地下水人工补给是解决地下水资源不足、改善水环境和缓解地下水过度开发引起的环境地质问题的重要途径,而水质安全则是地下水人工补给过程中需要关注的关键问题。由于补给水源与地下水之间的水化学组成、环境条件和有机质组成条件具有显著差异,导致河床补给和井灌补给过程地下水中氮铁锰组分将会发生一系列复杂的生物地球化学作用,进而引起地下水质变化。然而,目前对河床和井灌补给引起地下水氮铁锰迁移转化过程及有机质组成变化特征对氮铁锰迁移转化的影响机制尚不完全清楚。基于此,论文以雄安新区起步区所在的容城漏斗区为研究区,通过室内模拟实验、野外原位观测试验和数值模拟等技术方法,分析研究区地下水人工补给条件,识别河床补给和井灌补给过程地下水中氮铁锰组分迁移转化过程及其与有机质组成的关系,预测不同人工补给方案下地下水中氮铁锰组分的演化趋势。论文研究成果对于探究人工补给条件下地下水中氮铁锰演化规律,及其与有机质组成的相互响应关系,保障雄安新区地下水人工补给的水质安全等具有重要的理论意义和实际意义。通过本论文研究,主要获得以下结论和认识:(1)研究区地下水人工补给条件良好。研究区河道生态补水工程(南水北调中线引水-南拒马河-白沟引河)的开展使得南拒马河和白沟引河可以为研究区提供稳定的补给水源;南拒马河和白沟引河河床入渗能力较强;含水层也具有良好的储水空间,导水性也较强,含水层调蓄库容高达0.906亿m~3,导水系数在120~1000 m~2/d之间。沿着研究区河道生态补水线路方向,河水中氮铁锰组分含量逐渐升高,在河水入渗补给地下水的过程中,会给地下水带来氮铁锰污染风险。(2)河床沉积物、包气带和含水层介质中离子交换态氮、强氧化剂可提取态氮、离子交换态铁锰和铁锰氧化物结合态铁锰的地球化学活性较强,在人工补给过程中极易释放进入地下水中。微生物源类腐殖质组分、陆源类腐殖质组分和类蛋白质组分是河床沉积物、包气带和含水层介质中主要的有机质组分。(3)河床补给地下水过程中NH₄⁺主要发生硝化作用和吸附作用,NO₃^-主要发生反硝化作用和淋滤作用,Fe²⁺主要发生铁锰氧化物结合态铁的还原溶解作用,Mn²⁺主要发生吸附作用、氧化沉淀作用和铁锰氧化物结合态锰的还原溶解作用。其中,有机质中类蛋白质组分广泛参与氮的反硝化作用,而类腐殖质则主要参与铁锰氧化物结合态铁锰的还原溶解作用。(4)除了物理混合作用外,井灌补给地下水过程中0.124 mmol/L和0.013mmol/L的NH₄⁺分别发生硝化作用和吸附作用、0.174 mmol/L和0.291 mmol/L的NO₃^-发生反硝化作用和淋滤作用、0.303 mmol/L的赤铁矿和0.022 mmol/L的软锰矿的还原溶解作用等。类蛋白质组分是回灌过程中有氧呼吸作用和反硝化作用中主要参与反应的有机质,类腐殖质组分具有显著增强铁锰矿物还原溶解的能力。(5)基于研究区未来引/调水规划、不同降水保证率、地下水压采政策及野外井灌试验,设计了不同的河床补给方案和井灌补给方案。在上述人工补给方案下,至2035年漏斗中心处地下水位可回升10~20 m。除了局部受河流混合作用、包气带介质硝酸盐淋滤作用和铁锰矿物还原溶解作用导致地下水中氮铁锰浓度升高外,区域地下水水质总体朝着好转的趋势演化。