河湖相沉积区地下污染物运移数值模拟

随着长江流域与环鄱阳湖经济带的兴起,赣北长江流域与鄱阳湖周边工业企业得到快速发展,但由于发展与环境未能做到和谐统一,引发了一系列生态环境变化。部分地区存在地下污染物长期富集,污染物随河湖地表水扩散,甚至污染物直接泄漏,导致土壤和地下水水质恶化的现象。本文以长江鄱阳湖湖口附近一处硫酸泄漏区为研究对象,在对研究区地下硫酸污染物在土壤和地下水中运移情况调查的基础上,利用地下水水流和溶质运移模拟技术,提出类似河湖相沉积区地下污染物调查评价技术。研究成果对该地区污染物调查指导和环境保护具有重要意义。     

中国地下水污染危机

据统计,中国大、中城市浅层地下水均遭污染,其中约50％的城市市区地下水污染严重。部分城市浅层低下水不能直接饮用。中国面临地下水污染的严重危机。     

非饱和带溶质运移模拟软件（WHI UnSat Suite）简介

非饱和带是研究地下水必须关注的领域,污染物在包气带中的迁移转化过程直接影响着其对自然界整体环境的表观作用,对这一过程的数值模拟研究在污染物系统分析中起到了不可替代的作用。国外应用较多的一个非饱和带水流和溶质运移模拟软件是WHI UnSat Suite,为了使更多研究者能了解和使用这个软件以协助其研究,文章分别介绍了该软件所包含的五个模块的功能,并指出其优点、不足和应用中应注意的事项以及其在国外研究中的应用。     

三维裂隙网络渗流路径识别算法及其优化

裂隙化岩体广泛存在于地表浅层,为主要的地下水渗透介质之一,而裂隙网络构成地下水及溶质在裂隙化岩体中运移的主要甚至唯一导水通道.根据图论知识将裂隙网络概化为非连通图,采用图这种数据结构表示三维裂隙网络数据.编写了计算机程序识别裂隙化岩体中沿水力梯度方向的渗流路径,剔除对渗流无贡献的裂隙,可明显缩短裂隙网络地下水渗流与溶质运移数值模拟计算时间,使大尺度裂隙网络渗流与溶质运移模拟研究与工程应用的可行性显著提高.     

华北山前平原农田关键带观测研究平台（栾城关键带观测平台）

中国科学院栾城农业生态系统试验站(以下简称"栾城站")位于华北太行山前冲洪积平原的中段,是地下水灌区高产农业生态类型的典型代表。由于近几十年来大规模、高强度的农业生产,区域地下水超采严重,地下水污染风险加剧。然而,人类活动影响下的地表生态系统与地下含水层被厚包气带隔开,地表农业生产活动对地下水水量和水质的影响机理尚不明确。目前,开展贯穿整个包气带的原位监测试验,是揭示这一过程机理的唯一途径。因此,建立大型农田关键带观测平台,是开展农业与地下水关系研究的重要需求。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,栾城站建设的"栾城关键带观测平台",通过对作物根系层—深层包气带—饱和带的土壤水、热、溶质等关键要素和变量的监测,可开展水分、溶质和污染物在厚包气带内的运移、转化规律研究,揭示饱和—非饱和过渡带水文过程及其与地下水补给关系,阐明农田生产活动的水肥迁移、转化及其对地下水量质变化的影响机制,为回答地表过程对地下水量质演化影响机理提供实验平台支持。     

福建省光泽地区地表水与地下水中硅氧烷类污染物迁移关联分析

地表径流与地下水作用带中的水流途径复杂,有机污染物在地表水与地下水之间的迁移规律还尚未明晰。本文通过采集福建省光泽县新丰周边河段的地表水与沿途地下水样品,使用气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS/MS)全扫模式对样品中有机污染物的种类与化学结构进行探究,在一定程度上提升污染物溯源的准确性。结果表明：地表水样品中污染物多样性均低于地下水污染物多样性,地下水中有机污染物种类更加丰富。其中,占丰度主导的污染物是环硅氧烷类物质,如六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷和反式-(2-氯乙烯基)二甲基乙氧基硅烷等。相关性分析结果显示,多个点位的地表水与地下水的污染物组成方面均存在显著相关性,表明地表水可能与地下水之间存在一定的物质交流与溶质交换过程。     

