0.5 本次工作量及取得的主要成果

0.5.1主要工作量

本课题自2011年9月开始，以点带面，有节奏、分步骤地进行。首先进行了《中卫美利纸业工业园区区域环境条件及容量研究》（以下简称“美利课题”），以此来积累经验。美利课题已于2012年8月完成，研究报告已通过宁夏环保厅组织的专家组专家评审。《中宁石空工业园区区域环境条件及重金属污染的环境影响监测预警研究》（以下简称“石空课题”）也于2012年1月正式实施。经过一年的努力，石空课题于2013年结题。2012年开始的《卫宁平原地下水环境风险预测评价研究》（以下简称“卫宁平原课题”），取得了众多的研究成果；2014年开展的《宁夏地下水环境条件与功能区划研究》（以下简称“地下水区划课题”）也已结题。这些课题的进行，为本项目的进行与顺利实施提供了大量宝贵资料和经验。在以上研究的基础上，课题组补充相应工作量，继续进行深入研究。研究区面积较大，且当地地质条件复杂，研究程度低，时间紧，任务重，为保证工作顺利完成，各工作组成员均付出了艰辛的劳动。综合前期研究成果，本课题中主要开展的工作有：已有相关资料搜集整理、野外水文地质调查、水位统测、水文地质钻探、工程测量、野外抽水试验和弥散试验、野外渗水试验、水土采样分析、室内降解实验、吸附实验、弥散实验、淋渗实验、浸出实验、室内资料分析整理、预警模型建立、图件绘制及报告编写等。详细实物工作量见表0-1。

0.5.1.1水文地质调查及水位统测

2012年4月14~24日，课题组在卫宁平原进行了野外调查，野外调查采用1∶5万地形图，采用GPS定位，主要进行枯水期水位统测、主要地质地貌单元的划分等，对机、民井开采现状、地表水体及地下水进行了较为详细的调查。第一次水位统测点（包括美利纸业工业园区和石空工业园区水位统测点）共计439个。

2012年8月4~9日进行了丰水期水位统测，统测水位点463个。野外调查工作的顺利进行，为后续编图、钻探及试验等工作奠定了坚实的基础。

2012年8月11~16日，进行了沙湖研究区的地下水水位测量及水土样品采集工作。研究区边界为沙湖及沙湖周边5 km范围，研究区面积219.42 km2，东西为13.8 km，南北为15.9 km。野外统测水位点99个，包含39个地表水点和60个井点。在此期间，还对石嘴山市河滨工业园区内的机井、民井等进行了开采量调查和水位统测。共测得了13个水位值。

2013年7~8月，在银川地区进行了地下水环境调查与水位统测工作。调查面积250 km2，统测水位195点，并进行了100点的水位简易观测。

表0-1主要实物工作量

0.5.1.2水文地质钻探

在卫宁平原，网格状布置勘探剖面6条，新布钻孔38个，其中勘探孔30眼，观测孔8眼，钻孔分布图见图0-1。其中，N01—N06位于荒漠区的美利纸业速生林基地，N07—N10位于黄河冲积平原与荒漠区的过渡地带，N11—N14位于黄河冲积平原区中卫地区。N15—N21位于冲积平原中宁地区，N22—N24分别位于卫宁平原北部的山区，N22和N24位于天元锰业规划渣场附近，N23位于中卫氧化塘，NT1—NT3位于南山台子地区， NT3位于台子下的冲积平原上，而NT1—NT2位于台子上。N02、N14和N20为孔组，主要用于进行非稳定流抽水试验和野外弥散试验。卫宁平原钻孔基本情况见表0-2。

表0-2卫宁平原钻孔位置及类型

续表

此外，在石嘴山地区、黄河西岸和石嘴山钢厂东布置1组孔组，用于查清该地区地层岩性、含水层结构，并进行非稳定流抽水试验和弥散试验。孔组由一个抽水主孔（HN1）和一个观测孔（HN1-1）组成，孔间距8.221 m，孔深均为50 m。在沙湖旅游景区南侧沙丘以及景区外三个地点分别施工了三组钻孔，以进行试验和水位、水质监测。其中HS1和HS3为孔组，各带有一个观测孔（HS1-1和HS3-1）, HS2为单孔。沙湖周边钻孔初HS3孔组深度为70 m外，其余均为50 m。银川平原钻孔情况见表0-3。

图0-1施工钻孔分布图

表0-3银川平原区施工钻孔

水文地质钻探委托宁夏石嘴山市基力地质工程有限公司进行。为达到优良钻探的目的，小径钻井结束后，环保厅组织专家分别进行了阶段验收，对施工过程中存在的问题及时提出合理的解决措施，保证了钻探工作的高效、顺利进行（照片0-1、0-2）。成井后，各井均按《水文地质钻探（成井）质量验收标准》验收，基本达到了本次研究的各项质量和技术要求。

