黄淮海平原地下水化学演化特征、形成机制及其开发利用建议

【研究目的】地下水是保障黄淮海平原生产、生活所需的主要水资源之一。在人类活动的影响下,地下水环境恶化已成为制约社会经济发展和生态平衡的重要因素。深入探究地下水化学演化特征及其形成机制,可为地下水资源的合理开发利用提供重要参考依据。【研究方法】本文将黄淮海平原分为山前平原、中部平原、滨海平原三个水文地质单元,综合运用Piper三线图、Gibbs图、主成分分析等方法,研究了中国黄淮海平原的地下水化学特征及其形成机制。【研究结果】结果显示,从山前平原到中部平原再到滨海平原地下水中TDS含量逐渐升高,由淡水逐渐演化为微咸水、咸水、盐水、卤水;研究区地下水化学类型从山前平原的44种增至中部平原的74种,而后下降至滨海平原的22种;其中,山前平原地下水化学类型以HCO_(3)-Ca·Mg、HCO_(3)-Ca为主,主要受控于一个4因素模式,相比之下,中部平原和滨海平原地下水化学则分别受控于3因素模式。【结论】黄淮海平原地下水化学特征呈明显分带性,从山前平原到中部平原到滨海平原地下水化学类型由HCO_(3)型逐渐演化为HCO_(3)·SO_(4)型、HCO_(3)·Cl型、SO_(4)型、SO_(4)·Cl型,最终演化为Cl型水。研究区地下水化学在空间尺度上主要受控于多种自然因素(岩石风化、蒸发浓缩和阳离子交替吸附、海水入侵),其在时间尺度上明显受多种人类活动(地下水超采、土地利用变化、生活污水、化肥、动物粪便)的影响。针对山前平原至滨海平原各区不同的地下水化学特征及其人类活动影响,有针对性地提出了黄淮海平原地下水资源开发利用方面的管控建议。

冻结—冻融过程中水分运移机理

为研究冻结—冻融过程中水分运移机理,在天山北麓平原通过人为控制潜水不同埋深条件下的模拟试验和田间土壤水分运移观测试验,分析了土壤水势分布和土壤含水量分布特征,发现冻结过程不同潜水埋深条件下的土壤水分运移机理、土壤水与潜水之间的相互转化关系有明显差异。在冻结过程中,潜水浅埋条件下,冻结层下界面与潜水面之间土壤水分运移状态呈上渗型,土壤水向冻结层下界面处运移、积累,同时引起潜水蒸发损耗使潜水位下降,表现出地下水向土壤水转化的基本特征。潜水深埋区,土壤水分运移状态呈上渗—入渗型,同样土壤水向冻结层下界面处运移、积累,同时潜水得到一定的入渗补给并使潜水位上升,表现为土壤水向地下水转化的特征。冻融过程中对于不同潜水埋深,由原来各自的土壤水分运移状态均逐渐转变为入渗型,形成潜水入渗补给,表现为土壤水向地下水转化的特征。冻融期是土壤水资源、地下水资源形成的重要时期,对于干旱少雨的西北地区而言,冻融水的形成、运移和入渗补给地下水具有重要的生态环境意义。

西北地区地下水资源分布及开发利用状况

在对西北地区地下水资源分布特征及其开发利用状况,开发利用程度,超采及开采潜力区进行分析基础上,提出了西北地区地下水资源在开发利用过程中存在的河流上中游用水过多,造成下游河道干涸,地下水位下降,荒漠化,沙漠化扩大;灌溉等盐渍化有所扩展,草场退化等环境问题;建议根据水资源潜力和环境容量制定合理开发规划,量入为出,以供定需。以系统观点整体规划流域上、下流的供水;规划管理必须确保绿洲的安全用水和生态用水,坚持经济与环境协调发展。

氧化还原条件对土壤砷(Ⅴ)稳定化作用的影响

探讨了不同氧化还原条件下土壤外源砷（Ⅴ）的稳定化作用。研究结果表明不同氧化还原条件下外源水溶性砷（Ⅴ）进入土壤体系后,各种形态砷随培养时间增加的变化规律总体上表现较为一致。培养180天之后,水溶态和交换态砷在微孔扩散等作用下随培养时间分别下降至2.4%~4.7%和2.8%~3.2%。碳酸盐态砷主要受控于p H以及相应的表面沉淀作用。有机态砷存在再分配现象,最高值达48.8%~50.1%,有机态砷下降的同时,伴随氧化物态和残渣态砷的上升。越趋向氧化环境会使得土壤外源砷（Ⅴ）的稳定化程度越高,反之,越趋向还原环境土壤外源砷（Ⅴ）的稳定化程度越低。各种氧化还原条件下,土壤外源砷（Ⅴ）的稳定化过程均具有明显的阶段性特征,缺氧和过渡条件下表现为3阶段特征,而好氧条件下表现为4阶段特征。

