强开采扰动下危废填埋场地下水环境风险防控

选取某危废填埋场作为研究区域,结合地质及水文地质特性建立水文地质概念模型、水分运动和溶质迁移耦合模型,通过数值模拟手段定量计算并预测渗滤液污染物在地下水中的扩散模式。结果表明,受下游敏感点的强开采扰动影响,污染物迁移速度较快,地下水发生显著“捕获”效应,污染物将在1987 d左右到达下游敏感区域;模拟期污染羽最大迁移距离为875.62 m,超标范围最大可达9986.4 m^(2)。基于预测结果,提出建立源头预防过程监管末端治理的地下水污染风险防控体系。

南水回补区地下水水质敏感指标识别及关联性研究

基于北京市通州区2011-2019年地下水位及水质数据,构建了区内南水北调回补前后多个水质指标的ROC曲线;通过识别受回补影响的、AUC>0.7的高度敏感性指标Fe^(3+)质量浓度,以及AUC为0.6~0.7的中度敏感性指标NO_(3)^(-)、NO_(2)^(-)和F^(-)质量浓度后发现:Fe^(3+)在回补后总体质量浓度变小;NO_(3)^(-)、NO_(2)^(-)和F^(-)质量浓度变大.以F^(-)为例,构建了R-V copula模型,结果表明:与F^(-)敏感性密切相关的指标分别为Ca^(2+)、Mg^(2+)、Na^(+)、Cl^(-)质量浓度和pH;关联性的具体表现是Ca^(2+)质量浓度与F^(-)质量浓度明显负相关,区内地下水回补后Ca^(2+)质量浓度下降,激发了F^(-)的活跃度;pH与F^(-)通过Ca^(2+)产生间接相关关系,当pH增大、环境偏碱性时,水中Ca^(2+)的活性降低,利于F^(-)富集;Mg^(2+)、Na^(+)、Cl^(-)与F^(-)的质量浓度表现为正相关关系,其中Mg^(2+)与F^(-)的质量浓度相关关系受溶滤作用以及水力联系的影响,Cl^(-)与F^(-)的质量浓度同时增大,这是由于存在置换反应;Na^(+)在Ca^(2+)质量浓度较低时与F^(-)发生吸附解吸,从而得以富集.区内控制回补后地下水中F^(-)敏感富集,主要是因为回补不但激发了原生地质成因的含氟矿物溶解与混合稀释作用对含氟矿物溶解的促进,而且也加速了Cl^(-)与F^(-)的相互置换、Na^(+)与F^(-)的吸附解吸.研究成果可深化对南水北调回补区水质演化机制的认识,为北京城市副中心未来的地下水监测管理与供水安全保障提供理论支撑和决策依据.

某滨海厂址三水转换规律

为确定某工程地下水环境影响评价的目标和范围,以其滨海厂址为研究对象,基于水文地质调查工作成果,采用水位动态监测、水化学分析和氢氧稳定同位素示踪技术,开展大气降水、地表水和地下水之间的相互转化规律研究。结果表明:研究区地下水水位动态随着降水量变化存在显著的季节变动,不同水体水化学特征和氢氧稳定同位素组成存在差异,大气降水补给浅层地下水和地表水,浅层地下水与不同的地表水之间存在相互转化的水力联系且受到明显的蒸发影响,深层地下水主要接受更新世冰期古水的补给,与浅层地下水联系微弱。

北京平原区永定河地下水系统地下水化学和同位素特征

北京平原区永定河地下水系统位于北京市的西部。在该区采集了一个水文年的大气降水样,并对其中的D和18O组成作了分析;于旱季在该地下水系统中采集了大量地下水样,并对其中的八大离子浓度、D和18O组成、Sr浓度以及87Sr/86Sr比值作了分析。研究结果表明,研究区地下水的水化学类型较为单一;研究区地下水主要来源于大气降水入渗补给,并且在补给过程中经历了不同程度的蒸发作用的影响;地下水中的Sr和Ca元素经历了较为相似的水文地球化学过程;地下水中的87Sr/86Sr比值普遍较小且变幅也很小,据此判断Sr均为碳酸盐岩来源。这些分析结果将为进一步识别研究区的地下水系统及地下水来源提供依据。