图0-2钻探取芯阶段验收

图0-3钻探取芯野外验收

0.5.1.3野外试验

（1）渗水试验 为了研究包气带土层的垂直渗透性及其空间变异规律，课题组于2011年8月19~24日在卫宁平原美利纸业速生林区及冲积平原区共进行了20组双环渗水试验（图0-4）。2012年4月17~23日在中宁县黄河南北两岸冲积平原区、黄河北部丘陵区、中卫黄河南部平原区及南山台子地区共进行了24组渗水试验。渗水试验内环直径25 cm，外环直径50 cm，环高25 cm。

图0-4渗水试验现场

（2）非稳定流抽水试验 根据《实施方案》要求，为准确求得含水层的水文地质参数和弥散参数，进行了非稳定流抽水试验。其中，卫宁平原N02孔组（以N02孔为抽水主孔，G1、G2和G3为观测孔）位于美利纸业速生林基地北部，地貌上属于荒漠区；N14孔组（以N14孔为抽水主孔，O1、O2和O3为观测孔）位于中卫市东侧的黄河冲积平原；N20孔组（以N20孔为抽水主孔，GCO1和GC2为观测孔）位于中宁县石空镇新桥一队，地貌上属于黄河冲积平原。HN1孔组位于石嘴山钢丝绳厂东侧，HN1为抽水主孔，HN1-1为观测孔。各孔组抽水井和观测井相对位置见图0-5和图0-6。N02和N14孔组非稳定流抽水试验开始于2011年12月8日，结束于2011年12月24日，历时17 d; N20孔组非稳定流抽水试验开始于2012年6月16日，结束于2012年6月21日，历时6 d。N02抽水延续时间为190.5 h, N14抽水延续时间为46.5 h, N20抽水延续时间为96 h。HN1孔组试验开始于2013年8月9日，结束于2013年8月14日，历时120 h，其中抽水延续时间101 h，水位恢复19 h。HS1和HS3孔组也进行了非稳定流抽水试验，抽水试验由宁夏石嘴山市基力地质工程有限公司进行有关人员完成。抽水期间同步观测并记录抽水主孔及观测孔的水位、水量、水温、气温变化情况（图0-7和0-8）。抽水设备包括QS40-26型和QS50-25/2型水泵、万用电表、水表。最终成果表明，抽水曲线合理，计算参数准确，质量可信，取得了该地区潜水含水层水文地质参数。

图0-5卫宁平原非稳定流抽水试验孔组钻孔相对位置图

图0-6石嘴山HN1抽水试验孔组相对位置图

图0-7 N02孔组非稳定流抽水试验现场

图0-8 N20孔组非稳定流抽水试验现场

（3）弥散试验 为了研究污染物在含水层中的迁移转化规律，课题组在卫宁平原和银川平原分别进行了三组和一组野外径向收敛流弥散试验（图0-9至图0-14）。N02弥散试验开始于2011年12月17日下午1:00，水位稳定后在G2孔中投入示踪剂150 kg，观测孔采用小功率的水泵（3 m3/h）进行取样，水泵下入深度与主孔水泵下入深度基本一致，取样时间间隔为5 min。主孔在约80 min检测到电导率上升，在270 min时达到峰值。

N14弥散试验开始于2011年12月22日上午10:00，抽水1680 min后开始进行投放示踪剂，投入食盐200 kg，观测孔与主孔均采用水泵取样，两孔下泵深度相同，取样间隔观测孔开始为5 min，主孔为10 min，检测到电导率显著变化后，开始加密观测，观测时间间隔缩短为1 min和2 min。根据氯离子滴定结果，主孔峰值出现在58 min时，观测孔峰值出现在大约56 min时。

N20孔组弥散试验开始于2012年6月19日中午12:22。试验在GC1中投放示踪剂，示踪剂用量为150 kg。野外采用电导率仪测定水样电导率，室内采用滴定法测定所取水样的Cl-浓度。试验采用40 m3/h水泵抽水，水位基本稳定后，在GC1中投入示踪剂。在N20中仅2 min就观测到示踪剂的变化，并在12.5 min达到峰值。室内Cl-测定结果与野外电导率测定结果吻合，试验结果可信，可以用于后续研究。

HN1弥散试验开始于2013年8月13日上午8:22，水位稳定后在HN1-1孔中投入示踪剂150 kg，观测孔采用小功率的水泵（3 m3/h）进行取样，水泵下入深度与主孔水泵下入深度基本一致，取样时间间隔为2 min。测试采用DDB-303A便携式电导率仪，电极常数为0.975，温度为25℃。

