岩溶地区地下水-土壤-岩石系统中的汞污染来源和迁移转化机理研究

Based on the hydrogeological conditions of groundwater in karst regions, using the basic principle and method of geochemistry and environmental chemistry, study on the pollution sources and the thranspotation and transformation mechanism of mercury in groudwater-soil-rock system. Determing the Hg content and physicochemical parameters in rock, soil and groundwater, analysis the Hg distribution and delimit the Hg pollution sections. Studing on the change rules of Mercury content and physicochemical parameters in groudwater in the different geological conditions and seasonal variation, make clear the effect of the composition of surface river on mercury content of groundwater. comparing Hg content of rock, soil and groundwater, using the methods of multivariate statistical of heavy metal elements combination and source apportionment of Hg ,S,O and N isotopes, etc. find out the pollution sources of mercury in groundwater. By using the methods of sequential extraction , membrane filtration, etc. determine the mercury speciation in rock, soil and groundwater. By using the static adsorption experiment, the soil column experiment and the sand box experiment, etc. clarify the types and and characteristcs in interaction process in water-soil and water-rock system, the thranspotation and transformation mechanism of Hg in groudwater-soil-rock system and the influence of the main factors on the thranspotation and transformation of Hg. Establish the mathematic model for synthetic prediction of groundwater Hg contamination and propose the reasonable measures for prevention and control mercury pollution.

基于岩溶地区地下水的水文地质条件，运用地球化学和环境化学的原理和方法，立足于地下水-土壤-岩石系统，开展地下水中汞污染规律和迁移转化机理的研究。通过系统的岩石、土壤和地下水汞含量及各种理化参数的测定，确定地下水中汞含量的空间分布和污染区段；研究不同地质条件、不同季节地下水中汞含量及各种理化参数的变化规律认识地表水成分对地下水汞分布的影响；综合运用赋存岩石、土壤和地下水的汞的含量对比、重金属元素组合的多元统计方法以及汞、硫、氧、氮同位素源解析等手段，查明地下水中汞的污染来源；通过逐步浸提、滤膜法等方法，查明岩石、土壤和地下水中汞的赋存形态；通过静态吸附实验、土柱实验和砂箱实验等，阐明水-土相互作用和水-岩相互作用类型和特点，总结汞在地下水-土壤-岩石系统中的迁移转化规律以及主要影响因子对汞的迁移和形态转化的影响；建立地下水汞污染综合预测的数学模型，为地下水汞污染的科学防治提出合理对策。

桂林市D2-3-C1灰岩汞含量均值29.1ng/g；C1炭质页岩汞含量均值115.1ng/g，为地壳组成（40×10-9）的2.87倍。桂林市土壤汞含量均值374.2ng/g，为地壳组成的9.4倍。桂林市土壤汞含量高值区既与周边C1炭质页岩汞含量高值区对应，又与桂林市中心D2-3-C1灰岩分布区重叠。桂林市土壤活动态汞占比9.6%，易氧化有机结合态占比38.3%。桂林市丰水期地下水总汞含量5.2-1175.4ng/L，均值为50.9±153.4ng/L。枯水期相应为5.4-1584.6ng/L，85.3±216.5ng/L。无论是丰水期或枯水期，地下水总汞＞溶解态＞颗粒态，地下水汞迁移形式以溶解态为主。桂林市地下水总汞含量西高东低，与桂林市西部工业区、东部农业区的格局大体一致；沿中部南北向漓江河谷一带含量最低。与岩石、土壤汞含量高值区一致，桂林市地下水亦存在南、南西、北西、东侧4个汞含量高值区段。桂林市1-7月份降雨量增大，地下水汞浓度降低；7-12月份降雨量减小，汞浓度增高。无论是丰水期或枯水期，地下水总汞及不同形态汞含量与岩石汞含量均相关，与pH值负相关。地下水汞高值点δ202Hg‰与土壤风化土相近或相异。综上所述，桂林市土壤汞和地下水汞既有岩石风化的自然源，也有城市生产生活人为污染源。模拟酸雨条件下土柱汞的淋滤实验结果证明，酸雨对土壤汞有较大的溶出能力，频繁的酸雨更易使土壤汞淋滤出来。基于HREEQC软件模拟结果显示：汞形态含量占比最大的是Hg(OH)2和HgCl2，总汞含量高值区亦是有毒HgCl2高值区。桂林市28%的土壤样点总汞含量超过GB15618-2008二级标准的限值（汞≤350ng/g）。桂林市区南侧D74号点和北侧67号点附近地下水汞含量明显超过GB/T14848-93中V类不宜饮用的地下水（汞含量＞1000ng/L）。