广西北流-广东化州MS5.2级地震前后阳江新洲深部地热关联地下水异常研究

介绍了广东阳江新洲地热田深部地下水关联井水显著异常,广西北流—广东化州MS 5.2级地震发震前,新洲地热田监测井中两次延续数十小时的水位上涌现象,该现象解析是由于地热田东西向断层被挤压,引起深部地下水上升受阻而向地热田周边浅层地下水排泄,最终导致监测井中水位上涨。这意味着新洲地热田浅层地下水受深部地下水的影响,这种地下水体系对地应力活动引起的应变更敏感。研究结果对地震先兆、深部水文、深部地热均有参考意义。

广花盆地地下水化学特征及其演化分析

粤港澳大湾区(简称大湾区)建设已经上升为中国国家重大发展战略,水资源保障能力提升是大湾区建设的重点内容。城市应急备用水源建设是解决区内供水风险、保障特殊时期供水安全的重要手段,查明水环境质量状况及其演化对于备用水源地的科学建设意义重大。以粤港澳大湾区应急备用水源地-广花盆地为研究对象,采集并测试了41口监测井水样的常规化学组分,利用主成分分析、元素比值和Gibbs模型等多种方法,探讨了地下水主要离子来源及控制因子,评估了水质状况。结果表明:地下水的TDS变化范围为51.42-1 293.36 mg·L-1,Cl-为1.81-858.65 mg·L-1,淡水样占比95.1%,微咸水占比4.9%,反映地下水化学具有较大的空间差异;地下水阳离子以Ca2+和Na+为主,阴离子以HCO3-和Cl-为主,为HCO3-Ca、HCO3-Na·Ca、HCO3·SO4-Na·Ca和HCO3·Cl-Na·Ca型水;地下水的ρ(Na+)/ρ(Na++Ca2+)值为0.02-0.59,ρ(Cl-)/(Cl-+HCO3-)值为0.03-0.88,Ca/Na值为0.69-52.66,HCO3/Na值为1.28-41.64,据Gibbs模型和元素化学计量分析表明,其化学组成主要受含水层碳酸盐岩和硅酸盐岩风化控制;Na/Cl系数为0.31-6.39,局部地下水盐化明显,在北部高Cl-质量浓度区,其主要受古咸水与现代淡水混合影响,并有Na+与Ca2+离子交换,在南部的高Cl-质量浓度区,可能是海水沿流溪河咸潮上溯和河流侧向补给地下水所致;氨氮为0.05-7.50mg·L-1,有75.6%的样品超过Ⅲ类水标准,其主要来源为农业施肥、人畜粪便。由此,氨氮污染威胁地下水安全,作为应急备用水源应引起高度重视。

地下水中Tween80对DNAPL运移和分布的影响

选用地下环境中普遍存在的四氯乙烯(PCE)为典型DNAPLs污染物,建立二维砂箱模型,研究一种人为引入表面活性剂Tween 80对粗砂介质中DNAPLs迁移和分布的影响.测定了含不同浓度Tween 80水溶液/石英砂/PCE三相体系下的液/液界面张力及PCE在石英介质表面的接触角,结果表明PCE在石英砂表面的接触角随着Tween 80浓度的增大而增大,PCE/水的界面张力随着Tween 80浓度的增大而减小,Tween 80浓度在CMC值附近时变化急剧.随后的二维砂箱实验定量描述地下水中表面活性剂Tween 80对PCE的迁移和最终形态的影响.由于Tween 80可以使石英砂介质由水相润湿转变为中间润湿或油相润湿态,相应地在20～30目的粗砂均质介质中Tween 80对DNAPLs迁移存在明显影响.背景溶液中表面活性剂的存在使得DNAPL的垂直运移速度减小,垂向迁移距离减小,最终使得被截留在运移路径上的残留PCE增加.和纯水流情况下相比,地下水中含有表面活性物剂Tween 80时,使得DNPAL污染羽向水流方向偏移减弱,污染羽展布面积与纯水情形下相比,在垂向上均明显减小,并且以较大饱和度残留的DNAPL量增加.

