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当期目录

    2015年 第29卷 第2期    刊出日期:2015-04-21
    地下水化学特征及成因
    内蒙古河套盆地地表水-浅层地下水化学特征及成因
    郭华明,倪萍,贾永锋,张波,张扬
    2015, 29(2):  229-237. 
    摘要 ( 1197 )   PDF (6270KB) ( 1506 )  
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    地表水-地下水的相互作用不仅影响地下水化学演化,而且控制地下水化学组分的空间分布,是地下水研究领域的重要课题之一。在内蒙古河套盆地采集地下水样品58组,雨水和地表水样品32组,分析了主要离子、微量组分和氢氧稳定同位素等18个指标。结果表明,研究区地表水除了受蒸发浓缩作用影响外,还受到人为活动的影响,水中钙离子、硫酸根、硝酸根等组分明显升高。浅层地下水具有与地表水类似的主要组分和同位素特征,表明浅层地下水可能受到地表水的影响。地表水补给进入含水层的过程中,可能发生了硅酸盐矿物的非全等溶解、盐岩全等溶解、重晶石沉淀、硝酸根、铁氧化物矿物和硫酸根还原等作用。其中,铁氧化物矿物的还原是地下水砷含量高的主要原因。此外,砷浓度还受硫酸根还原的影响。因此,地下水-地表水的综合研究有助于揭示地下水的成因及水文地球化学过程。

    新疆玛纳斯河流域平原区地下水水文地球化学特征研究
    李巧,周金龙,高业新,杜明亮,程凡,李丰琇,孟奇
    2015, 29(2):  238-244. 
    摘要 ( 1274 )   PDF (1613KB) ( 1443 )  
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    地下水是玛纳斯河流域主要的供水水源,为宏观掌握该区地下水化学特征,了解区域地下水主要形成过程,运用舒卡列夫分类法、数学统计法、吉布斯图、离子比及同位素的方法,在分析玛纳斯河流域平原区典型剖面的地下水水化学常量组分、吉布斯图、离子比和同位素特征的基础上,进行了研究区水文地球化学特征研究。结果表明:研究区潜水和承压水水力联系紧密;从上游、中游到下游,潜水、承压水的δ18O、δD值逐渐增大。地下水形成主要受蒸发浓缩、大气降水及碳酸盐岩和硫酸盐岩的溶滤作用。

    西宁市贵德县河滨公园林场第四系含水层弥散试验研究
    罗奇斌,康卫东,郭康
    2015, 29(2):  245-251. 
    摘要 ( 690 )   PDF (2252KB) ( 892 )  
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    地下水污染问题日益严重,研究溶质运移的弥散理论开始应用于实际问题。建立地下水溶质运移模型,对地下水中污染物的运移及发展趋势进行准确预测,是对地下水进行保护、对地下水污染进行控制的基础。而弥散参数的确定则是地下水溶质运移模型建立的关键环节之一,直接影响着模型预测结果的精度和准确性。 对西宁市贵德县地下水污染的水质运移规律进行分析,在贵德县河滨公园林场采用径向收敛流水动力弥散理论方法进行了第四系含水层现场弥散试验,计算了试验场地潜水含水层的弥散度,获得纵向弥散度(aL)为0.843~0.998 cm,横向弥散度(aT)经验推断值为0.17~0.20 cm,为进一步建立该地区的地下水溶质运移模型、预测地下水污染的发展趋势和评价该地区地下水环境质量提供了数据参考。

    高砷地下水中溶解性有机碳和无机碳稳定同位素特征
    周殷竹,郭华明,逯海
    2015, 29(2):  252-259. 
    摘要 ( 1087 )   PDF (1759KB) ( 1533 )  
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    随着稳定同位素分析技术的逐步完善,碳稳定同位素被广泛应用于地球化学领域。高砷地下水砷的生物地球化学循环是目前环境化学研究热点之一。分析概括了碳稳定同位素应用于地下水领域的研究现状,介绍了地下水中有机碳和无机碳稳定同位素的前处理方法以及测试技术。在此基础上,选取了内蒙古河套平原具有代表性的高砷地下水进行氧化还原敏感组分、碳稳定同位素的测定与分析。结果表明,As分布极不均匀,其含量为1.24~387 μg/L。地下水溶解性有机碳(DOC)含量相对较高,与溶解性无机碳(DIC)浓度基本呈正相关。δ13CDIC相对δ13CDOC较富集13C;δ13CDIC13CDOC与δ13CDIC之间具有显著的正相关关系;表明δ13CDIC值越贫化,δ13CDIC13CDOC越小,地下水中来源于有机物氧化分解的无机碳越多,进一步说明有机碳的氧化分解在无机碳稳定同位素贫化过程中起主要作用。此外,δ13CDIC13CDOC与As浓度呈一定的负相关关系;表明有机物的微生物降解对砷的富集具有明显的促进作用。微生物可利用的碳源增加,促进异养微生物的代谢,并消耗氧气,最终形成有利于地下水As富集的还原环境。