土壤水取样技术应用基础研究——土壤水提取量与土壤含水量关系

土壤水取样技术在环境地质研究领域 ,特别是包气带污染质迁移、集聚研究 ,浅层地下水的污染预测与防治 ,盐渍土改良及农业生态研究等方面具有重要的应用价值。因而 ,以实验资料为依据 ,研究了土壤水取样技术某些重要应用基础问题 ,重点描述了土壤水取样器在 4种不同岩性中的土壤水提取量与土壤含水量的关系 ,岩性中的土壤水提取量与土壤吸力的关系 ,并建立了相应的相关方程 ,以及对影响土壤水取样速率和取样量主要因素等问题进行了分析。

珠江三角洲地区酸雨及酸化地下水分布特征

珠江三角洲地区是我国酸雨比较严重的地区之一,二氧化硫排放量大,酸雨频率高,pH值低,其对地下水的酸化起着主要的影响作用。经对该地区878个地下水点的pH值现场测试表明,pH值小于6的地下水约占33.4%,酸性地下水(pH值<6.5)主要分布于西、北、东环绕的低山、丘陵地区,分布面积要占到全区面积的四分之三,地下水酸化已成为区域地下水最大的环境地质问题。

珠江三角洲地区地下水铁的分布特征及其成因

为了解珠江三角洲地区地下水中铁的含量及其成因,采集并分析了352组地下水样和12组地表水样。分析结果表明:珠江三角洲地区地下水铁含量为未检出～94.8mg/L,平均含量为1.46mg/L。该地区地下水铁含量的分布与其工业化程度及所处区域的补、径、排条件密切相关,尤其在平原区,地下水铁含量与部分地表河流的污染程度更是密切相关,随着远离污染的地表河流,地下水铁含量有明显减少的趋势。不同地区对其地下水铁含量起主导作用的因素也不相同,氧化还原条件是影响珠江三角洲地区地下水铁含量分布的主要因素之一,而酸碱条件和地面污染则只在局部地区对地下水铁含量的分布起主导作用。另外,含水层介质组分、径流条件、上覆土层性质等因素对珠江三角洲地区地下水铁含量也都起到了一定的作用。

珠江三角洲地区地下水锰的分布特征及其成因

为了解珠江三角洲地区地下水中锰的含量及其成因,笔者采集并分析了352组地下水样和13组地表水样。结果表明:珠江三角洲地区地下水的锰含量在未检出至8.32mg/L之间,平均浓度为0.34mg/L,超标率达49.4%。在该区9个地级市范围都存在地下水锰超标现象。区内地下水的锰含量与总溶解固体(TDS)、化学需氧量(COD)以及HCO3ˉ都呈极显著的正相关关系,而与Eh呈极显著的负相关关系。珠江三角洲地区地下水中锰含量的分布与该地区的工业化程度以及所处的补、径、排条件密切相关。影响该地区地下水锰含量分布的因素主要有氧化还原环境、酸碱条件、地下水的总溶解固体、上覆盖层性质、地下水径流条件以及含水层介质等。

珠江三角洲地区地下水环境背景值初步研究

在分析对比国内外研究方法的基础上,选择数理统计方法,运用国际通用统计软件SPSS,对珠江三角洲地下水水质指标TDS、Cl-、SO24-、TFe环境背景值进行研究,并初步探讨了它们的空间分布规律及控制因素。分析认为地形地貌、区域水动力条件及海水入侵等因素对研究区浅层地下水指标的空间分布起主要控制作用。其结果为评价珠江三角洲地区地下水污染状况提供科学的依据。

珠江三角洲污灌区地下水重金属含量及其相互关系

为了解污灌区地下水重金属含量特征,采集地表水样5组、地下水样14组进行化学组分定量分析。结果表明:污灌区地下水8种重金属元素中,仅有Ni和As两种元素超标,超标率分别为14.3%和42.9%。8种重金属含量在污灌区地表水、工厂废水以及地下水中存在明显的对应关系。Ni、Zn、Se、Cd这4种元素间存在显著或极显著的正相关关系,Cu与Pb和Cd分别呈极显著和显著的正相关关系,Cr仅与Ni呈显著的正相关关系,As与其它7种元素的相关性均不明显。聚类分析结果显示8种重金属可分为4类:Pb和Cu一类,Se、Cd、Ni、Zn一类,Cr和As均单独一类。Pb和Cu与Fe的相似性最好,Se、Cd、Ni、Zn与Mg2+存在较好的相似性,Cr与HCO3-的相似性最好,As与SO24-存在一定的相似性。

