酸性矿坑废水对流域酸化的影响——以贵州兴仁县典型废弃煤矿区小流域为例

人们在开采使用矿产资源的同时,堆弃大量含有硫化物的废弃矿石和废渣于周围环境中。矿山环境中因硫化矿物氧化,导致采矿产生大量的酸性矿坑排水。这种水体具有低pH值,高电导率,高硫酸根和高重金属含量的特征。酸性矿坑排水对下游水生生物及植物等具有很强的毒性,大量排放引起的环境问题受到广泛关注。为了了解酸性矿山排水对流域水体和土壤的影响,本文选择位于贵州省西南部兴仁的一个典型废弃煤矿区进行研究,通过测定矿坑排水、水库水、河水的pH值和EC,以及土壤的pH值,分析矿坑排水、地表水以及土壤pH值的空间变化情况,在此基础上对矿坑排水对流域酸化的影响进行了综合评价。调查结果表明,酸性矿坑排水和受其影响的水库水体的电导率很高,且pH值均小于3。研究区域地表水（水库水、河水）本底水化学类型为Ca2+-HCO3-型,其pH值在7左右,反映了流域内有碳酸盐岩广泛分布的自然环境特征。当受到酸性矿坑排水影响后,水化学类型转变为Ca2+-SO42-型,pH值则低于4.0。通常,酸性矿坑排水在流动过程中与河床的碳酸盐岩发生中和反应,促使水体的pH升高。野外考察发现,研究区河道中碳酸盐岩中空易碎,其CaCO3成分因长期与酸性矿山排水发生反应而被耗尽。同时,在氧化条件下,酸性矿坑排水中的铁在流动过程中生成大量的氢氧化物覆盖了沿程的河床。这种覆盖作用抑制了酸性矿山排水进一步与碳酸盐岩发生中和反应。因此,在研究区分布有广泛的碳酸盐岩情况下,受酸性矿坑排水影响的河水到下游5 km处仍保持较低的pH值。研究区的主要农作物是水稻,其灌溉水源主要是水库水。为了了解酸性矿坑排水对土壤的影响,对水库下游流域土壤pH值的空间分布进行普查,统计其出现的频率。结果表明,以受酸性矿坑排水影响的水库水作为灌溉水源的土壤,其表土的pH值较低,平均值在5.0左右。反之,土壤表土的pH值平均值在6.5左右。此外,通过对受到酸性矿坑排水影响显著的土壤进行剖面调查,发现从地表到深度90 cm的土壤的pH值均小于4.0。结合受酸性矿坑排水影响的河水pH值普遍偏低的情况可以推测流域酸化与酸性矿坑排水有密切关系。      

煤区岩溶地下水污染模式及特征研究——以黔西盘关向斜区域为例

煤企生产过程中产生的废水是造成地下水污染的主要因素。通过环境水文地质调查,对盘关向斜区域煤企生产活动造成地下水污染的主要方式进行分析,查明区内主要污染源—煤矿污水、洗煤水及堆场淋滤水通过地表水体、溶隙、落水洞等途径进入岩溶含水层污染地下水,又经岩溶管道长途运移排泄至地表,造成暗河出口地表河流污染的污染模式。其污染的三种基本模式为地表水体污染、包气带污染以及地下水污染。针对煤区岩溶地下水污染表现的滞后性和周期性,提出煤区岩溶地下水污染防治对策,对区内环境保护工作具有一定参考价值。     

泾惠渠灌区地下水硫酸盐水文地球化学演化过程研究

泾惠区具2200多年的灌溉历史,灌区人口密度大,地下水不仅是工业和农业的主要水源,也是当地主要饮用水源.为了查明灌区地下水硫酸盐的水文地球化学特征、成因及其演化过程,在分析灌区1982年、1990年和2009年地下水水化学特征、SO4 2-时空分布特征的基础上,通过灌溉试验和Hydrus-1D模拟灌溉对地下水SO4 2-的影响.结果表明,灌区地下水水化学类型由HCO3(1982年)向SO4 2-(2009年)型演化.2009年SO4 2-是地下水中主要阴离子组分,具有西部低,北部、东部和南部高的区域分布特征.虽然地下水中最初的SO42-主要来源于地层中Na2SO4和CaSO4等硫酸盐的溶解,但灌溉试验和模拟计算表明,近年来地下潜水中高硫酸盐主要是由于灌溉水源引起的.     

