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闭坑铅锌矿区地下水-矿坑水水化学特征及成因分析

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生态环境学报 2023年第2期32卷 361-371页

作者：杨秋曹英杰张宇陈建耀王诗忠田帝中山大学地理科学与规划学院广东广州510275 中山大学环境科学与工程学院广东广州510275 中山大学/广东省环境污染控制与修复技术重点实验室广东广州510006

矿山关闭后,水位迅速回弹升高,区域水动力场发生改变进而影响到水化学场的演变,并伴随着严重的区域水环境问题。为研究闭坑矿区水体水化学特征和成因,系统采集丰水期、枯水期背景点、地下水和矿井水样测定现场参数、δ^(18)O和δD值、... 详细信息

矿山关闭后,水位迅速回弹升高,区域水动力场发生改变进而影响到水化学场的演变,并伴随着严重的区域水环境问题。为研究闭坑矿区水体水化学特征和成因,系统采集丰水期、枯水期背景点、地下水和矿井水样测定现场参数、δ^(18)O和δD值、主量离子等,综合利用多元统计分析、同位素示踪和水化学计量分析等分析方法开展不同水体的水化学特征及成因分析。结果表明,(1)δ^(18)O和δD组成说明研究区地下水和矿井水主要来源为大气降水,且受到了不同程度的蒸发影响;同一季节内背景点、地下水、矿井水同位素组成具有分区聚集性,丰水期同位素相对亏损,枯水期相对富集,表明不同水体水力联系密切;分层聚类分析和水化学同样揭示了不同含水层之间存在密切的水力联系。(2)研究区水化学具有较大差异。背景点、地下水、矿井水TDS取值范围分别为44.18—138.86、43.39—6917.6、3329.22—4174.20 mg·L^(−1),从淡水到咸水均有分布;pH取值范围分别为4.39—8.2、2.75—7.9、2.87—2.92,呈酸性、弱酸性、中性、弱碱性。水化学类型沿补—径—排路径发生系统性演化,背景点、地下水、矿井水水型依次为Ca-Mg-HCO_(3)型、Ca-SO_(4)型、Ca-SO_(4)型。(3)水岩作用是控制研究区水化学演化的主要因素。背景区地下水受制于硅酸盐的溶解,水岩作用较弱;矿区地下水水岩作用增强,受硫化物氧化和硅酸盐、碳酸盐岩的溶解的共同影响,形成中性或偏碱性地下水;矿井水主控水岩反应为硫化矿物的氧化溶解,形成典型低pH、高SO_(4)^(2−)的酸性矿山排水。矿山闭坑后水文地球化学特征及主控因素的研究对区域水环境重金属污染防控具有重要意义。

关键词：水化学特征水化学形成作用环境同位素水岩作用地下水闭坑矿区

敦煌月牙泉域地下水系统水文地球化学特征分析

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干旱区研究 2023年

作者：李平平盖楠王晓丹杨俊仓国家地质实验测试中心自然资源部生态地球化学重点实验室甘肃省地下水工程及地热资源重点实验室甘肃省地质环境监测院甘肃省地质矿产勘查开发局水文地质工程地质勘察院

选择河西走廊西端的月牙泉域作为研究对象，通过样品采集测试，对研究区内的水化学特征、环境同位素和水文地球化学过程进行了系统分析。结果表明：大气降雨（包括冰川融水）形成的出山河水是区内潜水的主要补给来源，二者存在密切的成... 详细信息

选择河西走廊西端的月牙泉域作为研究对象，通过样品采集测试，对研究区内的水化学特征、环境同位素和水文地球化学过程进行了系统分析。结果表明：大气降雨（包括冰川融水）形成的出山河水是区内潜水的主要补给来源，二者存在密切的成因联系，局部地区受断裂构造或越流影响并受祁连山前深部地下径流侧向补给；党河灌区地下水的蒸发作用微弱，以人工开采为主要排泄方式，其他浅层地下水以蒸发为主要排泄项；地下水化学成分的演化受到碳酸和硅酸盐岩溶滤作用的影响；岩盐、石膏和硅酸盐岩的溶解作用、方解石和白云岩的沉淀作用以及蒸发作用是控制地下水盐分的主要因素，且在流域水循环过程中存在不同程度的混合作用。研究结果可为月牙泉生态保护与恢复提供科学依据。