    大同盆地浅层含水层沉积物中砷的生物可利用性评价
    欧阳光明,谢作明,孙小燕,杨东,王焰新
    2015, 29(2):  260-264. 
    摘要 ( 814 )   PDF (502KB) ( 920 )  
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    以采自大同盆地野外试验场的含水层沉积物为研究对象,调查高砷含水层中生物可利用性砷的含量及其影响因素。经实验室测定,沉积物总体呈碱性,Al、Fe等金属元素含量较高。利用连续提取法发现沉积物中砷结合形态主要为无定形和低结晶铁铝氧化物结合态,其次是残余态砷。其中铁铝氧化物形态的砷所占比例达53.54%,非专性吸附态和专性吸附态占14.33%,生物可利用形态的砷较少,这与体外模拟方法测定的生物可利用性砷含量较低吻合。体外模拟实验还发现:肠阶段生物可利用性砷含量比胃阶段低,生理学提取法(PBET)和体外消化法(IVG)测定的生物可利用性砷差异较小。

    地下水与气候变化
    高密度电阻率法和激发极化法在抗旱找水定井位中的应用
    苏永军,马震,孟利山,梁建刚,张国利,李建国,滕菲
    2015, 29(2):  265-271. 
    摘要 ( 1091 )   PDF (4977KB) ( 1380 )  
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    针对河南省新乡市凤泉区严重缺水现状,利用高密度电阻率法、高密度电阻率法与激发极化对称四极测深组合在水文地质条件复杂的松散层和基岩干旱地区勘查地下水,结合水文地质资料和成井条件所定的井位,后经施工钻孔验证,定井成功率100%,解决了人、畜急需用水问题。通过以上两种方法结合或单一方法在该地区不同水文地质条件下的实际应用和应用效果分析,总结出针对该地区特定的水文地质条件选择高密度电阻率法、高密度电阻率法与激发极化法组合模式。密度电阻率法和激发极化法组合模式在该地区地下水勘查中的运用提高了地质解释的准确性和可靠性,值得在类似水文地质条件和地区推广应用。

    深切河谷附近岩溶地区打井找水模式
    潘晓东,张发旺,孟小军,曾洁,陈志兵
    2015, 29(2):  272-278. 
    摘要 ( 1090 )   PDF (5696KB) ( 1038 )  
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    深切河谷附近岩溶地区地表水快速下渗,岩溶地下水深埋且集中径流,导致水资源匮乏,易成为较干旱缺水地区。同时在该类地区,受地表水构成的地下水排泄基准面控制,地下水水位埋深大,且以快速的管道流和裂隙流为主,储存空间分布和相互间连通性高度不均匀给打井找水带来了极大困难。发现下伏碎屑岩、逆断层和上覆碎屑岩均能将岩溶地下水和深切河谷地表水之间水力联系切断,导致局部富水,成为打井找水有利靶区。基于此3种类型,结合打井找水成功实例,将其归纳为3种打井找水模式:下伏碎屑岩隔水模式、逆断层阻水模式和上覆碎屑岩阻水模式,这些模式将对在深切河谷附近岩溶地区打井找水提供帮助。

    时变补给条件下河渠间潜水的一维非稳定运动
    夏强,许模,邓英尔,李晓
    2015, 29(2):  279-284. 
    摘要 ( 639 )   PDF (1775KB) ( 1057 )  
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    针对河渠间潜水的一维非稳定运动,考虑了补给强度的时变性,根据Boussinesq方程的第一线性化方法,应用Duhamel原理得到了方程的解析解,进一步得出补给强度为指数函数和三角函数的潜水位计算公式。通过算例分析补给强度指数增加、指数衰减和正弦函数变化条件下潜水面的变化特征,指数增加条件下潜水位单调增加,分水岭从高水位一侧向河间地块中部移动;指数衰减条件下潜水位先增大,后减小,具有一个峰值,分水岭先从高水位一侧向河间地块中部移动,之后随补给强度减弱返回到高水位河渠;正弦函数变化条件下潜水位表现出周期性起伏变化,且水位对补给的响应具有明显的时滞性,分水岭在高水位河渠与河间地块中部之间往复移动。研究结果可为量化分析地下水系统对气候变化的响应以及地表水地下水转化规律等问题提供理论依据。

    南京市地下水地源热泵系统适宜性分区评价:基于层次分析法和熵权系数法
    杨露梅,朱明君,鄂建,陈明珠,魏永耀
    2015, 29(2):  285-290. 
    摘要 ( 1138 )   PDF (1486KB) ( 1008 )  
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    浅层地温(热)能是一种可再生的新型环保能源,地下水地源热泵系统是开发利用浅层地热能的一种方式。层次分析法(AHP)能够充分利用专家的知识和经验,但是无法克服主观随意性带来的偏差;熵权系数法是一种客观的评价方法,但是不能反映决策者的偏好。结合南京的地质、水文地质条件、水温场、水化学条件等,提出基于AHP和熵权系数法的综合评价方法,对南京市地下水地源热泵系统应用适宜性进行分区,得到适宜区、较适宜区和不适宜区的分布范围和面积,对今后的开发利用工作具有指导意义。

