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岩溶关键带水文地球化学研究进展

地学前缘 2022年第3期29卷 37-50页

作者：周长松邹胜章冯启言朱丹尼李军王佳谢浩邓日欣中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 中国地质科学院岩溶地质研究所自然资源部/广西壮族自治区岩溶动力学重点实验室广西岩溶资源环境工程技术研究中心广西桂林541004 河北建筑工程学院河北省水质工程与水资源综合利用重点实验室河北张家口075000

岩溶关键带处于岩石、水、土壤、大气、生物五圈交汇地带。正确认识岩溶关键带的结构、特点及其水文地球化学过程是当前地球关键带与岩溶水科学研究的重点问题。本文基于对国内外相关研究成果的归纳整理,剖析了岩溶关键带水文地球化学... 详细信息

岩溶关键带处于岩石、水、土壤、大气、生物五圈交汇地带。正确认识岩溶关键带的结构、特点及其水文地球化学过程是当前地球关键带与岩溶水科学研究的重点问题。本文基于对国内外相关研究成果的归纳整理,剖析了岩溶关键带水文地球化学内涵、岩溶关键带水动力垂向分带、岩溶关键带框架下的水文地球化学过程与机制,探寻变化环境下岩溶关键带水文地球化学过程演变的规律与驱动机制。指出了当前研究中存在的薄弱环节:目前工作仅停留在传统岩溶地下水科学工作范畴,未从岩溶关键带框架体系的角度考虑植物冠层至岩溶含水层之间水文地球化学过程及其耦合关系,未考虑新污染物持续输入、地球大数据科学工程深入实施、全球碳排放路径逐渐改变等时代因素对岩溶水文地球化学研究的潜在影响。进一步的研究可以从以下方面开展:基于岩溶关键带框架体系的新污染物水文地球化学研究,基于大数据框架体系的岩溶水文地球化学研究,“双碳战略”下的岩溶水文地球化学研究,岩溶关键带水文地球化学驱动的物质转化与能量迁移过程及其耦合以及高分辨率监测、评估与模拟手段的综合应用。

关键词：岩溶关键带水文地球化学研究进展大数据双碳战略

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南洞地下河流域水质分析及灌溉适用性评价

中国岩溶 2023年第2期42卷 207-219页

作者：李军杨国丽朱秀群徐利朱丹尼赵一李衍青蓝芙宁河北建筑工程学院河北省水质工程与水资源综合利用重点实验室河北张家口075000 中国地质科学院岩溶地质研究所/自然资源部、广西岩溶动力学重点实验室广西桂林541004 河海大学水文水资源学院江苏南京210098

为查明云南南洞地下河流域水质特征和农业灌溉适用性,分别在雨季和旱季共采集32组地表河水样和24组地下河水样,进行12种常规指标和9种金属元素检测。利用内梅罗综合指数法进行水质评价,利用钠含量法(SC)、钠吸附比法(SAR)、残余碳酸钠法... 详细信息

为查明云南南洞地下河流域水质特征和农业灌溉适用性,分别在雨季和旱季共采集32组地表河水样和24组地下河水样,进行12种常规指标和9种金属元素检测。利用内梅罗综合指数法进行水质评价,利用钠含量法(SC)、钠吸附比法(SAR)、残余碳酸钠法(RSC)和渗透指数法(PI)揭示雨季和旱季水体的农业灌溉适用性。结果显示,区内水体主要呈弱碱性,Ca^(2+)和HCO_(3)^(-)为主导型离子。地表河水,常规指标仅NH4+含量超过我国相关水质标准限值,金属元素Al、Pb、Mn和As含量超标,旱季超标率总体高于雨季。地下河水的金属元素Al、Pb、Zn、Cr、Mn和As含量超标,雨季超标率总体高于旱季。工矿业活动排放和裸露型岩溶水文地质是导致水体金属元素含量超标的重要原因。据水质评价结果,区内水质整体较好,旱季和雨季水质处于良好及以上级别分别占比89.29%和85.71%。灌溉适用性评价结果显示,区内水体灌溉适用性整体较好,仅在旱季地表河水As含量(54.70μg·L^(-1))高于农田灌溉水质标准中蔬菜和水作标准限值,不适合周边蔬菜和稻田的灌溉。

