陕北靖边高铬地下水中硝酸根分布及来源

天然高铬地下水通常含有较高浓度的硝酸根,然而高铬地下水中硝酸根来源及其联系却并不清楚。本文以陕北黄土高原靖边西南地区的高铬地下水为研究对象,采集了不同深度的地下水和沉积物样品,并测试了地下水样品中的溶解Cr、主要阴阳离子、δ^(18)O、δD、δ^(18)O-NO_(3)、δ^(15)N-NO_(3)等以及沉积物的主要组分和可溶性组分。研究结果表明,研究区地下水的水化学组分主要受水文地质条件的影响。第四系黄土潜水水化学类型主要为HCO_(3)-Na型和HCO_(3)-Ca-Mg型;白垩系环河组、洛河组砂岩承压水水化学类型复杂,主要为HCO_(3)-SO_(4)-Cl-Na-Mg型、HCO_(3)-SO_(4)-Na-Mg型、SO_(4)-Cl-Na-Mg型,地下水处于偏碱性、氧化的环境,具有较高的可溶盐含量。潜水的水化学组分主要来自含水层中硅酸盐风化;承压水水化学组分主要来源于蒸发盐的溶解。垂向上,承压水中硝酸根的平均浓度高于潜水和地表水;地下水硝酸根浓度超标率在研究区从东北到西南呈现高-低-高的趋势;沉积物中可溶性硝酸根与地下水样品在深度上具有相似的变化规律,表明地下水硝酸根主要来源于沉积物。δ^(18)O-NO_(3)和δ^(15)N-NO_(3)结果表明,硝化反应是研究区氮素循环转化的主要过程。在偏碱性氧化性地下水环境中,受溶解氧、硝酸根和硝化反应等多种因素的共同作用,铬趋于从岩石中氧化溶解,迁移进入地下水中。

瓯江流域下游温州平原地下水化学演化特征、控制因素及对人体健康的影响

【研究目的】滨海地带地下水化学演化特征及其控制因素研究对沿海城市地下水资源可持续利用具有重要意义。【研究方法】在野外调查取样和历史资料综合分析的基础上,运用水化学图解、离子比例关系、多元统计分析及环境同位素方法,系统分析了温州平原地下水化学演化特征,探讨了影响地下水化学演化的主要控制因素。【研究结果】(1)温州平原潜水以淡水为主,HCO_(3)^(-)、Na^(+)、Ca^(2+)占主导地位,承压水以微咸水和咸水为主,Cl^(-)、Na^(+)占绝对优势;(2)从山前到海积平原,研究区潜水由低矿化度的HCO3型水向较高矿化度的Cl型水转变,主要受天然水化学作用控制,人类活动使局部地区地下水化学出现异常;(3)十年尺度上,潜水主要组分含量存在一定程度下降,水化学类型向Cl^(-)比重减少、HCO_(3)^(-)比重增加的方向演化;(4)水岩相互作用、海水作用、氧化还原环境等自然因素和工农业生产、生活排污等人为因素是温州平原地下水化学演化的主要控制因素。【结论】地下水健康风险评价结果显示,区内地下水存在一定的潜在非致癌风险,潜水的非致癌风险小于承压水,饮水途径摄入是危害人体的主要途径,相同环境下儿童的非致癌风险高于成人。因此,有必要对存在健康风险的地下水进行长期监测,加强这类地区的地下水资源管理和污染防治。

降水和地下水开采对通辽市科尔沁区潜水位的影响

变化环境下(气候变化和人类活动)潜水位动态演化过程识别是当前我国乃至全球水资源领域面临的主要科学问题。为了分析多影响因素下的潜水位时空动态变化,以降水和地下水开采为例,基于通辽市科尔沁区2016年1月—2019年12月实测地下水位动态数据,采用Mann-Kendall(MK)趋势检验和栅格代数法分析了区域潜水位的时空变化规律,并利用交叉小波分析、斯皮尔曼相关系数和多元线性回归法进一步量化分析了不同区域降水和地下水开采对潜水位的影响。结果表明:研究时段内科尔沁区潜水位总体呈下降趋势,年均降幅为0.36 m,中部和西部地区潜水位下降较为严重;根据潜水位差值空间分布特征,将研究区划分为潜水位基本平衡区、下降区和严重下降区,其分别占研究区总面积的9.88%、49.65%和40.47%;基本平衡区的潜水位受降水因素影响显著,受地下水开采变化影响极小,下降区和严重下降区潜水位受地下水开采的影响相较于降水影响更大。