粤港澳大湾区水文地质条件对地下水环境影响及其污染防治对策综述

随着工业化和城市化的快速发展,粤港澳大湾区地下水环境问题日益突出,加之地下水污染具有隐蔽性强、机理复杂等特点,一旦污染很难治理,即使花费很大的代价,耗时较长,也难奏效,因而需要加强重视。地下水污染的复杂性主要受水文地质条件的复杂性控制,大湾区位于珠江流域下游河口三角洲区,水文地质复杂,具有典型的区域性。通过总结大湾区地下水环境状况和水文地质特征,分析水文地质条件对地下水环境的控制作用,从建立管理和技术标准体系、建设监测网络、加强协同防治、探索修复治理技术等方面提出大湾区地下水污染防治措施建议。

藏北温泉盆地地热田水文地球化学特征研究

藏北温泉盆地地热资源丰富,但研究程度较低。为查明温泉盆地地热资源赋存状态及热源来源,揭示热循环机理,定量评估研究区热储温度、冷水混入比例、热循环深度等,利用温泉盆地地热田共18组温泉水样进行水化学分析,进行定量计算。结果表明:温泉盆地温泉水水化学类型主要为Ca-HCO3·SO4型。温泉盆地地下热水在向上运移过程中,受浅层地下水的混合作用影响,使得热水变为“未成熟水”。温泉水中文石、方解石等钙质热液的饱和度指数大于0。热储温度60.93~96.52℃,热循环深度3238.06~5215.28 m,冷水混入比例在20.97%~70.19%之间。硅-焓模型计算出未混入冷水时深部热储温度在81.94~167.26℃之间,热储循环深度4405.56~9145.56 m。

潮汐影响下的海岸带地下河口水交换及其生物地球化学效应

海岸带地下河口中的生物地球化学过程是一种重要的陆海相互作用驱动力,对于海洋中的物质收支至关重要。以青岛金沙滩为典型研究区域,借助电阻率成像、同位素示踪等技术手段对潮汐影响下的地下河口的生物地球化学特征进行刻画,发现地下水体的电阻率、盐度、pH、镭氡同位素及营养盐含量等各种理化参数的周日变化均表现出明显的潮汐规律,但较同步潮汐信号滞后2~4h。研究结果表明,在涨落潮过程中,海水在地下河口发生倒灌排放,并显著地改变了含水层的生物地球化学背景场。

黄河下游地下水中镭氡同位素的分布及影响因素研究

为研究黄河下游地下水中镭氡同位素的含量、分布及其影响因素,于2015年5月至2016年2月,按季度对黄河下游利津水文站至黄河口区间100 km河道内的地下水进行了5次调查,得到结论如下:(1)黄河下游地下水中3种镭同位素(223Ra、224Ra和226Ra)活度变化范围为0.4~5.9 dpm/100L、23.5~358.1 dpm/100L和11.2~49.4 dpm/100L;222Rn活度变化范围为8.2~700.5 dpm/L,除个别站位(如DP-#)地下水中222Rn浓度较高以外(608.8±105.0 dpm/L),其他站点222Rn浓度水平基本上保持在8~200 dpm/L之间。(2)远离河口的采样站位(LJ-#、YL-#和YW-#)地下水中镭同位素浓度的季节性特征不明显,而靠近河口的采样点(DP-#和KY-#)的镭同位素浓度季节性差别显著。随着向河口方向的延伸,地下水中镭同位素浓度呈现出逐渐增加的趋势,盐度是影响镭同位素活度的关键因素。(3)各采样点水体中222Rn浓度变化均呈现出夏季略低于冬季的分布特征,水体停留时间和黄河径流量变化是影响222Rn活度变化的主要原因。