地下水年龄在地下水研究中的应用研究进展

近些年,同位素和示踪技术广泛地应用于地下水研究中,其中以对地下水定年的研究尤为突出。本文通过研究国内外大量的研究实例,分析得出地下水年龄在评价地下水更新能力,正确认识地下水运动和溶质迁移规律,以及约束地下水模型参数等方面具有重要作用;同时指出地下水定年不仅受到地下水混合作用、气-水-岩作用等自然因素的影响,还受到人类活动的干扰,以及受到地下水定年方法不同导致结果也常常不同的困扰。本文还指出测定的地下水样中示踪剂的年龄并不代表地下水本身的年龄,应用地下水年龄研究上述问题时要充分考虑到各种作用的影响。

地下水更新能力评价指标问题刍议——更新周期和补给速率的适用性

地下水更新能力是近些年地下水科学与工程领域的一个研究热点,其定义目前尚未统一,评价指标也较多,其中较常用的有地下水更新周期、补给速率、年龄和滞留时间等。尽管这些参数间大都存在一定的数量关系,但由于它们代表的物理意义不同,所以得到的地下水更新能力的结论也会不同。以北京市平原区地下水为例验证了这种不同,并对更新周期和补给速率这两个存在密切数量关系的参数作为地下水更新能力评价指标的适用性进行了对比分析。结果表明:①分别用更新周期和补给速率作为评价指标,得到的各地区(北京市平原区各区、县)之间地下水更新能力相对强弱的结论是不同的;②与更新周期相比,由补给速率得到的评价结论具有较好的稳定性;③在作为地下水更新能力评价指标时,补给速率比更新周期具有更重要的实际意义。

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,两者的质量差异越大且河水的下渗量越大,改变作用就越明显,反之则越微弱.由于补水水源的质量较好,永定河生态补水下渗对地下水质量的影响总体上可接受,而且对影响地下水质量的“瓶颈”指标(如硝酸盐氮)有一定改善作用.

北京市潮白河冲洪积扇地下水流动和更新模式的水化学和同位素标记

用水化学和同位素示踪法揭示了北京潮白河冲洪积扇地下水的流动模式和更新演化规律.研究区地下水的水化学类型由上游的Ca-Mg-HCO3型逐渐过渡到下游的以Na-HCO3型主,表现出明显的时间累积效应.降水是研究区地下水的主要补给来源,在补给过程中受蒸发作用影响强烈.研究区地下水的流动和更新过程主要存在局部流和区域流两种模式,其中前者主要存在于山前平原区和浅层地下水(均为潜水)中,以垂向流动为主,地下水具有很强的更新能力;后者主要指整个研究区的深层(承压含水层)地下水流系统,该水流系统的主径流方向为密云→怀柔→顺义→通州,以侧向水平径流为主,局部垂向入渗作用明显,地下水参与现代水循环微弱,径流途径较长,地下水更新能力很弱.

地下水数值模拟中的参数敏感性分析

对国内外地下水数值模拟中的参数敏感性分析工作进行了系统总结,指出了敏感性分析作为地下水数值模拟工作的一个基本步骤的重要性和必要性。目前的地下水数值模拟工作中存在对敏感性分析重视不够、分析方法单一、结论缺乏验证及对参数的浮动范围未达成共识等问题;应发展新的敏感性分析方法,以便对目前的方法进行验证。

北京市平原区地下水更新能力变化的动态均衡证据

对北京市地下水更新能力的时空变化进行分析,为地下水资源管理提供依据。用地下水动态均衡法对北京市平原区地下水,尤其是开采层地下水的补给量、更新周期、更新速率和补给速率等参数做了计算,进而对地下水更新能力及其时空变化做评价和分析。研究结果表明:在自然状态下,地下水更新能力总体上自山前至平原区腹地由强变弱,但总体上更新能力较强;含水层接受外来水源补给的边界条件和赋水条件良好,降水量的多寡是影响地下水更新能力的瓶颈因素;2001—2008年的地下水平均补给速率(0.28m/a)比1981—2000年减少了35.6%,更新能力明显减弱;近些年地下水开采强度连年大于其更新能力,导致与自然状态下相比地下水位埋深平均下降幅度已达19.73m,含水层中地下水减少量达101×108 m3。以上证据表明,在气候变化和人类活动的双重影响下,北京市未来的地下水资源可持续供水问题十分严峻。