煤炭地下气化地下水质量影响评价及其趋势分析

采用传统水质评价方法对内蒙古某煤炭地下气化研究区的地下水水质进行质量影响评价,分析表明3种传统方法均不能指示煤炭地下气化对地下水环境影响程度,而场地影响指数和单项污染指数则可较好表征煤炭地下气化对地下水质量影响的程度.硫酸盐、氯化物、溶解性固体和挥发酚为主要污染因子,应重点防控.此外,采用数值模拟模型预测煤层气化3年硫酸盐对下游含水层水质的长期迁移扩散,显示10年内均有一定程度影响.     

柴达木盆地地下水资源开发利用的环境效应分析

本文对柴达木盆地地下水资源开发利用的环境效应进行了分析,得出正面效应是:地下淡水资源开发利用促进了经济发展;浅层地下淡水的开采加快了水循环,提高了地下水资源利用率;浅层地下水的开采促进了盐碱地土壤改良;浅层地下水的开采提高了浅层地下水调蓄能力;浅层地下水的开采保证了农业生产用水安全;地下水开采有利于生态环境保护;地下液体矿水的开采为盐化工业提供了大量原矿资源。其负面效应是:地下水污染;咸水入侵;水质咸化;盐湖区液体矿产资源超采形成区域降落漏斗。     

SWAT水质模块的扩展及其在海河流域典型区的应用

SWAT模型功能强大,但模型的功能和参数是针对美国的流域特征定制的,在中国应用还必须针对我国国情和流域特征进行适当的改进和完善。目前SWAT模型在我国主要被用于流域分布式水文模拟、非点源污染负荷估算、土地覆被与气候变化分析等方面。COD指标是我国衡量企业排污是否达标、流域是否污染的重要考核指标,目前SWAT模型缺乏对这一指标的模拟。本文在详述SWAT模拟流域污染物运移过程的基础上,指出了模型水质模块在中国应用中的一些不足,并以河水可生化降解特性参数为依据对SWAT水质模块的改进,完善了模型对BOD指标的模拟和增加了COD指标的模拟功能。通过对海河流域典型区实例研究表明：对水量的模拟,相关系数和效率系数均达到0.80以上;而对氨氮和COD指标的模拟,相对误差控制在20％以内。该方法为解决“SWAT模型不能模拟COD”提供了一种途径,将为SWAT模型在我国流域水环境与水资源综合管理中的广泛应用提供借鉴和支撑。     

输油管线泄漏地下水污染模拟技术浅析及其防控

输油管线泄漏多为突发性事件,泄漏油品一旦进入地下水,其影响将持续几十年甚至上百年之久,会对环境生态及人类健康造成严重威胁。输油管线泄漏的地下水污染过程涵盖了非水相液体在包气带、地下水中的迁移、转化问题,而针对不同情形当中不同的运移模式,刻画模型的优选对于污染防控方案的制定具有重要指示意义,文章浅析针对输油管线泄漏的地下水污染模拟技术,归纳研究泄油相关的地下水污染防控手段和应用。     

永定河生态修复地下水位主控因素与数值模拟预测不确定性

河流修复中的补水过程,可导致周围地下水位抬升进而威胁地下工程与环境的安全.地下水预测模型不确定性分析,可为河流生态修复管理决策提供依据.本文以北京永定河生态修复为例,采用GMS软件建立了区域地下水流数值模型,用敏感性分析法对地下水流场的主控因素进行了识别,进而用蒙特卡洛技术研究并获得模型模拟预测结果的不确定性.本文探讨并提出了大尺度区域地下水预测模型不确定性分析的实用与有效方法.     