海积平原区某非正规垃圾填埋场地下水氨氮污染模拟研究

本研究结合天津市海积平原区水文地质条件,构建了某非正规垃圾填埋场地下水溶质运移模型,并将该模型用于预测分析垃圾填埋场地下水氨氮污染迁移规律.采用敏感性分析研究了渗透系数、孔隙度和弥散度等参数的变化对模拟结果的影响.模拟评价了地下水氨氮污染抽出处理效果.研究结果表明,氨氮污染羽在10年内最大迁移距离为648 m,污染面积达到368667 m^2,高浓度氨氮污染羽主要分布于南部浅层潜水含水层.抽出处理方案效果不佳,易导致氨氮污染羽的拖尾和反弹效应.本研究可为海积平原区地下水氨氮污染治理、修复提供理论参考和依据.

基于稳定同位素自然丰度技术的土壤氧化亚氮产生与排放过程研究进展

氧化亚氮(N_(2)O)是主要的温室气体之一,并且对平流层臭氧层分解起到重要作用。土壤中N_(2)O的产生和排放过程复杂多样,对其进行精准溯源与过程区分有助于制定减排策略。稳定同位素自然丰度技术利用N_(2)O的同位素值δ^(15)N^(bulk)(N_(2)O中15N在整体水平上的同位素特征值)、δ^(18)O(N_(2)O中18O在整体水平上的同位素特征值)以及δ^(15)N^(sp)(N_(2)O分子内15N的位点特异性同位素值),可以示踪N_(2)O来源、指示N_(2)O产生的微生物作用途径,在N_(2)O转化过程溯源中已取得重要进展。而同位素分馏效应是稳定同位素自然丰度技术应用的理论基础,其中微生物过程及其导致的同位素分馏是需要重点关注的问题。本研究概述了同位素分馏效应在N_(2)O的产生、排放过程中的研究进展及其主要影响因素,梳理了同位素特征值δ^(15)N^(bulk)、δ^(18)O和δ^(15)N^(sp)在分析N_(2)O来源的研究进展,并且提出了影响准确区分过程的因素。因素包括单一产生路径的同位素特征值范围广、不同产生路径的同位素特征值范围的重叠、反应底物同位素组成的变化以及与N_(2)O还原相关的分馏因子的可变性等问题。明确了今后需加强δ^(15)N^(sp)等N_(2)O同位素特征值分馏效应的测定,利用组合同位素特征值及先进手段进行全面的N_(2)O溯源研究。

海水入侵指标对比分析与评价——以珠江口地下水含水层为例

合理评价海水入侵对于地下水含水层管理和居民生活健康有着重要的意义。当前海水入侵评价应用较广泛的为包含单一因子和基于统计分析的多种水化学方法。本文综合阐述了海水入侵评价中所用的水化学指标、原理与方法,包括在国内评价体系中少见的一些方法,并以珠江口地下水含水层为例,对比了各种指标的有效性,评价了各类方法的优缺点以及在实际应用中可能产生的问题。结果显示,以Cl^-和TDS作为简单直接的单因子可以快速评价海水入侵,尤其对于大范围的海水入侵评价十分有效。而和Ca2^+,HCO^-3,SO^2-4等变化有关的指标具有地域性,在研究区对海水入侵的指示并不是十分敏感。在复杂评价因子中,与离子交换有关SAR,BEX以及GQISWI与Cl^-相关性较高,可以较好的指示海水入侵及水岩相互作用。经过分析,受到地下含水层和地表水道双重介质入侵的影响,研究区海水入侵范围在过去几个年代有向北推进的趋势。本研究对于高速经济发展下的沿海地下水含水层管理和评价有重要的指导意义。