新集矿区深部1煤层底板奥灰岩溶突水危险性评价

奥灰岩溶裂隙含水层是影响华北型煤矿深部开采的重要水害,在水-岩相互作用下奥灰含水层易导致煤层底板突水。为进一步认识奥灰岩溶突水问题,文章以新集矿区深部1煤层开采为例,利用矿区近些年最新积累的奥灰钻孔资料,选取断层强度指数、断层交叉点与尖灭点、含水层水压、富水性、隔水层等效厚度、脆塑比7个因素作为奥灰岩溶突水的主控因素,并结合层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)确定各主控因素影响权重。运用地理信息系统(geographic information system,GIS)空间分析功能建立各主控因素专题图,通过对专题栅格图归一化处理,将各主控因素按照权重进行空间复合叠加,最终获得1煤层底板奥灰岩溶突水危险性评价分区结果。将评价结果与突水系数法计算结果对比分析可知,基于GIS的煤层底板突水危险性评价方法更符合矿区实际地质情况,可以为矿区深部煤层开采与水害防治工作提供参考依据。

滕州市浅层地下水质量评价与成因分析

浅层地下水是陆地水资源的重要组成部分,与人类生产生活密切相关。基于生态地球化学调查项目,按照1点/16km^(2)的密度对滕州市浅层地下水进行调查,共采集地下水样品95件,分析Fe、Mn等35项指标。结果表明,研究区浅层地下水质量总体较好,pH、CN^(-)、Cr^(6+)、溶解性总固体等21项指标含量基本符合《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)中Ⅲ类地下水规定的阀值,适用于集中式生活饮用水水源及工农业用水。影响研究区浅层地下水质量的主要因子是Fe和总硬度,由原生地质环境及人类活动引起。研究结果可为研究区经济社会发展和用水安全提供基础性资料和决策依据。

海南岛地下水资源状况及其环境地质问题

【研究目的】海南既是中国最大的经济特区,又是“一带一路”倡议中的重要支点,揭示海南岛地下水资源禀赋,探究地下水资源分布特征及存在的环境地质问题,可以为海南生态保护和高质量发展提供重要支撑。【研究方法】本文以海南岛为研究区,划分评价单元,分析地下水流场特征,评价地下水资源量及水质情况,探究地下水开发利用状况,查明主要环境地质问题。【研究结果】海南岛多年平均地下水资源量约为132.05×10^(8)m^(3)/a,在行政区中,海口市的地下水资源量最大,多年均值为11.33×10^(8)m^(3)/a,昌江县的最小,多年均值为0.07×10^(8)m^(3)/a。海南岛地下水水质整体较差,水质较差区分布在滨海平原区和山前地带,超标因子主要为pH、Al、Mn。岛内存在一系列的环境地质问题,包括琼北盆地的区域性水位下降问题、三亚市海棠湾和榆林湾、东方市板桥镇等地区的海水入侵和土壤盐渍化问题、东方市、昌江县和乐东县等地区的土地沙漠化问题、矿山开采产生的地质环境问题。【结论】海南岛地下水资源量较为丰富,分布差异大,地下水水质较差,环境地质问题突出,应进一步加强水文地质与水资源调查监测工作,加快构建水资源节约集约利用新格局,推进地下水生态环境保护。

