地表水-地下水相互作用对江汉平原地下水砷释放的影响机制研究

江汉平原地下水砷污染是影响该农业活动区供水安全、食品安全及生态安全的关键环境问题。考虑该区气候湿润、降雨丰富、沟渠密布，地下水循环交替快的特征，本项目拟以江汉平原腹地仙桃市地方性砷中毒病区的地表水和地下水系统为研究对象，运用水文地球化学、同位素示踪、溶质运移模拟实验等研究方法，通过研究洪水期和枯水期地下水位波动条件下砷在地下水和沉积物中的时空分布及动态变化规律，分析来自地表水体（江水、湖泊、沟渠、池塘）中的碳、氮营养物质的分布和运移与地下水砷释放的内在联系，探讨地表水-地下水相互作用对地下水砷释放的影响机制，为南方平原区地下水砷污染的研究提供了新的思路和方法，丰富和发展高砷地下水研究的理论和方法，为江汉平原地区的地下水保护和砷中毒防治提供科学依据。

原生高砷地下水及其导致的地方性砷中毒，是当今国际社会面临的最严重的环境地质问题之一。我国内陆典型的地方性砷中毒区主要分布在气候干旱、水资源匮乏的北方地区,近年来以江汉平原等为代表的湿润河流三角洲地区高砷地下水形成机理研究备受关注。由于自然背景条件（气候、地质等）的差异和人类活动（灌溉、农药化肥施用、池塘开挖、水产养殖）强度和方式的不同，地表水-地下水相互作用强烈使得江汉平原高砷地下水的研究面临新的问题和挑战。. 本项目在区域水文地质调查的基础上，查明江汉平原腹地高砷地下水的分布规律，以江汉平原典型砷中毒病区仙桃沙湖原种农场的地下水系统作为研究对象，综合运用水文地球化学、沉积物地球化学、X射线吸收近边结构分析等方法，确定含水层中砷的赋存形态，并通过高砷地下水水位水质动态监测，定量观测地表水-地下水相互影响下导致的水位波动对地下水系统砷迁移转化的影响。. 地下水动态监测结果表明：高砷地下水水位、砷含量和形态呈现季节性变化，并且二者存在响应关系：雨季开始后随着地下水位抬升，地下水还原环境增强，As(V)和颗粒态砷转化成As(III)，颗粒态铁大幅降低，导致水中溶解的砷和铁大幅增加，地下水砷含量在雨季达到最高且As(III)所占比例达到90%；雨季结束后随着水位逐渐降低，地下水中As(III)所占比例和溶解的砷含量下降。农业活动对浅层潜水砷形态季节性变化有明显的影响。孔隙承压水的砷形态分布变化较浅层潜水幅度大，其变化与水位波动存在滞后效应。. 高砷钻孔沉积物地球化学特征分析表明：地表以下18 m以内的沉积物以粘质粉土为主，中间夹杂粉细砂和细砂层，表层为淤泥质粘土覆盖；18-37 m层位主要分布灰褐色和深灰色砂层。18-20米左右的沉积物中砷含量高，最高达107.5 mg/kg，沉积物中的砷以五价砷为主，当含水层中有机碳源输入的情况下，砷在微生物活动影响下通过还原过程大量释放进入地下水中。. 自然或人为活动引起的地下水位季节性变化改变了含水层的氧化还原环境，补给水源与地下水之间的混合过程带来新的物质输入促进地下水系统中砷的迁移转化。本项目研究成果为南方平原区地下水砷污染的研究提供了新的思路和方法，为江汉平原地区的地下水保护和砷中毒防治提供科学依据。