污灌区地下水硝酸盐污染来源的氮同位素示踪

为了识别石家庄市南部污灌区地下水硝酸盐污染来源, 采集5种潜在污染源和19组地下水样用于化学和氮同位素分析.灌溉污水NH₄+的δ15N值较低(4.0‰), 施化肥土壤和粪堆下土壤NO₃-的δ15N值分别为1.4‰和12.4‰; 仅施厩肥的蔬菜种植区下伏近30 m厚包气带沉积物NO₃-的δ15N分布显示, 来自动物粪便的NO₃-已运移到11.5 m以下包气带, 均值10.9‰; 污水灌溉农田下伏厚层包气带沉积物样品分析结果指示, 土壤层下伏包气带沉积物δ15N值变幅较小, 均值5.7‰.污灌区内除一深井外, 其他水井地下水硝酸盐浓度变化在52.6~124.5 mg/L之间, 均值79.72 mg/L, δ15N值变化在5.3‰~8.3‰之间, 均值7.0‰.污灌区地下水的δ15N值较污灌区土壤层下伏包气带沉积物的δ15N值高, 表明地下水NO₃-除了来自灌溉的污水外, 还有δ15N值更高的其他来源, 这些来源主要是人和动物粪便.利用线性混合模型计算, 污灌区地下水NO₃-来自灌溉的污水, 约占76%, 而来自人和动物粪便的NO₃-约占24%.为控制污灌区地下水NO₃-浓度进一步增长, 不仅要加强污水灌溉管理, 还要加强人和动物粪便的管理.      

沈抚灌区石油污染土壤恢复方案的数值模拟

在沈抚灌区野外调查和室内外试验的基础上, 建立水分-反应性石油污染物运移的耦合数学模型, 采用数值方法模拟可溶性油(有效油) 的分布规律, 并定量分析了石油污染土壤不同恢复方案的可行性.研究结果表明, 土壤中的化学作用使可溶性油运移速度远远小于土壤水的入渗速度, 所以可溶性油主要分布在土壤耕作层之内, 难以通过灌溉污水的入渗直接污染地下水; 另外, 清污混合灌溉和改变作物结构的控制方案虽然可以大大降低土壤中可溶性油的含量, 但石油污染土壤的彻底恢复还必须依靠地表水或地下水的合理灌溉      

矿井水污染的地表水灌溉入渗过程中的水岩作用

分析了污水灌溉对地下水化学环境影响的研究现状, 以淄博煤矿区矿井水污染的孝妇河水进行灌溉的区域为例, 利用土柱实验研究煤矿矿井水污染的地表水灌溉入渗过程中的水岩作用。结果表明, 灌溉水入渗过程中发生可溶盐的溶解及离子交换等水岩作用, 而且在灌溉的初期主要表现为溶解作用, 而后以离子交换作用为主。溶解作用的速率, 在污水入渗初期大, 而后逐渐减小, 直至趋于零。      

滦河冲洪积扇及其下游滨海平原环境地质问题及对策研究

位于河北省内的滦河冲洪积扇及其滨海平原第四系分布广泛,岩性主要有卵砾石、砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉土、粉质粘土、粘土, 可划分为四个含水组,分别相当于Q4、Q3、Q2、Q1.滨海平原区域内,Ⅰ或Ⅱ含水组为咸水体,呈楔形插入淡水体中.各含水层组之间隔水层多稳定分布,以越流形式发生水力联系.地下水的补给方式主要是大气降水的河渠渗漏,灌溉回渗及侧向径流.地下淡水开采量的不断增加导致地下水位持续下降,局部形成地下水位降落漏斗,导致地面沉降.在滨海地区,斜插向淡水层中的咸水体底界下移侵入淡水层,并受到海水入侵的威胁.地表污水的渗透,污染了地下水,局部地段大肠菌群超标,氮污染严重.针对该区具体情况,提出了几项治理措施(1)利用滦河冲洪积扇--天然"地下水库",建立水资源统一管理模型;(2)利用工程增加河水入渗量;(3)限制南部地区深层地下水的开采,防止生态环境恶化;(4)加强咸水、半咸水等非传统水资源开发;(5)发展节水型农业,加强废水再利用;(6)加强环境污染治理,防止地表污水入渗污染地下水.     

