A novel two-dimensional model for colloid transport in physically and geochemically heterogeneous porous media

A two-dimensional model for colloid transport in geochemically and physically heterogeneous porous media is presented. The model considers patchwise geochemical heterogeneity, which is suitable to describe the chemical variability of many surficial aquifers with ferric oxyhydroxide-coated porous matrix, as well as spatial variability of hydraulic conductivity, which results in heterogeneous flow field. The model is comprised of a transient fluid flow equation, a transient colloid transport equation, and an equation for the dynamics of colloid deposition and release. Numerical simulations were carried out with the model to investigate the colloid transport behavior in layered and randomly heterogeneous porous media. Results demonstrate that physical and geochemical heterogeneities markedly affect the colloid transport behavior. Layered physical or geochemical heterogeneity can result in distinct preferential flow paths of colloidal particles. Furthermore, the combined effect of layered physical and geochemical heterogeneity may result in enhanced or reduced preferential flow of colloids. Random distribution of physical heterogeneity (hydraulic conductivity) results in a random flow field and an irregularly distributed colloid concentration profile in the porous medium. Contrary to random physical heterogeneity, the effect of random patchwise geochemical heterogeneity on colloid transport behavior is not significant. It is mostly the mean value of geochemical heterogeneity rather than its distribution that governs the colloid transport behavior.     

晋江河口沉积物重金属污染历史与来源

为研究沉积物重金属元素的主要来源,分别采用电感耦合等离子体质谱法和冷原子吸收法,测定了晋江河口柱状沉积物中15种重金属元素(Pb、Sr、Cr、Cd、Zn、Cu、Fe、Mn、V、Ni、Co、Cs、Sn、Sb和Hg)的质量分数,结合210Pb定年技术,运用Pb、Sr同位素示踪技术及多元统计分析方法(聚类分析法),探讨沉积物中15种重金属元素的垂向分布特征及污染历史. 结果表明:①近300 a来晋江河口受到不同程度的重金属污染. ②柱状沉积物中的Pb主要来自于上游流域的采矿活动(贡献率为47.5%~83.7%)和土壤母质(贡献率为16.3%~52.5%). ③沉积物的87Sr/86Sr为0.716 37~0.719 26,高于人为源(≤0.711 72),说明沉积物中的Sr受人类活动影响较小,主要来源于土壤母质. ④聚类分析结果显示,15种重金属元素可分两大类,Ⅰ类为Sr、Hg、Cr、V、Ni和Cs,以自然源为主;Ⅱ类为Pb、Fe、Mn、Zn、Cd、Sb、Sn、Cu和Co,以人为源为主,主要与上游流域的采矿活动有关.      

开滦矿区煤伴生元素土壤地球化学分布模式及成因

唐山开滦煤矿已有百余年的开采史. 经河北平原多目标区域地球化学调查发现,Se、Hg、Mo、Zn和U等微量元素在矿区表层土壤(0～20 cm)中呈异常分布,故利用相关性分析、多元统计分析等地球化学方法,研究Se、Hg、Mo等微量元素土壤地球化学空间分布模式及其成因. 结果表明:以Se元素为代表的土壤微量元素异常与煤田分布范围几乎一致,Se、Hg和Mo等微量元素只在表层土壤富集. 土壤中Se与有机碳(OC)、S等煤炭伴生元素呈高度正相关,R(相关系数)分别为0.88和0.77. 煤炭开采、运输产生的扬尘以及燃煤产生的烟尘是形成Se、Hg等微量元素表层土壤异常分布的主要原因.      

土壤中环境散落放射性核素含量测定方法探讨

利用环境中散落的放射性核素示踪研究土壤侵蚀是近几十年来应用比较广泛的方法之一。介绍了^137Cs测量的原理、过程和仪器对核素计数效率的计算,影响核素测量分析精度的主要因素是样品质量、计数时间和样品的核素比活度的大小,并分析了这3个因素各自对分析精度的影响程度,对尽量减少测量中的人为误差、提高结果的精度所应注意的问题进行了讨论。     

137Cs示踪红壤丘陵区坡地土壤侵蚀的研究--以江西丰城市为例

通过137Cs示踪技术,并采用相关的土壤侵蚀定量模型,对红壤丘陵区江西丰城市坡面不同土地利用类型、方式以及不同地貌部位的土壤侵蚀进行了研究。结果表明：研究区137Cs的本底值为1 992.45±145.63 Bq/m2;试验区典型坡地不同地貌部位均存在着一定程度的土壤侵蚀,且侵蚀强度总的变化趋势为坡底部>坡中部>坡顶部;不同土地利用类型和方式下的坡面侵蚀强度亦呈现一定的分异现象,从大到小依次为耕作土坡面>退耕30年+退耕1年混合坡面>退耕30年坡面>荒坡。     

巫山建坪燃煤型氟中毒地区土壤高镉的来源及赋存状态研究

重庆巫山建坪燃煤型氟中毒地区土壤具有明显的地带性高Cd地球化学异常,土壤Cd含量范围为1.85~22.7 mg/kg,平均值为7.5 mg/kg,为富Cd的黑色泥页岩、碳质粉砂岩和煤层的风化作用所致。土壤中Cd的赋存形态分析表明,Cd的生物有效性含量很高,约占总量的36%,而残渣态含量较低,有利于Cd被农作物吸收富集而危害食物链安全。在三峡库区燃煤型氟中毒地区进行地方病防治时,不能忽视Cd可能诱发的环境健康问题,以保障食物链安全和公众健康。     