关键词：南洞地下河流域常规指标金属元素水质评价灌溉适用性

西南典型地下河系统无机-有机指标特征及健康风险评价

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岩矿测试 2022年第3期41卷 463-475页

作者：朱丹尼周长松李军邹胜章卢海平樊连杰林永生中国地质科学院岩溶地质研究所自然资源部/广西岩溶动力学重点实验室广西桂林541004 联合国教科文组织国际岩溶研究中心广西桂林541004 广西岩溶资源环境工程技术研究中心广西桂林541004 河北建筑工程学院市政与环境工程系河北张家口075000

岩溶地下水为全球约25%的人口提供饮用水源,地下河作为主要岩溶地下水类型,是中国西南岩溶区重要供水水源,掌握其水质污染状况及人体健康风险,对岩溶区水资源保护与安全用水具有重要意义。本文以广西桂林会仙狮子岩地下河系统为例,采集... 详细信息

岩溶地下水为全球约25%的人口提供饮用水源,地下河作为主要岩溶地下水类型,是中国西南岩溶区重要供水水源,掌握其水质污染状况及人体健康风险,对岩溶区水资源保护与安全用水具有重要意义。本文以广西桂林会仙狮子岩地下河系统为例,采集地下河水样品22组(无机和有机样品各11组),采用电感耦合等离子体质谱、离子色谱、气相色谱-质谱等方法测定11项无机离子、10项金属元素及41项有机指标的质量浓度,运用单指标污染标准指数法、健康风险评价模型揭示了研究区无机与有机指标分布、污染及健康风险。结果表明:①狮子岩地下河水中无机超标指标有NH^(+)_(4)(1.33倍)、Fe(1.2倍)、Al(1.5倍)和Mn(1.01倍),超标点多位于地下河排泄区;检出18项有机物,其中挥发性有机物(VOCs)、半挥发性有机物(SVOCs)和有机氯农药(OCPs)检出率分别为18.75%、30.77%和91.67%,研究区存在普遍的农药残留(49.14~109.83ng/L)。②与地下水对照值相比,研究区受到10项无机指标的轻度~中度污染、14项有机指标的轻度污染,个别采样点受到NO^(-)_(3)、Fe、Al和Mn的较严重~严重污染,一处采样点遭受苯并[a]芘的极严重污染。③经饮用水和皮肤接触两种途径暴露的非致癌健康风险(成人9.98×10^(-3) a^(-1),儿童1.09×10^(-2) a^(-1))和致癌健康风险(成人1.33×10^(-7) a^(-1),儿童2.82×10^(-7) a^(-1))均在可接受范围内。本文认为研究区存在不同程度的无机和有机污染,但污染物指标对人体暂不构成非致癌和致癌健康风险。

关键词：地下河系统无机指标有机指标污染评价健康风险

岩溶区典型石灰性土壤对Cd2+的吸附解吸特性

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岩溶区典型石灰性土壤对Cd2+的吸附解吸特性

作者：朱丹尼中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

近年来,我国西南岩溶区土壤重金属镉污染问题日益突出。开展土壤重金属镉的吸附与解吸规律研究,有利于弄清不同岩溶土壤类型中镉的环境化学行为,对评价镉在实际环境中的影响具有重要意义。因此,本文选择了3中典型岩溶区土壤(棕色石灰土... 详细信息

近年来,我国西南岩溶区土壤重金属镉污染问题日益突出。开展土壤重金属镉的吸附与解吸规律研究,有利于弄清不同岩溶土壤类型中镉的环境化学行为,对评价镉在实际环境中的影响具有重要意义。因此,本文选择了3中典型岩溶区土壤(棕色石灰土、黑色石灰土和红色石灰土),采用室内静态批试验的方法,详细研究了镉离子在石灰性土壤中的吸附解吸特性,并进一步探讨了镉的吸附解吸机理。主要结论如下:1)石灰性土壤中Cd的等温吸附曲线随平衡浓度的增加呈非线性增长,等温吸附过程可分为快速吸附阶段和慢速吸附阶段。Langmuir和Freundlich方程均能很好地描述三种石灰性土壤对Cd的等温吸附过程,其中Freundlich方程的拟合效果最优。Cd的石灰土上的吸附随时间变化表现三阶段吸附模式,分别为快速反应段、慢速反应段和吸附平衡段,且三种石灰土的吸附动力学过程均十分符合准二级动力学模型。综合比较三种石灰土的吸附特性发现,黑色石灰土对Cd的饱和吸附量最大、吸附结合能最强,其次为棕色石灰土,红色石灰土最差。2)Cd的解吸能力与其吸附能力相反,吸附作用越强则其解吸能力越差,三种石灰土解吸能力强弱顺序为红色石灰土>棕色石灰土>黑色石灰土。各土壤中Cd的解吸率随初始浓度的增加均呈现先减后增的特点,这反应了土壤与Cd结合强度的变化。棕、黑色石灰土中Cd的解吸存在明显的滞后现象,其滞后指数分别为1.14和1.10;而红色石灰土的解吸等温线无明显滞后。根据解吸曲线特征可将解吸动力学过程分为初期的快速反应阶段和后期的慢速反应阶段,准二级动力学模型对三种石灰土中Cd的解吸拟合效果最好。3)石灰性土壤中Cd的吸附机理因土壤类型的不同而有所差异。棕色石灰土和黑色石灰土对Cd的结合机制主要为化学键吸附和化学沉淀吸附作用,而红色石灰土的吸附机理以静电吸附为主。Cd在石灰土表面的解吸机理与其吸附机理密切相关,其解吸机制主要为热动力扩散作用和离子交换作用。