酸性矿山废水对合山地下水污染的硫氧同位素示踪

以广西合山煤矿为例,应用硫酸盐硫、氧同位素示踪并量化酸性矿山废水对矿区地下水的污染。合山矿井水表现出高浓度SO2-4和低p H值的酸性矿山废水特征,其硫酸盐硫、氧同位素组成显著富集轻同位素,表明煤矸石中黄铁矿的氧化是其产生的主要机制,反应途径为微生物作用下Fe3+对Fe S2的氧化。利用硫酸盐硫、氧同位素组成并应用三元混合模型计算,结果表明矿区地下水基本都受到酸性矿山废水的入渗影响,其对地下水硫酸盐的贡献比例为16%~52%。硫酸盐硫、氧同位素能够示踪酸性矿山废水对地下水的影响,是示踪与评价矿山开采活动对地下水污染的有效手段。     

某岩溶矿坑场地污染特征及潜在风险分析

某灰岩矿坑场地受到了有机污染,对当地脆弱的岩溶地下水环境构成威胁。在查明场地周边岩溶发育特征的基础上,结合区域水化学、水动力场调查结果,分析了场地及周边地下水污染特征和污染场地的潜在风险。结果表明：场地内水体受到了萘、氯乙烯、苯酚、邻苯二甲酸二丁酯、PCB52等多种有机物的污染,其中以4-氯-3-甲基苯酚、2,4-二硝基苯酚等酚类化合物含量最高;场地内水体水质兼具地下水特征,水化学类型为Cl·SO4-Na·Ca型,与其相邻的2个矿坑水质已受到影响,水体水化学类型往污染场地水体类型演化;场地周边地下水水质总体较好,仅场地西侧1个地下水井水质受到了污染矿坑的影响。目前,该矿坑场地仍处于水位漏斗恢复期,污染物并无向外迅速扩散的水动力条件,但当矿坑场地流场恢复至天然状态后,矿坑内污染物可通过场地周边的3条岩溶裂隙带-60 m标高以浅的地层向周边迁移,对环境造成了巨大威胁,应采取降低矿坑水位、定期监测矿坑水和地下水水质、实施帷幕灌浆工程等措施防控场地的潜在污染风险。     

中国北方岩溶地下水污染分析

近年来,受气候变化和强烈人类活动的影响,环境物质及能量多频次、大范围的输入,极大程度上改变着岩溶水系统的水环境质量,岩溶水生态环境遭受不同程度的威胁和破坏,岩溶水水质日趋恶化。本文归纳分析了我国北方岩溶水系统水质特征、污染现状、污染来源及污染途径。我国北方岩溶水水质类型中硫酸盐型水和氯化物型水的分布逐渐增加,主要污染组分为总硬度、SO42-、F-、NO3-和TDS等。其中硫酸盐和硝酸盐污染强度和范围最大,呈现出显著的人类活动影响特征。依据我国北方岩溶系统结构及水力学特征,将岩溶水污染途径概括为:①连续入渗型——主要包括岩溶区地表水（河流、水库等）渗漏污染,城镇污水渠或排污管道破损引起的污水渗漏污染;②越流型污染——污染孔/裂隙水（含矿坑水/老窑积水等）越流污染岩溶水;③间歇入渗型——固废淋溶入渗和污水灌溉渗漏污染等。据此提出了推进岩溶水水资源保护和污染防治的合理化建议。      

Effects of Poisonous and Harmful Elements Brought about by Coal Mining on Water Environment in Zibo Coal Mine, Shandong Province, China

INTRODUCTIONZibo lies in the center of Shandong Province,China.Thetopography of Zibo is high in the south and low in the north.Zibo is characterized by hills in the east,the south and thewest,and a wide plain in the north(Fig.1) .The annual rain-fall is 5 0 0 - 70 0 mm .The coal resources are very abundant in Zibo.There areXiazhuang,Xihe and Hongshan coal mines in the researcharea.The m ining sewage,about 0 .844 2× 10 8m3/ a,accountsfor about80 % of runoff of the Xiaofu River.The X…     

人类活动影响下娘子关岩溶水系统地球化学演化

娘子关泉是我国北方最大的岩溶泉之一,也是阳泉市工农业生产和人民生活的重要供水水源。地下水地球化学演化分析表明,在地下水由补给区向排泄区运移过程中,除固有的水岩相互作用外,由于受采矿活动和地表水入渗补给的影响,岩溶水由低离子含量的HCO3-SO4或HCO3型水逐渐成为SO4型、SO4-HCO3型和SO4-HCO3-Cl型水。在泉群集中排泄区,区域流动系统与局部流动系统的地下水发生混合作用,最终形成了水质相对良好的HCO3-SO4型或SO4-HCO3型岩溶泉水。在此过程中,地下水对方解石和白云石也由最初的溶解作用演变为沉淀再结晶。尽管石膏呈持续溶解现象,但在采煤活动严重影响区域,石膏的沉淀也可能出现。地球化学模拟表明,在岩溶含水层中,地下水首先以方解石（白云石）的溶解为主;随着石膏溶解数量的增加,方解石（白云石）的溶解开始受到抑制,进而发生沉淀,石膏的溶解成为控制地下水水化学的主导过程。当矿坑水混入时,地下水相对石膏过饱和,地下水对碳酸盐岩含水介质的溶蚀能力得到增强。随着水岩反应的演进,铁氢氧化物大量沉淀,通过共沉淀和吸附作用去除了地下水中的重金属类污染物。      

