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底泥氟释放机制研究:分析来源与成果

时间:2023-11-08 理论教育 版权反馈
【摘要】:表9.7二龙涛河氟的携带量计算表2.周边地表水径流携带直接进入洋沙泡水库的周边径流面积较小,仅56.125km2,周边地表径流携带的氟,也增加了洋沙泡中氟的含量。表9.11洋沙泡水面降水携带氟的量计算成果表大气降水虽然也携带氟进入洋沙泡,但由于大气降水中氟含量相对较低,在降水过程中队洋沙泡水库水质是稀释过程。

底泥氟释放机制研究:分析来源与成果

1.河流携带汇集

水流携带来的氟是洋沙泡水库氟的来源之一。进入洋沙泡水库的二龙涛河河水中氟含量相对较高,为1.45~2.82mg/L。二龙涛河发源于大兴安岭东翼索伦山脉二龙山,流经内蒙古、黑龙江部分地区,在镇赉县进入吉林省境内。二龙涛河在径流过程中,长期不断接受山地搬运下来的剥蚀性含氟堆积物以及平原含氟溶解物,同时河水径流过程中不断进行矿物的分解和溶解作用;加之吉林省西部表层土壤的含氟量较高,河水径流中溶滤了土壤中水溶性氟和可交换态氟,致使氟含量相对较高。

洋沙泡上游来水量受内蒙古用水和图木吉水库等蓄水影响较大,表现为来水量年际变化大:枯水年份一般没有来水,丰水年份洪水来水量相对较大。洪水可以通过引水渠道从南西、北西两个方向进入洋沙泡,成为洋沙泡水量的主要来源。

采用查多年平均径流深等值线图的方法,对二龙涛河径流进行计算,根据《吉林省水资源综合规划》多年平均径流深等值线图,查得二龙涛河多年平均径流深为16mm,其年径流成果见表9.6[99]

表9.6 二龙涛河年径流成果计算成果表

注 W为多年平均洪水总量,106m3;Cv为变差系数;Cs为偏态系数;P为洪水频率,%。

由于洋沙泡是二龙涛河的终端湖泊,仅在水量特别大时,会漫堤而出,进入莫莫格湿地。湖泡中的水基本以蒸发为主要排泄途径,使水中的氟留在湖水中和沉降于底泥内。根据二龙涛河的年径流量计算成果表,可进一步计算二龙涛河不同年份带入洋沙泡的氟总量,计算公式为

式中 WFRP——某种频率下河水径流携带氟的量,104kg;

WRP——某种频率下的河水径流量,106m3

CR——二龙涛河氟的浓度,mg/L。

二龙涛河携氟量的计算成果见表9.7。

表9.7 二龙涛河氟的携带量计算表

2.周边地表水径流携带

直接进入洋沙泡水库的周边径流面积较小,仅56.125km2,周边地表径流携带的氟,也增加了洋沙泡中氟的含量。周边区域的径流量也采用查阅多年平均径流深等值线图的方法,查得多年平均径流深为16mm,由流域面积乘以径流深得多年平均年径流量。洋沙泡周边年径流计算成果见表9.8。

表9.8 洋沙泡周边年径流计算成果表[99]

根据周边地表水径流实验(3.5节)的计算结果和结论,计算洋沙泡周边地表水径流进入洋沙泡氟的量,计算公式如下:

式中 WFZP——某种频率下洋沙泡周边径流携带氟的量,mg;

WZP——某种频率下的洋沙泡周边径流量,106m3

CZ——单位面积单位净雨量形成径流携带氟的含量,mg/10(mm·h·m2);

t——径流时间,h。(www.xing528.com)

洋沙泡周边面积较小,一般径流汇流时间较短,最短径流路径仅0.388km,最长径流路径约3.5km,径流时间一般不会超过10h,现按径流时间t为10h计算,计算结果见表9.9。

表9.9 洋沙泡周边氟的携带量计算成果表

由表9.9可知,洋沙泡周边径流面积较小,径流携带的氟的量也相对较小。

3.降水携带的氟

降水的含盐量尽管很小,但是仍含有一定的氟。洋沙泡地处吉林省西部低平原,吉林省西部低平原内没有产生氟污染的工业,因此空气和降水中的氟浓度极低。洋沙泡水面径流量是由天然降雨产生的径流量,可用洋沙泡水库的面雨量(面雨量采用白城、大安、乾安、镇赉四站平均降雨量)乘以洋沙泡水面面积求得。年直接径流成果见表9.10。

表9.10 洋沙泡水面年直接径流计算成果表[99]

大量的资料证明,氟是大气降水的常量化学成分之一,其含氟平均水平可以用通式n×10-2~n×10-1mg/L来表示。我国一般地区为0.1~0.05mg/L,一些清洁的乡村地区大气降水中氟的含量小于0.01mg/L。根据全国降水中氟的浓度特点,以及吉林省西部的地区特点,选择0.01~0.1mg/L作为研究区的降水中氟的浓度范围,根据下式计算降水为洋沙泡携带的氟量:

WFPP=1000×CP×WPP (9.3)

式中 WFPP——某种频率下降水携带氟的量,kg;

WPP——某种频率下的水面径流量,106m3

CP——大气降水的氟浓度,mg/L。

降水携带氟的量见表9.11。

表9.11 洋沙泡水面降水携带氟的量计算成果表

大气降水虽然也携带氟进入洋沙泡,但由于大气降水中氟含量相对较低,在降水过程中队洋沙泡水库水质是稀释过程。

4.内源底泥的释放

由于洋沙泡是二龙涛河的终端湖泊,没有其他排泄去路。洋沙泡底泥从土壤特征上,属于栗钙土、黑钙土和大面积的盐渍土沉积,土壤中的氟含量相对较高。这类土壤基本属于氟易于释放的碱性土壤,土壤中氟在适当的条件下释放能力较强。水流流经现代冲湖积富氟土壤后,会携带大量的氟在水库底部不断积累。调查表明,由于湖泡水体中氟基本没有排泄去路,洋沙泡经历了多次干涸过程,由水体携带入湖的氟在湖水干涸后几乎全部沉积于底泥中。因此底泥中既有土壤原来成土母质的特点,又有随水搬运的物质特征,还有蒸发干涸后留在土壤中的湖水的化学组分,所以底泥中的氟含量较高,可溶性氟含量所占比例较大。当洋沙泡得到新的含氟量相对较低的补给水源后,水土中氟离子平衡发生变化,底泥中的氟离子就会向湖水中释放,形成目前洋沙泡水库的高氟水。

但底泥中氟的释放过程仅是氟在洋沙泡水库内部的循环和转化过程,没有涉及到氟的补充,即没有新的氟补给。

5.地下水的影响

受径流区含氟量高的影响,研究区地下水中氟含量也较高,但经过洋沙泡水库的渗漏研究[99]发现本区地下水对于洋沙泡水库氟的影响甚小。一方面洋沙泡水库水位高于地下水水位,洋沙泡水库水位135.41m,靠近湖泊的地下水位135.15m,远离湖泊的地下水位分别为134.81m和135.01m,均低于洋沙泡水库的水位(图9.4)。另一方面洋沙泡底部为低液限黏土,土的渗透系数较小,水库和地下水的交换量极小,所以本区地下水对洋沙泡的氟基本不产生影响。

图9.4 洋沙泡水文地质剖面图

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