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地下水环境中Mn(Ⅲ)-腐殖质胶体的形成机制

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地球科学 2022年

作者：程一涵邓娅敏薛江凯张余茜中国地质大学环境学院中国地质大学地质调查研究院

（目的）Mn(III)是锰氧化还原循环中电子传递的中间体，广泛参与陆地和海洋生态系统中的碳、铁和硫的地球化学循环。近年来在厌氧、微氧和有氧水环境中陆续发现了Mn(III)有机络合物存在，研究地下水环境中Mn(III)-腐殖质胶体的形成机制...

（目的）Mn(III)是锰氧化还原循环中电子传递的中间体，广泛参与陆地和海洋生态系统中的碳、铁和硫的地球化学循环。近年来在厌氧、微氧和有氧水环境中陆续发现了Mn(III)有机络合物存在，研究地下水环境中Mn(III)-腐殖质胶体的形成机制与行为特征对于认识锰的地球化学循环及其影响的营养物和污染物的迁移转化机制具有重要意义。（方法）本研究通过开展批实验，探讨氧气条件、腐殖质浓度和有机质种类对Mn(III)-腐殖质胶体形成的影响，并结合FTIR、XRD、XPS、TEM多种手段表征其理化性质与稳定性。（结果）研究发现：厌氧或有氧-厌氧环境有利于Mn(Ⅲ)-腐殖质胶体形成，Mn(Ⅲ)-腐殖质的络合程度随着腐殖质浓度的升高而增强，富里酸更容易与Mn(Ⅲ)络合，但形成的胶体稳定性较Mn(Ⅲ)-胡敏酸胶体差。Mn(Ⅲ)-腐殖质胶体呈无定形形态，腐殖质上的羧基等含氧官能团与Mn(Ⅲ)形成内球络合物，可减缓Mn(Ⅲ)歧化程度。Mn(Ⅲ)-腐殖质胶体具有氧化和吸附能力，对地下水中污染物的迁移转化具有重要的环境意义。

关键词：

地下水环境中Mn(Ⅲ)-腐殖质胶体的形成机制

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地球科学 2024年第2期49卷 793-802页

作者：程一涵邓娅敏薛江凯张余茜中国地质大学环境学院湖北武汉430074 中国地质大学地质调查研究院湖北武汉430074

Mn(Ⅲ)是锰氧化还原循环中电子传递的中间体,广泛参与陆地和海洋生态系统中的碳、铁和硫的地球化学循环.近年来在厌氧、微氧和有氧水环境中陆续发现了Mn(Ⅲ)有机络合物存在,研究地下水环境中Mn(Ⅲ)-腐殖质胶体的形成机制与行为特征对于... 详细信息

Mn(Ⅲ)是锰氧化还原循环中电子传递的中间体,广泛参与陆地和海洋生态系统中的碳、铁和硫的地球化学循环.近年来在厌氧、微氧和有氧水环境中陆续发现了Mn(Ⅲ)有机络合物存在,研究地下水环境中Mn(Ⅲ)-腐殖质胶体的形成机制与行为特征对于认识锰的地球化学循环及其影响的营养物和污染物的迁移转化机制具有重要意义.通过开展批实验,探讨氧气条件、腐殖质浓度和有机质种类对Mn(Ⅲ)-腐殖质胶体形成的影响,并结合FTIR、XRD、XPS、TEM多种手段表征其理化性质与稳定性.研究发现:厌氧或有氧-厌氧环境有利于Mn(Ⅲ)-腐殖质胶体形成,Mn(Ⅲ)-腐殖质的络合程度随着腐殖质浓度的升高而增强,富里酸更容易与Mn(Ⅲ)络合,但形成的胶体稳定性较Mn(Ⅲ)-胡敏酸胶体差.Mn(Ⅲ)-腐殖质胶体呈无定形形态,腐殖质上的羧基等含氧官能团与Mn(Ⅲ)形成内球络合物,可减缓Mn(Ⅲ)歧化程度.Mn(Ⅲ)-腐殖质胶体具有氧化和吸附能力,对地下水中污染物的迁移转化具有重要的环境意义.