娘子关泉域岩溶水SO42-、δ34S特征及其环境意义

在分析区域地质、水文地质条件及水化学同位素的基础上,研究了山西娘子关泉域岩溶水的SO42-、硫同位素分布特征。研究表明:（1）泉域西北、西南地区岩溶水的SO42-主要来源于石膏的溶解;（2）泉域中部汇流区岩溶水的SO42-含量高而δ34S值低,其中的SO42-主要来源于煤系矿坑水,这是因为温河、桃河及南川河沿岸的岩溶水接受了被矿坑水污染的河水的渗漏补给以及部分地区受到钻孔串层污染;（3）娘子关泉群中城西泉水中的SO42-主要来源于煤系矿坑水,而五龙泉和集泉站水中的SO42-主要来源于石膏的溶解;（4）泉域东北部及东部河流沿岸以外的地区,岩溶水中的SO42-主要来源于大气降水、石膏溶解,并受到所处地层岩性的影响。      

基于氢氧同位素的华北平原降水入渗过程

华北平原地下水浅埋区水循环主要以垂直方向上的入渗、蒸发和蒸腾的方式存在,同位素可以作为一种有效"示踪剂"揭示降水入渗补给地下水的过程。选择华北平原中、东部地下水浅埋区的衡水和沧州为典型实验点,研究不同降水特征、土壤质地和植被条件下入渗过程的差异性。结果表明,土壤非均质条件下(沧州),降水入渗补给过程中伴随着蒸发、植被蒸腾作用以及与土壤前期水分的强烈混合作用,活塞流入渗的同时土壤100 cm深度可能还存在大孔隙优先流;土壤均质条件下(衡水),降水向下均匀入渗,入渗速度较快,土壤水运动以新水基本代替老水的活塞流为主要形式,并经过强烈的蒸发浓缩作用补给地下水。     

早涝碱咸综合治理与生态环境良性循环

华北平原东部淡水资源短缺，旱涝碱成灾害限制了农业生产的可持续发展。海河的治理，解决了排洪排涝排咸出路。春季开发利用地下水包括微咸水和半咸水抗旱灌溉。夏季利用伏雨洗盐排咸，增大降雨入渗，减少径流流失，防治渍涝灾害，把降雨转化为地下水资源。秋冬引蓄河水，回灌地下水补源。以土壤与潜水的地层空间作为调节大气降水、土壤水、地下水、地表水的地下水库，以调控地下水埋深在临界动态为指标，最大限度地把时空分布不均的天然降雨转化为可持续利用的水资源。地表水地下水联合运用，促使水资源采补平衡，降雨灌溉淋洗脱盐强于干旱蒸发积盐过程，地下水淡化强于矿化过程。实现旱涝碱咸综合治理，水土资源可持续利用，经济社会可持续发展，生态环境良性循环。     

山底河流域煤矿酸性矿井水野外监测

酸性矿井水在我国鲁西南、山西、内蒙、云南和贵州等煤矿区普遍存在,酸性矿井水其pH往往在2~5之间,高SO₄2?、HB、TDS、Fe、Mn。这些物质进入地下水、地表水或土壤后,会对其造成严重危害。文章选择山西阳泉市典型废弃煤矿区山底河流域为研究区,通过水文地质调查,水文地质钻探,水文地质剖面等方法阐述山底流域地层岩性,水文地质条件概况,得出受煤矿开采影响,与天然条件下相比山底河流域的地表水和地下水的补给、径流、排泄条件均发生了根本变化。补给通过破坏产生的导水裂隙带运移,以垂向运动为主;径流通过坑道,导水裂隙带运移,以横向运动为主;排泄以矿坑排水和泉水溢出方式为主。并简述山底河流域煤矿酸性矿井水试验站观测站分布情况与水化学特征。      

