控制作用;丰水期的岩溶水文地球化学信息反应了在峰林平原区内排泄与补给径流区的补给模式以快速流为主,第四系土壤孔隙水垂向补给次之;桂林市峰林平原区人类活动对岩溶水化学性质具有一定的影响,主要为生活污染与农业污染,其重点防护区为内排泄区与补给径流区.     

滹沱河流域山区地表水-地下水水化学空间变化特征、影响因素及其来源

滹沱河流域山区作为华北平原地下水的补给源区,其径流量逐渐减少对华北平原地下水可持续利用提出了巨大的挑战.深入研究滹沱河上游山区地表水-地下水水文地球化学过程及其控制因素,可为全面认识区域水资源状况及水资源可持续利用提供参考.基于同位素、水文地球化学和数理统计方法,分析区域河水、井水和泉水来源、水化学空间变化特征、影响因素及离子来源.结果表明,滹沱河上游山区流域河水、井水和泉水均受大气降水补给,且受自然因素和人为因素的共同影响,其水化学特征现出较大的空间差异.整体来看干流河水水化学类型相对集中,受采矿影响较大支流汇入的河段(上游和下游),河水水化学类型主要为Ca·Mg-SO₄·HCO₃;受自然植被影响的支流汇入的河段(清水河和龙华河之间),河水水化学类型为Ca·Mg-HCO₃·SO₄.此外,各支流河水水化学类型也存在较大差异.上游峪口河和峨河支流主要水化学类型与干流一致为Ca·Mg-SO₄·HCO₃;中游牧马河和清水河支流主要水化学类型均为Ca-HCO     

河道硬化对傍河地下水源补给结构及范围的影响

为研究傍河地下水的水均衡状况,以及傍河水源井群补给范围受河道硬化的影响,选取张家口盆地的Y傍河地下水源地为研究对象.采用数值模拟法建立研究区地下水数值模型,通过水均衡分析探究河道硬化对傍河地下水水均衡状况造成的影响;利用MODPATH对水源井群进行质点反向示踪模拟,获得井口质点向前追踪1 000 d的补给范围,对比水源井群补给范围并结合历史与近期水质数据分析河道硬化造成的影响.结果表明:①傍河地下水水均衡情况显示,主要的补给项为边界流入和降雨入渗,二者补给量分别为208.04×103与35.91×103 m3/d,占比分别为82.88%与14.31%;主要的排泄项为边界流出与地下水开采,二者排泄量分别为152.12×103与95.40×103 m3/d,占比分别为60.60%与38.01%.②河道硬化对傍河地下水水均衡的影响表现为河水对地下水的入渗量减少了46.79×103 m3/d,入渗量减幅为86.91%,且地下水停止了对河水的排泄,补给范围地下水水位下降了2~6 m.③河道硬化对傍河水源井群补给范围的影响表现为井群1 000 d的补给范围沿河流方向上减少了271 m,垂直河流的最宽距离增加了210 m,面积增加了0.77 km2,补给区域向远离河岸的方向发生偏移.④河道硬化对傍河地下水水质影响表现为河道硬化后傍河地下水pH、总硬度、氨氮浓度等均下降,有效减少了地表水污染物的入渗,但地下水的化学环境发生改变,潜在风险增加.研究显示,河道硬化极大地阻碍了河流与地下水之间的相互作用,严重影响了傍河地下水源的补给量和补给范围,使水源井群的补给区域发生偏移,给傍河地下水水源安全带来新的潜在风险.      

黄土丘陵区不同水体中氢氧同位素特征及相互关系

为了研究典型黄土丘陵区不同水体氢氧同位素特征及水体间补给转化关系,合理利用干旱半干旱区水资源,通过野外采集2019年6月至11月延安市安塞墩山周围降水、河水、地下水和土壤水样品,运用同位素示踪技术,结合混合模型探索研究区不同水体氢氧同位素特征及水循环转化关系.结果表明:河水、地下水较土壤水富集氢氧同位素;各水体D和18...     