现代黄河三角洲浅层地下水对降水的响应

对地下水动态的研究是地下水资源评价和合理开发利用的基础.本文通过在黄河三角洲代表性区域黄河农场地区的典型地貌单元上安装的自计水位计,获得自2004年5月到2005年5月30分钟一次的浅层地下水水位和水温动态资料,和其中一个观测孔地下水电导率动态.结合同时期日降水量资料,阐明一个完整水文年内浅层地下水对降水入渗补给的响应过程和特点,讨论了浅层地下水动态形成的机理.主要结论有:①沉积物之间岩性的差别导致浅层地下水动态类型的差别.泛滥平原相沉积物中地下水的动态类型为渗入-蒸发型,而河流相沉积物中地下水的动态类型为渗入-径流-蒸发型.降水是引起浅层地下水水位上升的主要因素;②浅层地下水温度变化主要受大气温度年内周期变化的驱动.然而雨季日降水量大于10mm时地下水温度平均升高约0.3℃;③进入雨季后累积降水量超过300mm是地下水EC值对降水响应的闲值,雨季降水对浅层地下水有暂时的淡化作用.     

煤化工项目地下水环境影响因素识别

煤化工项目在生产和运营过程中可能对地下水环境产生污染,而国内相关的具有针对性的研究还相对较少。煤化工项目组成一般包括厂区和厂外区,对地下水的污染主要来源于厂区生产区及场外灰渣场的固体污染物,和厂区生产区及厂外事故水池、蒸发池的液体污染物;污染源类型包括点源、线源和面源;污染因子包括盐类、重金属、氨、酚、COD等。正确识别煤化工项目地下水环境影响因素对开展地下水环境监测以及防治措施都有着重要意义。     

华北平原地下水流模拟及地下水资源评价

本研究的目的是建立华北平原三维地下水流模型,并用于评价模拟区地下水资源量。首先在对华北平原水文地质条件进行了概化,垂向上分为3个含水层组。运用地下水模型软件GMS建模,将模拟区剖分为164行、148列4km×4km的规则网格。以2002年~2003年作为模拟期,通过深浅层地下水流场和65个典型观测孔的拟合对模型进行识别,并进行了模拟期的地下水均衡分析。运用所建立的地下水流模型,评价出1991年~2003年华北平原平均地下水补给资源量为256.68×10⁸m³/a;总可开采资源量为213.49×10⁸m³/a,其中浅层水可开采资源量为191.65×10⁸m³/a,深层为22.64×10⁸m³/a。最后对模型的应用前景进行了展望。     

服务民生 保障饮水安全——姜月华研究员研究成果展示

1．成果简介 中国地质调查局南京地质调查中心姜月华研究员负责完成的中国地质调查局“长江三角洲地区地下水污染调查评价”项目,系我国在东部四大平原区开展的地下水污染调查评价的计划项目之一。项目应用地质雷达等技术开展了加油站、垃圾场等有机污染场地地下水污染调查,采用多种环境同位素研究了区域不同含水层地下水流场和污染状况,应用特制专门采样器材和严格取样流程采集地下水样品,并使用钻探、抽水试验和数值模拟等手段,基本查明了长江三角洲地区地下水污染状况。     

浅析地下水污染及其防治措施

我国的地下水污染问题较为突出,应当引起足够的重视并采取切实有效的防治措施。在地下水环境管理和保护方面的工作应当从实际出发,加大对污染物来源、方式及危害的认识．切实加强地下水污染的防治措施     

