多孔介质中微塑料的环境行为研究进展

微塑料的环境污染问题已成为当前国内外研究的前沿热点之一,近年来土壤和地下水系统中微塑料的环境行为研究得到越来越多的关注.在论述多孔介质中微塑料来源和危害的基础上,聚焦国内外学者在微塑料环境行为方面的研究,综合评述了微塑料稳定性及其在多孔介质中运移行为的最新进展,重点介绍了物理、化学和生物三方面因素的影响及作用机制.从微塑料对其他污染物之间的吸附/解吸作用以及共运移行为两个方面汇总分析了微塑料和其他污染物间相互作用的最新研究进展.今后需要在不同类型微塑料、多因素耦合效应以及微塑料与微生物之间的相互作用等方面进一步深入研究,以期系统掌握多孔介质中微塑料的运移行为及作用机制.     

地下水中污染物迁移参数的空间变异性及其评价方法

考虑了地下水中污染物迁移参数的空间变异性,分析了污染物迁移参数空间变化的结构性与随机性特征,阐述了分析、评价污染物迁移参数空间变异性的区域化变量理论和方法。      

饱和多孔介质中胶体运移模拟方法研究进展

阐述了国内外针对胶体在饱和多孔介质中运移模拟方法的研究进展：胶体在多孔介质中由于对流和弥散作用发生运移,而由于表面沉积和筛滤作用滞留在多孔介质中,通常采用含有滞留项的对流弥散方程对胶体的运移行为进行宏观描述,并通过拟合得到胶体运移和滞留的宏观参数,但是对流弥散方程是对试验曲线的宏观描述,无法解释其背后的微观机理;胶体的运移和滞留作用由胶体的微观受力决定,包括胶体在水中的布朗运动和有效重力,胶体-胶体/胶体-固相表面之间的相互作用以及流场作用在胶体上的力3个部分;为了实现从微观受力到宏观参数的升尺度计算,研究者们提出了胶体过滤理论及其后续的修正方法对沉积速率等宏观参数进行预测,然而现有方法通常基于简化的流场,忽略了多孔介质复杂孔隙结构和表面特性的影响;孔隙结构模型是多孔介质孔隙结构的简化模型,基于该模型能够从胶体在多孔介质中的微观力学分析出发,预测胶体的宏观运移行为,然而已有研究中尚未全面的考虑胶体在多孔介质中运移和滞留的多种作用.本文总结了该领域待解决的问题,包括建立考虑微观机理的对流弥散方程,发展考虑多孔介质孔隙结构的胶体过滤理论以及完善基于孔隙结构模型的胶体运移模拟方法.     

离子强度对蒙脱石胶体在饱和多孔介质中运移与释放的影响

胶体在介质中的沉积和释放过程直接影响污染物的迁移和固定能力,本文以蒙脱石胶体作为主要实验材料,通过室内模拟实验,研究了不同离子强度条件下,蒙脱石胶体在多孔介质中的迁移和释放规律.结果表明:溶液离子强度的变化,会强烈影响蒙脱石胶体的运移及释放过程,随着溶液离子强度的增加,胶体在多孔介质中的沉积量增大,而当降低溶液的离子强度,又会使沉积在多孔介质中的胶体得以释放,并且离子强度改变次数越多,胶体的释放总量越大.     