关键词：岩溶区石灰土 Cd2+ 吸附解吸

海南岛琼北盆地孔隙承压水水化学特征及水质评价

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环境污染与防治 2022年第9期44卷 1189-1195,1201页

作者：樊连杰邹胜章卢丽刘锋平林永生朱丹尼周长松中国地质科学院岩溶地质研究所广西岩溶资源环境工程技术研究中心广西桂林541004 生态环境部环境规划院北京100012

孔隙承压水是海南岛琼北盆地的重要水源,在解决城乡居民用水和支撑经济社会发展方面发挥了重要作用。研究该类型地下水水化学特征和水质状况对认识自然过程和人类活动对地下水环境的影响具有重要意义。以海南岛琼北盆地孔隙承压水为研... 详细信息

孔隙承压水是海南岛琼北盆地的重要水源,在解决城乡居民用水和支撑经济社会发展方面发挥了重要作用。研究该类型地下水水化学特征和水质状况对认识自然过程和人类活动对地下水环境的影响具有重要意义。以海南岛琼北盆地孔隙承压水为研究对象,结合水文地质条件并运用多元统计、Piper图、Gibbs图、相关性分析和离子比值等方法,研究了该地区地下水水化学特征及主要控制因素。结果表明:海南岛琼北盆地孔隙承压水以中性水为主,弱酸性水主要分布于山前平原补给、径流区,弱碱性水主要分布于西北端靠近海岸带的排泄区;K^(+)、Na^(+)、Cl^(-)、SO ^(2-)_(4)和NO^(-)_(3)受时空尺度影响较大,分布不稳定;水化学类型主要为HCO_(3)-Ca·Mg、HCO_(3)-Ca·Mg·Na型,从补给区到排泄区,阳离子由Ca^(2+)、Mg^(2+)型变为Na^(+)型,地下水水化学特征主要受岩石风化溶滤作用影响,以硅酸盐矿物的溶解为主,蒸发岩和碳酸盐矿物的风化溶解也有一定贡献;海南岛琼北盆地地下水水质以Ⅲ类水为主,总体水质较好,Ⅳ类和Ⅴ类水主要分布在地下水径流区和排泄区,以滨海排泄区为主,超标因子Al和Mn与地质背景有关。

关键词：地下水水化学特征控制因素水质评价琼北盆地

四川昭觉地区优质偏硅酸地下水的特征、成因及其开发利用建议

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中国地质 2022年第3期49卷 849-859页

作者：周长松邹胜章朱丹尼林永生王佳樊连杰李军蓝芙宁李衍青邓日欣缪雄谊中国地质科学院岩溶地质研究所自然资源部/广西壮族自治区岩溶动力学重点实验室广西岩溶资源环境工程技术研究中心广西桂林541004 中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 河北建筑工程学院河北省水质工程与水资源综合利用重点实验室河北张家口075000

【研究目的】近年来,随着生活水平的不断提高,人们对健康饮水的要求也在不断提高,寻找与开发富含H_(2)SiO_(3)等矿物质优质地下水已成为关键。【研究方法】本文以昭觉地区水文地质调查工程、地下水污染调查工程所获取的地下水化学数据... 详细信息

