焦作地区水文地质条件对浅层地下水污染的控制作用研究

通过现场调查、水质分析以及模拟污染物扩散迁移发现,受水文地质条件的控制,在焦作不同区域浅层地下水的主要污染方式不同。水文地质条件还影响着污染物在地下水系统中的分布、迁移。在山前倾斜冲洪积平原地区,主要污染方式为入渗-径流扩散,由于包气带渗透性强、降水相对丰富,污染物容易随着大气降水地表水的入渗进入含水层,导致本区浅层地下水对污染敏感性较高,浅层地下水中污染物浓度高于其他地区,污染物进入地下水系统后在地下径流的控制下自西北向东南方向扩散,沿大沙河一线扩散最快;山前交接洼地,毛细上升高度大、速度快,又处于地下水径流的势汇处,径流-蒸发浓缩作用成为主要的污染方式,长期的蒸发浓缩作用使得该区总硬度普遍超标;黄沁河冲积平原地区,地下径流较弱,垂直交替作用强烈,入渗-蒸发浓缩是该区主要的污染方式,受包气带土层特殊性质的影响,虽然土壤中氟的总含量处于正常水平,但是浅层地下水氟污仍然染较严重。

临清市地下水漏斗区含水层补给的数值模拟研究

黄泛平原区引黄灌区末端采用井渠结合灌溉方式,引黄时间和量均受到上游限制,且该区浅层地下水超采严重。本文在工程技术上探讨如何在有限的引黄时间内,加大地下水的补给量,缓解地下水位长期下降的趋势。基于Hydrus-2D模型对临清市地下水漏斗区实施的明沟–地下滤水管–竖井含水层补给系统分别进行了明沟补给和地下滤水管补给两种情景下的数值模拟,实际工程和数值模拟中引水时间均为7天。模拟结果表明：整个模拟期内,情景一中明沟底部的地下水位上升了约13 m;情景二中滤水管底部水位抬升了8.5 m,两根滤水管之间的地下水位抬升了2.3 m;地下滤水管的布置有效的增加了地下水的补给量,至模拟期末,明沟的7天的入渗量为18,026 m3,滤水管7天的入渗量为56,224 m3,3根滤水管的入渗量占总入渗量的75.7%,与实际工程中监测的入渗量基本相符。因此该系统对漏斗区的地下水补给能起到良好的作用。

城子坡地下水的数值模拟与预测

采用Visual Modflow软件建立地下水系统概念模型和数值模型,从充分利用有限的地下水资源和防止岩溶塌陷的角度出发,针对城子坡地下水制定了两种开采方案并分别对其进行模拟预测。结果表明:将地下水年平均开采量控制在2.35万m3/d以内,丰、枯水期开采量进行适当调整,合理设置开采井,进行分散开采,不仅能保证当地工业和生活用水,还能有效控制地下水位的持续下降,降低岩溶塌陷和污水下渗的危险,实现城子坡地下水资源的可持续利用。

焦作地区浅层地下水硬度污染机理及迁移预测

分析焦作地区浅层地下水硬度污染物与地下水其他化学特征的相关性,研究该区浅层地下水硬度的污染机理,运用Visual Modflow软件建立水质模型,模拟预测浅层地下水中硬度污染物的迁移规律。结果表明:该区浅层地下水硬度污染严重,主要原因是工矿企业污废水排放和对浅层地下水的不合理利用,造成进入浅层地下水的污染物增多,直接引起浅层地下水硬度升高;另一方面使得本区浅层地下水的化学场、动力场发生变化间接引起本区浅层地下水硬度升高。模拟结果显示,浅层地下水中硬度污染物的迁移明显受到水文地质条件的影响,迁移方向与地下径流方向基本一致,自西北向东南方向迁移。

焦作地区浅层地下水铬(Ⅵ)污染机理及迁移预测

通过对焦作地区浅层地下水中铬(Ⅵ)污染物分布特征进行调查,分析了研究区浅层地下水中铬(Ⅵ)的污染机理,并运用Visual MODFLOW建立地下水流模型及溶质运移模型,模拟预测了浅层地下水中铬(Ⅵ)的迁移规律。结果表明:研究区浅层地下水铬(Ⅵ)污染严重,污染源是位于老君庙西南方向的焦作某电厂堆灰场,主要原因是露天堆放的粉煤灰中的铬(Ⅵ)污染物在长期淋滤作用下下渗污染含水层。气候条件、包气带岩性、地下水化学环境以及人为因素等也间接使浅层地下水铬(Ⅵ)浓度升高;模拟结果显示在未来的五年时间内,受地形和地下水动力场的影响,浅层地下水中铬(Ⅵ)的迁移方向与地下径流方向一致,沿大沙河水流方向上扩散速度更快,污染区域面积逐渐增大。