图0-9现场配制示踪剂溶液

图0-10弥散试验投放示踪剂

图0-11野外测定电导率

图0-12弥散试验配制示踪剂

图0-13弥散试验投放示踪剂

图0-14野外现场测定电导率

0.5.1.4室内实验

（1）吸附实验 为了分析COD在土壤中的吸附解吸过程，本课题研究共进行了20组COD吸附实验，实验土样采自美利纸业工业园区附近表层土壤。每组吸附实验均进行了吸附动力学和吸附热力学实验。

为了研究重金属在土壤中的迁移转化规律，在石空工业园区附近也采集了7个土样，进行重金属锰的吸附动力学和吸附热力学实验。

此外，为研究重金属Pb的迁移转化规律，在石嘴山河滨工业园区采集4个土壤，进行重金属Pb的吸附动力学和吸附热力学实验。

（2）弥散实验 为了与野外弥散试验成果进行对比，并对其做出适当的补充，进行了6组室内弥散实验。室内弥散实验采用一维沙柱进行实验。室内弥散实验开始于2012年7月，结束于2012年11月，前后持续5个月。

（3）淋渗实验 为研究在雨水淋滤作用下，受污染的表层土壤及矿渣中的有害物质通过包气带进入含水层的过程及程度，本次研究进行了4组淋渗实验。淋渗实验供试土样取自中宁石空工业园区不同地貌单元。实验仪器采用达西实验仪（图0-15）。装填过程中每隔3 cm左右用木桩捣实，土柱下部垫一层碎石（粒径0.4~0.6 cm）。实验确定了包气带对污染物的吸附能力及污染物穿过包气带的穿透时间。

（4）浸出实验 为了查明固体废弃物受雨水淋滤或在水中浸泡时，其中的有害成分转移到水中，对水体环境直接形成的污染或通过地层渗漏对地下水造成的间接影响，在天元锰业渣场附近取土样，进行了3组浸出实验。浸出剂分别采用雨水和自来水分别进行，对浸出剂和浸出液的物理化学指标分别进行了检测，检测的指标包括pH、电导率、一般常量离子、重金属离子、TP和TN等。

照片0-15淋渗实验装置图

（5）降解实验 为了研究造纸废水在与不同类型土壤接触后COD的自然降解规律，吸附实验结束后，课题组实验人员进行了21组降解实验。降解实验土样与吸附实验土样相同。实验时，取50 g干土（取湿土扣除水分）+1 000 ml造纸废水在2 500 ml塑料桶中，使其达到吸附平衡，测定吸附平衡后废水中的COD含量，并记录。此后，每日摇动一次，测一次温度，每隔20天测一次废水中的COD，考察废水中的COD在土壤存在下的自然降解规律。同时采用没有土壤的造纸废水作为对照，对比研究有无土壤情况下，COD降解规律的异同。降解实验开始于2011年9月9日，结束于2012年2月16日，共进行160 d。降解实验可用于求解COD的自然降解系数，为研究COD的降解规律提供依据。

0.5.1.5水土样品采集与分析

结合美利课题和石空课题，水土取样分析分为以下几个阶段进行。首先，为了基本查清研究区的地下水及土壤污染现状，2011年8月4~5日，由宁夏环境监测中心站、长安大学、中冶美利纸业、中卫市环保局、中宁县环保局共同组织人员，进行了第一次水土样品采集工作。样品采集集中在美利纸业氧化塘周边及张裕沟。该次取样共取水样25件，其中地下水样15件，地表水样10件，土样40件，全部样品由宁夏环境监测中心站实验室检测。为了控制区域水质和土质的变化特征，2011年10月11~16日进行了第二次水土样品采集，共取水样35件，其中，地下水样32件，地表水样3件，土样73件，所有水样和土样由宁夏环境监测中心站实验室检测。2012年7月，进行了第三次区域性的系统取样工作，共取水样138件，其中地下水135件，地表水3件，共取土样39件，所有水样和土样由宁夏环境监测中心站实验室负责化验。2012年8月，长安大学又单独组织人员进行了第四次卫宁平原系统取样，共取地下水样113件，黄河水样1件，水样分析工作由长安大学分析化学实验室完成。此外，除了这4次较为系统的取样外，每个施工的钻孔在抽水试验结束后也分别进行了取样，37个钻孔水样由宁夏地矿局实验室分析。

2013年8月在全区取水样344个进行同位素分析，包括雨水2件、黄河水样5件、河流水库水样17件、排水沟水样35件、泉水3件、地下水282件，取样现场测定溶解氧、TDS、温度、pH。同位素测试由中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室完成。

