基本信息
- 项目名称：
- 淮河流域蚌埠段地下水铁锰超标成因及分布规律探究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 淮河流域地区地下水铁锰超标是一个长期存在并困扰当地居民的问题，本项目将野外水样采集与室内分析相结合，在前人研究的基础上进一步探讨了该地区铁锰超标的原因及分布规律。
- 详细介绍：
- 项目通过资料收集，野外工作，水样采集分析及室内分析整理等工作，意在探究淮河流域地下水中铁、锰离子分布的时空规律，查明造成这一铁锰超标现象及分布规律的原因。 主要研究步骤如下： 1、搜集相关资料，包括工作区基础地质资料，工作区水文地质条件，各井孔历年水样检测数据，对当地居民进行调查走访。 2、野外工作：包括区域地质调查、井孔观察、收集钻孔资料、采取水样。 3、室内分析：分析内容包括对当地地下水水质进行分析测评，在地图上标注超标地区。寻找超标区域地下水同含水层埋深、水文地质环境、地下水与地表水补径排关系以及地质环境等多方面因素的关系，总结地下水铁锰超标区域的分布规律，铁锰超标的成因及分布规律的产生条件。 4、总结成果，撰写相关论文，向当地生产部门和人民群众提供可行性建议。 结果与结论： 1、地下水常规组分：分析多年水之资料，得出工作区水文地球化学环境处于相对稳定状态。 2、地下水铁锰超标分布特征： 1）时间分布规律：铁锰含量发展趋势基本趋向一致，地下水中锰含量的波动情况相对于其中铁的变化状况变化较小，相对于地下水中铁含量而言锰含量比较理想，在Ⅲ类水和Ⅳ类水之间波动。 2）空间分布规律： A.中深层松散岩层孔隙水铁锰含量高于浅层松散岩层孔隙水，此规律为铁锰含量的垂向空间分布规律。 B.由淮河北岸向北延伸，松散孔隙水中铁含量呈降低趋势。 3、铁锰超标成因机理：研究区内地下水补给地表水，排除了外来因素对于区内地下水铁锰超标状况的影响。地质、水文地质、水文地球化学条件是高铁、高锰地下水形成的重要原因。 1）地层因素：由已掌握的工作区地质资料可知该地区的片麻岩基 2）水文地质因素：根据所测的数据，辅以历年的钻孔资料可知，淮河流域蚌埠段地下水处于还原环境。 3）地质构造因素：根据蚌埠地区的地形地势特点，可以发现淮河流域蚌埠段地下水处于汇水区，这种地理条件更加利于铁锰的富集。 4、铁锰元素超标的产生机理 下面以铁为例，说明地下水高浓度铁形成的机理。一方面，含碳酸的地下水 ,对岩土层中二价铁的氧化物起溶解作用,化学方程式如（1）和（2）所示: FeO + 2CO2 + H2O = Fe（HCO3)2 (重碳酸亚铁） （1） FeCO3 (菱铁矿)+CO2 +H2O = Fe(HCO3)2 （2） 另一方面，在还原条件下三价铁的氧化物被还原成Fe2+，与Fe3+相比，Fe2+的活性更大，Fe2+矿物更易溶解于水中。化学方程式如（3）和（4）所示。 Fe2O3 + 3H2S = 2FeS + 3H2O + S （3） FeS + 2CO2 + 2H2O = Fe(HCO3)2+H2S （4） 查明工作区铁锰超标的原因主要来自于当地富含铁锰的片麻岩基岩以及新生代堆积物的溶滤作用。同时，工作区水文地质条件、水文地球化学的还原环境、利于汇水的地形及地下水补径排关系均有利于铁、锰元素在地下水中富集。 本项目立足实际，属多学科综合项目，立足生产实践，成果具有很高的学术水平与社会价值，成果已被相关生产单位应用于实际工作。项目组成员在科研工作中锻炼了研究能力与实际工作能力，实现了学有所用，服务广大人民群众。
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撰写目的和基本思路
- 目的：研究工作旨在探究淮河流域蚌埠段地下水铁锰超标的成因、分布规律，以及与之相关的地质因素和水文地球化学环境因素，为该地区居民水源地的选择、含铁锰水的处理提出建议。 基本思路：采集水样，带回室内分析与检测，对地下水水质进行分析，在地图上标注超标地区，寻找超标区域地下水同含水层埋深、水文地质环境、地下水与地表水补径排关系以及地质环境等因素的关系，总结地下水铁锰超标的分布规律及成因。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性：本项目旨在探究规律，分析成因。在整个项目实施中，涵盖了地质学、水文地质学、水文地球化学、环境工程等多个学科，是综合研究课题。项目组成员按照既定的实验思路完成了野外踏勘取样、室内化验分析、数据处理与分析等环节，得到了较为严谨的科学结论。 先进性及独特之处：本项目立足实际，在国内研究领域对于淮河流域地下水重金属超标尤其是铁锰超标的相关研究上不多见，因此本项目具有一定的先驱性。
