雅鲁藏布江流域水化学时空变化及其控制因素

为研究雅鲁藏布江全流域水化学特征及其控制因素,2016年先后采集雅鲁藏布江干流及其支流丰、平、枯三个水期水样212个,综合运用数理统计、Piper三线图、Gibbs模型和离子比等方法,分析了全流域河水的水文地球化学特征,并探讨了流域的水化学演化规律.结果表明,河水中阳离子均以Ca²⁺、Na⁺和Mg²⁺为主;阴离子以HCO₃^-和SO₄^2-为主;TDS平均值为204.51mg/L,矿化度较低;水化学类型以HCO₃·SO₄（SO₄·HCO₃）-Ca·Mg（Mg·Ca）型水为主;雅鲁藏布江主干河流内的主要离子含量变化存在波动且季节性变化显著.空间上,河水中绝大多数离子遵循着先增大后减少的趋势;水化学样品均分布在Gibbs模型左中部,说明该流域水化学离子组成受岩石风化作用控制;主成分分析及相关分析表明雅鲁藏布江流域水化学组分受人为影响作用控制,方解石、白云岩的风化及硫酸溶解也起到非常重要的作用.流域三个水期的重金属元素的含量绝大多数能满足地表水I类水体的要求.     

雅鲁藏布江上游夏季水化学特征及来源解析

为探究雅鲁藏布江上游干支流的无机水化学特征,于2020年8月在雅鲁藏布江上游河源和河流段采集干支流水样,分析了水体主要离子的化学组成和空间变化规律,并对离子来源进行了解析.结果表明,雅鲁藏布江上游干支流水体中的阴离子以HCO₃^-、SO₄^2-为主,分别占阴离子总量的71.11%、23.16%;优势阳离子为Ca²⁺、Na⁺,分别占阳离子总量的47.90%、34.76%;总溶解性固体变化范围为43.5~187.3mg/L,平均值为116.4mg/L,水体矿化度较低.干支流的水化学类型整体上以HCO₃·SO₄-Ca·Na型为主,其中河源段杰玛央宗曲和库比曲水化学类型为HCO₃-Ca·Na型;从上游向下,干流HCO₃^-、SO₄^2-、Ca²⁺等主要离子浓度的沿程变化较为剧烈,主要受冰川融水和支流汇入的影响.雅鲁藏布江上游干支流水化学特征主要受岩石风化作用控制,主要离子来源于碳酸盐岩及硅酸盐岩风化,蒸发岩（硫酸盐）溶解也起到一定作用,而受人为因素的干扰较小.     

巴尔喀什湖流域水化学和同位素空间分布及环境特征

巴尔喀什湖位于哈萨克斯坦境内,是世界上最大的湖泊之一.伊犁河是巴尔喀什湖的主要补给河流,也是中哈两国重要的跨境河流.通过数理统计、Piper三线图、Gibbs模型和主成分分析(PCA)等方法,对巴尔喀什湖流域不同水体的化学参数和氢氧稳定同位素(δD和δ~(18)O)进行分析,初步研究了该区域水化学类型和同位素空间分布特征,探讨了其形成原因和环境意义.结果表明,不同水体的水化学类型不同,湖泊水体的主要化学类型为SO_4-Na和Cl-Na,入湖河流的水化学类型为HCO_3-Ca型,其中伊犁河水化学类型从上游到下游由重碳酸盐型过渡到硫酸化物型、氯化物型; Gibbs图显示湖泊水体离子组成位于蒸发作用区,河流水体离子组成位于蒸发作用和岩石风化作用之间,伊犁河从上游到下游向蒸发控制带偏移,反映了上游河水受降水、冰雪融水的补给影响较大,而下游水体受蒸发作用影响较大;此外,PCA分析指示人类活动对湖泊、伊犁河中下游和其他入湖河流水化学的影响.湖泊和河流水体的氢氧同位素组成变化差异较大,湖泊水体氢氧同位素偏正,位于全球大气降水线和哈萨克斯坦地区蒸发线之间,氘盈余小于全球降水线,反映了较强的蒸发作用导致湖水同位素富集;河流水体的氢氧同位素位于全球降水线附近,河流水体的氢氧同位素关系方程的斜率(伊犁河:5. 7,其他入湖河流:3. 1)均低于全球降水线(8),表明降水和蒸发过程影响河流水体同位素组成.湖泊水体化学参数和同位素显著相关,尤其是东部水体,表明强烈的蒸发作用同时导致水体同位素的富集和水化学离子的浓缩.     

