试论地下水更新能力与再生能力

从循环、更新和再生的基本定义出发,论述了地下水运动在全球水循环过程中的重要作用及地下水更新能力和再生能力的含义,指出"地下水循环"这一说法存在一定不足;提出地下水更新能力和再生能力是含水层系统的自然属性,地下水在含水层系统中更新和再生同时发生.地下水从含水层系统的界面补给与排泄,通过界面与其他系统发生水量交换,地下水在含水层中更替的多寡不影响含水层系统的更新能力;地下水在含水层中更新的过程中,同时发生自然作用(物理、化学和生物作用等)和人为作用(地下水污染控制与修复),其结果反映出含水层系统的再生能力,该过程受水文地球化学条件影响较大,水位变动带内尤甚,含水层系统的地下水再生能力比更新能力的影响因素要复杂得多.     

京津冀协同发展背景下的区域综合环境风险评估研究

以京津冀地区为研究区,根据环境风险评估与分区原则,从风险源危害性、控制机制有效性和受体易损性出发,构建了综合环境风险评估指标体系;分别应用状态最优化法和层次分析法确定了指标体系中的指标权重,并以各自的权重值分别计算出相应的风险值;两个结果相互验证,相互补充;最后采用灰色关联度法对上述评价的风险值进行分析,找出影响评价区风险大小的主导因素.结果表明,较高风险区主要为邢台、石家庄、唐山等地;较低风险区主要为秦皇岛、承德、张家口等地;其他研究区环境风险水平居中.     

北京市平原区地下水开采量反演的数值模拟方法

准确获取地下水开采量统计数据是进行水资源管理的基础,但是由于诸多人为因素,北京平原区调查统计得到的开采量数据与实际产生的开采量有出入.本文提出了地下水开采量反演的地下水数值模拟方法.为获取更接近实际的地下水开采量,基于有限元数值模拟软件FEFLOW,建立了北京市平原区(不包括延庆盆地)地下水流数值模型,依据各行政区开采量对平均水位的灵敏度系数,利用2012-2014年111孔地下水监测井的月动态数据,通过拟合模拟水位和实测水位,采用人工试错法对各区的开采量数据进行反演校正.反演后得到北京市平原区2012-2014年总开采量分别为23.16亿、21.77亿和23.44亿m3.反演后各单孔模拟和实测地下水位拟合较好,模型能较为真实地反映北京平原区地下水动态.以顺义区为典型,利用模型分析了区域地下水位与地下水开采量的关系.模拟结果可为北京市分区县地 下水管理考核工作提供决策支持.      

岸滤系统对氨氮的吸附作用及影响因素分析

岸滤系统对水质的净化作用是傍河取水过程中水质安全的重要保障.哈尔滨第一水源地为典型的松花江傍河水源地，本文以其岸滤系统为研究对象，通过静态吸附批实验分析不同深度含水层介质对氨氮的吸附去除特征，并研究了氨氮初始质量浓度、温度、pH等对含水层介质吸附氨氮的影响.结果表明：不同深度含水层介质对氨氮的吸附作用符合准二级动力学模型和Langmuir模型，吸附过程为单分子层吸附，受化学作用控制；随深度增加，含水层介质对氨氮的吸附能力减小，岸滤系统的净水能力减弱；氨氮吸附量与初始质量浓度呈正相关关系，含水层介质对NH₄⁺的吸附为放热反应，温度升高抑制了吸附作用；pH增加，H⁺对NH₄⁺的竞争吸附作用减小，且含水层介质表面电负性增大，对NH₄⁺的吸附能力增强.综合对比可知，在10℃的中性环境下，岸滤系统对氨氮污染物的吸附去除效果最佳.     

傍河污染场地地下水修复技术筛选

针对目前地下水修复技术方法众多,有着不同适用性和优缺点的情况,对不同的污染场地类型国内外尚未形成一套成熟的筛选机制.本文引入IOC(importance order of the criteria)筛选法,以地下水修复技术的修复成本、修复时长、技术有效性、技术可靠性、工人保护及人群保护为筛选指标,以吉林市某废弃工厂为研究区,在结合地下水污染调查和地下水人体健康风险评价的基础上确定了场地地下水的修复目标污染物,根据场地区域水文地质条件分析和目标污染物特性,结合抽出处理、曝气技术、渗透反应墙等地下水污染修复技术特点,筛选出合理的地下水污染修复方案.结果显示,场地地下水中苯并(a)芘的致癌风险超过单项污染物的可接受致癌风险限值,确定为修复目标污染物.经过IOC排序法分析确定,在有效性优先条件下,抽出-生物反应器法是理想的修复技术;在经济优先的条件下,地下水曝气技术适用于该场地的修复技术;综合有效性和经济优先2种条件,组合技术抽出-生物反应器法结合地下水曝气技术适宜于该场地的修复技术.     

