河南周口龙湖湿地地下水-地表水交互作用模拟及修复决策研究

随着气候变化和人类活动双重影响,河南省周口市淮阳区龙湖湿地近年来出现水位下降,需进行人工补水来维持生态稳定,因此,亟需开展龙湖水文过程、水量平衡分析和水化学变化研究。应用Visual MODFLOW建立了地下水水流模型,模拟湖泊湿地与周边地下水-地表水之间水量交互过程,以支持龙湖水量平衡分析;应用水文地球化学交互模式分析法分析龙湖湿地与地下水之间水化学联系。结果表明:①龙湖湿地与周边地下水有着密切水力联系,其交互模式为典型的饱和流-贯穿型湿地类型;②在周边地表水补给基本截断的现状条件下,地下水补给量占龙湖来水总量的42%,是影响龙湖水量平衡的最主要因素;③沿“地下水-龙湖-地下水”径流方向,TDS呈“低-高-低”的变化,湿地地表水与地下水之间的有显著的水化学联系;④地下水位持续下降和湖泊水体的蒸发浓缩作用,会给龙湖的水量平衡和水质稳定带来风险。因此,全面治理龙湖周边的环境是首要任务,通过恢复地表水系与龙湖的联系并管控地下水开采,可以降低龙湖未来的环境和生态风险,并为湿地管理提供条件。

汉江下游河水-地下水交互带中地下水水化学和氮分布特征

河水-地下水交互带被称为生物过滤器,对氮等污染物有截留净化功能。为研究汉江下游河水-地下水交互带氮的分布特征,本文设立了3个剖面和9口钻井,采集沉积物和地下水样品并进行测试。结果表明,在样品采集期间交互带剖面1河水补给地下水,剖面2地下水补给河水,剖面3河水和地下水水位持平。交互带地下水pH整体上呈中性,主要水化学类型为HCO_(3)-Ca型,处于缺氧或厌氧的还原环境,地下水硝态氮0.02~0.22 mg/L,亚硝态氮小于0.02 mg/L,小于Ⅰ或Ⅱ类地下水氮的浓度限值,位于农田的1-2井氨氮1.93 mg/L,符合Ⅴ类地下水氨氮浓度限值,而其它8口井氨氮0.01~0.32 mg/L,小于Ⅲ类地下水氨氮浓度限值。交互带沉积物pH呈中性偏弱碱性,1-2钻井不同深度沉积物氨氮0.05~2.45 mg/kg,其它钻井沉积物氨氮0.03~0.34 mg/kg。这些结果表明农业氮肥是导致交互带高氨氮的主因,但是影响范围比较有限。此外,交互带中氨氮主要以交换态铵氮存在,溶解态氨氮占比较少。

傍河水源地地表水地下水转化SFR模型的应用

傍河水源地开采地下水是一个地表水与地下水转化的复杂过程。目前,模拟傍河开采量的数值模型常把河流概化为第一类定水头边界或河流边界。第一类定水头边界处理把河流概化为无限补给水源,对季节性河流来说明显不切实际,而河流边界不具备SFR模型的汇流功能。为弥补第一类定水头边界模型及河流边界模型对地表水与地下水转化量计算精度不够的缺陷,采用SFR模型概化白马河-吉利河,设置河床与地下水之间的河床水力传导系数、河床厚度、水深及断面形状等,将SFR模型与MODFLOW模型进行耦合,计算丰、平、枯水期河流流量与上下游水位,建立SFR地表水与地下水耦合模型。分别使用第一类定水头边界模型和河流边界模型概化河流,将SFR耦合模型、第一类定水头边界模型及河流边界模型的模拟结果进行对比,结果表明SFR耦合模型在表达丰、平、枯水期地表水与地下水转化关系及转化量计算方面更为准确。按SFR耦合模型、第一类定水头边界模型和河流边界模型计算的研究区地下水可开采量分别为2779万、3511万、2576万m^3/a,SFR耦合模型模拟结果与研究区已知的地下水可开采量2870万m^3/a更为接近,所得结论更为合理。

河水-地下水侧向交互带微生物群落分布特征及其主控因子

河水-地下水交互带独特的水文地球化过程会严重影响微生物群落分布,研究该分布特性可为一系列生物地球化学循环提供新的认识.以汉江下游侧向交互带沉积物为对象,通过16SrRNA基因高通量测序分析交互带沉积物二维剖面中微生物群落多样性、物种组成及其与环境因子的关系.研究表明:以河水补给地下水为主流方向的剖面中微生物群落分布差异性较大;交互带微生物多样性与TOC、Mn极显著负相关,与NH4+、As显著负相关,近河处水位线下分布着微生物多样性高的区域,富集氧化态的NO_(3)^(-)、Fe(Ⅲ)、SO_(4)^(2-),其中大量化能异养菌丰度下降,聚磷酸盐、氨氧化和噬甲基相关功能微生物丰度升高;而交互带边缘区域微生物多样性低,TOC、NH_(4)^(+)、Mn和As相对较高.总之,水流交互作用决定了交互带沉积物的DO和TOC的分布,从而调控着其中微生物群落变化及多种元素的生物地球化学过程.