有机质胶体对卡马西平在多孔介质中迁移影响模拟实验

有机质胶体与有机污染物的相互作用会影响污染物在多孔介质中迁移转化等环境行为.为研究有机质胶体对药物和个人护理品(PPCPs)在土壤环境中迁移的影响,本实验以卡马西平(CBZ)为目标污染物,用商用腐殖酸制备有机质胶体,分别选择石英砂、标准土和野外所取土样为研究介质,通过室内土柱模拟实验探究有机质胶体存在时污染物在多孔介质中的迁移行为.结果表明,描述一维溶质运移的两点化学非平衡模型能够较好模拟CBZ在各介质土中的运移过程,说明污染物运移过程中与介质间发生了化学非平衡吸附作用;石英砂柱中加入胶体后,对CBZ的吸附过程无明显影响,但在解吸时阻滞因子及滞留量变小,可见胶体与石英砂间作用微弱,解吸过程中胶体与污染物结合形成复合体后对污染物有增溶作用;胶体存在时,标准土和自然土对CBZ的吸附量和迁移阻滞强度均明显大于石英砂,其中有机质及黏土矿物的作用最为明显,有机质中的低能/高能吸附位点以及黏土矿物极性表面均能够固定污染物;由于有机质含量较高,自然土对CBZ在吸附-解吸过程中的阻滞截留强度大于标准土.针对本实验中CBZ的迁移情况,提出了疏水性有机污染物在含有机质胶体土壤中的迁移过程中各种作用的概念模型.     

地下水溶质反常运移的分数阶对流扩散模型研究进展

地下水溶质在非均质多孔介质中的扩散过程并不总是遵循Fick定律,因此称为反常扩散或反常运移,其本质上是非马尔可夫非局域性过程.分数阶对流扩散模型可以对含水层中溶质的这种运移进行充分而准确的描述.本文在阐明多孔介质溶质反常运移基本问题及其动力学机理基础上,综述了三类分数阶对流扩散模型,即空间分数阶对流扩散模型、时间分数阶对流扩散模型和分布式分数阶对流扩散模型,并详细讨论了分数阶对流扩散模型在地下水溶质反常运移领域的应用前景和挑战.     

水环境模拟中多孔介质非均质性空间变异最优估计模型

在生产实践中,经常要求对含水介质渗透性参数的空间分布数值作出可靠的估计.如何利用已知数据对指定点处的渗透性参数作出令人满意的估计,历来是水文地质工作者和应用数学工作者都关心的问题.文章应用能够刻画区域化变量随机性与结构性特征的地质统计学的理论和方法对能够反映多孔介质非均质特性的参数进行了分析,通过分析结果得出了参数空间变异性局部最优估计模型--普通克里格法.     

填埋场释放气体运移数值模型

以多孔介质流体动力学理论为基础,在考虑填埋场内气体压力变化较小、相应气体密度变化小的情况下建立了填埋场释放气体运移数值模型。该模型具有适用范围广的特点,如边界形状任意、介质性质空间变化。模型中考虑了填埋场中介质含水量变化对气体运移的影响。通过与简单条例上所得解析解的对比分析了本数值模型的精度的可靠性。从而可为填埋场释放气体的环境影响预测和评价及控制系统的设计、管理提供依据。     

不同环境因子对黑土胶体在饱和多孔介质中运移特性的影响

为评价不同环境条件下黑土胶体在地下水多孔介质中的运移,采用离心法对采自于黑龙江海伦黑土样品中的胶体颗粒进行提取. 通过胶体在石英砂填充柱中的淋溶试验研究了pH、离子强度和溶解性有机质等环境因子对胶体在多孔介质中运移特性的影响. 结果表明:当pH在4～9的范围内变化时,MR(回收率)和k(沉积速率系数)没有发生显著变化,即其对胶体运移能力影响不显著. 随着离子强度从0.001 mmol/L升至1 mmol/L,黑土胶体穿透曲线MR降低,k值升高,说明高无机离子强度使胶体易于沉积在石英砂表面,运移能力降低. 当溶液中含有溶解性有机质HA(胡敏酸)和FA(富里酸)时,MR降低,k值增加,表明胶体运移能力受到抑制,并且FA对胶体颗粒运移的抑制作用比HA强. 溶液离子强度、HA和FA含量对黑土胶体在饱和多孔介质中的运移过程影响较大,是影响地下水中胶体运移过程的关键环境因子.      