黄河下游悬河段地下水资源计算及开发潜力分析

黄河水资源是沿黄地区经济和社会发展的重要制约因素.由于黄河在其下游河段(花园口-人海口)河床淤积而形成地上悬河,黄河水侧渗补给已成为该地区地下水的重要补给源.黄河下游悬河段地下水系统面积为29 313km2,赋存着潜水、微承压水(浅层含水层系统)和承压水(深层含水层系统).含水层垂直向上概化为3层:浅层潜水和微承压含水层组、深层承压含水层组及两含水层之间20m～30m厚的弱透水层.计算域边界除梁山一长清一带、徒骇河上游及郑州西南侧为补给边界,其余均为排泄边界.在建立水文地质概念模型的基础上,构建三维地下水流模拟模型,应用FEFLOW有限元软件求解.运用识别和验证后的模型计算了不同保证率年份地下水补给量和可开采资源量.研究区50%和75%降水保证率年份地下水补给资源量分别为62.51×108 m3和54.88×108 m3,可开采资源量为44.82×108 m3和39.20×108m3.将研究区分成18个子区进行地下水开采潜力评价,其中12个区尚有开采潜力,1个区采补基本平衡,5个区开采潜力不足.     

古宋河地表水与沿岸浅层地下水相关分析

根据古宋河沿河地带所设两个监测断面地下水污染浓度实测资料,采取渐进错位相关分析法,分析古宋河地表水与地下水污染相关关系,可知河水与该处地下水中污染物传播时间较长;依据水位观测资料,分析知河道水位以大于1m水位差高与地下水位;通过现场渗透试验资料确定地下水渗透参数,采用裘布衣公式计算河道地表水与地下水补排关系,得出右岸河水平均每天补给地下水3m^3,该河地表水污染对地下水的影响很小;利用了MATLAB软件编程进行数据分析和处理,建立回归方程;选取氯化物作为相关分析示例,结果显示地下水的氯化物值与测井距离相关性最大,与时间和地表水的监测值相关性很小,地表水与地下水之间的线性相关关系不明显。     

运城盆地漏斗区水文地球化学演化规律 研究

该文通过对运城盆地漏斗区浅层水文地球化学系统的分析,利用反向地球化学反应路径模型NETPATH模拟盆地漏斗区浅层水文地球化学演化规律.从模拟结果可以看出,在整个模拟的水流路径上,石膏和石盐的溶解在多数情况下占据主导地位,萤石和云母接近平衡状态.这种水文地球化学演化规律说明,从漏斗区边缘到漏斗中心,地下水沿途溶蚀含水层中的石膏、石盐等含盐矿物,地下水中氯化物、硫酸根和钠离子含量沿水流路径逐渐升高,地下水水质逐步恶化.受人类活动的影响,在较短的时间尺度内盆地漏斗区的水文地球化学演化规律有明显的变化,地下水对方解石有从溶解状态向沉淀方向演化的趋势,整个水流路径上,方解石总交换量由1990年的 14.565变为2000年的-10.145.     

再生水补给河道周边水体特征——以北京潮白河顺义段为例

北京市再生水主要用于河湖补水,但再生水中污染物本底值较高,对周边水体产生了一定影响。本文基于2015—2017年北京潮白河顺义段再生水、地表水和浅层地下水的水位、水质监测数据,运用数理统计和水化学分析等方法,研究了再生水长期补给河道后周边水体的特征。结果表明：①受再生水水质影响,再生水补给河道的地表水总氮在所有监测点均出现超标;河道沿程氮、磷含量降低,pH值升高,夏季更为显著,与藻类光合作用和反硝化作用等因素有关。②周边浅层地下水水位稳定,仅存在季节变化;水化学类型以HCO₃·Cl-Na·Ca型为主,与再生水相似;140个水样中120个符合地下水Ⅳ类及以上标准,沿地下水流向水质有变好趋势;19个水样氨氮超标,主要出现在河南村橡胶坝附近,氮素可能来源于周边农、林地土壤氮素和灌溉施肥输入。③浅层地下水与地表水的主要水化学组分存在差异,与入渗过程中发生阳离子交换吸附作用和混合作用有关;河流渗漏影响到了距离河道中心约425 m的浅层地下水水质。本文可为进一步改善潮白河及其周边地下水水质和提高再生水利用率提供参考。