卫河流域河流-地下水流系统氮素运移的数值模拟

卫河是海河流域污染最严重的河流之一,该河如何影响附近浅层地下水的水质是长期受到重视但缺乏定量研究的关键问题。为探讨这一问题,利用Hydrus-2d模型模拟河流-非饱和带氮素的迁移转化,以GMS软件中的RT3D模块模拟氮素在饱和含水层中的运移,将包气带底部淋滤出的污染物浓度定为饱和带溶质运移模型的上边界条件,首次实现了河流-非饱和带-饱和含水层氮素运移的联合模拟,得到河流线状污染源对浅层地下水的影响程度及范围。研究结果表明:由于吸附作用、硝化-反硝化作用的存在,从河流上游到下游,包气带厚度加大,运移至含水层中的NH_4^-N、NO_2^-N浓度呈下降趋势,而NO_3^-N浓度则呈上升趋势。随着入渗时间的增长,进入饱和含水层中的NH_4^-N、NO_2^-N、NO_3^-N的浓度逐渐升高并最终保持稳定。污染的河流对浅层地下水的影响呈带状分布,污染物随入渗水流在包气带中垂直入渗;在饱和含水层中以水平运移为主,污染羽偏向地下水流动的方向,其影响距离不超过500m。

高砷含水层沉积物含铁矿物特性及其对砷的水文地球化学作用

含水层沉积物中含铁矿物的特征与活性会影响砷的迁移转化行为。通过内蒙古含水层沉积物含铁矿物的溶解、还原动力学实验,研究了沉积物含铁矿物特征和活性及其与砷运移的关系。结果表明,沉积物中具还原活性的铁氧化物总量(m0)与岩性有关,细砂为5.2μmol/g,黏土为45μmol/g。初始还原速率k'均在10-5s-1的数量级。表征活性均匀度的参数γ值介于合成铁氧化物矿物和表层沉积物之间。沉积物中Fe(Ⅲ)氧化物的还原活性主要介于人造纤铁矿与针铁矿的活性水平范围内。沉积物中可能存在两类活性水平不同的Fe(Ⅲ)氧化物。As更倾向于吸附在活性较强的Fe(Ⅲ)氧化物上。还原环境中,活性较强的Fe(Ⅲ)氧化物的还原性溶解,促进了沉积物中砷的释放。

沉积物不同提取态有机物特征及水文地球化学意义——以河套盆地典型研究区为例

地下水系统中有机物(OM)特征和活性对于地下水化学特征的形成和演化起着十分重要的作用。将内蒙古河套盆地表层湖相沉积物按10 cm间隔采集,并对沉积有机质的性质及来源进行重点分析。测量了不同深度上不同岩性沉积物的色度、水溶性有机物(WEOM)和盐溶性有机物(SEOM)含量及其光谱学特性。结果显示,沉积物的色度(R530-520)与TOC含量呈现相反的变化趋势:色度值较大时,TOC含量反而较小。相对于细砂层,黏土层的色度值较低,但TOC含量较高。相同的沉积物中,SEOM含量高于WEOM,但WEOM更易迁移至地下水中。有机物的光谱指数表明,WEOM以微生物来源为主,而SEOM以陆源为主。通过三维荧光光谱分析发现,荧光强度和沉积物有机碳(SOC)含量呈正相关;黏土层沉积有机物荧光强度更高;WEOM和SEOM均含类腐殖质成分和类蛋白成分,但SEOM中腐殖质成分较高;类腐殖质是所研究的沉积物中OM最主要的存在形式。