太湖地区典型小流域地下水储量动态模拟与分析

对太湖地区典型小流域的近地表地质特征进行系统野外试验,分析近地表土层土壤和岩层结构特征,初步确定了含水层计算参数;采用三维地下水流数值模拟方法概化水文地质条件,识别与验证模型参数。结果表明:地表水补给地下水的量约是地下水补给地表水总量的2倍,山溪型小流域的地表地下水交互过程趋于单向交换,即河道水补给地下水。从含水层储水量变化看,除去蒸散发,通过地下通道流失的水量占据总水量的相当比重,且地下储水的减少量主要依赖降雨入渗进行补给。所建立的模型能够较好地反映研究区实际的水文地质条件,揭示地表水和地下水的交互量的变化过程,并定量研究流域水量平衡动态关系,可为变化环境下的地下水保护和滨湖区的地下水潜流计算研究提供预测分析依据。

基于河岸带地球化学特征的河水-地下水交互边界识别——以广州市流溪河为例

河水-地下水交互作用对河流水质净化、流域水生态健康和河岸土地合理规划具有重要意义.本文以广州市流溪河为研究对象,实时监测河水和河岸带地下水基本理化指标并采集水样和土样进行水体主离子、氮形态、金属离子浓度、氘(δD)氧(δ^18O)同位素和土壤渗透系数(K)测试分析.结果表明:监测期间以河水侧向补给地下水为主,对地下水水位的影响范围在距河岸10 m内;距河岸1 m处地下水溶解氧(DO)浓度、电导率(EC)和氧化还原电位(ORP)变化明显,变异系数(n=7)分别为30.9%、42.0%和44.4%.河水和河岸带地下水水化学类型均为HCO3-Ca型,受碳酸盐岩风化控制.河水入渗补给地下水初期,河岸带含水层向还原环境转化(ORP平均下降92.25 mV),非饱和带Mn氧化物发生还原性溶解,地下水中Mn^2+浓度逐渐增加并达最大值(0.52 mg·L^-1);基于δD、δ^18O和Cl^-浓度的混合模型估算的河水对距河岸5 m处地下水的贡献率分别为10.4%、11.6%和11.5%,表明监测断面河水-地下水交互边界约在距河岸5 m处.

高效液相色谱-串联质谱法测定黄河河口段水中全氟化合物的初步研究

以近年来备受关注的持久性有机污染物———全氟化合物为研究目标物,黄河河口段为目标研究区域,应用高效液相色谱-串联质谱法测定黄河河口段河水、自来水和浅层地下水中的19种全氟化合物含量,描述研究该区域水体中全氟化合物的污染水平和分布规律,并探讨水体中全氟化合物的来源。结果表明,全氟丁酸和全氟辛酸是黄河河口段水体中最主要的全氟化合物,黄河水中的全氟丁酸和全氟辛酸浓度分别为1.61～4.20ng/L和2.04～3.36 ng/L。浅层地下水中各待测物检出率都很低;自来水中全氟丁酸和全氟辛酸的浓度分别为1.62～3.24 ng/L和4.66～9.34 ng/L;自来水与黄河水中全氟化合物的组成特征明显不同。东营地区黄河水中全氟辛烷磺酸的浓度与国内其他北方城市相比浓度相当,明显低于长江水和珠三角地表水;全氟辛酸的浓度与呼和浩特市周边河水以及北京官厅水库中浓度相当,相比国内其他地区处于较低水平。

傍河型水源地水质预测解析解模型

通过分析水源区地表水-地下水交互作用特点,研究傍河型水源区水质变化的预测数学模型。利用模型的解析解来预测水源地的水质情况,最后用实例说明其应用过程,得到预测模型与方法的可行性。

东莞石马河流域重金属污染及生态毒性的时空差异

采用发光菌毒性测试方法和水样、土壤理化指标分析河水和地下水对发光菌的抑制率时空差异和土壤重金属浓度空间差异及其耦合.结果表明,旱季(2月)的河水重金属污染较严重,超过了地表水Ⅰ类水质量标准,河水R1的抑制率高达38.34%,为中毒,河水重金属浓度和抑制率从上游至下游呈下降趋势,旱季和雨季(6月)的大部分河水对发光菌的抑制率存在显著性差异(P<0.05或P<0.001);雨季的河水抑制率(R11除外)无显著性差异(P>0.05),R11的抑制率为15.56%,显著高于(P<0.05)同期其他水样.不同时期的地下水GW4、GW5和GW6抑制率产生了显著性差异(P<0.01或P<0.001),GW6的抑制率最高(15.88%),为低毒.Zn、Fe、Mn和Ni与抑制率呈正相关关系(P<0.05或P<0.01),相关系数分别为0.452、0.567、0.726和0.475.河水-地下水交互作用导致了土壤重金属(Cu、Ni和Zn)污染;土壤中Cd的污染程度最高,河水中Fe和Mn浓度最高,地下水中Ni污染最严重.