高砷地下水在全世界廣泛分布,嚴(yán)重威脅人類身體健康。為確保高砷地區(qū)地下水開采的安全性,探討地下水開采對砷富集的影響逐漸引起人們的關(guān)注。因此,本文選取河套盆地西側(cè)為研究區(qū),圍繞地下水開采對地下水流場和化學(xué)環(huán)境的改變以及對砷動態(tài)變化的驅(qū)動機(jī)制等展開研究,取得的認(rèn)識主要有以下幾個方面:(1)沉積物中砷以鐵氧化物礦物結(jié)合態(tài)為主,沖洪積扇區(qū)該狀態(tài)砷占總砷的百分比均值為64%,平原區(qū)為53%,前者以弱結(jié)晶和強(qiáng)結(jié)晶態(tài)為主,后者則以無定形和弱結(jié)晶態(tài)為主。其次以吸附態(tài)為主,沖洪積扇區(qū)吸附態(tài)砷占總砷的百分比均值為23%,平原區(qū)為33%�？梢娖皆瓍^(qū)沉積物中的砷更易通過生物地球化學(xué)作用和解吸附過程被釋放到地下水中。(2)開采誘發(fā)的降落漏斗改變地下水天然流向,使沙海湖由排泄區(qū)變?yōu)檠a(bǔ)給區(qū),穩(wěn)定同位素?cái)?shù)據(jù)證實(shí)這一轉(zhuǎn)變。來自湖水的補(bǔ)給能夠在20~28年到達(dá)漏斗中心。此外,開采導(dǎo)致淺深層地下水形成水頭差,驅(qū)使淺層地下水補(bǔ)給深層含水層。地下水中惰性組分的季節(jié)變化特征證實(shí)了垂向混合作用。淺層地下水穿透弱透水層需43~166天。從非灌溉季到灌溉季山前洪積扇區(qū)受影響深層含水層接受淺層地下水補(bǔ)給的百分比從21%上升到53%,平原區(qū)則由53%上升到86%。(3)平原區(qū)地下水補(bǔ)給來源的改變,導(dǎo)致其TDS升高,水化學(xué)類型也由SO_4-HCO_3-Na型轉(zhuǎn)變?yōu)镃l-SO_4-Na型,同時也引入生物指數(shù)(BIX)較高的有機(jī)物,加劇地下水中的微生物活動。此外,山前洪積扇區(qū)淺層地下水的季節(jié)性補(bǔ)給導(dǎo)致受影響的深層地下水化學(xué)類型由HCO_3-Ca-Na型轉(zhuǎn)變SO_4-HCO_3-Ca-Na型。平原區(qū)淺層地下水的季節(jié)性補(bǔ)給導(dǎo)致受影響的深層地下水TDS值升高,DOC的含量和BIX均升高,水化學(xué)類型也由Cl-HCO_3-Na型變?yōu)镃l-SO_4-Na型。(4)湖水在補(bǔ)給平原區(qū)地下水的同時,引入活性有機(jī)物促進(jìn)鐵氧化物還原性溶解,導(dǎo)致地下水砷濃度有明顯升高。沖洪積扇區(qū)淺層低砷、高溶解氧地下水向深層含水層的季節(jié)性補(bǔ)給,導(dǎo)致深層地下水砷濃度降低。平原區(qū)淺層高砷、高BIX、高Na/Ca~(0.5)摩爾比值地下水向深層含水層的季節(jié)性補(bǔ)給,直接或通過促進(jìn)鐵氧化物還原性溶解和解吸附過程間接導(dǎo)致地下水砷濃度的升高。
【學(xué)位單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X523
【部分圖文】：

2圖 1-1 高砷地下水在全球的分布（修改來自 Herath et al.（2016））1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 砷的水文地球化學(xué)特征（1）砷的地球化學(xué)特征砷是一種屬于氮族元素的類金屬，其原子序數(shù)為 33，分子量為 74.9 g/mol，75As 為唯一的天然同位素（Delaeteretal.，2003）。它有四種可能的價態(tài)：As(-III）（砷化物），As(0)（元素砷），As(III)（亞砷酸鹽）和 As(V)（砷酸鹽）。砷可以作為 200 多種礦物晶格中的主要成分，這些礦物包括元素單質(zhì)砷、砷化物、硫化物、氧化物，砷酸鹽和亞砷酸鹽（Smedley and Kinniburgh，2002）。通常與礦石有關(guān)

s-O2-H2O 系統(tǒng)在 25℃和 0.1MPa 下的 pH-Eh 穩(wěn)定圖�；疑幱安糠执恚ㄐ薷膩碜� Brookins（1988））下水的富砷機(jī)理地下水的富集受物源和水文地球化學(xué)條件的共同控制。天然的地質(zhì)成因?yàn)橹�。Fendorf et al.（2010）的研究表明，沉積物中氫氧化物結(jié)合態(tài)砷的含量與地下水中的砷濃度有較好的相關(guān)性同形態(tài)砷的分布提取實(shí)驗(yàn)表明，沉積物中 Fe 氧化物或氫氧化高，沉積物中 Fe 氧化物或氫氧化物是含水層中砷的主要載體；Guoetal.,2013b）。此外，砷的另一個物質(zhì)來源就是富含砷的硫 FeS2）（Welchetal.,2000）。Bundschuhetal.（2010）研究發(fā)現(xiàn)的巖石礦床的化學(xué)風(fēng)化被認(rèn)為是大規(guī)模的 As 富集的主要原因

圖 1-3 高砷地下水的富集機(jī)理及主要分布地區(qū)（1）還原性溶解近些年來，學(xué)者們對于地下水中砷富集的普遍觀點(diǎn)是：含砷的鐵錳氧化化物的還原性溶解，導(dǎo)致其吸附和包含的砷釋放到地下水中（Fendorf；Saunders et al., 2008；Farooq et al., 2010；Islam et al., 2004；Radloff；vanGeenetal.,2004）。大量野外研究表明，砷的釋放往往伴隨著無氧生物對有機(jī)物（OM）的氧化(Islam et al., 2004；McArthur et al.,2004)。系統(tǒng)中，微生物介導(dǎo)的氧化還原反應(yīng)往往伴隨著有機(jī)物的降解即電子A）的消耗（Borchetal.,2010；Chapelle,1993；Jurgensetal.,2009；McMChapelle, 2008）。在含水層中，隨著深度增加，沉積物的年齡和水巖作用的時間也在增加

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本文編號：2818173