郑州市北郊水源地高砷地下水的分布与形成机理初步研究

论文摘要

郑州市北郊水源地是以开采浅层水为主的特大型地下水集中水源地，地下水中砷、铁、锰等复合污染是该地区典型的水质问题。本文在资料收集、野外调查、样品采集和室内实验测试的基础上，应用水文地质学、水文地球化学的基本理论和方法，借助数据分析统计软件，重点开展了北郊水源地高砷地下水的分布规律和形成机理研究。本论文是在参加“典型城市饮用水安全保障共性技术研究”项目的基础上完成的，取得如下研究成果：（1）揭示了高砷地下水的分布规律。西区滩内高砷地下水呈区域性分布，东区滩外高砷地下水呈东西向条带状分布，As（Ⅲ）的分布规律总体上同∑As一致。潜层地下水（30～50m）砷含量高于浅层微承压水（60～100m），而中深层地下水（250m～350m）均未超过10μg/L的WHO限制标准。（2）明确了地下水中砷富集关键影响因素。由砷与其它化学组分的聚类分析和相关性分析得出：∑As与Fe、PO43-、DOC呈显著正相关关系，与SO42-、DO呈显著负相关。曲线回归分析得出As（III）和Eh呈负指数关系，随着环境中Eh的降低，As（Ⅲ）的浓度呈负指数升高。（3）分析了地下水中砷的来源。研究区域低砷黄河水（均值2.75μg/L）不是地下水砷的主要来源；鱼塘底泥、表层土壤及黄河泥沙中各结合态砷在氧化性条件下不易溶出；地层不同深度、不同类型沉积物砷含量差异较大，高砷区主要含水层细砂层砷含量（10.37mg/kg）高于低砷区（9.53mg/kg），说明砂层沉积物是地下水中砷的直接来源。（4）探讨了高砷地下水形成机理。研究区地下水交替滞缓的水文条件、干旱-半干旱的气候条件、以及富含高铁/锰的沉积物构成了砷富集的外部环境。还原环境、铁/锰氧化物的还原、磷酸根离子的竞争吸附以及不同赋存形态砷的相互转化构成了高砷地下水形成的内部环境。沉积物化学全分析结果表明，低砷井B17粘土层Fe2O3含量（12.62%）远高于高砷井B1（6.38%）和A19（6.17%），粘土层强烈的吸附作用抑制了地下水中砷在垂直方向的迁移。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究内容及方法
• 1.3.1 主要内容
• 1.3.2 技术路线
• 1.3.3 研究方法
• 第2章 北郊水源地环境地质概况
• 2.1 自然地理概况
• 2.1.1 地理位置
• 2.1.2 地形地貌
• 2.1.3 气象及水文
• 2.2 区域地质概况
• 2.3 区域水文地质条件
• 2.4 地下水循环及动态特征
• 2.5 水源地工程对区域生态环境的影响
• 第3章 研究区高砷地下水化学特征及分布规律
• 3.1 研究区地下水化学特征
• 3.1.1 采样点位置
• 3.1.2 高砷地下水化学特征
• 3.1.3 高砷地下水水化学过程
• 3.2 研究区高砷地下水空间分布规律
• 3.3 本章小结
• 第4章 地下水中砷富集的关键影响因素及特征分析
• 4.1 地下水化学组分的聚类分析
• 4.2 砷元素与其它化学组分相关性分析
• 4.2.1 相关分析过程概述
• 4.2.2 相关性结果分析
• 4.3 多元线性回归分析
• 4.3.1 多元线性回归的结果及分析
• 4.3.2 多重共线性和非线性回归的探讨
• 4.4 非线性回归问题的探讨
• 4.5 本章小结
• 第5章 北郊水源地高砷地下水形成机理初步探讨
• 5.1 地表水、地表土壤中砷含量分布特征
• 5.1.1 表层土壤
• 5.1.2 鱼塘水及底泥
• 5.1.3 鱼塘底泥和地表土壤中砷的迁移转化能力
• 5.2 地下水高砷、低砷区地层沉积物矿物及化学特征
• 5.2.1 钻孔结构及地层沉积物砷含量
• 5.2.2 沉积物化学全分析
• 5.2.3 沉积物中砷的赋存状态
• 5.3 北郊水源地高砷地下水形成机理探讨
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 硕士期间发表的学术论文
• 致谢