    河北白洋淀老河头剖面25.5 ka BP以来气候环境变化的沉积记录
    杨慧君,王永,迟振卿,姚培毅,董进,田明中,刘瑾
    2015, 29(2):  291-298. 
    摘要 ( 701 )   PDF (1171KB) ( 1311 )  
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    基于河北省白洋淀地区老河头剖面沉积物的粒度组成与磁化率特征,结合6个AMS 14C测年结果,重建了该地区25.5 cal ka BP以来的气候环境变化历史。结果显示,25.5 cal ka BP以来可以划分为7个较大的气候阶段:25.5~20.9 cal ka BP (610~515 cm),沉积环境以微弱的流水沉积和风力沉积为主;20.9~10.7 cal ka BP (515~388 cm),该区河流作用减弱,风力堆积加强;10.7~8.6 cal ka BP (388~335 cm),该区降水增加,白洋淀湖泊面积扩大,水位升高;8.6~7.2 cal ka BP (335~299 cm),风力作用加强,以风力堆积为主;7.2~3.2 cal ka BP(299~200 cm),沉积环境以稳定的湖相沉积为主,后期流水作用增强;3.2~1.3 cal ka BP(200~110 cm),该区流水作用显著,有泛滥性的洪水在此期间出现;1.3 cal ka BP至今(110~0 cm)降水减少,但流水作用仍然明显。

    华北平原气候时空演变特征
    王金翠,张英,温吉利,孙继朝
    2015, 29(2):  299-306. 
    摘要 ( 1065 )   PDF (2580KB) ( 1581 )  
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    地下水是华北平原主要的供水水源,大气降水入渗补给又是该区地下水的主要补给,因此研究气候时空演变特征对于深入剖析气候变化对其地下水资源的影响具有重要意义。依据中国18个地面气候站1951—2011年逐日气候观测资料,剖析华北平原气候时空演变特征。结果表明:华北平原近60年最低气温显著升高,最高气温基本稳定,平均气温明显升高;空间上呈由西南向东北逐渐降低、由沿海向内陆增高的趋势。降水量总体呈逐渐减少趋势,空间上由山前向滨海逐渐减弱后增强;对比分析典型极端丰枯水年的降水分布特征,不同降水年空间分布差异显著。水面蒸发量整体呈下降趋势,空间上南、北部大于中部。华北平原气候总体向暖干化方向发展,两次突变主要发生在20世纪60年代中期和70年代初。气候变化和人类活动是影响地下水资源的两个重要因素,极端气候则加强了对地下水的影响。因此,定量区分气候变化与人类活动对地下水的影响是有待进一步深入探讨的问题。

    地下水污染与防治
    基于溶质运移模拟的某化工场地污染物对拟建水库污染风险预测
    王平,黄爽兵,韩占涛,马丽莎,张威
    2015, 29(2):  307-315. 
    摘要 ( 1622 )   PDF (5218KB) ( 1655 )  
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    溶质运移模拟是污染风险预测的一种有效手段。本研究为查明研究区内某有机污染场地作为污染源对拟建水库的影响,基于对区内流场的精确测量,建立了准确的地下水流模型和化工厂泄露有机污染物的溶质运移模型,预测分析了研究区拟建水库修建前、后地下水流场及污染物迁移情形的变化。模拟结果表明:水库和周边两种设计水头的截渗沟建成后,改变了自然条件下的流场,形成水库向截渗沟排泄、截渗沟向周边排泄以及水库和周边区域均向截渗沟排泄两种地下水流场。某些污染羽扩散范围虽比自然条件下有所增大,但向水库方向的扩散均未超出300 m,不会对水库水质构成污染风险。

    基于模型模拟法的地下水氨氮-硝氮防污性能评价—以北京市昌平区为例
    贾永锋,郭华明,魏亮
    2015, 29(2):  316-323. 
    摘要 ( 4627 )   PDF (2285KB) ( 1041 )  
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    地下水防污性能评价是开展地下水保护工作的前提,可以为城镇的规划建设提供参考,具有很强的现实意义。常用的DRASTIC地下水防污性能评价模型简单,易于操作,但该模型是针对所有污染物总体考量,没有考虑到特定污染物在包气带中发生的各种生化作用,只是人为的依据经验值进行评分赋值,具有一定的缺陷性。因此,本次研究针对两种特定污染物氨氮、硝氮,定量了其在包气带中的吸附和生物转化作用,以模型模拟法的LPI模型对北京市昌平区地下水的防污性能进行了评价。评价结果表明,昌平区地下水对于氨氮、硝氮的防污性能具有很好的分带性。从山前到平原,地下水的防污性能逐渐增强。地下水对于氨氮的防污性能好于硝氮。此外,地下水大量开采导致的地下水位下降,也增强了地下水的防污性能。由于地下水的持续开采,2009年地下水对于氨氮、硝氮的防污性能普遍好于2005年。

