【摘 要】
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河床沉积物是地表水与地下水交互作用的关键地带和重要界面,由于河床冲淤作用所造成的河床沉积物组成、结构和厚度变化,河水入渗过程中水动力条件、酸碱条件及氧化还原条件发生强烈变化,导致河水-地下水水力联系转变及铁锰迁移转化过程较为复杂。目前对于河床冲淤影响下河水入渗水动力-铁锰迁移转化过程耦合机制尚不完全清楚。基于此,论文以沈阳黄家傍河水源地为研究区,应用水上钻探、动态观测、室内模拟及数值模拟等技术,在
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河床沉积物是地表水与地下水交互作用的关键地带和重要界面,由于河床冲淤作用所造成的河床沉积物组成、结构和厚度变化,河水入渗过程中水动力条件、酸碱条件及氧化还原条件发生强烈变化,导致河水-地下水水力联系转变及铁锰迁移转化过程较为复杂。目前对于河床冲淤影响下河水入渗水动力-铁锰迁移转化过程耦合机制尚不完全清楚。基于此,论文以沈阳黄家傍河水源地为研究区,应用水上钻探、动态观测、室内模拟及数值模拟等技术,在识别辽河河床沉积物岩性组成和厚度变化的基础上,查明河水入渗过程中铁锰时空分布、氧化还原分带变化规律及微生物响应特征,探究河床沉积物厚度影响下铁锰迁移转化过程,进一步揭示河床冲淤影响下河水入渗带内水动力-铁锰迁移转化耦合机制。该研究可为丰富地表水-地下水交互作用带研究内容、深化认识河床冲淤条件下河床沉积物中生物地球化学循环机制,保障水质和生态安全提供科学依据。通过本论文研究,主要获得以下结论和认识:（1）调查期间（2020年9月-2020年11月）河段内低水位期河床沉积物总体表现为冲刷状态,冲刷深度为4～9 cm。受河床冲刷作用影响,河床沉积物渗透系数具有明显的时空变异性,弱冲刷区低于中、强冲刷区,且低水位期高于高水位期。（2）受河床冲刷作用影响,河床沉积物岩性颗粒变粗,河水入渗速率增大,且营养物质通量升高,河床沉积物内铁锰潜在地球化学活性及有机碳活性总体逐渐增强,沉积有机碳与铁锰形态之间的相关性更强。（3）河床冲淤作用显著影响了河水入渗过程中氧化还原分带规律。相比于高水位期,低水位期近岸带氧化还原分带上移了5.5～23 cm,中间过渡带和河床中心带氧化还原分带下移距离为0.1～10 cm。河床沉积物中优势菌的空间分布与氧化还原分带呈现协同演化特征。（4）铁锰氧化物还原性溶解作用和有机质结合态铁锰氧化作用是控制河水入渗过程中铁锰迁移转化的主要生物地球化学反应;在由于河床淤积引起河水-地下水由饱和连接逐渐过渡至完全脱节的过程中,河水入渗环境由缺氧环境演变为相对富氧环境,氧化还原分带范围变窄,铁锰氧化物还原作用减弱。（5）河水入渗带水动力-铁锰迁移转化耦合模拟结果表明,在河床淤积和地下水开采驱动下,河水-地下水从饱和连接至完全脱节的过程中,铁锰迁移转化过程具有明显不同的特点。在河水-地下水饱和连接阶段,缺氧条件驱动了铁锰氧化物的还原作用;过渡脱节阶段DO的侵入主导了Mn2+和Fe2+氧化过程;完全脱节后,含水层中的DO被消耗殆尽后,铁锰成为微生物利用的电子受体,铁锰氧化物的还原作用逐渐占据主导地位。
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