论文部分内容阅读
地下水是维系华北平原地区社会、经济发展的重要物质基础，而华北平原地下水问题的严重，不仅体现在水资源的短缺，更体现在水质的日益恶化。深入认识长期以来人类活动条件下华北平原地下水化学场演化规律和控制机制，分析地下水水质现状，构建地下水污染防控区划体系并开展有针对性的地下水污染控制修复研究，对于保护该地区地下水资源，促进社会经济健康发展具有重要意义。 本论文以华北平原典型区-沧州地区作为研究区，围绕人类活动对地下水化学场演化的影响作用这一核心问题，以水化学分析、统计分析、空间分析和数值模拟等手段相结合的方式开展研究:在区域尺度上，分析沧州地区近半个世纪以来地下水宏量组分（七大离子）以及近年来地下水微量组分（重金属）的时空演化规律并识别主要控制因素，揭示地下水化学场对人类活动的响应机制，并根据污染负荷及地下水防污性能等要素构建区域地下水污染防控区划体系;在场地尺度上，以多目标决策分析方法为基础，建立地下水污染控制修复技术筛选评估体系，并在沧州地下水污染重点防控区内选择某废弃化工厂地下水污染场地，开展地下水污染调查分析-控制修复技术筛选评估的案例研究。论文的创新特色和研究成果总结如下: (1)自20世纪60年代以来，沧州地区地下水宏量组分含量呈持续升高态势，其中，Ca2+与Mg2+小幅升高，Na+和Cl-升幅较大，这一趋势在浅层地下水中尤为明显。研究区自西向东，地下水化学类型大致由HCO3·Cl-Na型和HCO3·Cl-Na·Mg型变化为HCO3·Cl-Na型和Cl-Na型，而且随着时间的推移其向Cl-Na型变化的趋势有所增强。蒸发浓缩和岩石风化是控制研究区地下水化学成分的主要因素，浅层地下水受到的蒸发作用随着时间而加强，碳酸盐溶解、硅酸盐风化和蒸发岩溶解对研究区地下水宏量组分的含量起主要控制作用，其主要来源为白云石、长石、方解石、岩盐和石膏等的溶解，阳离子交换作用对宏量组分含量也有很大影响，特别对深层地下水作用明显，但随时间有所减弱。以沧州地区深层地下水开采条件构建的模型推导表明，地下水化学成分浓度与水头显著相关，大规模开采对地下水水质演化造成了直接影响。 (2)沧州地区地下水重金属含量排序为Mn＞Zn＞Cu＞As＞Ni＞Cr＞Se＞Pb＞Cd，超标项为Mn、As、Ni和Cr，超标率分别为36.5％、4.2％、1.1％、0.5％，高值点主要分布于浅层地下水。地下水重金属含量与pH、HCO3-等环境因素直接相关，从长期地下水水化学演化特征来看，HCO3-的升高可能导致地下水重金属相对含量的上升。聚类分析和相关性结果显示，Cr与Cu、Cu与Mn具有强相关，表明其可能有共同来源或经历了相近的水文地球化学反应，其它重金属之间相关性较弱或呈负相关，表明其可能为混合来源，或经历了较为复杂的反应。人体健康风险评价结果显示，饮用摄入条件下Cr、As和Cd的致癌风险相对较高，Cr与As的平均致癌风险高于Cd2～3个数量级，表明在未来开展区域地下水污染防控工作中应对其尤为重视。 (3)沧州地区地表污染负荷主要来自工业废水、农药化肥施用及生活污水的排放，高负荷区主要位于沧州市区（沧县）及吴桥等地区。区域浅层地下水水质大体自西向东逐渐变差，针对多环芳烃萘、硝氮和氯的区域地下水综合防污性能由西向东降低，地下水开采潜力在空间上变化趋势相反。地下水污染防控区划结果显示，沧州北部的河间、青县、黄骅大部地区等属于地下水污染一般防控区，中部的南皮、东光大部、孟村等属于中等防控区，任丘、泊头、吴桥、盐山东部以及沧州市区和沧县南部属于重点防控区。 (4)抽出处理等传统地下水污染控制与修复技术研究发展近年来趋缓，化学清除、生物修复等原位修复技术正日益受到研究者的重视发展迅速。基于层次分析-偏好顺序结构评估法，本研究构建了地下水污染修复技术筛选评估方法体系，并将其应用到沧州地下水污染重点防控区内某废弃化工厂污染场地开展案例研究。结果显示，研究区地下水修复目标污染物1，2-DCA在呼吸吸入条件下的最大致癌风险已达到风险控制阈值，时间优先条件下化学清除技术更适用于该场地地下水污染修复，成本优先条件下监测自然衰减技术更为适宜。