成都理工大学蒲生彦团队JHM：中国西南某废弃工业场地重金属空间分布及迁移特征

学术 2024-11-12 13:43 甘肃

近日，成都理工大学水土污染协同防治科研团队在环境领域著名学术期刊《Journal of Hazardous Materials》上发表题为“Spatial distribution and migration characteristics of heavy metals at an abandoned industrial site in the Southwest of China”的研究论文。该研究聚焦中国西南喀斯特地区某典型废弃工业场地，深入探究了土壤和地下水中重金属的空间分布及迁移特征，揭示出重金属在不同空间尺度上的显著异质性，并阐明了水文地质条件对其迁移的影响。该成果为理解喀斯特地区污染物迁移路径提供了新的科学视角，也为土壤和地下水污染控制和修复策略的制定提供了科学依据。

文章信息

第一作者：邓家逸博士研究生

通讯作者：蒲生彦教授

通讯单位：成都理工大学

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.136447

亮点

· 揭示了喀斯特地区土壤和地下水重金属污染的显著空间异质性。

· 通过Moran's I指数和Voronoi多边形法解析了重金属的垂直和水平分布模式。

· 利用三维地质建模和地下水模拟阐明了重金属污染的迁移途径。

全文速览

随着全球工业化的加速，废弃工业场地的重金属污染已成为严峻的环境问题，尤其在地质环境复杂且生态脆弱的中国西南喀斯特地区，对生态系统和公众健康构成了重大威胁。因此，深入研究喀斯特地区重金属的空间分布特征及其迁移机制，对于制定科学的污染控制和修复策略具有重要意义。

图1.研究区采样点及功能区位置

本研究针对中国西南喀斯特地区某典型废弃工业场地，系统采集了523个土壤样本和30个地下水样本。通过应用地质累积指数、单一污染指数和综合污染指数等污染评估方法，结合Moran's I指数和Voronoi多边形法分析，揭示了土壤和地下水中重金属污染的空间异质性，同时通过三维地质建模和地下水流模拟进一步阐明了污染物迁移途径。

图2.研究区三维地质模型。a)俯视图；b)土层纵向扩展15倍，层间间距4.5 m；

c)左视图；d)右视图

研究结果表明，Cd、Hg、Pb和As等高浓度重金属主要集中于地表填土层，显示污染源主要位于地表或近地表。随着深度增加，重金属浓度逐渐下降，但在6-8米深度再次显著升高，这可能归因于不连续的黏土层形成了迁移通道。地下水数值模拟结果结合监测数据揭示了重金属沿地下水流向的水平迁移特征，特别是在西部地区重金属浓度明显升高，反映出地下水流动方向及补给关系。Moran’s I指数分析显示，在0.2米和4米深度的重金属污染存在显著空间聚集效应，表明其分布在这些深度上具有较强空间相关性。Voronoi多边形法通过变异系数的可视化分析揭示了重金属的垂直异质性，表明土壤的物理化学性质、地质结构及地下水动态等因素共同影响重金属的吸附、迁移与累积行为，从而导致不同深度重金属浓度的显著差异。

图3.土壤和地下水重金属污染的空间分布。PA代表潜水含水层。

本研究系统揭示了喀斯特地区某典型工业废弃场地土壤和地下水中重金属污染的空间分布与迁移特征，不仅为污染源追踪和地下水污染风险预测提供了支持，还为喀斯特地区的污染评估与精准修复提供了科学依据。

本研究得到了国家重点研发计划场地土壤污染成因与治理技术重点专项“地下水原位同步修复一体化设备”（2020YFC1808300）、区域创新联合基金重点项目（U22A20591）等的资助。

作者介绍

邓家逸，成都理工大学博士研究生，研究方向为水土污染协同防治。

蒲生彦，成都理工大学教授，地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室土壤地下水污染协同防治创新团队学术带头人。

来源：地下水原位修复一体化设备研发。投稿、合作、转载、进群，请添加小编微信Environmentor2020！环境人Environmentor是环境领域最大的学术公号，拥有20W+活跃读者。由于微信修改了推送规则，请大家将环境人Environmentor加为星标，或每次看完后点击页面下端的“在看”，这样可以第一时间收到我们每日的推文！环境人Environmentor现有综合群、期刊投稿群、基金申请群、留学申请群、各研究领域群等共20余个，欢迎大家加小编微信Environmentor2020，我们会尽快拉您进入对应的群。