岩溶碳汇原理、过程与计量

岩溶生态系统碳循环由陆地生物碳循环(植物光合作用驱动)和岩溶碳循环(碳酸盐岩溶解风化驱动)两部分组成。岩溶碳循环与陆地生物碳循环存在协同作用,岩溶碳循环过程对陆地淡水生态系统产生显著影响。岩溶碳汇主要发生在岩溶和生物紧密联系的植物根系土壤岩石相互融合的表层岩溶带,在快速交互的地下水系统和地表水系统中发生迁移转化过程。当前流域岩溶碳汇计量存在至少3个方面的问题:(1)全岩溶流域中来源于碳酸盐岩的碳和来源于大气/土壤中的碳比例不清;(2)部分岩溶流域碳酸盐岩和硅酸盐岩风化溶解产生碳汇的量如何区分;(3)水生植物光合作用生产的内源有机碳与陆地生态系统的外源有机碳的贡献大小如何。建议岩溶碳汇计算要以流域为单元,通过确定流域边界,查明地质结构,分析土地覆被配置,揭示岩溶碳循环及碳汇效应影响的主控因子,建立反演和正演模型,估算流域岩溶和生物碳汇的贡献,填补岩溶碳汇服务价值评估的空白。

鲁中南典型地热区地热水氟分布特征及其驱动机制

山东省鲁中南典型地热区主要包括沂沭断裂带地热区和鲁中隆起地热区,为了探明研究区地热水氟分布特征及其富集规律,综合运用水化学图解、地球化学模拟和主成分分析等方法,分析沂沭断裂带地热区和鲁中隆起地热区地热水水化学数据。结果表明:研究区地热水以Na-Ca-Cl型、Na-Ca-SO_(4)-Cl型和Na-Cl^(-)SO 4型为主,基本为弱碱性水,优势阳离子为Na^(+),氟质量浓度在0.38~4.5 mg/L之间,富钠弱碱性环境有利于地热水中氟的富集。地热水中F-质量浓度与Na^(+)、Cl^(-)和总溶解固体(TDS)质量浓度呈显著正相关,而沂沭断裂带地热水样中F-质量浓度还与K^(+)、SO_(4)^(2-)质量浓度呈显著正相关,与Mg^(2+)和HCO_(3)质量浓度呈显著负相关;鲁中隆起地热区地热水中阳离子交换作用较沂沭断裂带地热区更为强烈,Na^(+)反应强度明显强于Mg^(2+)。鲁中隆起地热区和沂沭断裂带地热区均为裂隙型热储,热储岩性分别为石灰岩、灰岩热蚀变带和安山岩破碎带,水岩作用强烈。研究区地热水中氟离子的物质来源主要为萤石等含氟矿物的溶解沉淀,受控于阳离子交换等水岩相互作用影响,最终形成高氟地热水,其中高温和富钠对研究区地热水中氟离子富集影响较大。研究成果为地热资源开发利用提供了参考。

西辽河平原地下水失衡及其与土地利用的互馈关系

西辽河平原是我国北方重要的生态屏障,但是生态环境脆弱。2004年以来农田灌溉用水增加,地下水水位持续下降。为查明区域地下水失衡、生态效应及其影响因素,开展了西辽河平原地下水水位统测和长期监测,采用空间相关性分析、水均衡分析、土地利用转移矩阵、对地下水水位变化贡献度分析等方法,分析了区域地下水均衡状况及其与土地利用的互馈关系。结果表明:西辽河平原2020年地下水水位比2004年平均下降2.23 m,地下水储存量年均减少10.90×10^(8) m^(3);平原中部农业集中灌溉区地下水水位下降幅度较大,尤其通辽科尔沁区地下水水位下降最为明显;西辽河平原地下水开采量对地下水水位下降的贡献度为33%,科尔沁区超过50%;地下水水位下降区水位埋深从4.71 m下降至8.34 m,导致草地退化,面积减少,覆盖度下降;西辽河平原地下水可持续开采量为24.28×10^(8) m^(3)/a。用于农业灌溉的地下水开采量增大是造成地下水水位下降的主要原因,为防止地下水水位持续下降,提出了提高节水灌溉能力,调整种植结构、引入外源水及压缩地下水开采量等综合治理建议。该研究成果可为区域农业种植规划、地下水管理与保护提供技术支撑。

