地表水-地下水相互作用对浅层地下水系统中砷运移的影响

The high arsenic groundwater is widely distributed at the Jianghan Plain. Surface water- groundwater interactions significantly influence the arsenic transport in groundwater systems. The Shahu village will be selected as the study area for this project. On the basis of good understanding of hydrological and hydrochemical settings, monitoring and modeling study will be conducted to elaborate the impact of surface water-groundwater interactions on the transport of arsenic in groundwater systems. The 2D and 3D groundwater flow modelings coupled with arsenic transport processes will be conducted using MODFLOW. The contributions of the surface water-groundwater interaction pattern and intensity to the mass of arsenic transported can be deduced by the estimation of exchange flux according to the modeling results. The study results can provide scientific supports for groundwater exploration and utilization and endemic arsenic poisoning prevention at Jianghan Plain as well as in other areas with the similar situations.

江汉平原高砷地下水近年来备受关注，地表水-地下水相互作用显著影响砷在地下水系统中的运移。本项目将以江汉平原高砷地下水典型分布区-仙桃市沙湖原种场为研究区，对研究区含水层水文地质结构及水化学特征进行精细刻画的基础上，采用野外监测和室内模拟相结合的方法，开展地表水-地下水相互作用模式和强度对砷在地下水系统中运移的影响。重点采用MODFLOW软件，建立二维和三维地下水流-溶质运移模型，定量模拟溶质物理运移过程对地下水中砷运移的影响。通过模型估算地表水与地下水之间的交换通量，揭示不同地表水-地下水相互作用模式和强度下砷在地下水系统中的运移规律。研究结果可为本区及同类型高砷区地下水资源开发与利用、饮水型砷中毒防治提供科学依据。

项目以江汉平原高砷地下水典型分布区-仙桃市沙湖原种场为研究区，针对地表水-地下水相互作用过程中浅层高砷地下水开展了系统的水文地球化学及同位素地球化学样品采集与测试分析工作。项目共采集了73件地下水样品，18件河水样品，3件池塘水样品，2件雨水样品。在高砷区钻取30m钻孔1个，获得沉积物样品24件。在系统的水文地球化学和同位素地球化学及数值模拟的研究基础上，对地表水-地下水相互作用过程中江汉平原浅层地下水系统中砷的迁移转化规律取得了重要的研究进展。研究发现，含水层沉积物砷含量与沉积物有机质含量、铁铝氧化物及比表面积有关；共存离子与砷之间存在竞争吸附；雨季，地表水补给地下水，地表水-地下水相互作用强，地下水流垂向交换量增加，砷的垂向与水平交换量增大；旱季反之，地下水补给地表水，地表水-地下水相互作用弱，地下水流垂向交换量减弱，砷的垂向与水平交换量减小。