二维砂箱溶质示踪实验的图像分析法

有色示踪剂在砂箱溶质运移实验中有着广泛的应用,因此,本文介绍了一种通过对数字图像进行分析以确定多孔介质中有色示踪剂浓度分布的方法.在实验过程中,通过建立有色示踪剂浓度与图像颜色要素之间的定量关系,从而能够利用数字图像迅速确定某一时刻砂箱内部的示踪剂浓度分布.结果发现,与传统定点采样方法相比,图像分析法可以达到更高的空间和时间分辨率,从而观察到有可能被忽视的重要溶质运移过程,能够为地下水溶质运移实验研究提供了一种经济实用和高空间分辨率的数据采集手段.但由于色彩空间变化范围的限制,图像分析法只能在一定溶质浓度范围内适用.     

某大型焦化企业污染场地中多环芳烃空间分布的分异性特征

以我国某大型焦化企业污染场地为研究对象,应用非参数地统计学中指示克里格方法对场地中0～50 cm深度土壤的多环芳烃（PAHs）空间分布进行污染概率分析,并绘制在设定阈值条件下的概率分布图.结果表明,对采样样点数据进行指示转换后,可获取较为稳健的指示半变异函数,但由于样本的空间变异原因,导致样本间空间相关性差;所研究的4种PAHs污染概率在空间分布上具有相似性,概率超过45%的区域主要分布于炼焦、煤气净化、焦油化产品回收等生产工艺的车间中,位于厂区的中部及西北和东南,污染较为严重;概率〈45%的区域主要分布在备煤和煤气净化等生产工艺车间,位于厂区西南和东北区域.污染概率预测结果与该场地污染源的产生和分布状况相一致.研究结果对后续的污染场地修复治理范围确定和土方量估算提供了重要参考。     

长三角典型区土壤重金属有效态的协同区域化分析、空间相关分析与空间主成分分析

以昆山市为典型区,采集了126个表层土壤样品,通过多元统计学、地统计学与GIS技术相结合,采用基于协同区域化理论的因子克立格法探讨了长三角多个土壤重金属有效态的区域分异,并在剖析不同空间尺度有效态重金属的空间结构特征基础上,应用空间相关分析和空间主成分分析来揭示引起这种分布格局的成因和污染来源,结果表明,昆山土壤有效态重金属服从正态或对数正态分布,变异系数较大,有效态Cd污染最重.重金属有效态在空间上可划分为块金尺度、小空间尺度（15 km左右）和大空间尺度（40 km左右）,它可用3个尺度的实验（交叉）变异函数的协同区域化模型线性拟合.空间相关分析中,Cd和Zn在3个尺度中的相关性均极显著,且元素在小尺度和大尺度的相关性比块金尺度更强,大尺度的负相关特征较其它尺度明显.空间主成分分析表明,不同尺度的空间污染来源不同.重金属有效态第一、二主成分的空间分布格局结果表明重金属有效态含量与工业活动、污水灌溉和土壤性质密切相关.     

扎龙湿地水体N,P营养物质空间异质性研究

在2003年夏季采集了扎龙湿地地表水样,结合GIS技术及地统计学原理,分析了TN,NH₄+-N,TP及PO₄3-在湿地水体中的空间变异特征.通过半方差函数分析发现,TN,NH₄+-N,TP及PO₄3-均受到结构性因素的影响,具有较小的块金值和较高的空间结构比例,表现出一定空间相关性变异特征,同时分形特征表明了其空间变异复杂性较低.应用普通克里格插值法绘制的含量分布图,反映出TN,NH₄+-N,TP及PO₄3-具有一致的空间分布趋势,其与采样区水位变化显著的空间负相关性说明了水位空间变化是影响湿地N,P营养物质空间分异的结构性因素.      