北京市泉水的水化学、同位素特征及其指示作用

对北京市泉水的水温、溶解氧、电导率、氧化还原电位、pH值、总溶解固体等进行了现场检测,对泉水中的K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO32-、NO3-离子,D、18O组成和Sr、87Sr/86Sr比值等进行了实验室检测,对泉水按成因进行了分类,并与30年前的泉水普查资料作了对比。调查表明,曾以泉多著称的北京市,1980s初存在的几乎全部二类泉和60%的一类泉如今已消失,仅存的13眼泉的出水量也明显减小,这与降水量的减少和大规模开采地下水有关。水质分析表明,现在绝大部分泉水水质良好,物理和水化学指标与30年前相比变化甚微,明显没有受人类活动的污染;泉水仅在浅部循环,在地下滞留时间较短,更新能力强;泉水接受大气降水补给,与浅层地下水联系密切,构成了统一的地下水系统;泉水中的Sr为碳酸盐岩风化来源。

地下水取水总量控制管理技术研究

在对现有的地下水取水总量控制管理相关理念、制度、法律法规和技术方案等进行调查研究的基础上,以实现人类可持续发展为最终目标,秉承"以人为本"和"统一管理"的理念,制定出了一套以"将地下水水位控制在合理水平"为直接目的的地下水取水总量控制管理技术方案,以期为超采区内的地下水资源管理提供理论依据和技术参考。

正交试验法在地下水数值模拟敏感性分析中的应用

地下水数值模型中参数的可靠性是决定模型可靠性的重要因素,进而也影响到利用地下水数值模型开展模拟和预报结果的可靠性,因而开展地下水数值模拟中参数的敏感性分析十分重要。但由于模型中参数众多,且各种参数间多彼此相互影响,使得敏感性分析十分复杂而困难。以往的数值模拟中进行敏感性分析的不多,方法单一且存在一些不足,结果的可靠性也无法验证。本文尝试性地将正交试验法用于地下水数值模拟的敏感性分析中,该法用部分试验代替全部试验,不仅大大简化了分析过程,而且得到了理想的敏感性分析结果。在本文的研究实例中,渗透系数对计算结果的影响最大,且远大于排在第二位的给水度,而贮水率的改变对计算结果几乎没有影响。

北京大气降水中氚时间序列的恢复

20世纪60年代全球密集的核试验使大气中的氚含量显著增加,这为其在水循环研究中的应用,尤其在地下水定年研究中的应用提供了条件。然而,由于监测站点的布设等原因,大部分地区缺乏大气降水中氚的长期监测数据,给应用带来了困难。本文在分析现有大气降水氚时间序列恢复方法的原理和适用条件等的基础上,用多种方法(关秉钧法、趋势面分析法、三角形插值法和相关法)联合恢复了北京1953—2002年大气降水中的氚时间序列数据,并通过比较确定了最优算法和最优恢复曲线。

基于PCA-APCS-MLR的地下水污染源定量解析研究

以中国东北地区典型工业基地沈阳浑河冲洪积扇为研究对象,采集区域内43个采样点水质样品,分析了16项地下水质关键指标,在水化学统计和水质分析确定水质等级及特征污染物的基础上,利用主成分分析(PCA)方法确定水质指标主要因子分类,运用Arc GIS软件刻画不同污染源的空间分布规律,利用绝对主成分得分多元线性回归受体模型(APCS-MLR)计算不同公因子对地下水质的贡献程度,并验证污染源解析结果的准确性.结果表明:研究区内地下水氮、磷和铁等元素超标严重,地下水水质演化受人类活动影响较大;4类主要污染因子分别是溶滤迁移作用因子(贡献率34.21%)、农业活动污染因子(贡献率20.13%)、地质环境背景因子(贡献率13.39%)和工业活动影响因子(贡献率8.97%),方差累计贡献率为75.64%;工业生产、生活污废水排放和农业生产中农药化肥使用是地下水主要污染源且多分布于沈阳西部、西北部和南部等地区,淋溶、迁移-富集作用和农业污染对地下水质影响较为明显,PCA-APCS-MLR模型预测浓度与实测浓度一致,该方法对于地下水污染源的计算分配具有良好的针对性,适用于地下水污染源解析.