关键词： Mn(Ⅲ) 腐殖质胶体稳定性络合机制地下水

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岩溶管道与裂隙介质间溶质交换研究进展

地球科学 2023年第11期48卷 4202-4213页

作者：罗明明陈静季怀松万里李成根周宏中国地质大学环境学院湖北武汉430078 中国地质大学地质调查研究院湖北武汉430074

岩溶管道与裂隙介质间的溶质交换是岩溶地下水溶质运移过程中一种常见的现象,其对岩溶水系统中污染物的运移过程具有关键控制作用.我国南方岩溶区管道与裂隙介质间的溶质交换在灌入式集中补给条件下十分复杂,其物理过程刻画与模拟极具挑... 详细信息

岩溶管道与裂隙介质间的溶质交换是岩溶地下水溶质运移过程中一种常见的现象,其对岩溶水系统中污染物的运移过程具有关键控制作用.我国南方岩溶区管道与裂隙介质间的溶质交换在灌入式集中补给条件下十分复杂,其物理过程刻画与模拟极具挑战.基于对国内外相关研究成果的归纳整理,总结分析了溶质交换过程的观测、试验、机理、控制因素和模拟方法,并指出了当前研究中存在的薄弱环节.进一步的研究应在结合野外实际条件的基础上,开展室内非稳定流条件下的溶质交换控制性试验,分析其影响控制因素,揭示管道与裂隙介质间溶质交换的物理机制;深入对溶质交换边界条件的刻画,建立耦合溶质交换过程的溶质运移数学模型,并利用野外场地尺度的人工示踪试验进行验证.

关键词：岩溶管道裂隙溶质交换溶质运移研究进展水文地质环境地质

天鹅洲长江故道湿地地下水砷的时空分布特征及控制机理

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地球科学 2022年第11期47卷 4161-4175页

作者：金戈邓娅敏杜尧陶艳秋范红晨中国地质大学地质调查研究院湖北武汉430074 中国地质大学环境学院湖北武汉430078

高砷地下水不仅直接危害供水安全,还可通过与湿地之间的交互作用,影响湿地水质进而威胁湿地生态安全.长江中游河湖平原已被报道广泛分布有高砷地下水,而位于长江中游故道区域的天鹅洲湿地地下水中砷的空间分布特征尚不明确,湿地与地下... 详细信息

高砷地下水不仅直接危害供水安全,还可通过与湿地之间的交互作用,影响湿地水质进而威胁湿地生态安全.长江中游河湖平原已被报道广泛分布有高砷地下水,而位于长江中游故道区域的天鹅洲湿地地下水中砷的空间分布特征尚不明确,湿地与地下水的交互作用对地下水中砷季节性动态的控制机理尚不明确.本研究在天鹅洲湿地采集2个水文地质钻孔的35件沉积物样品、12个分层监测井不同季节的共72组地下水样和18组地表水样,通过水位-水化学监测、沉积物地球化学组成分析和砷、铁形态表征探究天鹅洲湿地地下水中砷的时空分布规律及控制机理.研究发现天鹅洲湿地地下水砷含量为1.08~147μg/L,牛轭湖外侧浅井(10 m)地下水砷含量普遍高于深井(25 m)和牛轭湖内侧浅井(10 m)、深井(25 m)地下水,枯水期和平水期的砷含量高于丰水期.牛轭湖外侧浅层地下水系统具有更厚的粘土、亚粘土沉积,沉积物中总砷、强吸附态砷和易还原的铁氧化物的含量更多,吸附砷的水铁矿等无定形铁氧化物还原性溶解导致砷释放进入地下水中.枯水期天鹅洲湿地底部向牛轭湖外侧浅层含水层输送不稳定的有机质,使天鹅洲湿地地下水-地表水界面成为砷释放的热点区域.丰水期时牛轭湖外侧含水层受长江补给的影响,还原环境发生改变使地下水中的砷和铁被氧化固定从而不利于砷向地下水释放.