河岸带地下水营养元素和有机质变化及与洪水的响应关系研究

河岸带地下水和河水存在复杂的交互作用,地下水和地表水存在明显的补排关系,洪水事件是影响河岸带地下水水质波动的重要水文过程. 以黄河湿地国家级自然保护区孟津湿地为研究对象,通过河岸带地下水营养元素指标(特别是小浪底水库调水调沙期间)野外定位观测,深入分析了河岸带地下水水质变化及其与洪水的响应关系. 结果表明,河岸滩区的农业开发存在明显的氮、磷下渗流失风险. 临近河岸的农耕旱作区,是河流与人工湿地之间一个特殊的氮污染物控制单元,对地下水和河流之间的氮迁移隔离起着极为重要的作用. 在人工湿地,农家粪作为底肥加入可能是磷下渗流失的重要源头,进入地下水中的磷顺着水力坡度还发生着显著的横向迁移,尤其在调水期横向迁移更加明显. 河岸滩区的开发类型及其耕作制度对地下水的硝氮含量产生重要的影响. 在鱼塘区,常年的土壤厌氧环境加重了氮的下渗迁移和积累;在荷塘区,春夏季节,土壤淹没呈厌氧环境,氮迁移和硝化作用显著,在秋冬季节,土壤呈好氧环境,氮硝化作用显著发生,全年氮达到相对平衡的状态;距离河岸50～200 m之间氮的硝化-反硝化作用强烈,是一个高效的微生物氮净化单元. 人工湿地施用的农家粪是有机物流失的重要源头,河岸滩区土壤质地呈沙性,渗透能力强,土壤保水保肥能力差,在此区进行农业活动,尤其是人工湿地开发中大量施用肥料,容易造成土壤表层有机质和氮磷养分因灌溉而导致的下渗流失,进而污染地下水与河水,较由降雨引起的地表径流流失显得更为突出. 距离河道50～200 m的范围是重要的污染净化单元,为典型的滩区地下水-河流的水陆交错带. 该区域的合理保护,对于保护河流水质和地下水水质十分重要.     

山东省辖淮河流域河流水质趋势的灰色预测

目前,灰色系统模型越来越多地应用在水质预测中。山东省辖淮河流域包括南四湖流域和沂沭河流域,流域区域内的河流水质不仅与区域的社会经济发展相互联系,而且也影响着南水北调东线的水质。因此,依据2000-2009年流域内河流的国控断面高锰酸钾指数、NH3-N的监测数据资料,在对数据进行处理的基础上,文章利用灰色GM(1,1)模型结合新陈代谢原理预测河流水质的发展趋势。结果表明:大多数河流水质呈好转的趋势,但河流水环境变好趋势较缓慢,特别是沭河高峰头断面的水质呈变差趋势。河流水质的变化趋势应值得高度重视,为区域水环境保护和制定水环境规划提供参考。     

地下水渗流补给-内源释放耦合作用下河流水质不确定模拟

针对河流-地下水环境系统的模糊性、不精确性及随机不确定性,采用梯形模糊数描述和表征河流水文、水质及水文地质参数,构建了集成地下水渗流补给与内源释放耦合影响的一维河流水质模糊模拟模型.在此基础上,就地下水渗流补给与内源释放的可能组合,设置5种情景,分别进行水质模拟,并对计算结果进行分析、对比.实例研究表明,对地下水渗流补给与内源释放耦合作用下的河流水质衰减变化规律,梯形模糊数有较好的模拟效果.     

永定河生态补水下渗对地下水质量的影响

以永定河北京段2019～2020年的生态补水为例,通过室内混合实验和淋滤实验研究河水下渗对地下水质量的影响.结果表明,水化学指标的种类与下渗前相比无变化,水-岩相互作用对指标浓度的改变作用也比较有限,指标的浓度水平总体上介于河水和地下水之间.下渗水对地下水质量的改变作用从根本上取决于河水与地下水的质量差异和河水的补给量...     

奎河河水入渗对河岸带地下水氨氮和硝酸盐氮浓度的影响

为研究不同水文期河水与河岸带地下水的水量补给关系,以及河水中的氮污染物对河岸带近岸地下水水质的影响,选取了安徽省宿州市杨庄乡的奎河断面作为研究对象,基于氢氧同位素示踪技术、末端元混合模型、Pearson相关性分析和多元线性回归方法,分析河水、上游潜水等补给源对近岸含水层的ρ（NH₄+-N）和ρ（NO₃--N）的影响,并构建河岸带地下水氮浓度预测模型.结果表明:①平水期至丰水期期间河水与地下水的补给来源主要为大气降水,河水始终补给河岸带地下水,其中,河水对潜水层及弱承压层的补给率分别为10.87%~49.74%和0~19.78%.②空间分布上,ρ（NH₄+-N）和ρ（NO₃--N）均表现为河水>近岸潜水>近岸弱承压水,且在地下水中均呈现由河流向两岸递减的关系.③近岸潜水层与弱承压层的ρ（NH₄+-N）均随着河水和上游潜水ρ（NH₄+-N）贡献量的增加而升高,近岸潜水层的ρ（NO₃--N）随着河水和上游潜水ρ（NH₄+-N）贡献量的增加而升高.④相比于ρ（NO₃--N）,多元线性回归模型更能准确地预测近岸潜水层与弱承压层ρ（NH₄+-N）在ORP、ρ（DO）、河水ρ（NH₄+-N）贡献量,以及上游潜水ρ（NH₄+-N）和ρ（NO₃--N）贡献量综合影响下的变化趋势.研究显示,河水与上游潜水的线性混合是造成河岸带地下水氮污染的重要途径,河流氮污染防治措施将为河岸带地下水水质提供重要保障.