石嘴山河滨工业园区钢丝绳厂取样工作在2013年完成，共取水样10件用于水质检测。水质检测项目包括钾、钠、钙、镁、氯化物、硫酸根、碳酸根、碳酸氢根、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮、总氮、磷酸盐、氟化物、pH、游离CO2、高锰酸盐指数、耗氧量、挥发酚、氰化物、石油类，共21个项目。同时，在钢丝绳厂附近还进行了土样采集工作，共取土样5件，用于土壤重金属检测和吸附试验。

0.5.1.6水环境预警模型

采用WASP建立了黄河干流宁夏段水质模型、清水河水质模型、泾河和渝河水质模型。同时，采用MODFLOW分别建立了卫宁平原、银川地区、石嘴山地区、沙湖地区及典型工业污染源区的地下水流模型，并完成了模型的校正和验证；通过MT3DMS建立了相应的水质模型。依据所建立的地表水、地下水环境预警模型，完成了全区水环境的预警研究。

0.5.2取得的主要成果

（1）研究中综合运用了各类技术手段，包括水文地质钻探、工程测量、野外试验、室内实验、水土分析、同位素分析等，获取了大量宝贵的第一手资料，查清了宁夏地质与水文地质条件、地表水环境条件和地下水环境条件，调查识别了宁夏水环境的主要污染源及污染因子，为后续相关研究奠定了坚实的基础。

（2）进行了宁夏水环境预警研究。基于建立的黄河干流宁夏段、清水河、南部山区河流、沙湖及银川平原、卫宁平原地下水流水质模型，完成了全区地表水（河流、湖泊）及地下水饮用水源地、水环境典型污染源的预警研究，为水环境保护及管理提供了科学依据，为全区水环境监测预警体系全面建设提供了科技支撑。

（3）查明了黄河干流宁夏段的水质变化规律，确定了黄河干流宁夏段各监测断面水量平衡关系。以构建的黄河干流宁夏段水质模型为基础，建立了黄河干流宁夏段水环境预警体系，得到黄河干流宁夏段水质输入-输出响应关系研究，进行了现状情况下、排水沟水质改善情况下、突发污染事故、大柳树水力枢纽工程建设情况下的黄河水质预警研究，以预警研究结果为管理部门提供了决策依据。

（4）基于对清水河和南部山区河流流量、污染源特征分析，分别建立了清水河、泾河、渝河水质模型，对污染源和河流水质的响应关系进行了研究，为实现各流域水质达标管理及水污染防治工作的开展供了理论支撑。

（5）系统全面地研究了沙湖水环境特征及存在的水环境问题，建立了沙湖水环境预警体系，分别对沙湖水位和水质进行了预警研究，确定了沙湖最优补水量，为沙湖水环境、生态环境保护提供了理论支持。

（6）通过对卫宁平原地下水环境进行了全面系统地调查评价，建立了废水灌溉区和高阶地灌溉区水环境预警模型，完成了基于现状及不同工程措施下的水位水质预测与预警研究，为卫宁平原地下水环境保护及地下水合理开发利用提供理论支持。

（7）深入研究了银川地区、石嘴山地区在地下水水源地的水环境变化特征，建立了银川地区、石嘴山地区水环境预警体系，对地下水水源地现状开采条件下、扩大开采条件下的承压水水质进行了预警研究，为保护地下水饮用水源地水质安全、实现承压水资源的可持续开发利用提供了理论支持。

（8）选取石空工业园区为典型污染源，进行了工业园区的水环境污染风险预警研究。在查明研究区水环境条件基础上，进行了警源识别，对地下水中重金属锰进行了不同工程情景的污染源风险预警研究，为区域地下水环境保护提供依据。

（9）基于水环境质量预警研究成果，结合宁夏的基础资料获取情况和水环境监测情况，构建了宁夏水环境监测预警体系框架，以实现地表水、地下水全覆盖的管理模式，以重点河流、重点湖泊、地下水源地保护工作为核心，以水环境污染防控和治理为目标，继续做好集中式饮用水源地监测，完善跨省河流水环境监测预警，实现水质水量和水生态一体化管理。“十三五”期间，全区水环境监测预警体系建设将围绕水环境监测系统、信息传输系统、评价预警系统、应急处理系统、信息发布系统和运行管理系统6个方面开展。

（10）为实现水环境监测的合理性和科学性，进而支持预警决策，对全区水环境监测点（监测断面）进行了优化整合，结合水环境质量预警模型研究成果，应新增黄河干流水质监测断面2个、清水河水质水量监测断面9个，葫芦河水质水量监测断面2个，渝河水质水量监测断面3个，茹河水质水量监测断面2个，沙湖监测点3个，北部平原区潜水水质监测井64眼，承压水水位监测井21眼。