珠江三角洲污灌区土壤中重金属含量特征

通过现场采样及室内测试方法,分析了珠江三角洲污灌区土壤中9种重金属Cd、Cu、Zn、Pb、Mn、Ni、As、Cr、Se的含量分布特征。结果表明,污灌区土壤9种重金属的全量平均含量均已超出广东省土壤背景值,其中Cd的污染程度最重,Se的污染程度最轻;污灌区土壤以Cd元素的有效系数最高,Ni元素的有效系数最低。Zn、Pb、Cu以及Cd元素随采样深度的增加其全量逐渐减少,Cr、Ni、As以及Se元素随采样深度的增加其全量呈上下波动状态或几乎不变,而Mn元素则是随采样深度的增加其全量先略有减少而后骤升。Cu、Cd、Zn等3种元素全量与有效态含量以及这3种元素全量间均呈显著或极显著的正相关关系。

珠江三角洲典型区水土中砷的分布

为了解研究区水土中砷的来源及分布，采集地表水样5组、土壤样32组、地下水样14组进行分析。结果表明研究区地表水已受到砷污染。表层土壤（0—10cm）中砷全量为19．8～27．4mg／kg，平均全量为23．7mg／kg，土壤中砷的形态分布以极难迁移的残渣态为主，各形态平均含量的顺序依次为残渣态〉弱有机结合态〉氧化物结合态〉碳酸盐态〉强有机结合态〉水溶态〉离子交换态。底层土壤（30～40cm）中砷全量为11．5。28．1mg／kg，平均全量为21．2mg／kg，土壤中砷的形态也以残渣态为主，土壤中砷的各种形态的平均含量顺序依次为残渣态〉弱有机结合态〉氧化物结合态〉碳酸盐态〉强有机结合态〉离子交换态〉水溶态，底层土壤中砷的各种形态的均量均低于表层土壤。包气带砷全量随深度增加先降低后升高，水溶态、离子交换态以及碳酸盐态的含量均随深度的增加而逐渐降低；而弱有机结合态、氧化物结合态、强有机结合态以及残渣态的含量随深度增加均呈无规律变化。地下水砷含量在0．0028～0．021mg／L之间，均值为0．0114mg／L，超标率达42．9％。地表污水灌溉下渗以及含水介质中原生砷的释放是研究区地下水砷的主要来源。

温度场与凝结水的观测研究

对天山北麓平原细砂、砂砾石、粉质轻粘土等三种代表性岩性的地层进行了凝结水的观测试验,分析研究了土壤剖面温度变化特征、凝结水形成的水汽来源、产生凝结水的深度和时间、积雪期雪面的水汽凝结、冻结层水汽凝结、蒸发作用和潜水埋深等因素对水汽凝结的影响、凝结水的数量及其生态环境效应。研究成果对西北干旱地区耐旱植被的研究和生态环境建设具有重要意义。

珠江三角洲地下水有机氯农药分布特征的初探

为了解珠江三角洲地区地下水中的有机氯农药的分布情况,在珠江三角洲地区采集了10组地下水样用气相色谱法进行测试分析。结果显示,珠江三角洲地区地下水环境中的有机氯农药种类较多,且分布比较广泛,但含量普遍较低。总体以HCHs类污染范围相对最广,其他有机氯农药类次之(文中除HCHs和DDTs之外的有机氯农药),DDTs类最小,其他有机氯农药类含量最高,HCHs类含量次之,DDTs类含量最低。另外,对比苏锡常地区和1995年时孟加拉国地下水环境的有机氯农药的污染程度,表明较早停止有机氯农药使用是导致珠江三角洲地区地下水环境中有机氯农药含量低的重要因素之一。总之,珠江三角洲地区地下水环境中的有机氯农药污染程度较轻,但考虑到有机氯农药的难降解性和毒性在生物体内的逐步累积放大性,须对今后有机氯农药的污染趋势加以重视,对污染严重的地区要加以治理、防护。