【研究目的】近年来,随着生活水平的不断提高,人们对健康饮水的要求也在不断提高,寻找与开发富含H_(2)SiO_(3)等矿物质优质地下水已成为关键。【研究方法】本文以昭觉地区水文地质调查工程、地下水污染调查工程所获取的地下水化学数据为基础,探讨了昭觉地区富H_(2)SiO_(3)地下水的分布特点、元素水文地球化学特征、形成条件及成因。【研究结果】结果显示:(1)全县富H_(2)SiO_(3)(≥25 mg/L)地下水均属于低矿化度偏碱性水,分布在基底岩石为玄武岩的6个片区,H_(2)SiO_(3)含量一般介于25.74~46.04 mg/L,pH含量一般介于7.4~8.58,TDS含量一般介于49.4~333 mg/L;(2)玄武岩地下水存在HCO_(3)-Ca、HCO_(3)-Ca·Mg、HCO_(3)-Ca·Na、HCO_(3)-Ca·Mg·Na、HCO_(3)-Na等5种水化学类型,总体以HCO_(3)-Ca·Mg为主,其次为HCO_(3)-Ca,再次为HCO_(3)-Ca·Na,三者分别占总采样点数的50.00%、25.76%、12.12%;(3)全县富H_(2)SiO_(3)地下水的形成受水岩相互作用、硅酸盐矿物的分布范围及其可溶性、围岩裂隙发育程度、水源涵养及补给条件等四方面因素影响,其中水岩相互作用占据主导作用;(4)在后续开发利用过程中,需进一步揭示影响地下水中H_(2)SiO_(3)分布与迁移的因素。【结论】研究结果可以为昭觉地区矿泉水产业的发展及城乡优质水源地的建设提供依据。

关键词：偏硅酸地下水玄武岩生态环境健康开发利用水文地质调查工程四川省

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岩溶地下水系统防污性能评价方法

地球学报 2014年第2期35卷 262-268页

作者：邹胜章李录娟卢海平刘芹芹苏春田朱丹尼中国地质科学院岩溶地质研究所国土资源部岩溶动力学重点实验室岩溶生态系统与石漠化治理重点实验室广西桂林541004

岩溶水系统结构复杂,不同类型岩溶区具有不同的岩溶水文地质特征,其地下水系统防污性能评价必须采用不同指标体系的评价模型。本文在对不同类型岩溶区发育特征分析基础上,分别就现有评价模型在不同类型岩溶区的适应性进行了分析,认为:... 详细信息

岩溶水系统结构复杂,不同类型岩溶区具有不同的岩溶水文地质特征,其地下水系统防污性能评价必须采用不同指标体系的评价模型。本文在对不同类型岩溶区发育特征分析基础上,分别就现有评价模型在不同类型岩溶区的适应性进行了分析,认为:埋藏型岩溶区可采用专门用于承压含水层防污性能评价的PTHQET模型进行评价,而对于补给区局部裸露的浅埋藏性岩溶区建议采用COP模型进行评价;EPIK模型适用于南方裸露岩溶区;北方裸露型岩溶区因表层岩溶带发育程度弱,亦可采用COP模型进行评价。针对覆盖型岩溶的特殊性,在欧洲模型基础上提出了PLEIK评价模型,评价因子包括保护性盖层(P)、土地类型与利用程度(L)、表层岩溶带发育强度(E)、补给类型(I)和岩溶网络发育情况(K);突出了P(保护性盖层)和L(土地利用类型)两个因子的作用,并赋予各因子比欧洲模型更丰富的内涵,同时采用多种可替代参数确定各因子量值,最后给出了防污性能指数计算方法与分级标准。

关键词：岩溶地下水系统防污性能裸露型岩溶覆盖型岩溶埋藏型岩溶

会仙岩溶湿地丰平枯时期地下水金属元素污染与健康风险

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环境科学 2021年第1期42卷 184-194页

作者：李军赵一邹胜章蓝芙宁樊连杰谢浩秦月朱丹尼中国地质科学院岩溶地质研究所自然资源部/广西岩溶动力学重点实验室桂林541004 河北建筑工程学院市政与环境工程系河北省水质工程与水资源综合利用重点实验室张家口075000 联合国教科文组织国际岩溶研究中心桂林541004

以我国面积最大的亚热带低海拔岩溶湿地为研究区,对该区不同时期(丰水期、平水期和枯水期)地下水27组样品中10种金属元素(Cd、Cr、As、Al、Cu、Pb、Zn、Mn、Hg和Fe)进行测试和分析,分别运用综合污染评价法、多元统计分析及健康风险评价... 详细信息