泉州市地下水功能区划分

本文针对泉州市地下水资源的分布特点,依据全国地下水功能区划分技术大纲,选取了地下水系统中具有代表性的驱动因子、状态因子和响应因子,综合地下水的资源供给功能、生态环境维持功能和地质环境稳定功能,将地下水功能区划分为开发区、保护区和保留区,并以完整的水文地质单元为基础,以防止泉州地下水污染和海水入侵为控制目标,依据地下水的生态水位阈值与产生环境地质灾害的水位阈值理论,划定泉州地区地下水管理水位,结合当地地下水资源特点及地下水管理与保护的实际需求,借鉴国内外类似地区地下水管理的经验,研究提出地下水红、黄、蓝管理分区,为防止泉州市地下水污染和海水入侵以及指导地下水资源合理开发利用提供参考。

基于不确定性的地下水污染风险评价研究进展

地下水污染风险研究在工程决策中具有重要意义。但地下水系统本身具有各种不确定性,基于这些不确定性的地下水污染风险评价也因此具有不确定性,而且贯穿整个地下水污染风险评价过程。所以,进行不确定性分析是对地下水污染风险进行评价时的必要步骤。一般来讲,基于不确定性分析的地下水污染风险评价结果更可靠,因此也更具有实用价值。本文在对不确定性进行分类(随机不确定性和模糊不确定性)的基础上,通过大量文献调研和分析,对目前国内外用于地下水污染风险评价分析的不确定性分析方法(包括随机理论方法、模糊理论方法、随机-模糊耦合方法等)进行了归纳总结,并基于各种方法目前的研究现状,分析了不确定性理论在地下水污染风险评价研究中的发展前景。

北京平原区永定河冲洪积扇地下水水化学特征与演化规律

本文以北京市平原区永定河冲洪积扇地下水化学场的演化机理及地下水水循环规律为研究目的,根据水化学特征的水平分布及典型剖面上的演化过程研究,得到以下结论:1)从永定河冲洪积扇顶部补给区到扇缘排泄区,地下水水化学类型呈现水平分带性,潜水水化学类型由Ca-HCO3过渡到Ca·Mg-HCO3、Mg·Na-SO4,局部因人类活动影响出现Ca·Na-HCO3·SO4、Na·Ca-Cl或Ca·Mg-SO4型水;中深层承压水水化学类型由Ca·Mg·Na-HCO3或Ca·Na-HCO3过渡到Na-HCO3或Na-HCO3·SO4。2)永定河冲洪积扇上不同深度的地下水化学场受到了水岩相互作用影响,从冲洪积扇顶端到冲积扇扇缘的径流过程中主要发生了硫酸盐、硅酸盐和碳酸盐的溶滤作用和Na-Mg和Na-Ca离子交换作用。3)地下水流速从扇顶补给区向扇缘排泄区逐渐减小,硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐和岩盐的水岩相互作用强度逐渐增强,地下水更新速度减慢。

地下水型水源地水质安全预警技术体系研究

地下水型水源地水质安全预警是城镇集中供水的地下水资源保护和管理的重要依据.为了提高地下水型水源地水质安全预警功能,提出了包括基于水质长序列监测预警、基于污染动态模拟预警及基于区域污染风险评价预警的技术体系.其中,基于水质长序列监测的预警是通过因子分析筛选水源地特征污染物,分析水质数据变幅以确定水源地水质的预警级别,可实现针对水源井的开关控制作用;基于污染动态模拟的预警是在水源地外围污染源特征基础上,模拟其动态迁移过程,进而确定其影响水源地水质的预警级别,可实现对水源地水质变化趋势的预判;基于区域污染风险评价的预警着重于水源地受区域污染风险控制与水源地保护区的耦合效应,同时结合其他预警影响因子作用以确定预警级别,可实现对水源地所在区域的宏观管控.该技术在哈尔滨市利民水源地进行了综合应用,结果显示,基于水质长序列监测预警中,COD_(Mn)及NH_4^+的最大变幅指数均在1~2之间,预警级别确定为一级;根据污染动态模拟的结果得知,位于水源地开采井流场上游较高ρ(NH_4^+)的范围在迁移20 a后,污染晕前段尚未到达水源地,确定预警级别为零级;基于区域污染风险评价的预警确定水源地所在区域为零级预警区,综合分析可以确定利民水源地地下水水质存在污染风险,应采取相应的管控措施.

由交通事故引发的突发环境事件的特征分析及防治对策

随着社会经济的快速发展,我国危险化学品(危化品)的生产、运输和销售逐年增加。与此同时,危化品运输过程中发生交通事故所引发的突发环境事件已经成为我国各类突发环境事件中的第二大组成部分。通过统计分析2004年-2011年我国发生的交通突发环境事件,全面总结了此类事件的时空分布规律、主要起因和事故特点,并在此基础上,结合目前我国危化品运输的管理现状,提出了针对性强、可行性高的防治对策。