    广西岩溶区某地下河系统多种介质中多环芳烃的分布特征
    卢丽,王喆,裴建国
    2015, 29(2):  324-330. 
    摘要 ( 1023 )   PDF (5388KB) ( 935 )  
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    为了研究岩溶地下河系统内多种介质中多环芳烃(PAHs)的浓度、组成和分布特征,以广西某典型岩溶地下河为例,利用2013—2014年同期的空气、地下河水、沉积物和土壤样品测试数据,对不同环境介质中16种多环芳烃(PAHs)的浓度、组成和分布特征进行对比分析。结果表明,空气和地下河水以2~3环PAHs为主,其中空气的2~3环PAHs比例为71.66%,地下河水的2~3环PAHs比例为54.84%;沉积物和土壤以4~6环PAHs为主,其中沉积物的4~6环PAHs比例为54.26%,土壤的4~6环PAHs比例为65.06%;环境介质中PAHs的浓度变化为:上游<中游<下游,这与污染源排放、吸附作用等相关;同一区域不同介质的2~3环PAHs百分比为:地下河水>沉积物>土壤,而4~6环PAHs百分比则相反。

    压裂液在煤层中的运移模拟研究
    侯宏冰,陈立,郭晓静,马琳娜
    2015, 29(2):  331-336. 
    摘要 ( 673 )   PDF (3037KB) ( 936 )  
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    为给山西省临县三交区块的地下水环境保护提供科学依据,运用地下水数值模拟技术对压裂液在煤层中的运移进行了预测。在分析研究区地质结构的基础上,建立了水文地质概念模型,将山西组3#煤层概化为一个承压含水层,其上覆二叠系砂岩、泥岩作为隔水层,下伏的泥岩、砂岩互层作为隔水层,并确定了地下水系统的边界条件。运用地下水模型软件(Feflow)对研究区内的压裂液在煤层中的运移进行了模拟和预测,预测结果表明,压裂液在煤层中的的运移范围在煤层压裂影响范围以内,即压裂井周围300  m范围内。

    基于水化学与地球物理法的莱州湾南岸海(咸)水入侵勘查
    刘宏伟,马震,陈社明,郭旭,苏永军,杜东,胡云壮
    2015, 29(2):  337-343. 
    摘要 ( 736 )   PDF (5045KB) ( 1569 )  
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    依据109组水化学数据和31条地球物理探测剖面资料,结合钻孔地层岩性、电测井曲线等资料,对莱州湾南岸海(咸)水入侵界线进行了勘查,结果表明:水化学与地球物理结合的勘查方法对海(咸)水入侵探测效果良好;目前,海(咸)水入侵界线位于台头镇-田柳镇-侯镇-固堤镇-柳疃镇一线;准三维地球物理组合剖面能较好反映咸淡水体在空间上的分布特征,是今后海(咸)水入侵勘查的一种重要方法。

    福建长乐地区海水入侵(上溯)对水化学变化的影响
    李亮,邢怀学,常晓军,葛伟亚,李云峰,田福金
    2015, 29(2):  344-350. 
    摘要 ( 863 )   PDF (2404KB) ( 978 )  
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    海水入侵是沿海地区主要环境地质问题,分析沿海地下水和河水水化学特征,对圈定海水入侵范围及判断影响程度具有重要意义。通过在福建长乐市海水入侵含水层和闽江口海水上溯区采取23件水样进行室内常规离子测试,获得了海水入侵(上溯)区水中主要离子含量。利用海水稀释线分析主要离子与Cl离子之间的相对变化,对比离子实际浓度与理想浓度的差异,分析海水入侵对水化学变化的影响。研究结果显示,随着海水与淡水混合,水化学类型从海水到淡水依次为Na—Cl型水—Na—Cl·HCO3型水—Na·Ca—HCO3·Cl型水—Ca—HCO3型水;引起水化学类型和TDS变化的主要因素为Na+和Cl-的增加;Ca2+、Mg2+高于海水稀释线和理想浓度线,Na+、K+在海水稀释线和理想浓度线上下跳跃:Br-/Cl-与海水稀释线吻合较好,可以作为判断海水入侵范围的依据。

    水-土污染修复技术
    北方典型内陆盆地高砷地下水的水化学特征及处理技术
    赵凯,郭华明,高存荣
    2015, 29(2):  351-360. 
    摘要 ( 1160 )   PDF (1770KB) ( 1399 )  
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    我国高砷地下水分布广泛,是受砷污染最严重的地区之一,严重危害居民身体健康,开发经济、高效、环境友好的高砷地下水修复治理技术极具必要性。以大同盆地、呼包平原、河套平原和银川平原为代表性研究区域,归纳总结了北方干旱、半干旱地区典型高砷地下水区水化学特征。通常情况下,高砷地下水的pH值较高,共存阴离子(HCO-3、SO2-4和Cl-)浓度较大,溶解性有机碳含量较高,并且As(Ⅲ)为主要砷形态。开展了针对北方典型高砷地下水特定水化学环境特点(如pH值、共存阴阳离子以及溶解性有机物等)的改性天然菱铁矿除砷性能研究。结果表明,改性天然菱铁矿对溶液pH值具有良好的缓冲能力,其除砷性能基本不受pH值、共存阴离子、Ca/Mg阳离子及以腐殖酸为代表的溶解性有机物等典型高砷地下水水化学特征因素的影响,表明吸附剂对砷具有良好的吸附选择性。另外,改性天然菱铁矿对As(Ⅲ)的去除效果优于对As(V)的去除效果,因此,利用改性天然菱铁矿作为反应介质材料,将其应用于处理主要以As(Ⅲ)形式存在的高砷地下水具备良好的发展前景。