关键词：敦煌月牙泉地下水系统水化学特征环境同位素

银川平原典型剖面地下水文过程与氮的迁移转化

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银川平原典型剖面地下水文过程与氮的迁移转化

作者：黄鑫慧长安大学

学位级别：硕士

地下水是干旱区城市生活用水、农业灌溉以及维持生态环境平衡的重要水源,受人类工农业活动影响,大量活性氮输入地下水,导致地下水面临严峻的氮污染问题。由于含水层结构、地下水径流条件以及地下水氧化还原环境等在空间上存在差异,地下... 详细信息

地下水是干旱区城市生活用水、农业灌溉以及维持生态环境平衡的重要水源,受人类工农业活动影响,大量活性氮输入地下水,导致地下水面临严峻的氮污染问题。由于含水层结构、地下水径流条件以及地下水氧化还原环境等在空间上存在差异,地下水流驱动下氮复杂的生物地球化学过程制约着地下水水体中氮污染的防控。本文以银川平原为研究区,选取贺兰山-阅海湖-黄河典型剖面,在厘清区域水文地质条件的基础上,以地下水流系统理论为指导,通过长期动态水位观测、环境同位素与水化学示踪方法、结合碳氮同位素以及分子生物技术,分析地下水文过程以及氮的迁移转化过程,旨在构建水文过程驱动下氮的生物地球化学转换模式。研究的主要成果如下:1、基于地下水动态观测与同位素示踪相结合的方法,解析了流域地下水流的动力学过程。局部地下水流系统发育在山前洪积平原和河湖积平原,地下水年龄介于20～90年,更新速率约为3%。山前洪积平原局部地下水流系统发育深度大约100 m,河湖积平原约为5～10 m。中间地下水流系统最大发育深度约150 m,以河湖积平原的地表水作为排泄点,地下水年龄介于200～10000年,更新速率约为0.1～0.3%。区域地下水流系统发育在中间地下水流系统以下,以黄河作为最终排泄点,是由不同历史时期的降水补给形成,地下水径流速度小于0.001 m/d,更新速率约为0.03%,地下水年龄介于10000～20000年之间。2、揭示了地下水文地球化学作用的演化机制。从山区经冲积平原到河湖积平原,地下水水中矿化度逐渐升高,水化学类型逐渐由HCO型水变为SO型水,最终在黄河漫滩变为Cl-Na型水。潜水除了受到蒸发浓缩作用外,还会受到地表水体较强的混合作用,以河湖积平原最为明显;承压水基本不受蒸发的影响,但随着地下水在流动过程中矿化度的增加,溶滤作用逐渐减弱,同时,脱硫酸、反硝化等还原作用影响了酸碱环境及碳氮硫等物质的转化。3、分析了地下水中无机氮的空间演化特征。垂向上,高浓度NO分布在浅层(5～10m)地下水中,并且浓度随深度的增加逐渐降低;NH呈先增加后减少的趋势,在10m深度地下水中浓度达到最大值;NO呈先减少后增加的趋势,在30-150 m深度地下水中浓度最低(环境由氧化环境过渡为还原环境,水中微生物逐渐由硝化细菌过渡为反硝化细菌,氮的转化过程逐渐由硝化作用变为反硝化作用和硝酸盐异化还原(DNRA)作用。同时,在氧化还原环境的影响下,水中NO、Fe、SO先后参与反应,在30m深度反硝化作用进行完全,NO含量极少;在30～150 m深度范围Fe、SO开始反应,生成的Fe和HS抑制反硝化作用,使得NO含量增多。

关键词：环境同位素水化学演化地下水文过程生物地球化学作用氮化物

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降水产流同位素径流分割研究进展与展望

地球环境学报 2022年第6期13卷 667-678页

作者：蔺铭益金钊余云龙中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室西安710061 中国科学院大学北京100049 中国科学院第四纪科学与全球变化卓越创新中心西安710061 杭州电子科技大学数据科学与信息计量研究院杭州310018