鄱阳湖重金属Cu的运动足迹研究

选取我国典型的通江湖泊--鄱阳湖作为研究区域,采用MIKE21水动力模型耦合粒子追踪模型,模拟在重力型、顶托型、倒灌型3种不同湖流形态下鄱阳湖中重金属Cu的运动足迹.结果显示：（1）1月（重力型）,长江下游处重金属运动速率最快,为2.111km/d,粒子一直沿着由北向南的方向运动至湖区中心的西北方向,之后突然改变运动方向;5月（顶托型）,长江上游处重金属运动速率最大,达到2.901km/d;8月（倒灌型）,与顶托型类似,长江上游处重金属运动速率最快,为3.287km/d.（2）从各支流重金属整体的运动情况来看,鄱阳湖水位受到五河来水及长江倒灌的影响,各点源重金属在湖区的运动足迹受顶托型和倒灌型湖流形态作用的影响较大,长江上、下游处重金属在不同湖流的影响下流速均较大,受湖流形态影响最小的是抚河的2个支流,粒子运动速率表现为：倒灌型 > 顶托型 > 重力型.     

博斯腾湖表层沉积物元素地球化学特征及重金属污染评价

重金属是沉积物中一类非常典型的污染物,开展湖泊沉积物元素地球化学的研究具有重要的现实意义。本文对新疆博斯腾湖表层沉积物(0—5 cm)中24种元素含量、粒度、有机碳含量(TOC)等进行了系统分析。受干旱区强蒸发作用的影响,博斯腾湖沉积物Ca、Sr、Mg含量高于新疆土壤元素背景值,Al、Fe、Mn及重金属元素等低于新疆土壤元素背景值。Al、K、Fe及重金属等元素主要受陆源细颗粒物质影响(4μm、4—16μm),Ba、Na受粗颗粒含量(63μm)影响,Ca、Sr、Mo、TOC主要来源于湖泊内生作用,与16—63μm颗粒组分相关。Q型聚类将采样点分为3个区域,第Ⅰ区为包括河口区、湖心区及东部湖区的大部分湖区,第Ⅱ区为湖区西侧黄水沟区,第Ⅲ区为湖区东南角。在空间上,重金属元素与细颗粒组分分布基本一致,而第Ⅱ区部分地区沉积物重金属已受到流域农田排水的影响。总体来说博斯腾湖沉积物重金属元素基本不构成污染。本研究可为湖泊沉积物元素地球化学研究提供参考,对博斯腾湖流域环境管理与规划也有重要价值。     

渝西经济区土壤地球化学基准值与背景值及元素分布特征

基于渝西经济区多目标区域地球化学调查资料,采用正态和对数正态法,获得了土壤54种元素(指标)的地球化学基准值和背景值,并研究其分布特征;同时分析了岩石风化成土过程元素的富集贫化规律,以及表层土壤元素分布特征。结果表明,与全国土壤相比,该区重金属元素Cd、Cr、Hg、Ni基准值较高,As较低,Pb、Zn、Cu与全国值相当;多数重金属元素和植物营养元素背景值偏高,仅K、Mn、P、Cl元素背景值低于全国水平。对比土壤背景值与基准值,发现多数元素(指标)背景值与基准值相当,说明表生作用和人为活动对表层土壤影响较小;而Se、Hg、S、N等14种元素在表层土壤富集,人为输入作用显著。不同母岩区表层土壤元素(指标)分布表现为,碳酸盐岩区多数元素含量较高;就不同pH值范围而言,CaO、MgO、K2O、P以及除Hg以外的重金属元素均在碱性环境含量较高,SiO2在酸性环境含量高,较多元素(指标)在中性环境中趋于稳定。     

龙岩市某铁锰矿区土壤重金属地球化学空间分布特征与来源分析

采集了龙岩市某铁锰矿区基岩-不同层位土壤配套样品,测试了其中重金属Pb、Cd和As含量,采用普通克里金插值法,研究了土壤中3种重金属元素的地球化学空间分布特征,分析了Pb、Cd和As的来源.结果表明,研究区地处汇水盆地中,高含量Pb和As主要分布于工作区西部靠近露天采场的区域,中部两支河流交汇处及东部废石堆附近,而Cd大面积集中于西部露天采场周边及选矿厂附近.从水平剖面看,3种重金属在土壤各层位高值区域的含量变化整体表现为随着与矿区水平距离的增加而逐渐降低的趋势.从垂向剖面看,重金属在不同层位土壤间的相关度高.Pb、Cd和As在西部距离露天采场较近的区域,含量随深度增加呈先升高再降低的趋势.在其他高值区域,3种重金属含量随深度增加而降低.不同层位土壤Pb和As含量与花岗岩、闪长岩中的含量均呈显著正相关关系,Pb和As继承了矿床及其周边母岩的特性.研究区重金属As虽受到矿山开采等人为影响,但影响程度不高.部分点位母质（岩）自身具有较高含量的重金属,同时,土壤中重金属Pb和Cd的含量显著高于岩石含量,甚至远远超过土壤风险筛选值,受工矿业、交通运输和农业生产等人类活动影响较大,存在点源污染,需关注其对农产品质量安全、农作物生长及土壤生态环境可能产生的风险.