    铁盐絮凝法对阳宗海湖泊水体的除砷效果及底泥的稳定性考察
    王世雄,蒋峰芝,陈景
    2015, 29(2):  361-369. 
    摘要 ( 851 )   PDF (2510KB) ( 1147 )  
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    2008年,昆明阳宗海受到严重砷污染,砷浓度高达0.134 mg/L。项目组充分考虑其受污染水体容量大、砷浓度低的实际情况,提出了安全、廉价、高效的FeCl3絮凝法治理方案。实验室小试结果表明,提出的FeCl3絮凝法对As(Ⅲ)及As(V)均有理想的去除效果,并且湖水中大量存在的阴离子HCO-3可使治理过程中水体pH值基本保持不变。因此该方案摒弃了文献普遍报道所需要的预氧化及调节pH值的工艺步骤,将固体FeCl3·6H2O溶解、用湖水稀释后通过喷洒船将最终浓度为1%左右的FeCl3水溶液喷洒到湖面上,使湖水中的AsO3-4及AsO-2与FeCl3水解过程产生的Fe(OH)3胶体絮凝形成稳定的沉淀物被固定于底泥中。在对阳宗海进行降砷工程化治理期间,2009年11月—2010年9月砷浓度从0.117 mg/L快速下降到0.021 mg/L并可持续达到Ⅱ-Ⅲ类水标准(<0.05 mg/L),总除砷率高达 82.05%。沉积物中的As绝大部分以残渣态的形式被固定在沉积物中,生态风险很低。

    氧化还原条件对土壤砷(Ⅴ)稳定化作用的影响
    荆继红,黄冠星,陈宗宇,孙继朝,刘凡,张英,王金翠
    2015, 29(2):  370-376. 
    摘要 ( 788 )   PDF (2181KB) ( 1348 )  
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    探讨了不同氧化还原条件下土壤外源砷(Ⅴ)的稳定化作用。研究结果表明不同氧化还原条件下外源水溶性砷(Ⅴ)进入土壤体系后,各种形态砷随培养时间增加的变化规律总体上表现较为一致。培养180天之后,水溶态和交换态砷在微孔扩散等作用下随培养时间分别下降至2.4%~4.7%和2.8%~3.2%。碳酸盐态砷主要受控于pH以及相应的表面沉淀作用。有机态砷存在再分配现象,最高值达48.8%~50.1%,有机态砷下降的同时,伴随氧化物态和残渣态砷的上升。越趋向氧化环境会使得土壤外源砷(Ⅴ)的稳定化程度越高,反之,越趋向还原环境土壤外源砷(Ⅴ)的稳定化程度越低。各种氧化还原条件下,土壤外源砷(Ⅴ)的稳定化过程均具有明显的阶段性特征,缺氧和过渡条件下表现为3阶段特征,而好氧条件下表现为4阶段特征。

    北京地区潮土对土霉素的吸附特性研究
    李国傲,陈振贺,刘志富,李烨
    2015, 29(2):  377-382. 
    摘要 ( 763 )   PDF (2110KB) ( 881 )  
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    北京近1/4区域土壤属于潮土,潮土对四环素类抗生素的吸附特性还鲜有报道。采用OECD Guideline 106的方法,研究土霉素在北京地区潮土上的吸附特性。结果表明,土霉素在潮土中的吸附动力学过程符合Elovich方程,土霉素初始浓度会影响吸附速率,2 mg/L时最大,10 mg/L时最小。吸附百分比随着初始浓度的升高,先增大后减小。温度和平均吸附速率呈负相关。实验浓度下,吸附等温线符合线性等温方程和Freundlich方程,吸附是自发的吸热反应。潮土对土霉素的吸附量和粉粒及黏粒含量之和呈正相关。土霉素在潮土中的吸附受初始浓度、温度、土壤性质等因素的影响,深入了解其作用机理,有助于防治土霉素污染,保护土壤安全。

