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地下水是人类重要的水源之一,它在人类社会、经济发展中所扮演的角色越来越重要。近些年来,伴随着社会生产的极速发展,人类活动对生态的影响也到了最严重时期。农业生产中化肥应用的普及,不合理、不规律的耕作使得本来就脆弱的土地面临崩溃的边缘。从土壤-水系统循环中,人类活动对地下水环境造成了巨大的扰动,并且在持续加深,尤其表现在对土壤生态系统和水循环系统正常运转的干扰。在越来越严重的水资源环境下,地下水资源污染问题尤为突出。地下水污染是在人类活动的影响下变得愈发严重,水污染问题也变得越来越突出。很多学者针对地下水环境提出有生物、物理、化学等多种防治方法措施,但都存在经济性差、不易大范围推广的弊端。因此,面临日益严峻的地下水污染形势,探索具有经济性、实用性、普及性兼备的地下水污染防治措施意义重大。本文依托山西省河道管护服务总站特细颗粒物质潜入河床底泥减少地下水污染效果研究,在室内土柱模拟入渗试验基础上结合污水入渗、化学分析底泥基质和污水养分含量,分析水泥潜入底泥基质对污水中养分元素的阻截作用效果。该技术的提出对减少地下水污染方面有积极意义,为进一步推广和应用防治地下水污染措施提供理论基础和技术支撑。试验选用汾河水域清徐县温南社、柳杜乡村段和榆次县源涡取水工程段河床底泥作为试验中三种河道底泥;选用虎峪河万柏林区段地表水作为试验入渗用水。选用细颗粒物质粉煤灰、细颗粒粘土、水泥颗粒、玻璃砂作为备选阻渗细颗粒材料。试验通过对细颗粒物质潜入底泥的阻渗作用试验、细颗粒物质的阻渗效果筛选试验,选用阻渗效果显著且易操作的水泥作为阻渗材料。进一步结合污水入渗探讨水泥潜入底泥基质对污水中养分元素和相关污染指标的阻截作用效果,发现水泥潜入河道底泥对污水中养分元素的阻截效果明显。试验得出以下结论:(一)特细颗粒物质潜入河道底泥的阻渗作用与效果:1.特细颗粒的潜入能够明显的降低底泥基质水的入渗能力。水分稳定入渗率降低了40%,累积入渗量降低46%;2.无细颗粒潜入条件下的入渗过程符合Kostiakov两参数模型,拟合度为0.9997;有特细颗粒潜入的入渗过程更好的符合Kostiakov三参数模型,拟合度为0.9998。(二)特细颗粒物质潜入河渠基质材料比选试验:1.粉煤灰潜入河道底泥有明显阻渗效果,土壤水的稳定入渗率减小18.02%;由于其自身比重小,在水环境中不易下潜,且容易造成材料的大量流失和浪费,因此实践推广性较差。2.粘土潜入河道底泥有明显阻渗效果,土壤水的稳定入渗率减小11.82%;由于粘土的制备过程费时费力,不宜于大范围的推广应用。3.水泥潜入河道底泥有明显阻渗效果,土壤水的稳定入渗率减小22.85%。其购置简单经济,易于推广普及,经试验证明是经济性实用性兼备的理想的阻渗颗粒。4.玻璃砂潜入河道底泥无阻渗效果。因为玻璃砂本身的粒径大于底泥基质孔隙,达不到理想的下潜效果。(三)特细粒径物质潜入河渠基质的阻渗影响因素:1.水泥潜入水头、底泥土壤相对含水率、底泥质地、底泥容重、水泥颗粒的潜入与否、潜入水泥的方式及水泥潜入量都是影响阻渗作用的重要因素;2.水泥潜入水头影响:潜入水头越高,水泥潜入底泥的能力越强,对基质水的阻渗作用越强;3.底泥质地影响:底泥基质砂性越大基质水入渗能力越强,土壤壤性越高基质水入渗能力越小,随着底泥基质由轻到重,水泥潜入底泥的阻渗作用越小;4.底泥容重影响:随这底泥基质容重的增大,水泥潜入底泥的能力变弱,水泥潜入底泥的阻渗作用减小;5.水泥潜入方式影响:提前12h施加水泥溶液比即时施加水泥溶液的方式有更好的阻渗作用;6.潜入水泥量影响:施加的水泥量与基质水入渗能力在一定范围内成负相关关系,在0kg/m2到3kg/m2水泥量范围内,随着水泥量的增大,水泥潜入底泥的阻渗作用增大。(四)水泥潜入底泥对污水中养分元素的阻截作用:1.水泥潜入河道底泥对污水中硝态氮的阻截率提高54.9%、64.4%、46.9%,但由于硝态氮的淋滤主导作用,实际效果并不理想;2.水泥潜入河道底泥对污水中铵态氮的阻截率达95.47%、98.87%、83.71%;3.水泥潜入河道底泥对污水中磷素的阻截率达71.9%、66.4%、71.2%;其作用收到基质中有机质含量的影响,有机质含量越高,阻截作用越小。4.水泥潜入河道底泥对污水中钾素的阻截率达74.4%、68.5%、58.2%;5.水泥潜入河道底泥对污水中COD阻截率达到了59.7%、61.1%、57.3%;对BOD的阻截率达到53.51%、52.02%、54.19%;阻截作用收到底泥基质中有机质含量的影响,有机质含量越高,该措施对污水中COD、BOD的阻截效果越不明显。水泥潜入河道底泥基质的措施对污水中的营养元素的阻截效果明显,能够有效的防治地下水受养分元素的污染。该技术的提出为汾河流域地下水域的保护和治理提供理论基础和实践参考。由于室内试验的局限性,试验结论与现实实践中一定存在差异,还需后者进行进一步的野外实践验证试验。