1.4 实物工作量

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，石空课题也于不久前结题。这两项课题的完成，为本课题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、野外抽水实验和弥散实验、野外渗水实验、水土采样分析、室内降解实验、吸附实验、盆栽实验、弥散实验、淋渗实验、浸出实验、室内资料分析整理、图件绘制及报告编写等。详细实物工作量见表1-1。

1.4.1 水文地质调查及水位统测

2012年4月12~24日，课题组进行了第一次野外调查，野外调查采用1∶10万地形图，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、钻探及实验等工作奠定了坚实的基础。

1.4.2 水文地质钻探

按照《实施方案》，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1-1。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，其中，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，其中，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实验和野外弥散实验。钻孔基本情况见表1-2。

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，环保厅组织专家于2011年10月10日和2012年4月7日分别对钻探取芯工作进行了阶段验收，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（图1-2、图1-3）。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。

1.4.3 野外实验

1.4.3.1 渗水实验

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日在美利纸业速生林区及冲积平原区共进行了20组双环渗水实验（图1-4）。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组渗水实验。渗水实验内环直径25 cm，外环直径50 cm，环高25 cm。

1.4.3.2 非稳定流抽水实验

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，进行了三组非稳定流抽水实验。其中，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。各孔组抽水井和观测井相对位置见图1-5。N02和N14孔组非稳定流抽水实验开始于2011年12月8日，结束于2011年12月24日，历时17天；N20孔组非稳定流抽水实验开始于2012年6月16日，结束于2012年6月21日，历时6天。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。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。抽水设备包括QS40-26型和QS50-25/2型水泵、万用电表、水表（图1-6和1-7）。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。

1.4.3.3 弥散实验

为了研究污染物在含水层中的迁移转化规律，课题组进行了三组野外径向收敛流弥散实验（图1-8至图1-10），实验地点与非稳定流抽水实验相同。N02弥散实验开始于2011年12月17日13：00，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弥散实验开始于2011年12月22日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孔组弥散实验开始于2012年6月19日12：22。实验在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。实验采用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，实验结果可信，可以用于后续研究。

1.4.4 室内实验

1.4.4.1 吸附实验

为了分析COD（化学需氧量）在土壤中的吸附解吸过程，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。

此外，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。

1.4.4.2 弥散实验

为了与野外弥散实验成果进行对比，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。

1.4.4.3 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1-11）。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。

1.4.4.4 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。

1.4.4.5 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）+1000 mL造纸废水在2500 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天。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。

1.4.4.6 发芽与盆栽实验

为了研究造纸废水对植物种子发芽率的影响，课题组于2011年10月25日~11月3日进行了室内发芽实验。发芽实验选用小麦种子，在培养皿中进行，分别采用清水、造纸废水、造纸废水与清水1∶2的混合水进行浇灌，室温保持在14℃~15℃。发芽实验进行了3组，每组分别进行了3个平行对照实验（图1-12、图1-13），每个培养皿中放置20粒小麦种子，每天记录种子发芽情况。

为了研究废水灌溉对植物长势的影响，课题组于2011年10月26日开始进行盆栽实验。盆栽实验土样取自不同灌溉年限的速生林基地，过100目筛。有土盆栽实验一共进行了16组，每组包括3盆，每盆包括10棵小麦幼苗，分别采用清水、废水和混合水灌溉。实验期间每隔一定时间测定小麦幼苗的生长情况。2012年1月5日结束后，截取土层上部的小麦叶部，并将根部从土壤中筛选出来，分别晾干、称重、记录。

为了与有土盆栽进行对照，消除土壤本身对植物生长的影响，本次研究还专门进行了无土盆栽实验。无土栽培开始于2011年11月30日，于2012年1月2日结束，历时34天。无土盆栽实验共进行了3组，每组3个平行对照实验，每隔一定时间测定并记录小麦幼苗的生长情况。小麦生长情况见图1-14。

1.4.5 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，除了这四次较为系统的取样外，每个施工的钻孔在抽水实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。

1.4.6 地下水流与水质模型

根据《实施方案》，通过MODFLOW建立了卫宁平原地下水流模型，并通过两次水位统测完成了模型的校正和验证。在此基础上，通过MTDMS建立了卫宁平原地下水水质模型，并以高锰酸盐指数为主要污染物，进行了污染物浓度的预测。此外，根据研究区不同需要，通过MODFLOW分别建立了美利纸业工业园区、中宁石空工业园区、南山台子地区子模型，并根据各研究区不同污染物及污染源，分别建立了不同的地下水质模型，对未来不同条件下的地下水水质进行了预测。美利纸业工业园区模型主要考虑的是美利纸业造纸废水灌溉所引起的地下水高锰酸盐指数升高，中宁石空工业园区模型主要考虑的是天元锰业生产所带来的地下水锰污染，南山台子子模型主要针对南山台子地区引水灌溉所带来的地下水位上升和土壤盐渍化问题进行研究。

1.4.7 图件绘制与报告编写

野外工作全部结束后，研究工作转入室内研究阶段。课题组针对《实施方案》要求，进行图件绘制和报告编写工作，共绘制1∶10万专题研究图件20幅，包括区域水文地质略图（附剖面图）、潜水埋深分区图、潜水等水位线图、地下水资源开发利用现状图、重要污染源分布图、地下水污染现状图等，完成研究报告一份，基本顺利地完成了《实施方案》中提出的研究工作。