非活化过一硫酸盐氧化降解盐酸四环素

基于非自由基途径的高级氧化技术具有受环境介质干扰小、氧化剂利用率高及反应路径相对稳定等优点,本研究采用非活化过一硫酸盐(PMS)氧化降解水中盐酸四环素(TCH),并考察了PMS浓度和水中共存物质对TCH降解效率的影响。结果表明,非活化PMS可通过产生非自由基形态的1O2有效降解TCH,在TCH浓度为0.05 mmol·L^(-1)、PMS浓度为2 mmol·L^(-1)、pH为6.9、温度为25℃的条件下,反应120 min后,TCH去除率达到83.75%。PMS对TCH的降解过程遵循准一级反应动力学,反应动力学常数k与PMS氧化剂的初始浓度呈正相关。实际环境中与TCH共存的SO_(4)^(2−)和腐植酸不会影响TCH的降解,而高浓度的Cl^(−)和CO_(3)^(2−)可促进TCH的降解。经过长时间的反应,PMS可实现对TCH的氧化矿化,反应1440 min后,TOC去除率达到59.94%。因此,PMS不经活化也可基于非自由基途径实现对TCH污染水体的修复。

惠州白盆珠水库沉积物营养元素时空变化特征及源解析

为了探究自然过程和人类活动对水库水环境演变过程的影响,采集广东惠州白盆珠水库表层沉积物和沉积柱样品,测定表层沉积物总氮(TN)、总磷(TP)和总有机碳(TOC)含量,将水库划分为入库区、中部区和近坝区,分析表层沉积物的营养元素空间分布特征;利用放射性核素(210Pb)和稳定初始放射性通量(CIC)模式为长度为27 cm的沉积柱建立年代序列,测定沉积柱TN、TP、TOC含量,碳稳定同位素(δ13C)值和粒径垂向分布特征,分析营养元素时间分布特征及来源。结果表明:表层沉积物TN、TP和TOC含量分别在水库3个区域间无显著性差异(P>0.05),营养物质污染程度低;沉积柱沉积历史约53年,平均沉积速率为0.5 cm·a-1;沉积柱TN、TP和TOC含量垂向分布特征可分为3个阶段:1983年之前含量均保持相对稳定,1984-2004年受人类活动影响而逐渐增加,2005-2018年呈先减小后逐渐增加趋势;沉积柱的总有机碳与总氮比值(C/N)和δ13C指示沉积物中的有机质为陆源和内源的混合来源,由于白盆珠水库具有供水功能,以及流域内水土流失控制措施,陆源有机质占比与珠江三角洲其他水库相比较低,约占50%。

天然气水合物非成岩出砂储层砂流数值模拟

天然气水合物(可燃冰)作为新兴洁净能源,受到全世界的重视,由中国地质调查局组织实施的中国海域天然气水合物第二轮试采取得成功,并超额完成目标任务。当前,中外天然气水合物模拟器开发和相关研究虽然有通过力学耦合描述“砂”的行为,但大部分都没有涉及“砂”的流动过程。针对天然气水合物分解后,储层多孔介质中“砂”流动过程的数值模拟,通过通用储层渗流模拟器GPSFLOW,实现水、气(甲烷)、砂三相三组分模拟,把砂当做一种非牛顿流体,即为一组分也是一个相态,按宾汉流体进行模拟,初步探讨砂流过程模拟的理论方法和模型实现方案,并通过理想模型进行验证。结果表明:相较于其他出砂数值模拟研究方法,提出的砂流模拟方法简单高效,能够有效地模拟砂流过程,后续通过耦合水合物开采渗流模型,有望实现对水合物开采过程中砂流的准确模拟。