降水产流是陆地水循环中大气降水补给地表水的重要环节。氢氧稳定同位素的指纹效应能够有效示踪径流的补给来源、路径和地理区域。同位素径流分割模型已从二元分割逐渐发展到三元乃至多元分割模型,多学科交叉也逐渐丰富了径流分割研究... 详细信息

降水产流是陆地水循环中大气降水补给地表水的重要环节。氢氧稳定同位素的指纹效应能够有效示踪径流的补给来源、路径和地理区域。同位素径流分割模型已从二元分割逐渐发展到三元乃至多元分割模型,多学科交叉也逐渐丰富了径流分割研究的方法体系。本文对同位素径流分割在降水产流中的应用进展作了总结分析,介绍了环境同位素(^(2)H和^(18)O)在降水产流研究中的应用现状、存在的不确定性以及处理误差的方法和应用特点。最后对环境同位素在径流分割领域的应用前景进行了论述,提出环境同位素结合GIS、InSAR、ERT等地球物理方法,将进一步深化流域水文要素时空变化的研究。

关键词：环境同位素径流分割误差处理地球物理方法

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

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应用基础与工程科学学报 2013年第1期21卷 32-44页

作者：翟远征王金生周俊北京师范大学水科学研究院北京100875 地下水污染控制与修复教育部工程研究中心北京100875 北京市地质工程勘察院北京100037

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... 详细信息

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.

关键词：潮白河冲洪积扇地下水流系统水文地球化学环境同位素地下水更新地下水演化

扬-泰-靖地区地下水系统水力联系与硫酸盐污染特征

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地球学报 2014年第2期35卷 183-190页

作者：李云姜月华周迅贾军元周权平李云峰中国地质调查局南京地质调查中心

本文对长江三角洲扬-泰-靖地区第四系松散层地下水中环境同位素(D、18O、34S)的分布特征进行了分析,旨在揭示大气降水、长江水、潜水及承压水之间的水力联系,辨别地下水中硫酸盐的来源及其污染状况。研究结果表明潜水含水层接受大气降... 详细信息

本文对长江三角洲扬-泰-靖地区第四系松散层地下水中环境同位素(D、18O、34S)的分布特征进行了分析,旨在揭示大气降水、长江水、潜水及承压水之间的水力联系,辨别地下水中硫酸盐的来源及其污染状况。研究结果表明潜水含水层接受大气降水及长江水的补给,硫酸盐主要为农业污染来源或与海源硫酸盐的混合。承压含水层主要接受大气降水的补给,与潜水含水层及长江之间的水力联系较差,硫酸盐来源不同。在研究区顶部和沿江地段的浅层孔隙承压水中,硫酸盐来源于硫化物的氧化;在东部的深层孔隙承压水中,硫酸盐主要来源于硫酸盐岩的溶解或海源硫酸盐的滞留,基本未受到潜水或地表水中硫酸盐的污染。

关键词：地下水环境同位素水力联系硫酸盐污染扬-泰-靖地区

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新疆乌鲁木齐河流域北部平原区水文地球化学

地球学报 2015年第1期36卷 77-84页

作者：殷秀兰凤蔚王瑞久蔡月梅朱瑾霍传英中国地质环境监测院北京100081 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心河北保定071051 新疆维吾尔自治区地质环境监测总站新疆乌鲁木齐830091

乌鲁木齐河流域是西北干旱地区内流盆地的典型代表,也是水文地质研究的重点区域。本次研究利用以往工作的资料,并在流域下游北部平原区采集地下水和地表水样品21组,用无机离子作为示踪剂,结合环境同位素的分析,提出乌鲁木齐河流域平原... 详细信息

