河水入渗过程中生物地球化学作用的同位素示踪研究

发布时间：2020-07-29 13:26

【摘要】：由于地表水体污染日益加重,地下水资源已经成为我国北方日常供水和工农业生产的主要水量来源。在地下水的开发利用中,傍河开采也是一种重要的方式,在促进河水向地下水转化的同时,也影响着河水入渗过程中的生物地球化学作用。河水入渗补给过程中的生物地球化学作用研究,对于维持傍河水源地地下水水质及生态安全具有十分重要的意义。由于水化学方法具有多解性与不确定性,因此本文在应用多元统计分析的基础上,选取积极参与地下水氧化还原反应的碳、硫稳定同位素,通过同位素示踪的方法从微观角度准确而有效的揭示河水入渗过程中的生物地球化学作用。通过本次研究,取得如下几点认识:(1)在浅层和深层水流路径上,地下水环境指标和主要组分在空间尺度上存在差异,可划分为不同地下水环境分区:浅层水流路径上,距离河岸4.0 m范围内、4.0 m~17.0 m范围内和17.0 m~350.0 m范围内依次划分为弱氧化区、弱还原区和还原区;深层水流路径上,距离河岸17.0 m范围内、17.0 m~200.0 m范围内和200.0 m~350.0 m范围内依次划分为弱氧化区、弱还原区和还原区。(2)通过多元统计分析,成功地识别出了控制河水入渗过程中地下水演化的重要的生物地球化学作用:有机碳氧化分解作用、反硝化作用、铁锰矿物的还原作用和SO_4~(2-)还原作用。同时,通过分析主因子在各监测井的不同得分,分析了河水入渗过程中生物地球化学作用在空间上的分布特征,表现为在弱氧化区以有机碳氧化分解作用为主,弱还原区以铁锰矿物还原作用为主,还原区以SO_4~(2-)还原作用为主。(3)通过对河水入渗过程中生物地球化学作用进行碳同位素示踪可以发现,驱动生物地球化学作用的有机碳的主要来源。其中,在弱氧化区参与反应的有机碳主要来源于入渗过程中河水携带的溶解有机碳;在弱氧化区和还原区,参与反应的有机碳来源于河水携带的溶解有机碳和含水介质中的沉积有机碳。(4)在河水入渗过程中,伴随着地下水中SO_4~(2-)中δ~(34)S值明显增大,发生了以SO_4~(2-)作为电子受体的还原作用;利用还原过程中地下水中SO_4~(2-)发生动力分馏的瑞利分馏模型证明了研究区地下水发生了SO_4~(2-)还原作用。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P593;P641
【图文】：

技术路线图,河水,地下水,河床沉积物

8图 1.1 技术路线图（1）充分搜集研究区的自然地理、地质与水文地质、环境地质等基础资料，查明研究区河水入渗特征；检索并阅读国内外相关文献，了解国内外相关领域研究现状、发展趋势及存在的问题，确定论文的研究目标及具体研究思路。（2）在野外实地调查的基础上，结合研究目标，布设水文地质勘探孔、水位监测孔与取样孔，采集河床沉积物、含水层介质、河水和地下水样品，并进行长时间序列的现场动态数据监测，分析河水入渗过程中地下水中主要环境指标和

辽河中下游,季风型气候,堆积地貌,辽中

面积约 2 km2。研究区交通便利，西部有国道 G203，北部有辽中环线高速经过。图 2.1 研究区交通位置图2.1.2 地形地貌研究区属辽河中下游冲积平原，地形较为平坦，地势总体上由东向西倾斜，海拔高程在 42~50 m 之间。研究区地貌类型为河流堆积地貌，主要为低河漫滩。2.1.3 气象概况研究区位于暖温带半湿润季风型气候区，气候温和，四季分明，春季短促多风、夏季炎热多雨、秋季凉爽舒适、冬季寒冷干燥。据气象站观测资料可知，研究区多年平均气温为 8.5 ℃，月平均最高气温 24.6 ℃，最低气温-11.7 ℃，多年最大冻土深 1.6m。研究区多年平均降水量 703.6mm，且多集中在 5~9 月份

水文地质剖面图,入渗补给

图 2.3 研究区水文地质剖面图（二）含水层富水性在低漫滩区的抽水井进行的抽水试验得出含水层渗透系数为 60~80 m/d，单位出水量为 1200~1900 m3/d，为强富水区。（三）地下水补、径、排条件区内地下水的补给来源有辽河入渗补给、大气降水入渗补给和区域地下水侧向径流补给，其中以辽河入渗补给为主。由于研究区内地下水集中开采，如图 2.4所示，在开采井附近形成了地下水位降落漏斗，因此研究区地下水径流方向为四周向地下水位漏斗中心方向汇聚。研究区内地下水排泄方式有蒸发排泄和人工开采，其中主要的排泄方式为人工开采。

【参考文献】