桂林凉风洞洞穴系统垂向碳迁移特征及其影响因素

2017年11月至2018年11月,以桂林毛村凉风洞为研究对象,进行大气环境和洞穴环境野外监测,同时在洞穴上覆土壤30 cm和60 cm处开展试片溶蚀实验,并在洞穴内部进行试片溶蚀和滴水脱气监测,以测定垂向碳迁移主要过程中的CO_(2)浓度和δ13C-CO_(2)值。结果表明:(1)“大气—土壤—洞穴”垂向碳迁移系统能够与洞穴通风一起影响洞穴系统内部的CO_(2)分布模式。洞口通风方向的转变取决于洞内温度与外界温度的差异,少雨的11月中旬到次年3月初通风方向为从洞外到洞内,此时垂向碳迁移能力弱,洞内CO_(2)的分布由洞口通风主导;3月初至9月中旬,洞内外温差逐渐过渡并反转,洞口通风方向为从内向外,且降雨强度大,垂向碳迁移活跃并主导洞内CO_(2)分布;(2)岩溶关键带土壤呼吸的强度决定了垂向碳迁移系统可迁移的碳量,洞内CO_(2)分布的季节性变异本质上是外界环境在垂向碳迁移系统和洞穴模式上的响应;(3)洞穴上覆碳酸盐岩土下溶蚀实验表明土下溶蚀可削弱土壤碳源作用。土壤30 cm和60 cm处碳酸盐岩溶蚀速率分别为:0.48 mol·m^(-2)·a^(-1)和0.96 mol·m^(-2)·a^(-1),而洞穴第一洞厅监测点的碳酸盐岩脱气速率为49.35 mol·m^(-2)·a^(-1)、第二洞厅内为9.07 mol·m^(-2)·a^(-1),由垂向碳迁移系统运移到洞穴内部的溶解了土壤CO_(2)的滴水脱气作用显著。

粤西深大断裂温热泉水化学分析

通过对粤西深大断裂(即信宜-廉江深大断裂带区域)温泉地球化学特征等研究,揭示其水化学组分主要为硅酸盐矿物的溶解控制,Na-K-Mg图解显示研究区内热泉水岩作用处于不平衡状态,另外还估算了地热水的热储温度为63.2-122.5℃及循环深度为1453-3430 m.该成果可为进一步探讨地热水与深大断裂之间的联系及水文地质条件、地质构造及地热资源开发等提供依据.

广东省信宜-廉江地区地热水中氟的富集过程

为查明信宜-廉江地区地热水中氟的富集过程,于2018年4月采集地热水、河水和井水样品23组,采用Piper三线图、Gibbs图和同位素分析来探究高氟地热水的化学特征和分布规律,结合饱和指数、离子比例系数和相关性分析等方法揭示了高氟地热水的富集过程.结果显示,超过65%样品F^-含量大于1 mg·L^-1,热水样品中超过83%的样品F-含量大于1 mg·L^-1,高氟水的水化学类型主要为HCO3-Na型,高氟水表现出富钠、贫钙、弱碱性的特点;氢氧同位素数据表明地热水主要来源于大气降水,高氟水循环路径相对较长;水岩作用和含氟矿物的溶解是地热水中氟的主要来源,含钙矿物的溶解沉淀,吸附解吸作用和阳离子交换作用是地热水氟富集的主要影响因素.

沉积物记录揭示的深圳湾红树林生态系统稳态转变

稳态转换作为滨海生态系统的一种灾变现象,其过程伴随着生态系统质量下降和功能退化。深圳湾位于粤港澳大湾区的核心区域,深入理解其生态系统演化过程是进行适应性管理的重要前提。2014年于深圳湾福田红树林湿地获得4根岩芯沉积柱,通过分析沉积和生物地球化学指标(包括金属元素、营养盐、粒度和有机质指标),重建半个世纪以来深圳湾环境的历史变迁,揭示其生态系统发生的稳态转变过程。结果表明:稳态转换发生前(1954—1980),福田红树林沉积物中重金属、无机营养和有机物含量稳定增加,但处于较低水平;稳态转换发生后(1990—2014),深圳湾中污染输入增加,沉积物中重金属和营养盐含量发生明显变化,深圳湾生态系统质量持续下降。通过揭示深圳湾生态系统演变过程及其稳态转变的发生规律,为粤港澳大湾区生态系统修复和管理提供重要的理论依据和参考。