祁连山东端地表及地下水水化学时空变化特征

于2016~2017年5~9月采集祁连山东端（乌鞘岭、古浪、天祝）的地表水和地下水样品进行水化学分析,综合运用统计分析、Piper三线图、Gibbs图以及离子比值等方法探究了祁连山东端地表水和地下水主要离子组成特征、来源以及时空变化.结果表明,祁连山东端地表水和地下水化学组成中优势阳离子为Ca²⁺和Na⁺,Ca²⁺的平均浓度为76.897mg/L,占比73.89%;Na⁺的浓度为16.592mg/L,占比15.94%.优势阴离子为HCO₃^-和SO₄^2-,HCO₃^-浓度190.117mg/L,占比68.71%;其次是SO₄^2-,平均值为67.565mg/L,占比为24.42%.乌鞘岭河水、地下水,天祝河水、地下水的水化学类型为HCO₃^--Ca²⁺型,古浪河水、地下水水化学类型为HCO₃^--Ca²⁺-Mg²⁺型,处于水化学易变区.不同水体离子来源于岩石风化,主要受碳酸盐与硅酸盐风化溶解共同作用控制,人类活动在一定程度上贡献了水体的离子来源.不同水体主要离子浓度的时间变化特征各不相同,整体上大部分水体的离子浓度随时间变化不明显,总体趋势较平缓.     

长江源区主要河流水化学特征、主要离子来源

通过开展水环境调查并结合历史数据,分析了长江源区主要河流水体主要离子分布特征,揭示了长江源区主要河流水化学类型及其主要控制因子,阐明了长江源区主要主要离子来源,同时评价了长江源区主要河流水体的适用性.结果表明,长江源区河流水体主要阳离子的平均含量高低依次为：Na⁺>Ca²⁺>Mg²⁺>K⁺,其中Na⁺和Ca²⁺的平均含量分别占总阳离子含量的65.9%及18.8%.主要阴离子的平均含量高低顺序依次为：Cl^->HCO₃^->SO₄^2->NO₃^-,其中Cl^-和HCO₃^-的平均含量分别占总阴离子含量的47.6%及32.9%.长江源区主要河流水化学类型为Na-Cl、Ca-HCO₃和Ca-SO₄.水化学特征主要受蒸发结晶和岩石风化作用控制,主要离子来源于岩石风化.不同河流水化学特征存在一定差异,其中当曲水化学类型主要为Ca-HCO₃和Ca-SO₄,主要受岩石风化控制,主要离子来源于碳酸盐溶解.沱沱河和楚玛尔河水化学类型主要为Na-Cl,主要受蒸发结晶控制,主要离子来源于蒸发岩的溶解.通天河主要水化学类型为Na-Cl和Ca-HCO₃,主要受岩石风化和蒸发结晶控制,主要离子来源于蒸发岩、碳酸盐和硅酸盐的溶解.长江源区河流水体硬度相对较高,当曲水质宜用于灌溉,但是沱沱河和楚玛尔河及通天河水质建议慎用于灌溉,且不宜直接饮用.研究成果以期为长江源区水资源保护与利用提供基础支撑.     

高原湖泊溶解甲烷浓度空间异质性研究—以阳宗海秋季为例

以西南典型高原湖泊阳宗海为研究对象,于2020年11月应用新型快速水-气平衡装置（FaRAGE）及便携式温室气体分析仪,开展了表层水体和垂向剖面溶解CH₄浓度的高分辨率监测,揭示了溶解CH₄浓度空间分布特征及影响因素.结果表明,阳宗海表层水体溶解CH₄浓度为0.02~0.97μmol/L,表现为大气甲烷的源.空间上呈现出南北高、中部低的分布特征,与水生植物分布、入湖河流输出和水深等因素密切相关.湖泊不同区域垂向剖面溶解CH₄浓度分布较为一致,湖心区CH₄氧化消耗最为明显.自展分析表明,基于少量样点监测的CH₄排放估算具有较大不确定性,准确估算阳宗海CH₄扩散通量所需最小采样点数量约为3.7个/km²,高空间分辨率的监测对于湖库碳排放的准确估计十分必要.     

