傍河水源地地下水开采影响下潜流带典型多环芳烃迁移转化机理研究

Hyporheic zone is not only an active exchange zone but also an active zone for contaminant attenuation. Riverside groundwater exploitation complicates the contaminant mobilization mechanism in spite of that it can increase the recharge of river water to groundwater. Aiming at the lack of study on how the change of hydrodynamic condition caused by riverside groundwater exploitation affects the mobilization processes of contaminant in hyporheic zone, the mobilization mechanism of typical Polycyclic Aromatic Hydrocarbons （PAHs） will be studied in the project. The study area locates in Huangjia riverside groundwater exploitation area, Shenyang. The aimed typical PAHs should have a relatively high concentration in river water and it does a relatively severe harm on people’s health. This study focuses on the influences of changes in hyporheic zone structure, hydrodynamic exchange between river water and groundwater, hydrogeochemistry and microorganism on the mobilization of the PAHs. According to the clue of field survey-experiments in lab-mechanism analysis-mathematical modeling, this study will discover the influence mechanisms of hydrodynamic condition change in hyporheic zone on the mobilization of the PAHs and model the spatial-temporal distribution of the PAHs concentration in hyporheic zone. Methodologies from multidisciplinary are ready to be used in this study, such as hydrogeology, hydrogeochemistry, environmental isotopes and molecular microbiology. This study has a great significant both in theory and practice because it can not only replenish the studies on contaminant mobilization in hyporheic zone but also guarantee the safety of groundwater quality and ecology in riverside groundwater source area.

潜流带不仅是河水-地下水积极交替带，也是污染物衰减极为活跃带。傍河开采作为地下水的重要开采方式，在增加河水补给地下水量的同时，也使潜流带内污染物迁移转化机制更加复杂。针对傍河开采地下水引起的水动力条件变化如何影响潜流带污染物迁移转化过程方面研究的不足，申请项目拟选择沈阳市辽河黄家水源地为研究区，以辽河河水中污染较重、对人体健康危害较大的典型多环芳烃（PAHs）组分为研究对象，以傍河开采地下水条件下潜流带结构、水动力交换、水化学、微生物特征改变对典型PAHs迁移转化的影响为切入点，按野外调查-室内实验-机理分析-数学模拟的研究思路，采用水文地质、水文地球化学、环境同位素、分子微生物等多学科交叉的技术手段，揭示水动力条件变化对潜流带内典型PAHs迁移转化的影响机制，模拟傍河开采影响下潜流带内典型PAHs的时空变化趋势。该研究对丰富潜流带污染物衰减过程的研究内容，保障傍河水源地水质安全意义重大。

潜流带不仅是河水-地下水积极交替带，也是污染物衰减极为活跃带。傍河开采作为地下水的重要开采方式，在增加河水补给地下水量的同时，也使潜流带内污染物迁移转化机制更加复杂。针对傍河开采地下水引起的水动力条件变化如何影响潜流带污染物迁移转化过程方面研究的不足，项目选择沈阳市辽河黄家水源地为研究区，以辽河河水中污染较重、对人体健康危害较大的典型多环芳烃（PAHs）组分的迁移转化规律开展了研究。项目首先对于研究区的水文地质条件、D、18O稳定同位素和PAHs的分布情况进行了调查分析。分析结果表明：研究区内河水是地下水重要补给源；区内以低环类PAHs为主，其中萘的浓度最高。基于以上数据分析，我们进行了萘的吸附/解吸实验和微生物降解实验。实验结果表明，亚粘土对萘的吸附速率大且平衡吸附量大，是萘的富集区，并且阻滞系数较大，存在较长时间对外界环境释放萘的过程，易形成二次污染物。微生物降解萘的量对于萘的总衰减量贡献小于20%，其中甲基芽孢杆菌为降解萘的优势菌种。根据野外采样数据与实验结果对研究区内萘的迁移转化进行了模拟，模拟结果显示当距离河岸75m的A1井被污染时，而与河岸距离大于100m的A2至A5井内萘浓度远小于饮用水标准，建议减少A1开采量，增大A2至A5开采量弥补减少的开采量。综上所述，当傍河水源地过度开采地下水或辽河萘污染物急剧增加时，河岸入渗带对萘的综合阻滞作用减弱，萘在河岸入渗带内的穿透时间缩短，对水源地的水质安全构成威胁。