黄土-古土壤互层对土壤水分运移及土体微结构的影响

黄土地区地质灾害问题的发生大多与水在黄土中的入渗有关,而马兰黄土-古土壤互层结构对土壤水分入渗规律的影响显著。为揭示古土壤阻滞作用下黄土水分运移规律及其对黄土体微结构的影响,为黄土地区工程实践提供理论基础,该研究以陕西省泾阳县南塬的黄土为研究对象,采用土柱模型进行水分入渗试验,研究黄土-古土壤互层条件下土壤水分运移规律。在此基础上,通过微结构测试、分形维数和概率熵等指标的计算,分析黄土-古土壤互层条件下土壤水分运移对黄土微结构的影响。结果表明:古土壤层的透水性弱,湿润锋抵达黄土与古土壤界面处产生瞬态滞水,且随着入渗强度增加滞水时间增加;古土壤层影响下黄土与古土壤界面处的滞水会导致孔隙结构相互连通,孔隙空间平均增加4.13%,孔隙方向概率熵平均减少0.029,分形维数平均减小0.076,即古土壤层的阻水作用使得界面处黄土的孔隙空间增大,孔隙排列有序,孔隙形态规则。研究结果为黄土地区的工程建设和生态环境保护提供科学支撑。

太行山区阜平县温泉水化学特征及成因分析

河北省阜平县位于太行山腹地,温泉出露于变质岩地层和变质核杂岩构造区,开展温泉水化学及成因分析,对于变质岩区隆起山地型地热资源的勘查开发具有一定的指导意义。本文基于阜平县自然地理及区域地热地质背景,采用野外调查及采样测试等手段,综合运用水化学及稳定同位素等方法明确了温泉水化学特征和主要离子物质来源,初步推测了温泉的补给来源、深部热源等。阜平县温泉水质总体呈弱碱性,变质岩区温泉水化学类型为SO_(4)^(-)Na型,碳酸盐岩区为HCO_(3)^(-)Ca·Mg型,水化学演化以风化溶解作用为主导,阳离子交换作用为辅。温泉流体中的SO4^(2+)、Na^(+)主要来自硫化物和硅酸盐溶解,HCO_(3)^(2-)、Ca^(2+)、Mg^(2+)主要来自碳酸盐溶解。研究区温泉的补给水源为大气降水,并具有轻微的18O漂移现象,补给高程为1500~2600m,推测补给区位于研究区西北部变质岩区和东北部的碳酸盐岩区;研究区温泉样品均达石英理论平衡溶解线,估算热储温度56.46~133.71℃,循环深度2213.0~8092.3m;研究区温泉热源主要来自深部幔枝构造、低速高导层及构造热,韧性剪切带和深大断裂作为传热通道,地表热显示主要受控于断裂构造。研究区地热资源属于深循环可再生能源,热储温度达中高温标准,可进一步开展深部地热资源的勘查开发工作,促进当地经济绿色可持续发展,助力阜平县乡村建设。

广西会仙岩溶湿地水体主要离子和溶解无机碳来源及控制因素

【研究目的】为查明会仙岩溶湿地水体主要离子和溶解无机碳(DIC)的来源及控制因素。【研究方法】于会仙岩溶湿地采集地下水和地表水样品,分析了水化学和溶解无机碳同位素(δ^(13)CDIC)参数特征。【研究结果】会仙岩溶湿地大部分的地下水和地表水水化学类型为Ca−HCO_(3)。湿地水体Ca^(2+)、Mg^(2+)与HCO_(3)^(−)主要来源于碳酸盐岩溶蚀;NO_(3)^(−)主要来源为农业化肥和土壤有机氮的硝化;K^(+)、Na^(+)和Cl^(−)主要来源为化肥、粪肥和污水等;SO_(4)^(2−)主要来源为酸雨和硫铁矿的氧化。湿地地下水中DIC主要来源于土壤CO_(2)和碳酸盐岩矿物的溶解,据同位素质量平衡,计算结果显示约46%来自于土壤CO_(2),约54%来源于矿物本身的贡献。会仙岩溶湿地不完全是CO_(2)参与下碳酸盐岩风化的结果,含硫矿物、酸雨和人类活动来源的H_(2)SO_(4)作为侵蚀介质也参与碳酸盐岩的风化,此外,农业输入还原态氮肥的硝化作用不容忽视。湿地地表水中DIC主要来源于地下水,湿地地表水中δ^(13)CDIC值受水生植物的光合作用和CO_(2)脱气的影响,组成较地下水相对富集偏正。【结论】水化学和δ^(13)CDIC可以帮助理解岩溶湿地的风化和生物地球化学过程,同时还应结合湿地水文地质和人为活动等条件才能提供更准确的信息。