1997—2012年山东省虚拟水贸易变化及典型区生态环境响应

【目的】解决山东省水资源短缺问题。【方法】根据投入产出模型的横向经济平衡公式,推导出隐含的水量平衡公式,利用1997、2002、2007和2012年的山东省投入产出表,将调入调出贸易状况和虚拟水贸易联系在一起,分析了1997—2012年虚拟水的变化趋势。【结果】1997年和2002年山东省向省外输出虚拟水,而2007年和2012年则向省内输入虚拟水。1997—2012年山东省虚拟水量的变化趋势在一定意义上符合环境库兹涅茨曲线的变化规律,山东省的虚拟水量由净输出向净输入的转化,可以看成经济市场对生态环境的一种修复。另外,以寿光市为例,每年用于蔬菜贸易调出的虚拟水量大约占据当地年平均地下水补给量的73%,已经造成了严重的咸水入侵。南水北调东线工程山东段全部工程建成后新增34.52亿m3长江水,但由于水价高等因素,并不会对农业用水和虚拟水贸易产生太大影响。【结论】因此,南水北调工程建成后,山东省主要漏斗区更应该加大恢复水生态环境,将一部分水用于来代替原来超采的地下水,并且主要河流的蓄水工程应归还过去挤占的生态水。

小区建设中地下构筑物和地面硬化对地下水补给的叠加影响分析与对策

人多地少是我国城市化进程中的主要矛盾,小区建筑物向空中和地下发展是必然的结果,不仅造成地面硬化面积增加,地表径流增大,同时地下硬化面积也增加,割裂了降雨入渗与地下水之间的联系,进一步减少了地下水补给量、也加重了城市的热岛效应。以济南市城市小区建设的具体情况为例,提出了地下硬化率的概念,评价了地下硬化率对岩溶水的补给影响,分析了实际地表硬化率、计算地表硬化率与径流量的关系。结果表明：地下硬化面积是造成城市小区地表雨水补给地下水量损失的重要因素,岩溶水补给损失率达93%。在分析计算的基础上,针对济南市特殊的地理特点结合海绵城市试点工程建设,结合国内外先进生态小区建设实例,提出了适合济南市生态小区建设与发展的方向,为济南城市建设与改造提供依据。

平原漏斗区明沟-暗管-竖井含水层补给效果的模拟研究

目前含水层补给管理技术虽取得了一些成就,但仍存在入渗效率低和堵塞问题。结合当地实际明沟-地下滤水管-竖井补源工程形式,采用室内模拟试验,对比分析了不同定水位供水条件、暗管材质及暗管外包材料和前置过滤装置对该补源形式的下渗量和浊度的影响程度,从而选出最佳补源系统布置形式。结果表明,下渗量与进水口供水水位和暗管管材及其外包材料密切相关,且盲管包裹土工布的渗漏效果最好;后方出水槽和下方出水口的浊度分别受前置过滤装置设计方案和暗管外包材料的影响,且当前置过滤装置采用土工布外埋粗砂形式及暗管采用2层60目过滤网包裹时对源水泥沙的去除效果最好。此外,当进水槽和出水槽存在水位差时,可将沉积在暗管中的泥沙冲刷到后方出水槽中,起到有效减缓堵塞的作用。

屋面雨水回灌裂隙岩溶水工程风险评价

济南城市雨洪水回灌岩溶含水层是维护自然水循环,增加地下水补给量,维持济南泉群喷涌以及城市防洪的有效途径。但由于裂隙岩溶含水层具有渗透系数大、水流速度快,地下水一旦污染很难短时间恢复等特点,需要对回灌工程开展风险评价。本文以济南大学西校区的屋面雨水深井回灌裂隙岩溶水工程为例,利用澳大利亚MAR指南对工程进行风险评价。主要由初级风险评估、试运行调查、试运行风险评价及风险控制与管理4部分组成。初级风险评估结果显示屋面雨水回灌裂隙岩溶含水层工程的总体难度水平较低,项目可行。试运行调查期间监测的屋面雨水和回灌前后地下水水质可知屋面雨水经初期弃流、沉淀和过滤后,除浊度外基本达到地下水Ⅲ类标准,且处理后达标的雨水可迅速补充地下水。试运行风险评价结果显示屋面雨水中浊度经预处理后仍较高,使其成为该系统的最大风险项和关键控制点,故本项目的风险控制措施为改进预处理设施,降低雨水中的浊度。为保证工程能够高效持续运行,加强后期管理也尤为重要。