关键词：天鹅洲湿地高砷地下水时空分布特征沉积物砷、铁形态地下水-地表水界面控制机理

十堰城区地表水-地下水水化学特征及硝酸盐来源

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环境科学 2024年

作者：党秀宁刘亚磊张子燕王宁涛中国地质调查局武汉地质调查中心(中南地质科技创新中心) 中国地质大学地质调查研究院中国地质大学环境学院

水体硝酸盐污染是世界性的环境问题，识别硝酸盐来源对保障水资源可持续利用具有重要意义。利用多种水化学指标与硝酸盐氮氧同位素(δ15N-NO3-和δ18O-NO3-)对十堰水体水化学特征进行分析，识别水体中硝酸盐来源，并利用SIMMR模型计算... 详细信息

水体硝酸盐污染是世界性的环境问题，识别硝酸盐来源对保障水资源可持续利用具有重要意义。利用多种水化学指标与硝酸盐氮氧同位素(δ15N-NO3-和δ18O-NO3-)对十堰水体水化学特征进行分析，识别水体中硝酸盐来源，并利用SIMMR模型计算水体硝酸盐不同污染来源的贡献率。结果表明，研究区地表水及地下水的水化学类型以HCO3-Ca·Mg型为主，水体中硝酸盐的形成主要受硝化作用影响，反硝化作用不明显。水体中硝酸盐的主要来源为大气沉降、化肥、土壤氮、粪便和污水。SIMMR模型输出结果显示，粪便和污水、大气沉降、化肥和土壤氮对研究区地表水硝酸盐的贡献率分别为43.1%、2.2%、43.3%和11.4%，对地下水硝酸盐的贡献率分别为37.2%、9.4%、28.3%和25.1%，地表水硝酸盐的主要污染源是化肥、粪便和污水，地下水硝酸盐的主要污染源是粪便和污水。

关键词：水化学特征硝酸盐氮氧同位素贝叶斯稳定同位素混合模型(SIMMR) 源解析

基于BP神经网络的第四系覆盖物厚度预测及三维地质建模

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地球科学 2022年

作者：张瀚桂蕾王腾飞杨赛中国地质大学(武汉)工程学院中国地质大学(武汉)地质调查研究院

（目的与意义）地质灾害风险精细化调查和评估是目前地质灾害减灾防控的重要内容。斜坡三维地质建模技术的发展为滑坡灾害风险精细化调查评估提供了新的思路，可大幅提高区域范围内滑坡灾害调查的效率和评估精度。（方法）本文基于Skua-...

（目的与意义）地质灾害风险精细化调查和评估是目前地质灾害减灾防控的重要内容。斜坡三维地质建模技术的发展为滑坡灾害风险精细化调查评估提供了新的思路，可大幅提高区域范围内滑坡灾害调查的效率和评估精度。（方法）本文基于Skua-Gocad平台，针对第四系覆盖物和下伏基岩两大模块开展区域斜坡三维地质建模技术研究，以重庆市万州区大周镇为例，采用BP神经网络模型，通过构建研究区第四系覆盖物厚度与地质环境指标的多维非线性网络实现了第四系覆盖物厚度预测。（结果）结合现场调查数据进行方法验证，基于BP神经网络的第四系覆盖物厚度预测精度达91.49%，在此基础上构建了三维地质模型，具有良好的可视化效果，并确保了数据的可靠性。（结论）克服了传统基于克里金插值方法无法反应地质环境因素的缺点，解决了区域范围第四系覆盖物厚度预测的难题。

关键词：

岩溶水系统结构和水文响应机制的定量识别方法:以三峡鱼迷岩溶水系统为例

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地球科学 2020年第12期45卷 4512-4523页

作者：王泽君周宏齐凌轩王纪元燕子琪中国地质大学地质调查研究院湖北武汉430074

岩溶水系统结构复杂难以刻画,介质结构对地下水文特征的控制机制不清.以三峡鱼迷岩溶水系统为研究对象,利用人工示踪试验和地下水动态监测技术,建立了对流-弥散模型和扩散模型,求取了标准衰减曲线,构建了电导率和流量的高斯混合分布模型... 详细信息

岩溶水系统结构复杂难以刻画,介质结构对地下水文特征的控制机制不清.以三峡鱼迷岩溶水系统为研究对象,利用人工示踪试验和地下水动态监测技术,建立了对流-弥散模型和扩散模型,求取了标准衰减曲线,构建了电导率和流量的高斯混合分布模型.结果表明:该系统中存在"单源单汇"、"单源多汇"和"多源单汇"3种地下水循环模式;水文事件的响应阶段地下水运动以对流为主,管道流占优势,衰减阶段则以扩散为主,裂隙流和孔隙流占优势;鱼泉洞在丰、枯水期分别识别出5种和6种地下水径流组分,以电导率180μS/cm和流量0.6 m3/s为界,低电导率和大流量组分为快速流,其平均时间贡献占比为3.5%,径流量占比为19%.岩溶水系统中,管道和溶洞是快速流的储蓄和运移空间,空间尺寸大、开放性强、易受降雨影响;裂隙和孔隙是慢速流的储蓄和运移空间,空间尺寸小、开放性弱、对降雨有一定调蓄作用.研究可为岩溶水系统结构识别和水文机制研究提供参考,为岩溶流域水文地质调查提供理论依据.