以我国面积最大的亚热带低海拔岩溶湿地为研究区,对该区不同时期(丰水期、平水期和枯水期)地下水27组样品中10种金属元素(Cd、Cr、As、Al、Cu、Pb、Zn、Mn、Hg和Fe)进行测试和分析,分别运用综合污染评价法、多元统计分析及健康风险评价模型揭示了丰平枯时期地下水中10种金属元素的污染特征、分布状况和健康风险.结果表明,研究区地下水中金属元素的平均浓度大小为:Mn>Fe>Zn>Al>Hg>Cr>Cu>Cd>As>Pb,丰水期Mn(1022.00μg·L^(-1))和平水期Hg(42.40μg·L^(-1))最大浓度超过我国相关水质标准限值.据污染评价结果,丰水期地下水中仅Mn污染等级出现Ⅵ,Cd、Al、Zn、Fe污染等级均为Ⅲ,平水期仅Hg污染等级为Ⅵ,仅Al污染等级为Ⅲ.从金属元素超标组分、浓度和污染特征看,枯水期水质优于丰水期和平水期.地下水中Zn、Cd、Mn和Al浓度受人类活动影响,时间尺度特征不明显,As、Fe、Cu和Cr浓度即受人类活动影响,又具有一定时间尺度特征,Hg和Pb浓度主要表现为时间尺度特征.据健康风险评价结果,地下水中10种金属元素通过饮用水和皮肤入渗2种途径暴露的人群总健康风险大小为:平水期>丰水期>枯水期,Cr通过饮用水途径在丰水期(8.03×10^(-5)a^(-1)和8.76×10^(-5)a^(-1))、平水期(1.15×10^(-4)a^(-1)和1.26×10^(-4)a^(-1))和枯水期(8.72×10^(-5)a^(-1)和9.51×10^(-5)a^(-1))引起的成人和儿童致癌风险均高于5.0×10^(-5)a^(-1),Cr是引起致癌健康风险的主要金属元素.从饮用水安全角度,饮用前应对会仙岩溶湿地部分地下水中Mn、Hg和Cr进行一定控制.

关键词：会仙岩溶湿地地下水金属污染评价健康风险

不同耕作类型下土壤-农作物系统中汞、砷含量与生态健康风险评价

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中国地质 2021年第3期48卷 708-720页

作者：朱丹尼邹胜章周长松卢海平谢浩中国地质科学院岩溶地质研究所自然资源部/广西壮族自治区岩溶动力学重点实验室广西桂林541004

针对废弃矿山遗留生态环境问题,选择贵州丹寨废弃金汞矿为研究区,基于野外系统样品采集,通过原子荧光法和电感耦合等离子体质谱法分析了区内土壤和农作物中的汞(Hg)、砷(As)浓度,采用单指标污染标准指数法、单因子污染指数法、潜在生态... 详细信息

针对废弃矿山遗留生态环境问题,选择贵州丹寨废弃金汞矿为研究区,基于野外系统样品采集,通过原子荧光法和电感耦合等离子体质谱法分析了区内土壤和农作物中的汞(Hg)、砷(As)浓度,采用单指标污染标准指数法、单因子污染指数法、潜在生态危害指数法和目标危险系数法评价了区内Hg、As污染程度及生态健康风险。结果显示:旱地土壤Hg、As平均浓度均超农用地土壤重金属风险筛选值,超标率分别为75.47%和67.92%;土壤Hg污染严重,总体呈极重污染级别,土壤As则以中—极重污染级别为主;玉米地上部分(以下简称玉米)Hg、As超标率分别为36.36%和4.55%,玉米Hg处于轻污染水平,玉米As总体未受污染。相比于旱地-玉米系统,水田土壤Hg的超标率和污染程度均更高,超标率高达89.19%,呈极重污染级别,而水田土壤As超标率仅为22.22%,As污染水平低于旱地土壤;水稻地上部分(以下简称水稻)Hg、As平均浓度均略超食品安全标准,超标率分别为54.55%和18.18%,水稻Hg、As污染均高于玉米,污染等级处于轻-中污染水平。生态健康风险评价表明,土壤Hg以极强生态风险为主、As以轻微生态风险为主;虽然土壤富集Hg,但其向农作物籽实的迁移量小,因此食用玉米和大米对人体健康尚不构成Hg非致癌风险。然而,水稻As富集导致食用大米对人群产生明显的As非致癌和致癌健康风险。该研究对保障矿区居民生活健康具有重要意义,研究结果可为矿区生态环境影响评估及生态恢复提供科学依据。

关键词：土壤农作物汞砷生态健康风险废弃矿山丹寨贵州