潜水系统非稳定流抽水试验智能优化配线

精确求解水文地质参数是地下水数值模拟、地下水资源评价与开发的前提。为此,基于抽水试验降深—时间数据,采用随机权重粒子群优化(RandWPSO)算法对考虑给水滞后的博尔顿模型智能优化配线,实现潜水完整井非稳定流水文地质参数反演。结果表明,RandWPSO算法选择的曲线拟合参数精度r/D值为0.1753,较人工选择的0.2精确度更高。该方法显著提高了反演参数精度,可为曲线族标准曲线拟合方法在实际工作中难以应用的问题提供借鉴。

塔克拉玛干沙漠地下水十大问题与展望:基于60年来的水文地质调查研究成果

【研究目的】系统总结近60年来塔克拉玛干沙漠地下水的调查研究成果,从地下水补给排泄、地下水水质与地下水循环等三方面总结主要的成果与认识,指出目前调查研究的不足之处和需要解决的十大问题,展望下一步的工作方向与重点任务。【研究方法】通过系统收集塔克拉玛干沙漠地下水相关的调查报告、学术论文,结合国内外其他沙漠区的最新研究成果,从地下水水量、水质及地下水循环等方面梳理调查研究进展。【研究结果】沙漠地下水的主要来源是绿洲区地下水侧向补给、降水入渗与河水入渗补给;地下水的主要排泄方式是蒸散发,还有少量的人工开采;地下水贮存量巨大,约有80多万亿m^(3);但目前补给量与排泄量的估算均有较大的不确定性。沙漠地下水的水质较差,除个别地区小于5 g/L外,大部分地区在5~10 g/L;在垂向上地下水水质具有上咸下淡的特点。地下水的区域运动规律是先从南向北流动,至塔里木河冲积平原后折向东流,地下水平均流速为55.94 m/a。【结论】下一步建议针对本文提出的十大问题,采用定量化的手段,从更长的时间尺度对地下水的补给量、排泄量进行估算;通过分层试验以及监测等技术获取更多的地下水循环信息,系统研究地下水的循环规律,提出沙漠区地下水循环的模式,定量总结各个循环系统的特点;进一步加大对沙漠区淡水寻找和高矿化地下水开发利用技术研发。

晋祠泉域岩溶地下水防污性能评价与水质保护区划分

晋祠泉域岩溶水是太原市生活和工农业生产等重要的水源。文章以新划分的晋祠泉域岩溶水系统为评价对象,在欧洲方法及“水量脆弱性评价”的基础上,选取包气带厚度、入渗补给强度、上覆地层岩性及岩溶含水层的富水性4个指标,进行泉域岩溶水系统防污性能评价及水质保护区划分。结果表明:泉域泉源保护区主要分布在晋祠公园及周边;一级保护区主要分布在汾河主干流、西山山前碳酸盐岩裸露区,屯兰川、天池河及柳林河碳酸盐岩渗漏段等;二级保护区主要分布在泉域北部、汾河北岸等;准保护区主要分布在汾河南岸、东南部的太原盆地地区等。

松嫩平原环境演变及其对地下水资源影响

松嫩平原是中国重要的农业区,近代以来原始的森林草原生态系统被改造为以旱田为主,少量的湿地和草原并存在的生态结构。近20年来,为了提高土地产出效率,大量湿地和旱田被开发成水田,生态结构又产生了较大变化。在气候条件和生态结构的动态变化过程中,地表水与地下水的转换方式和转换量发生了较大变化,对地下水资源产生了显著影响。笔者等采用水量平衡法评价松嫩平原2000~2020年地下水资源为159.45亿m^(3).