微生物在多孔介质中环境行为研究

多孔介质中的致病细菌及病毒等病原微生物迁移研究对保护饮用水资源具有重要意义.在归纳总结国内外已有研究资料的基础上,对微生物在多孔介质中迁移行为进行了分析.研究表明病原微生物作为生物胶体的一种,在迁移过程中受多种迁移机制共同作用.除常见水动力条件和水化学条件外,微生物在迁移过程中还受自身性质,介质颗粒及环境因素的影响.在此基础上,分别讨论了微生物在饱和多孔介质与非饱和多孔介质中的迁移行为,并对近年来研究热点及进展进行了简要概括.目前微生物在地下水中迁移研究日益丰富,但由于地下环境复杂性,微生物的易变异性,对于地下水系统中微生物造成的污染去除修复还需进一步探讨.     

山东淄博玉米产区土壤砷含量空间变异研究

采用地统计及地理信息(GIS)技术研究了山东省淄博玉米产区土壤砷含量空间变异性及其分布特点.淄博玉米产区土壤砷监测数据呈正偏态分布,为实现数据集正态化及降低偏大值对预测结果的影响,对原始数据集进行了自然对数变换.结果表明,变换后数据集的经验半变异函数存在明显各向异性,在北偏东70°方向上变异性最弱.应用指数模型拟合经验半变异函数,采用普通克里格法预测砷元素的空间分布状况.研究表明,本区域土壤砷含量存在明显的空间异质性,污水灌溉是引起土壤砷元素空间变异最主要的因素,监测区内土壤As元素含量存在实际“亏损”状况.     

地质统计学在水环境研究中的应用

污染物迁移参数的空间变异性是当前水环境领域的研究热点之一,而地质统计学在这方面的研究,有着很好的应用前景。简单叙述了地质统计学的理论及方法,并介绍了其在水环境研究中的最新应用,基于这些应用的案例,对地质统计学在水环境研究中的应用现状进行了分析与评价。     

耕地质量监测中合理样本量配置及不确定性分析——以陕西省宝鸡市为例

耕地质量监测样本量的优化配置对降低成本,实现可持续土地资源监测与利用有重要指导价值。以陕西省宝鸡市为例,采用2018年耕地质量监测数据,运用传统统计学和地统计学方法,探讨耕地质量监测中土壤监测指标的合理样本量及不确定性。研究表明：样本变异性大小与样本量的关系并不是绝对的。样本代表性评价方法和地统计学方法较Cochran方法能有效降低样本的不确定性;样本代表性评价法适用性更广,但研究结果缺乏稳定性;地统计学方法的适用性存在局限性,可降低中等变异性指标的不确定性,但对低、高变异性指标适用性较低。中等变异性指标宜采用地统计学方法确定合理样本量;低、高变异性指标宜采用代表性评价方法确定合理样本量。     

北京市顺义区浅层土壤硝态氮的空间变异特征分析

顺义是北京市的主要水源地和农业生产基地,研究氮素在顺义区土壤中的分布累积及空间变异情况,对于了解顺义区的土壤潜在污染,指导农业生产,预防面源污染等具有重要作用.因此,本研究应用传统统计学方法和基于GIS的地统计学法研究了顺义区不同地点各土层土壤中硝态氮的空间分布特征.结果发现,地统计分析过程中,在考虑各向异性和趋势效应的情况下,各土层土壤硝态氮含量均具有空间相关性,理论变异模型主要为球状模型和指数模型.同时,选用普通Kriging插值法得到了各土层土壤硝态氮的空间分布图,并对其空间分布特征进行了分析.结果表明,研究区不同土层硝态氮空间分布状况各异,潮白河东部土壤硝态氮含量高于潮白河西部.     

地统计学在太湖水质研究中的应用

在采样数据的基础上，应用地统计学的理论与方法，尝试研究太湖水质参数空间的分布特性。结果显示，太湖水质量参数的空间结构变异性是客观存在的，各水质参数都具有块金效应，对太湖参数进行克立格插值。并进行污染水平分类，可以提供更为直观的环境信息，研究结果对太湖的水环境有一定的参考价值。