强烈开采条件下地下水砷浓度的变化及驱动机制

发布时间：2020-09-14 12:21

　　 高砷地下水在全世界广泛分布,严重威胁人类身体健康。为确保高砷地区地下水开采的安全性,探讨地下水开采对砷富集的影响逐渐引起人们的关注。因此,本文选取河套盆地西侧为研究区,围绕地下水开采对地下水流场和化学环境的改变以及对砷动态变化的驱动机制等展开研究,取得的认识主要有以下几个方面:(1)沉积物中砷以铁氧化物矿物结合态为主,冲洪积扇区该状态砷占总砷的百分比均值为64%,平原区为53%,前者以弱结晶和强结晶态为主,后者则以无定形和弱结晶态为主。其次以吸附态为主,冲洪积扇区吸附态砷占总砷的百分比均值为23%,平原区为33%。可见平原区沉积物中的砷更易通过生物地球化学作用和解吸附过程被释放到地下水中。(2)开采诱发的降落漏斗改变地下水天然流向,使沙海湖由排泄区变为补给区,稳定同位素数据证实这一转变。来自湖水的补给能够在20~28年到达漏斗中心。此外,开采导致浅深层地下水形成水头差,驱使浅层地下水补给深层含水层。地下水中惰性组分的季节变化特征证实了垂向混合作用。浅层地下水穿透弱透水层需43~166天。从非灌溉季到灌溉季山前洪积扇区受影响深层含水层接受浅层地下水补给的百分比从21%上升到53%,平原区则由53%上升到86%。(3)平原区地下水补给来源的改变,导致其TDS升高,水化学类型也由SO_4-HCO_3-Na型转变为Cl-SO_4-Na型,同时也引入生物指数(BIX)较高的有机物,加剧地下水中的微生物活动。此外,山前洪积扇区浅层地下水的季节性补给导致受影响的深层地下水化学类型由HCO_3-Ca-Na型转变SO_4-HCO_3-Ca-Na型。平原区浅层地下水的季节性补给导致受影响的深层地下水TDS值升高,DOC的含量和BIX均升高,水化学类型也由Cl-HCO_3-Na型变为Cl-SO_4-Na型。(4)湖水在补给平原区地下水的同时,引入活性有机物促进铁氧化物还原性溶解,导致地下水砷浓度有明显升高。冲洪积扇区浅层低砷、高溶解氧地下水向深层含水层的季节性补给,导致深层地下水砷浓度降低。平原区浅层高砷、高BIX、高Na/Ca~(0.5)摩尔比值地下水向深层含水层的季节性补给,直接或通过促进铁氧化物还原性溶解和解吸附过程间接导致地下水砷浓度的升高。
【学位单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X523
【部分图文】：

2图 1-1 高砷地下水在全球的分布（修改来自 Herath et al.（2016））1.2 国内外研究现状1.2.1 砷的水文地球化学特征（1）砷的地球化学特征砷是一种属于氮族元素的类金属，其原子序数为 33，分子量为 74.9 g/mol，75As 为唯一的天然同位素（Delaeteretal.，2003）。它有四种可能的价态：As(-III）（砷化物），As(0)（元素砷），As(III)（亚砷酸盐）和 As(V)（砷酸盐）。砷可以作为 200 多种矿物晶格中的主要成分，这些矿物包括元素单质砷、砷化物、硫化物、氧化物，砷酸盐和亚砷酸盐（Smedley and Kinniburgh，2002）。通常与矿石有关

s-O2-H2O 系统在 25℃和 0.1MPa 下的 pH-Eh 稳定图。灰色阴影部分代表（修改来自 Brookins（1988））下水的富砷机理地下水的富集受物源和水文地球化学条件的共同控制。天然的地质成因为主。Fendorf et al.（2010）的研究表明，沉积物中氢氧化物结合态砷的含量与地下水中的砷浓度有较好的相关性同形态砷的分布提取实验表明，沉积物中 Fe 氧化物或氢氧化高，沉积物中 Fe 氧化物或氢氧化物是含水层中砷的主要载体；Guoetal.,2013b）。此外，砷的另一个物质来源就是富含砷的硫 FeS2）（Welchetal.,2000）。Bundschuhetal.（2010）研究发现的岩石矿床的化学风化被认为是大规模的 As 富集的主要原因

图 1-3 高砷地下水的富集机理及主要分布地区（1）还原性溶解近些年来，学者们对于地下水中砷富集的普遍观点是：含砷的铁锰氧化化物的还原性溶解，导致其吸附和包含的砷释放到地下水中（Fendorf；Saunders et al., 2008；Farooq et al., 2010；Islam et al., 2004；Radloff；vanGeenetal.,2004）。大量野外研究表明，砷的释放往往伴随着无氧生物对有机物（OM）的氧化(Islam et al., 2004；McArthur et al.,2004)。系统中，微生物介导的氧化还原反应往往伴随着有机物的降解即电子A）的消耗（Borchetal.,2010；Chapelle,1993；Jurgensetal.,2009；McMChapelle, 2008）。在含水层中，随着深度增加，沉积物的年龄和水岩作用的时间也在增加