宿州矿区浅层地下水污染评价及源解析

宿州矿区由于长期煤炭开采,不仅形成了浅层地下水降落漏斗,而且造成了不同程度的地下水污染,其污染现状及主要形成原因尚不清楚。为此,本文利用研究区水土污染调查获取的21个地下水样品的 {\mathrm{NO}}_3^{-}等13项污染指标开展地下水污染源解析工作。在采用改进内梅罗综合污染指数法对研究区浅层地下水环境质量进行评价的基础上,利用因子分析和反距离权重插值方法对研究区浅层地下水进行污染源及空间分布特征解析。研究结果表明:(1)研究区浅层地下水受到了重度污染,以Ⅳ类水为主,污染较严重的指标为 {\mathrm{NO}}_3^{-}、Mn、Fe和F^-。(2)研究区浅层地下水主要包括4个污染源:原生地质环境(F1),其高值区分布在桃园煤矿及其周边;矿坑排水和矸石山淋溶作用下形成的矿业废水(F2),其在桃园和钱营孜煤矿及其周边地区污染较为严重,其余矿区也存在一定程度的矿业废水污染;由生活垃圾、人畜排泄物造成的农村污水(F3),其污染地区主要为朱仙庄和芦岭煤矿一带; 由化肥施用引起的农业污染(F4), 其高值区集中在朱仙庄煤矿及其周边区域。地下水水质的主要影响因素是浅层地下水原生地质环境和矿业废水,其中约有51.040%的污染来源于原生地质环境及煤矿矿业污染的混合污染,约有11.841%的污染来自煤矿矿业废水,其余污染主要来源于农村生活和生产污水以及农业面源污染。(3)研究区浅层地下水主要污染区域为桃园和钱营孜煤矿一带,祁南和祁东煤矿污染相对较轻,朱仙庄和芦岭煤矿水质较好。(4)建议对矿区地下水主要污染源及污染途径进行综合防治:加强矿坑排水口的污水达标排放监管力度;煤矿企业采用生产建筑材料等方法提高矸石的综合利用率;进一步加强与矿区污水、垃圾填埋处理等相关的基础设施建设。     

黑河流域水循环过程中地下水同位素特征及补给效应

通过环境同位素及其Tamers、IAEA模型应用研究表明,黑河流域水循环过程中地下水同位素特征与补给源属性和数量密切相关,具有非均一性;东部以山区降水通过出山地表径流补给为主,西部冰川雪融水和山区基岩裂隙水是主要补给源,下游区依赖中游区河水下泄状况,蒸发特征明显。东部同位素较新且地下水更新较快,西部同位素较老且地下水更新较慢;祁连山前戈壁带地下水同位素与山区河水相近,细土平原带地下水补给河水;高台一带受酒泉低氚值地下水补给影响而河水和地下水氚值都偏低;近河道带地下水年龄较新,远离河道则较老。因此,充分利用地下水与地表水之间转化规律,联合优化调控,有利于该区地下水资源可持续利用。     

神府矿区地下水环境背景值初步研究

神府矿区存在煤矿及煤化工生产过程中污染物排放引发的污染问题。结合以往资料,本次研究在神府矿区共采集地下水样品75组,进行了详细的地下水污染调查评价。本文选择数理统计方法,对神府矿区地下水水质指标TDS、TH、Cl-、SO42-、Fe、Mn、NO3-环境背景值进行研究。结果显示：地下水化学元素多以对数正态分布和偏态分布为主,认为地貌单元、水动力条件等因素对研究区浅层地下水指标的空间分布起主要控制作用。     

滨海盐碱地区包气带中淡水透镜体维持机理

大气降水是滨海盐碱地区浅层地下水的重要补给来源。滨海地区浅层地下水多为咸水且埋藏较浅,在不同包气带岩性渗透性差异下,在大气降水入渗补给过程中,一定时间内潜水面以上一定范围内存在淡水分布,即淡水透镜体,它能局部隔离地下咸水对上层土壤和植物的危害,并在一定程度上供给植物吸收利用。采用自制的室内物理模拟装置,通过控制土层结构,模拟了大气降水入渗补给条件下包气带中淡水透镜体的形成与消退过程,探讨了不同土壤类型中淡水透镜体的维持情况;并利用吸水管模拟客土上所种植物根系吸水,研究了不同吸水量条件下土壤中淡水透镜体的变化规律。结果表明:上层中砂、底层粉砂质黏土的双层土体结构中,淡水透镜体的维持性最好,在降水入渗补给条件下,透镜体形成时间在1500 min左右可达最大厚度(约15 cm),若补给源消失,透镜体完全消退需7500 min,能较长时间地阻隔地下咸水;双层土中模拟形成的稳定淡水透镜体在无补给条件下,能够隔离地下咸水的同时亦能为上层植物提供243.5 mL淡水资源。