基于数值模拟法的傍河水源地井群设计和优化

为保证傍河水源地水资源的可持续开发利用,并尽量减少由此对生态环境造成的负面影响,对水源地的开采井群进行优化设计是必要的。本研究以开采量（20×104 m3?d?1）和地下水位允许降深（14 m）为目标函数,以袭夺江水比例、地下水位降落漏斗范围、理论单井供水能力为约束条件,以开采井数量、井间距离、井河距离3个设计参数为变量,应用Visual MODFLOW 2010.0软件对地下水流场的演化规律进行了模拟预测,并基于预测结果对设计方案进行了比选,得到了最优参数组合。结果表明:9口开采井、井间距离为100 m、井河距离为50 m为最优方案;在该方案条件下,傍河水源地的供水能力为2.1×105 m3?d?1,其中袭夺的江水量占66%;形成的地下水位降落漏斗面积为2.8×106 m2,中心区降深为11.5 m,对环境产生的扰动最小,环境负效应也最小。      

南水回补区地下水水质敏感指标识别及关联性研究

基于北京市通州区2011—2019年地下水位及水质数据,构建了区内南水北调回补前后多个水质指标的ROC曲线;通过识别受回补影响的、AUC>0.7的高度敏感性指标Fe³⁺质量浓度,以及AUC为0.6～0.7的中度敏感性指标NO₃^-、NO₂^-和F^-质量浓度后发现:Fe³⁺在回补后总体质量浓度变小;NO₃^-、NO₂^-和F^-质量浓度变大.以F^-为例,构建了R-V copula模型,结果表明:与F^-敏感性密切相关的指标分别为Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、Cl^-质量浓度和pH;关联性的具体表现是Ca²⁺质量浓度与F^-质量浓度明显负相关,区内地下水回补后Ca     

北京平原区第四系含水层中水-岩作用的锶同位素示踪

通过采集北京平原区第四系含水层中地下水.并对水样中的Ca2+、Sr2+和87Sr/86Sr比值等进行分析,结果表明,地下水中的Ca2+和Sr2+主要来源于水-岩相互作用,而与地下水补给源的携带关系不大,两者在地下水中经历了相似的水文地球化学过程,可以用于示踪水-岩相互作用过程;地下水样按Sr2+浓度大小可明显分为两组,其中低浓度组对应于相对较高的87Sr/86Sr比值,高浓度组对应于相对较低的87Sr/86Sr比值;87Sr/86Sr比值较大程度上受控于水-岩相互作用,而与海水和当地大气降水中的值有较大不同;地下水中的Sr2+以碳酸盐岩风化来源为主,显示出明显的年代累积效应.永定河流域地下水中的Sr2+浓度总体高于潮白河流域:87Sr/86Sr比值沿地下水流向总体上呈增大趋势.     

北京市潮白河冲洪积扇地下水流动和更新模式的水化学和同位素标记

用水化学和同位素示踪法揭示了北京潮白河冲洪积扇地下水的流动模式和更新演化规律.研究区地下水的水化学类型由上游的Ca-Mg-HCO3型逐渐过渡到下游的以Na-HCO3型主,表现出明显的时间累积效应.降水是研究区地下水的主要补给来源,在补给过程中受蒸发作用影响强烈.研究区地下水的流动和更新过程主要存在局部流和区域流两种模式,其中前者主要存在于山前平原区和浅层地下水(均为潜水)中,以垂向流动为主,地下水具有很强的更新能力;后者主要指整个研究区的深层(承压含水层)地下水流系统,该水流系统的主径流方向为密云→怀柔→顺义→通州,以侧向水平径流为主,局部垂向入渗作用明显,地下水参与现代水循环微弱,径流途径较长,地下水更新能力很弱.     

基于DRWMLPE模型的岩溶潜水污染风险评价

选取中国北方某一典型岩溶潜水水源地为例,利用DRWM模型和DRWMLPE模型分别对其地下水本质脆弱性和地下水污染风险进行了评价.评价结果表明,研究区内地下水异常现象的发生与地下水本质脆弱性没有明显的相关性,而与地下水污染风险性具有较好的相关性,进而阐明了地下水本质脆弱性、污染负荷与污染风险之间的复杂关系.单参数敏感性分析结果验证了DRWMLPE评价模型的合理性并获知包气带介质是水源地地下水污染风险评价中最敏感的因素.DRWMLPE评价模型可推广到其他岩溶地下水污染风险评价,为地下水资源的可持续合理开发利用提供科学依据.