    某石化污染场地含水层自然降解BTEX能力评估
    蔡婧怡,陈宗宇,蔡五田,高宗军,张敏
    2015, 29(2):  383-389. 
    摘要 ( 1204 )   PDF (3118KB) ( 1299 )  
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    地下水污染问题是国家关注的重要环境问题之一,监测与评估含水层自然降解污染物能力是防治地下水污染的基本手段,也是国外地下水中修复技术研究热点课题。以华北平原某石油化工类场地为案例,通过调查场地水文地质条件、土壤及地下水污染现状,监测场地地下水中苯系物(BTEX)浓度及相关化学参数变化,运用微生物水文地球化学方法和水文地质方法,估算了该场地含水层自然降解苯系物量。这一研究成果为评估我国石油类场地地下水污染的自然修复能力提供了实证和基础数据。

    土壤重金属连续提取方法的优化
    刘丹丹,刘菲,缪德仁
    2015, 29(2):  390-396. 
    摘要 ( 1030 )   PDF (1187KB) ( 1570 )  
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    重金属在污染土壤中的形态分布决定着重金属的迁移性和危害的程度。土壤重金属形态分析应用最多的是Tessier和BCR连续提取法。Tessier和BCR连续提取法没有考虑土壤样品的特征。美国环保署危险废物浸出毒性鉴别标准法虽然考虑土壤pH值,但没有划分形态。采集不同pH土样,结合Tessier、BCR和毒性浸出鉴别方法的特征,优化出针对不同pH值土壤的连续提取方法,将土壤中重金属划分为活性态、次生碳酸盐结合态、次稳定态和稳定态。用优化的连续提取方法对土样进行连续提取,重金属回收率为85%~115%。优化连续提取方法的结果与Tessier和BCR结果对比显示优化连续提取方法克服了Tessier连续提取法对非石灰质土壤提取过量BCR连续提取法对石灰质土壤提取不足的缺点。优化后的连续提取方法数据稳定可靠,可作为重金属形态分析方法使用。

    地下水诱导下的工程地质问题
    黄土湿陷机理研究现状及发展趋势
    谢婉丽,王延寿,马中豪,葛瑞华,王家鼎
    2015, 29(2):  397-407. 
    摘要 ( 758 )   PDF (2701KB) ( 1914 )  
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    在回顾早期黄土湿陷机理研究成果的基础上,概述了黄土湿陷机理的发展历程,从微观结构、数理分析方法、土力学角度和建立本构模型4个方面总结了黄土湿陷机理的研究现状。通过工程实例研究提出了当前黄土湿陷机理发展中存在的问题;并对其发展趋势进行了分析。认为应以黄土微观结构研究为基础,结合先进测试仪器和分析软件,从非饱和土力学的角度出发,采用离散元分析手段,考虑溶盐因素,系统建立各种应力路径下黄土湿陷本构关系,从而完善黄土湿陷机理的研究。这对正确理解和研究黄土湿陷机理具有重大的理论意义和指导意义。

    灌溉引起地下水位上升对斜坡稳定性的影响—以甘肃黑方台为例
    谷天峰,朱立峰,胡炜,王家鼎,刘亚明,冯力
    2015, 29(2):  408-413. 
    摘要 ( 791 )   PDF (3408KB) ( 1360 )  
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    灌溉诱发黄土滑坡是黄土高原地区一种常见的地质灾害,其实质是地下水位上升,引起黄土基质吸力下降,强度降低,最终导致黄土斜坡失稳的过程。以甘肃黑方台典型黄土斜坡为例,在非饱和土特性试验基础上,通过饱和-非饱和渗流分析,研究了地下水位上升引起的黄土斜坡内部渗流场的变化特征,探讨了地下水位变化对斜坡稳定性的影响。结果表明:地下水位上升,对斜坡内部孔压分布影响较大;地下水位上升,导致饱和区域增大,非饱和区基质吸力降低;斜坡内部基质吸力的降低与地下水位呈线性关系。以渗流分析为基础,对典型斜坡进行了极限平衡分析,结果表明,地下水位上升与稳定性系数下降基本上呈线性关系,在距离坡顶100 m位置的黄土层中地下水位约21 m时,边坡出现失稳。

    岩溶隧道涌突水灾害危险性评价指标体系及量化取值方法
    杨艳娜,曹化平,许模
    2015, 29(2):  414-420. 
    摘要 ( 3324 )   PDF (839KB) ( 1028 )  
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    深入分析了岩溶隧道施工过程中涌突水灾害的超前预测预报及风险评价体系的研究现状,提出了国内外关于岩溶隧道涌突水灾害的超前预测预报尚处于探索性研究阶段、如何提高预测预报的精度成为长大深埋隧道施工中涌突水灾害防治最为迫切、最为关键的问题。采用理论分析与实例统计相结合的方法,查明了岩溶隧道涌突水灾害的孕灾环境与主要致灾因子,选取“岩石可溶性、地质构造条件、地表汇水强度、地下水循环交替强度、隧道与地下水位的相对位置关系”5个评价因子,建立了岩溶隧道涌突水灾害危险性预测评价指标体系,并采用定性与定量化相结合的方法,重点对评价指标的量化取值方法进行了研究。