应用价值和现实意义
- 该项目与当地居民的生产生活息息相关，项目成果对于当地地下水铁锰超标分布范围具有较高的指向性，对于其含水层分布、地形地质因素及水文地球化学条件均有较为深入的分析，可以作为当地居民生产生活用水的指导意见。 另外对于当地的水源地选取，工农业生产等工作提供了一定依据，有助于人民群众的生产生活和当地环境生态的可持续发展，社会价值较高，受到了安徽省地质环境总站及当地居民的一直好评。
学术论文摘要
- 淮河流域地区地下水铁锰超标是一个长期存在并困扰当地居民的问题。在对淮河流域典型地区十余个观测井十三年以来的水样资料进行分析整理的基础上，通过实地考察、样品采集和水质分析，研究了地下水铁、锰含量的时空变化特征，并结合地质、水文地质、水文地球化学条件，初步探讨了铁、锰含量异常的原因。总体上，地下水铁、锰含量自淮河北岸自南向北减少，并与含水层距其下伏的太古代片麻岩的距离成反比。地下水铁、锰含量在时间分布规律具有相似性。区内地下水铁锰含量大部分处于超标情况，自1997年起至2008年各地下水水样铁锰含量除若干年份有所波动外其余时间基本维持在较高的数值。由地质环境、地质构造及水文地质条件等作用下形成的还原环境是高铁、锰地下水形成的主要原因。
获奖情况
- 北京市团市委“首都高校暑期社会实践优秀成果”
鉴定结果
- 本人郑重承诺，申报项目及相关支持材料全部系本人及合作者共同编写，无抄袭剽窃现象。
参考文献
- [1] GB/T14848-93,地下水环境质量标准[S]. [2] 沈照理,朱宛华,钟佐燊.水文地球化学基础[M].北京：地质出版社,1993:41-43,71-76. [3] 雷万荣,唐春梅,江凌云.浅谈地下水中铁、锰质的迁移与富集规律[J].江西科学,2006,24(1):80-82. [4] 任陶军,李晓,周亚芹.成都市地下水中铁、锰变化规律及成因分析[J].水土保持研究,2007,14(1):211-214. [5]王岚,孟宪宪,徐洪恩.佳木斯市水源地源水铁、锰含量超标的原因分析[J].环境科学与管理,2006,31(1):152-153. [6]曾昭华.长江中下游地区地下水中铁锰元素的形成及其分布规律[J].长江流域资源与环境,1994,3(4):326-329. [7]赵春梅,齐刚,李颖.大庆市地下水中铁、锰变化规律及形成[J].黑龙江环境通报,2002,26(1):27-28,89. [8]吴敦敖,樊哲文.杭州市平原区浅层地下水中铁、锰的来源及成因研究[J]浙江大学学报(自然科学版),1991,25(1):72-79.
同类课题研究水平概述
- 在80年代末至90年代初期，我国曾有学者关注铁锰超标的现象，如浙江大学的吴敦敖主要研究了杭州地区浅层地下水中铁锰超标的原因，如《京杭大运河(杭州段)两侧浅层地下水中铁锰含量偏高的成因分析》（《环境科学学报》，1987年第7卷第3期）；曾昭华研究的《长江中下游地区地下水中铁锰元素的形成及其分布规律》（《长江流域资源与环境》，1994年第3卷第4期）。经过这一段期间的研究，主要排除了降水对铁锰超标的影响，并得出铁锰的主要来源为地质岩层，并讨论了矿化度、有机质、氧化还原环境对铁锰的分布与运移的影响。21世纪初期，研究区开始逐渐扩散，分别有赵春梅等研究的大庆市地下水中铁、锰变化规律、任陶军等研究的成都市地下水中铁锰变化规律，进一步探讨了径流条件、酸碱条件对铁锰分布的影响，并探讨了铁锰彼此之间的相互作用。 近几年韩国Kangjoo Kim等人研究了农业活动中铁锰超标的影响因素，西亚的Ms Elena Mejia Likosova用 LC - OCD的技术来研究铁和锰羰基氢氧化物目前地下水的天然有机物的相互作用。 本项目则将研究区锁定在铁锰超标比较集突出的淮河流域，此区域的关注度较少，我们搜集了当地13年的水质资料，主要根据当地的水文地质条件进行分析、研究，相信其结果对当地居民生产生活具有指导意义。