云南阳宗海湖底沉积物重金属分布与来源

测定了阳宗海表层沉积物重金属Pb、Cu、Cr、Mn、Zn、As的含量,平均值依次为40.3mg/kg、97.6mg/kg、145.8mg/kg、617.9mg/kg、149.2mg/kg、31.4mg/kg。利用地积累指数法对重金属的污染程度进行评价。结果表明,沉积物中Cu的累积最严重,As、Zn、Cr也发生明显的累积。Mn的累积程度略低,为轻度至中度污染水平。Pb含量接近背景值,显示轻微污染。重金属污染程度顺序为Cu>As>Cr>Zn>Mn>Pb。分析认为,工、矿、旅游业排污等人类活动因素与岩石风化等地球化学过程是沉积物中重金属的两个主要来源,同时也是沉积物中重金属的水平分布产生两种不同特征的主要原因。

珠江三角洲典型区水土中铅的分布特征

在研究区采集地表水样品5组、土壤样品32组、地下水样品16组进行分析,探讨珠江三角洲平原区水土中铅的来源及含量.结果表明,研究区地表水已受到周围含铅工业废水的污染,地表水体的绝大部分铅被吸附在悬浮颗粒上,水溶性ρ（Pb）很低.表层土壤（010 cm）w（Pb全量）为95.6241.4 mg/kg,受污染的程度与表层土壤受污水灌溉强度密切相关,各形态铅质量分数平均值从大到小依次为残渣态〉氧化物结合态〉弱有机结合态〉碳酸盐结合态〉强有机结合态〉水溶态〉离子交换态.底层土壤（3040 cm）w（Pb全量）为77.0119.8 mg/kg,受污染的程度与土壤的松散或密实程度密切相关,各形态铅质量分数平均值从大到小依次为残渣态〉氧化物结合态〉碳酸盐态〉弱有机结合态〉强有机结合态〉水溶态〉离子交换态.包气带中w（Pb）随深度增加逐渐减少.研究区地下水环境已受到铅污染,而地下水环境中的铅主要被吸附在含水介质和胶体等吸附物上,水溶性ρ（Pb）极低.研究区地下水中ρ（Pb）与地下水中ρ（Fe）,ρ（Al）以及ρ（CODCr）呈极显著的正相关关系.

东莞地下水邻苯二甲酸酯分布特征及来源探讨

在广东东莞地区采集了59组地下水水样和9组地表水水样,采用气相色谱-质谱联用技术进行测定。结果表明,地下水中邻苯二甲酸酯(PAEs)的检出率为39.0%,6种PAEs的质量浓度在未检出～6.70μg/L。其中,邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯(DEHP)检出率最高,为22.0%,最大值为6.20μg/L;邻苯二甲酸二正丁酯(DnBP)次之,检出率为20.3%,最大值为4.70μg/L;邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)以及邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)均仅有个别检出;邻苯二甲酸二正辛酯(DnOP)未检出;DnBP在部分地下水中有少量超标。地下水中PAEs主要分布于东莞市的周边地区,部分出现于厚街镇的东部和北部;在东莞地区的地下水水样中,以单种PAEs检出为主;地下水中PAEs与地表水中PAEs的分布特征存在明显的相似性,均以DnBP和DEHP为主。含PAEs地表废水的下渗以及环境中废弃塑料制品PAEs的释放是东莞地区地下水中PAEs的重要来源。

略论中国水安全问题与地下水的保障作用

中国水资源面临的形势依然十分严峻,水资源短缺、水污染严重、水生态环境恶化等问题日益突出,成为制约经济社会可持续发展的主要瓶颈。主要表现为:全国人均水资源量接近1700m^3,即将步入水紧张国家;京津冀等地区人均水资源量不足250m^3,水资源极度短缺,地下水超采严重;全国地表水质量总体好转,东部人口密集区地下水质量有恶化趋势;部分地区和城市水源供给结构单一,抵御突发性缺水事件的能力不足。地下水是国际公认的可靠供水水源,欧美等发达国家以地下水作为主要饮用水源。地下水在中国工农业供水和生活用水方面也发挥着重要作用。然而,地下水的重要作用并没有被广泛认同,甚至往往被忽视。本文阐明了地下水在保障水安全中的重要作用。保障水安全,核心在于推进治水思路战略转变,关键在于加强水文地质及相关学科科技创新。主要战略措施包括:从注重城市和工业节水向注重全面系统节水转变,以农业节水弥补城镇供水快速增长;从注重开发利用向注重涵养保护转变,以水资源涵养保护促进水资源可持续利用;从注重地表水供水向注重地下水地表水优化配置转变,以地下水战略储备应对突发性水危机;从注重工程调水向注重虚拟水贸易转变,以虚拟水贸易调节长期水供求关系。