傍河水源地潜流带内温度对氧化还原环境的制约机制

Riverside exploitation of groundwater makes a lot of pollutants into aquifer in spite of that it induces great recharge from river water infiltration, and the spatial and temporal distribution of redox environment in hyporheic zone affect the pollutants migration and transformation mechanism in groundwater. Temperature variations constrain the spatial and temporal distribution of redox environment directly and indirectly by chemical action and microbial action, especially with groundwater exploitation which complicates the situation. Aiming at the lack of study on the restraint mechanism of the temperature affecting redox environment in the hyporheic zone, the Huangjia riverside groundwater resource field in Shenyang city is selected as the study area, focus on the spatial and temporal distribution of redox environment affected by temperature variations which maybe caused of natural environment changing and human activities. In this study field investigations will be used in combination with laboratory experiments, and multidisciplinary methodologies such as hydrogeology, hydrogeochemistry, molecular biology and thermodynamics will be combined to investigate the influence law of temperature variation on the redox environment distribution and to study the detailed mechanism for the scientific management of riverside groundwater sources field.

地下水的傍河开采在增加河水入渗补给量的同时也导致河水中污染物质大量进入含水层，潜流带内氧化还原环境对污染质在地下水中的迁移转化具有重要影响。环境温度的变化通过影响潜流带内化学作用及生物地球化学作用直接或间接的影响着潜流带内氧化还原环境的时空分布特征，特别是在地下水开采条件下使情况更为复杂。针对温度变化对潜流带氧化还原环境制约机制研究的不足，本文选择典型的沈阳市黄家地下水水源地为研究区，以自然环境和人类活动导致的潜流带温度变化对氧化还原环境的影响为切入点，将场地实际监测和室内模拟实验相结合，采用水文地质学、水文地球化学、分子生物学以及热力学的技术手段和方法，查明温度变化对潜流带氧化还原环境的影响规律，揭示其制约机制，为傍河水源地管理提供科学依据。

潜流带（Hyporheic Zone）内氧化还原环境对生物地球化学活动具有明显控制作用，对河水入渗进入到含水层中的氧化还原敏感性污染物迁移转化和归宿具有明显的影响，也影响着傍河地下水水源地的水质安全。潜流带内温度对氧化还原环境的时空演化具有明显影响，同时二者之间存在着相互依存相互制约的密切关系，本次研究通过水文地质学、水文学、地球化学等研究技术方法查明了潜流带氧化还原环境随温度变化的分布规律和潜流带氧化还原环境分带特征及受温度的制约机制。低温条件下潜流带总体处于相对氧化条件，以好氧呼吸作用为主要控制反应，仅距河较远的部分位置发生反硝化作用为主的控制区，铁锰及硫酸盐参与的氧化还原反应均未起到明显控制作用。高温条件下潜流带总体处于相对厌氧（还原）条件，溶解氧快速消耗，好氧呼吸作用强烈，反硝化作用在径流路径大部分区域发生，铁锰的还原性溶解作用均较为明显，硫酸盐的控制性还原过程不明显。温度对氧化还原环境的控制作用主要体现在对顺序参加氧化还原反应的电子受体消耗量的控制。一方面通过温度对化学反应速率的影响和对微生物活性的影响控制电子受体的消耗速率与消耗量，而改变潜流带氧化还原环境；另一方面，通过温度对优先参加氧化还原反应的电子受体在潜流带中含量的影响，进而控制后续参加氧化还原反应的电子受体消耗量，进而控制整个潜流带内部的氧化还原环境。