太湖流域西氿摇蚊亚化石群落对湖泊生态系统稳态转换的响应

探究湖泊生态系统稳态转换机制对科学管理湖泊环境具有重大的意义.本文通过西氿沉积岩芯XJ2018中的生物指标(摇蚊亚化石)及地球化学指标(总氮和总磷),探讨了其环境演变历程以及生态系统的稳态转换.摇蚊亚化石群落变化和系统突变指数(RSI)结果均表明,西氿生态系统在近40年内经历了明显的稳态转换.1990s前,湖泊营养状态较低,水生植被覆盖度较高,摇蚊群落以附植型摇蚊(Cricotopus trifasciatus、Dicrotendipes spp.)为主,广食性的长足类摇蚊丰度最低,此时西氿为草型-清水态湖泊;以1990年为节点一直到2000年前后,由于宜兴市围网养鱼以及农业发展迅速,湖泊营养状态在较短的时间内,发生了一次显著的转变,附植型类群逐步减少,广食型类群(Tanypus chinensis、Microchironomus tabarui)暴发且逐步占据统治地位,湖泊营养化程度逐渐加剧,由草型逐步向藻型过渡;20002010年,湖泊生态系统进一步恶化,附植型类群几乎消失,广食型长足亚科(Tanypus chinensis、Procladius choreus)占绝对优势,2010年以后,附植型摇蚊类群的恢复和广食型摇蚊数量的下降,表明随着生态保护的重视和生态治理的实施,西氿环境略有改善,但藻型富营养湖泊的状态仍未改变.

典型微塑料对环丙沙星在多孔介质运移的影响

为探究微塑料对抗生素在多孔介质运移的影响,本文以聚丙烯(Polypropylene,PP)作为典型微塑料,以环丙沙星(Ciprofloxacin,CIP)为典型抗生素污染物,通过CIP的吸附实验和CIP在砂柱中运移实验,研究PP对CIP在多孔介质中的运移分布的影响。结果表明,PP对CIP的吸附能力强于石英砂对CIP的吸附能力,最大Langmuir吸附能力为1.03 mg·g^(-1)。在砂柱实验中,CIP的流出浓度随PP含量的增加而降低,而流速增大时砂柱流出的CIP浓度峰值的出现时间提前。此外,当进入砂柱的CIP溶液浓度增大时,流出砂柱的CIP总量增大;溶液中增加NaCl、CaCl2和BaCl2等电解质提高离子强度,会增强CIP在砂柱中的迁移能力。研究表明,PP能显著影响CIP在多孔介质中运移的行为。

基于小波分解及遗传BPNN耦合模型的地表水As浓度预测研究

随着工业的快速发展,水体中污染物超标事件时有发生,造成了较严重的水环境污染问题.水环境监测与预报是环境科学研究的重要内容.为了实现地表水砷(As)污染的准确预报,本研究提出小波分解、遗传算法与BP人工神经网络的耦合建模方法,并结合某河流监测站1998—2016年共19年的地表水质监测数据,通过皮尔逊相关系数和信息指标评价法对模型输入变量进行筛选,最后对比分析了在不同水质参数输入情况下BP人工神经网络(BPNN)、遗传算法改进的BPNN(GABP)、小波-遗传BPNN耦合模型(W-GABP)对后6年(2011—2016年)As浓度预测结果的均方根误差(RMSE)、决定系数(R^(2))、平均绝对百分比误差(MAPE),以确立最优模型.结果表明:(1)多水质参数BPNN、GABP与W-GABP耦合模型预测结果的MAPE分别为17.51%、15.98%、14.46%,单水质参数BPNN、GABP与W-GABP耦合模型预测结果的MAPE分别为18.78%、16.74%、7.83%;(2)小波分解数据前处理及遗传算法均能较大程度地提高预测模型的精度;(3)对于地表水水质预报,需对比不同模型在不同输入变量下的预测结果,以获得最佳的预测精度.单水质参数输入的W-GABP耦合模型能较准确地预报地表水As浓度的变化情况,对数据缺乏地区水质监控和地表水As污染防治具有重要意义.