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈坦;;地下水,不珍惜就是泪水[J];大自然;2017年04期

2 崔连生;;长白山区地下水重金属及砷的化学形态研究方法及其分布特征[J];吉林地质;1987年03期

3 榧根;坞田;陈家棣;;长岗平原的地下水(Ⅳ)[J];河海大学科技情报;1987年02期

4 陈建生;探测地下水参数的同位素示踪仪及其应用[J];物理;1989年04期

5 蔡玲;胡成;陈植华;王清;王宁涛;常威;黄琨;;江汉平原东北部地区高铁锰地下水成因与分布规律[J];水文地质工程地质;2019年04期

6 徐志玲;徐永利;李燕萍;;鄂尔多斯地下水分布特征研究[J];内蒙古水利;2010年04期

7 张二勇;张福存;钱永;叶念军;龚建师;王雨山;;中国典型地区高碘地下水分布特征及启示[J];中国地质;2010年03期

8 邵卫华,李洪强,李庆德,房桂祥;费县地下水分布规律及其水质特征浅析[J];地下水;2002年02期

9 韩知明;贾克力;孙标;赵胜男;李国华;吴其慧;;呼伦湖流域地表水与地下水离子组成特征及来源分析[J];生态环境学报;2018年04期

10 程新伟;孙继朝;;珠江三角洲地区酸性地下水分布特征及其影响因素研究[J];地下水;2017年05期

相关会议论文 前6条

1 王晓东;蒋海云;;四川省乐至县红层地下水分布富集规律及资源开发初探[A];中国地质学会工程地质专业委员会、贵州省岩石力学与工程学会2005年学术年会暨“岩溶·工程·环境”学术论坛论文集[C];2005年

2 陈玲;卢庆林;王晓芳;;湖南省地下水资源开发利用现状及可持续开发探讨[A];2009全国测绘科技信息交流会暨首届测绘博客征文颁奖论文集[C];2009年

3 李忠生;;地震危险下的滑坡失稳概率分析[A];中国地球物理学会第二十届年会论文集[C];2004年

4 许颢砾;邓正栋;王大庆;邓非凡;吕丹;路钊;于德浩;赵小兰;;基于深度学习的RS和GIS地下水分布预测[A];国家安全地球物理丛书（十五）——丝路环境与地球物理[C];2019年

5 陈阳;贾超;杨晟;张建配;袁涵;;断裂带对地下水分布及污染质运移影响研究[A];《环境工程》2019年全国学术年会论文集（下册）[C];2019年

6 时洪清;;甘肃北山地区构造体系与地下水分布[A];中国地质科学院地质力学研究所文集（14）[C];1991年

相关重要报纸文章 前4条

1 本报记者;矿井地下水分布式利用方法摘金奖[N];中国煤炭报;2015年

2 雷甫;专题研究市城区集中式地下水饮用水水源地建设相关事宜[N];晋中日报;2018年

3 本报记者 李平 通讯员 高凤喈 郑继胜;奉献在他乡[N];中国水利报;2003年

4 马俊洪;对施工过程技术问题的探讨[N];广东建设报;2002年

相关博士学位论文 前7条

1 张卓;强烈开采条件下地下水砷浓度的变化及驱动机制[D];中国地质大学(北京);2019年

2 刘白薇;半干旱区水文地球化学演化规律及成因研究[D];中国地质大学;2019年

3 周殷竹;基于碳、铁稳定同位素的高砷地下水生物地球化学研究[D];中国地质大学(北京);2018年

4 吴秀杰;氢氧同位素指示沙漠地下水来源研究[D];中国地质大学(北京);2018年

5 贾伟光;松辽平原西部严重缺水区地下水赋存规律研究[D];东北大学;2005年

6 徐慧珍;济南岩溶泉域地下水水文地球化学特征及防污性能研究[D];中国地质大学（北京）;2007年

7 柳山;贵州织金北部三叠系含水层中浅层高烃地下水成因及其环境意义[D];中国地质大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 翁海成;基于氮氧同位素的高砷地下水氮来源、转化及富砷意义[D];中国地质大学(北京);2019年

2 王之豪;福建省武夷新区地下水化学特征与成因分析[D];中国地质大学(北京);2019年

3 栾风娇;新疆南部典型区地下水中氟的分布特征及富集因素研究[D];新疆农业大学;2017年

4 郭鹏;黑方台农作物分区种植对地下水分布特征及滑坡灾害影响的研究[D];成都理工大学;2019年

5 唐舒婷;稀土尾矿库周边地下水中稀土元素分布及其迁移规律的研究[D];内蒙古科技大学;2019年

6 王曾祺;渭南地区地下水氮污染特征及源解析[D];长安大学;2019年

7 陈建龙;甘肃金塔盆地地下水水化学特征及其演化模拟[D];兰州大学;2019年

8 吴飞;渭南地区浅层高碘地下水水化学特征及其形成机理[D];长安大学;2018年

9 管隆W

本文编号：2818173