乌鲁木齐河流域是西北干旱地区内流盆地的典型代表,也是水文地质研究的重点区域。本次研究利用以往工作的资料,并在流域下游北部平原区采集地下水和地表水样品21组,用无机离子作为示踪剂,结合环境同位素的分析,提出乌鲁木齐河流域平原区的地表水普遍溶解有蒸发盐,与晚全新世（近4000年）以来我国西北地区气候不断变得干旱有关;并将北部平原区的地下水划分为三层不同水体：现代水（埋深21～65 m）是乌鲁木齐河河水经蒸发后入渗补给的,而下面二层水为晚全新世初期（埋深179～259 m）和晚更新世末次冰期（埋深～353 m）补给的水都是原地的降水入渗。

关键词：水文地球化学环境同位素北部平原地下水

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天然实验流域降雨径流现象发生的悖论

水科学进展 2010年第4期21卷 471-478页

作者：顾慰祖尚熳廷翟劭燚陆家驹 Frentress Jason Jeffrey McDonnell Carol Kendall 南京水利科学研究院江苏南京210029 Oregon State University United States Geological Survey Menlo Park

作为滁州水文实验系统一部分的1号天然实验流域,面积7897m2,以安山岩为基底,上覆平均厚度2.46m的第四系沉积物。实测了包括地面径流和地面下径流的各种降雨径流响应,后者包括来自非饱和带的壤中流和饱和带的地下水径流。表明这些径流成... 详细信息

作为滁州水文实验系统一部分的1号天然实验流域,面积7897m2,以安山岩为基底,上覆平均厚度2.46m的第四系沉积物。实测了包括地面径流和地面下径流的各种降雨径流响应,后者包括来自非饱和带的壤中流和饱和带的地下水径流。表明这些径流成分有着复杂的组合类型,主要是以地面径流为主的SR型和以地面下径流为主的SSR型,以及中间的和演化的类型。SR型实例中的地面径流量可占总径流的65%,而SSR实例中的地面下径流量可有90%。主要降水的7月,地面下贡献占54.5%,其中地下水径流即占33%。大部分地面径流与降水的18O组成有不小的差异,比较了同时进行测验的3个实验流域,在1400min的降水径流过程中,降水的平均δ18O为-1.210%,而同期地面径流的平均δ18O,2号水文山流域(512m2)为-1.132%,1号南大洼天然流域为-1.065%,3号只有薄层风化碎屑的牵牛花流域(4573m2)为-0.801%。这质疑了现行同位素流量过程线划分方法8个假定中的两个:地面径流的同位素组成不同于降水,天然流域尤其如此;各种水源在汇集过程中的同位素分馏影响并非都可忽略不计。实验流域因降水而产生径流,但所产生的径流却有着非本次降水的组分,这一降水径流悖论发生于各个实验流域。SR型和SSR型总的非本次降水组分分别达16%和64%。

关键词：水文实验环境同位素径流组成降雨径流关系流量过程线划分

基于水文循环分析的雅砻江流域生态需水量计算

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水利学报 2008年第8期39卷 994-1000页

作者：万东辉夏军宋献方刘苏峡珠江水利委员会珠江水利科学研究院广东广州510611 中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101

本文提出基于水文循环分析的生态需水量计算流程图和方法，即通过野外现场查勘和室内遥感分析，总结研究区生态需水特征，运用环境同位素技术分析水分来源和河道内外水力补给关系，确定明确的生态保护目标，选定合适的生态需水估算方法... 详细信息

本文提出基于水文循环分析的生态需水量计算流程图和方法，即通过野外现场查勘和室内遥感分析，总结研究区生态需水特征，运用环境同位素技术分析水分来源和河道内外水力补给关系，确定明确的生态保护目标，选定合适的生态需水估算方法并进行计算。最后对雅砻江流域河道内外的生态需水量进行计算。结果表明，雅砻江河道径流主要受大气降水补给，地下水单向补给河道水；河道内外生态保护目标分别为保持当前植被面积不减少和保证优势鱼类生长繁殖期最低生境条件；天然降水即可满足草地林地的生态需水要求。雅砻江热巴坝址处最小生态流量范围为36．3～46．8m^3／s。

关键词：生态需水水文循环环境同位素生态保护目标雅砻江