    西南地区隧道工程条件下岩溶地下水系统变化特征分析
    张婉婷,漆继红,许模
    2015, 29(2):  421-427. 
    摘要 ( 1347 )   PDF (12746KB) ( 590 )  
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    岩溶山区越岭长大隧道的施工不可避免地会使当地的岩溶水系统发生改变,如地下水水位的下降、地表泉点的漏失等。基于隧道工程对岩溶地下水系统边界条件、排泄状况等天然特征的影响,依据西南地区岩溶地下水系统主要特征及隧道工程特点,考虑隧道工程条件下影响岩溶地下水系统特征的主要因素,对岩溶类型(岩溶含水岩组的埋藏条件)、构造特征、补给特征、岩溶水径流方式与隧道工程特点相组合的模式下的岩溶地下水系统的变化进行特征分析,并将岩溶地下水系统的变化归纳为3种类型。据此,选择研究区金汁河地下水系统作为典型研究对象,假设3种隧道穿越方案,将不同隧道穿越方案下的岩溶地下水系统与天然岩溶地下水系统进行对比分析,归纳概述其变化特征,最后对各隧道方案下的涌水量及其涌水危险性进行初步预测及评价。

    四川锦屏二级电站高水头超深埋隧洞围岩质量分级快速评价方法
    吉锋,郑罗斌,周春宏
    2015, 29(2):  428-433. 
    摘要 ( 1126 )   PDF (2663KB) ( 1004 )  
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    四川锦屏二级水电站地处雅砻江中游,流域地形深切狭窄,采用低闸拦截、长引水方案发电,引水隧洞长近17 km,最大埋深达2 525 m,地应力高达70 MPa,水压力高达10.2 MPa,其围岩分级方法超越了目前规范标准的应用范畴,现场涌突水、岩爆等地质问题突出。在介绍引水线路地质条件基础上,提取了岩石强度、岩体结构、完整性、高地应力、高外水压力等关键因素,进行影响规律分析,并利用近3年时间连续跟踪、收集的大量地质资料,进行统计分析,归纳各因子的影响权重,建立了适用于锦屏二级水电站高地应力高外水压力条件下的围岩质量快速评价方法,通过现场应用,快速判定的结果与现场类别吻合率均达到88%以上,可为进一步的隧洞地质灾害加固处理提供可靠依据。

    黏土抗渗强度试验研究—以桂林铁山工业园工程场地红黏土为例
    姜伏伟,雷明堂1,覃有强,戴建玲
    2015, 29(2):  434-441. 
    摘要 ( 958 )   PDF (2806KB) ( 1003 )  
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    土的渗透变形是很多地质灾害及岩土工程事故的主要原因之一,但目前黏土的渗透破坏临界条件研究较少。从微观角度分析了黏土在外界驱动水压作用下的渗透破坏过程,以抗渗强度作为黏土渗透破坏临界条件参数。为获取此参数,设计了模拟外界驱动水压作用下,黏土渗透破坏过程的抗渗强度试验装置及方法。选取广西桂林红黏土层底部原状样,测试了32组不同厚度试样,并得出各试样抗渗强度。依据试验结果,分析了抗渗强度受渗透方式和尺寸效应的影响,并采用ArcGis软件统计分析试样抗渗强度的差异性。最终选择15组实际渗透厚度2.5 cm试样的试验结果平均值40.8 kPa,为工程场地黏土抗渗强度值。通过比较抗渗强度值与钻孔实际监测渗透水压,评价工程场地内黏土渗透破坏形成土洞塌陷的可能性。评价结果表明,目前工程场地内黏土渗透驱动水压低于抗渗强度,不具备形成土洞的条件。经实地勘察,评价结果符合现场实际情况。

    地质体稳定性与地质灾害
    云冈石窟砂岩特性与岩石风化试验
    严绍军,陈嘉琦,窦彦,孙鹏
    2015, 29(2):  442-447. 
    摘要 ( 1027 )   PDF (2148KB) ( 1429 )  
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    侏罗纪期间河相沉积而成的巨大砂岩透镜体是云冈石窟遗产载体,在目前环境条件下,石窟砂岩风化破坏非常严重。通过现场调查表明,在不同细分层位,砂岩破坏特征与其沉积环境及沉积构造密切相关。进一步对不同风化程度样品进行测试,以此建立起风化评估依据,结果表明,该砂岩化学风化主要体现在胶结物流失、长石蚀变,而次生可溶盐结晶及冻融形成的物理破坏也不应该忽视。通过风化模拟试验可知:酸的溶蚀对石窟岩体表面造成直接破坏;同时,形成的可溶盐将导致砂岩出现由内而外劣化现象;由于岩石的孔隙率低、渗透性较差且胶结密实,岩石抵抗冻融作用相对较强。建议云冈石窟目前保护措施以治水为主,通过减少崖壁表面渗水、洞窟裂隙渗水及底部泥岩泛潮来减少上述劣化作用效应。