基于微观连续介质模型的反应溶质运移数值模拟方法

地下环境中流固间的反应溶质运移过程控制着地质介质演化规律,并受岩石固有非均质性的影响,衍生出非线性行为与多尺度效应。为了面向更为复杂化的应用需求,解析微观特征与表观行为间的响应-反馈机制成为了重要的科学与工程命题。本研究系统地介绍了微观连续介质概念与模型框架,以及该模型方法的实现方式,并归纳了其在不同研究体系中的应用实例,最后重点分析了该方法在实验-数值联合研究中的发展前景与预期挑战。数值模拟方法已被广泛应用于反应溶质运移过程的定量研究之中,但单一孔隙或达西尺度数值模型难以应对机理研究与实例应用间的时空尺度跨度。近年来多尺度数值模拟方法体系不断发展,其中将Darcy-Brinkman-Stokes方程作为多流态数学统一表达,以微观连续介质模型作为多尺度信息关联方式的数值模拟框架,在流固界面追踪、高效数值求解等方面展现出一定的方法优势与应用潜力。

水文地质单元交界区潜水水化学特征及演化分析:以泰州市区为例

泰州市区位于长江北部三角洲平原水文地质亚区与里下河低洼湖荡平原水文地质亚区的交界带。为对比研究两亚区潜水层的水化学特征,通过电荷平衡、统计分析、Piper图、Gibbs图、离子比例、相关分析等方法,分析了水化学主要指标空间分布、水化学类型、相关联系、离子来源,探讨了水化学演化的成因及两亚区的差异来源。结果表明:区内潜水阳离子含量Ca^(2+)>Na^(+)>Mg^(2+)>K^(+),阴离子含量HCO_(3)^(-)>SO_(4)^(2-)>Cl^(-),北部多为微咸水,中南部以淡水为主,主要指标含量从北到南逐渐降低,水化学特征以硅酸盐风化类水岩作用为主,全新世海侵的遗留成分仅对北部潜水有少量影响,人类活动影响均以农业灌溉为主,阳离子交换作用以正向阳离子交换的方式发生。亚区间水化学成分和水化学类型差异明显,两亚区水化学特征差异的主要成因是全新世海退后迥异的沉积环境以及地貌的影响。

内蒙古乌努格吐山铜钼矿区地下水化学特征及其成因机制

内蒙古乌努格吐山铜钼矿地处呼伦贝尔草原腹地。本文对研究区内地下水及地表水进行了系统采样测试,应用数理统计、Piper三线图解、相关性分析、Gibbs模型以及离子比例关系等方法对研究区水样进行综合分析。研究结果表明,区内水体阳离子以Ca^(2+)和Na^(+)为主,Ca^(2+)基本来源于钙镁硅酸盐岩的风化溶解,Na^(+)主要来源于岩盐溶解;阴离子以HCO^(-)_(3)和SO_(4)^(2-)为主,主要受碳酸盐的溶解影响,局部受含硫矿物的氧化和尾矿液渗透影响较大。水化学类型以HCO^(-)_(3)Ca·Mg和HCO_(3)·SO_(4)-Ca·Mg·Na型为主,总体呈中性,大部分属微硬淡水。区内水化学成分主要受溶滤作用影响,阳离子交替吸附作用和浓缩作用也有一定影响。基本查明了矿区及其周边地下水化学特征及其成因机制,为矿山地质环境影响评价、绿色和谐矿山建设以及草原生态环境保护等提供科学依据。

广安市华蓥山—铜锣山地区岩溶地下水富集模式研究

岩溶地下水是广安市华蓥山—铜锣山农村地区的主要水源之一,研究区内地下水富集模式对于地下水资源勘察和开发利用具有重要的现实意义。针对广安市华蓥山—铜锣山地区,基于水文地质调查,对水样进行采样和测试分析,通过分析地层岩性、地形地貌、地质构造、地下水形成条件、径流特征等因素.