关键词：岩溶水系统结构特征水文机制示踪试验指数衰减频率分布水文地质

地下水流系统研究中的方法论探讨:以CUG-武汉地下水流系统研究为例

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地质科技通报 2022年第1期41卷 30-42页

作者：梁杏张人权罗明明孙蓉琳靳孟贵周宏蒋立群中国地质大学(武汉)环境学院武汉430078 中国地质大学(武汉)地质调查研究院武汉430078

地球系统科学和地下水流系统理论的出现,标志着水文地质学进入新的发展时期。地下水流系统理论已成为水文地质学的新范式,其产生和发展,从方法论上为地下水问题的研究提供了新的启示。自20世纪80年代初以来,中国地质大学(武汉)地下水流... 详细信息

地球系统科学和地下水流系统理论的出现,标志着水文地质学进入新的发展时期。地下水流系统理论已成为水文地质学的新范式,其产生和发展,从方法论上为地下水问题的研究提供了新的启示。自20世纪80年代初以来,中国地质大学(武汉)地下水流系统组持续开展了地下水流系统理论与应用研究。试图从方法论的角度回顾与总结这些研究成果。地下水问题受多因素影响,研究应以"目标与问题导向相结合",靶向准确,才能在信息浩渺中不失方向,向着目标前行;研究时应采用"假设演绎法",先依据已有认识和资料演绎出应有的现象,再有目的地观察和寻求证据,或修改假设继续求证,直到假设被证实或证伪;演绎寻证过程,可以采用"控制性实验""信息提取与组织""多学科方法与手段融合"等技术方法。实例分析证实,控制性模拟实验使我们得出了地下水流模式的新认识;采用多通道的信息提取、加工和组织,构建地下水流系统模式,能够有效解决各类工程中的应用问题;多学科与手段融合、各种信息相互验证,提高了结果的可信度。以实例研究为基础,从研究方法上的总结能为正确认识和理解地下水流系统理论、推进新理论和新思路在水文地质研究中的应用提供参考。

关键词：地下水流系统方法论导向假设演绎信息提取与组织

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黄陵穹隆周缘岩溶水流系统特征及成因

地质科技通报 2022年第1期41卷 328-340页

作者：郭绪磊周宏罗明明黄琨况野曾圆梦陈一帆张苏雅中国地质大学(武汉)环境学院武汉430078 中国地质大学(武汉)地质调查研究院武汉430078

岩溶水流系统特征研究有助于地下水资源的合理评价和开发利用。借鉴水文学的研究方法,统计并量化了典型岩溶水流系统的空间特征以及其水文动态响应、温度场和电导率特征。划分了扇状、树枝状、平行状、梳状4种地下水系来综合反映岩溶水... 详细信息

岩溶水流系统特征研究有助于地下水资源的合理评价和开发利用。借鉴水文学的研究方法,统计并量化了典型岩溶水流系统的空间特征以及其水文动态响应、温度场和电导率特征。划分了扇状、树枝状、平行状、梳状4种地下水系来综合反映岩溶水流系统的地表-地下岩溶特征,前两者主管道垂直于地层走向,构造裂隙起汇水作用,后两者主管道平行于地层走向,层面裂隙起汇水作用。黄陵穹隆西北翼、西翼和南翼以平行状和树枝状为主,东翼和北翼则以扇状水系和平行状水系为主。不同地下水系结构的形成及区域差异与含水系统和水系的空间关系和级次性密切相关,并表现出不同的动态特征。扇状和平行状岩溶水流系统对降雨响应最为敏感,而梳状水系岩溶水流系统响应和衰减过程最慢;基于岩溶地下水温度与出露高程和循环深度显著相关的关系建立了鄂西山区地下水温度线。这一基础性研究可为岩溶地下水流系统研究和当地工程实践提供一定的理论支持。

关键词：黄陵穹隆岩溶水流系统地下水系结构地下水温度线