    都江堰市五里坡特大滑坡灾害特征与致灾成因
    温铭生,方志伟,王阳谷
    2015, 29(2):  448-453. 
    摘要 ( 844 )   PDF (3452KB) ( 1584 )  
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    2013年7月10日四川省都江堰市中兴镇三溪村五里坡因持续大暴雨引发高位滑坡,滑坡呈现高差大、滑速快、滑距长、方量大、伤亡多等特点。野外观察发现,滑坡整体形态为倒“J”状,根据滑坡的滑动和堆积特征,可分为上部滑源区、中部滑流区和下部堆积区。滑坡区上部出露白垩系灌口组红色粉砂岩与泥岩互层,下部为块状砾岩,岩体结构为顺向坡。分析认为:地形陡峭、岩体破碎、地震作用等脆弱的地质环境和人类工程活动、持续强降雨等因素共同引发了本次特大型地质灾害,滑坡发生前48 h的544 mm累计降雨是滑坡发生的直接原因。在致灾模式上,主要呈现地震拉裂→基岩崩滑→加载失稳→滑流推碾→堆积停流的模式。

    基于因子-聚类分析的泥石流危险性评价研究—以重庆市北碚区为例
    王滨,陈淋册,赵佩哲
    2015, 29(2):  454-460. 
    摘要 ( 885 )   PDF (1090KB) ( 1017 )  
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    重庆市北碚区是泥石流地质灾害主要高发区,其暴发受降雨条件、物源条件、地形地貌、地质构造、沟谷特征和植被等内外因素的制约。为有效评价各泥石流灾害暴发的危险性,依据重庆市北碚区泥石流灾害暴发的诸多影响因素,首先基于因子分析法对30条典型泥石流沟的大量数据进行了主因子判定,确定了地形地貌和物源条件、植被覆盖度、最大降雨量3个主因子,然后利用快速聚类法对各主因子综合得分进行聚类分析,进而根据聚类分析结果判定了各泥石流爆发的危险程度等级。危险性评价结果显示,重庆市北碚区30条泥石流沟中,暴发极度危险的有1条、高度危险的有3条、中度危险的有21条、低度危险的有5条,评价结果与各泥石流灾害爆发的实际情况相吻合。

    基于T-S模糊神经网络的采空塌陷危险性判别
    张连杰,武雄,谢永,吴晨亮
    2015, 29(2):  461-465. 
    摘要 ( 735 )   PDF (887KB) ( 1102 )  
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    采空区地面塌陷的危险性判别受地质因素、采矿因素等多重因素的影响,各因素往往影响程度不同且部分因素之间又相互联系。为了能够较准确地对采空塌陷危险性进行评估,引入了T-S模糊神经网络模型。以北京西山地区采空塌陷为例,根据塌陷特点,分别选取了地质构造复杂程度、覆盖层类型、第四系覆盖层厚度、覆岩强度、煤层倾角、采深采厚比、采空区埋深、采空区空间叠置层数8项影响因素作为评价指标,并建立了分级标准。将单因素评价指标均匀线性插值作为训练样本,建立了T-S模糊神经网络判别模型。利用训练好的神经网络模型对选取的8处采空区进行评估,结果分别为:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅱ,结果与实际情况吻合。研究表明,利用T-S模糊神经网络研究采空塌陷危险性是可行的。

    国外城市地质工作进展与趋势及其对我国的启示
    吕敦玉,余楚,侯宏冰,刘长礼,张云
    2015, 29(2):  466-473. 
    摘要 ( 779 )   PDF (2569KB) ( 1293 )  
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    城市化是世界各国发展的共同趋势,是人类文明和进步的标志。我国城市化的趋势与世界总趋势一致,因此弄清国外城市地质工作进展与趋势对我国城市地质工作的开展具有重要意义。首先对城市地质的定义、内涵、任务、工作内容进行了总结与阐述,接着对国外发达国家近百年来开展的主要城市地质工作内容、思路、技术方法进行梳理和总结。在此基础上,从城市地质的理论研究、工作重点、技术方法、信息系统、工作深度、机制建设等方面,分析未来城市地质工作的发展趋势。最后,结合我国地质工作现状和发展历程,对我国未来城市地质工作的重点、内容、研究层次进行了探讨,以期为我国正处于加速发展阶段的城市化进程提供有效建议和支持。

    四川雅江县城地质灾害发育特征与稳定性评价
    倪化勇,王德伟,陈绪钰,唐业旗
    2015, 29(2):  474-480. 
    摘要 ( 2868 )   PDF (4153KB) ( 1365 )  
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    采用遥感解译与工程地质测量相结合的方法,开展了雅江县城地质灾害发育特征调查以及单体地质灾害稳定性和发展趋势预测,提出了防治对策建议。研究表明:雅江县城共发育7处地质灾害隐患点,威胁83户城镇居民的生命财产安全以及G318国道、雅江中学的安全运行;地质灾害体稳定性均处于差和较差级别,滑坡和危岩崩塌为雅江县城最主要危险源;雅江县城地质灾害防治应遵循“工程治理为主,专业监测与群测群防相结合”的原则,系统开展应急排危工程、综合治理工程和专业监测工程,最大限度消除地质灾害隐患,为雅江县城建设和发展提供地质安全保障。