藏东多曲河流域锶富集水化学特征及控制因素

分析高原河流地表水中锶(Sr)富集的水化学特征及其影响因素,有助于指导水资源的合理开发利用和生态环境保护.以金沙江多曲河流域地表水为例,采集地表水样品23组,综合利用相关分析、主成分分析、Gibbs模型和离子比等方法,分析该区地表水中Sr²⁺富集的水化学特征及控制因素,识别主要离子的物质来源.结果表明,多曲河流域地表水阳离子主要以Ca²⁺和Mg²⁺为主,阴离子以HCO₃^-为主.该流域水化学类型以HCO₃-Ca型为主,其次为HCO₃-Ca·Mg型.主成分分析揭示了影响多曲河水质演化的3个主成分因子,碳酸盐岩风化溶解是控制多曲河水化学组成的主要因素.ρ(Sr²⁺)超过0.40 mg·L^-1的富Sr水点占样品总量的30.43%.区内分布的闪长岩及花岗岩为多曲河流域Sr²⁺富集提供了物质基础.Sr²⁺与Ca²⁺相关性较高,二者存在伴生...     

基于氮氧同位素的南四湖硝酸盐来源解析

选取南水北调东线受水湖南四湖为研究对象,运用δ¹⁵N-NO₃^-、δ¹⁸O-NO₃^-同位素示踪技术和水化学分析方法,阐明了研究区水化学及不同形态氮分布特征,揭示了氮的转化过程,分析了硝酸盐来源,基于MixSIAR模型,对研究区水体中各硝酸盐来源贡献比例进行了定量识别.结果表明:南四湖无明显温跃层,水体呈碱性,水化学类型以SO₄^2--Na⁺型为主.下级湖中的氮以硝态氮为主,随着水体自净及沉积物吸附,浓度逐渐降低,入湖河流污染特征与湖水一致.研究区湖水硝酸盐形成过程以硝化作用为主,水体中的硝酸盐来源生活污水>土壤有机氮>合成化肥>大气沉降,基于MixSIAR源解析模型分析,贡献比例分别为51.3%、23.7%、16.4%、8.5%.     

2010年洱海全湖氮负荷时空分布特征

为探讨不同来源的氮负荷对洱海水体富营养化的贡献,对洱海入湖河流、干湿沉降和沉积物内源等来源的氮的负荷、形态及其时空变化特征进行了研究. 结果表明:与2008年相比,2010年洱海入湖TN负荷下降了28%. 入湖河流是TN负荷的主要来源,占总入湖负荷的37%;入湖河流TN负荷与ρ(TN)、ρ(Chla)呈极显著正相关;入湖河流TN负荷以NO₃--N为主,占39%. 入湖河流氮负荷季节性变化明显,7月最高;区域性差异较大,北部3条河流是主要来源,其中弥苴河入湖TN负荷占入湖河流TN负荷的57%. 沉积物内源TN负荷占总入湖负荷的29%,NH₄+-N负荷占内源TN负荷的98%,并且与水体ρ(Chla)呈显著正相关. 沉积物中TN和NO₃--N扩散通量北部湖区最高,NH₄+-N扩散通量南部湖区最高;TN扩散通量9月最高、12月最低. 干湿沉降入湖TN负荷以NH₄+-N为主,季节性变化明显,6月最高. 控制洱海外源入湖氮负荷,应以雨季之初为关键时期,以弥苴河及其流域为重点区域,兼顾坝区农业种植结构调控,同时应加强湖泊水体生态修复,控制内源释放.      

基于水化学和氢氧同位素的泰安城区岩溶地下水补给来源及演化过程

泰安市城区岩溶地下水较丰富,是重要的地下水供水水源地.基于泰安城区岩溶水和地表水的水化学和氢氧同位素(δD、δ¹⁸O和³H)特征,结合Gibbs图解、主要离子比值,揭示岩溶地下水补给来源、补给年代、循环更新能力及主要的水-岩作用演化过程.结果表明,区内岩溶地下水阳离子以Ca²⁺和Na⁺为主,阴离子以HCO₃^-和SO₄^2-为主,K⁺、NO₃^-、Cl^-、Na⁺和SO₄^2-的变异系数较大,空间差异性较强,Ca²⁺和HCO₃^-的含量较稳定.水化学类型复杂多变,主要为HCO₃·SO₄-Ca型、HCO₃·Cl-Ca型和HCO₃     

白洋淀流域地表水化学特征及控制因素

为探究半干旱区地表水化学特征及物质来源,以白洋淀流域为研究对象,利用Piper三线图和Gibbs水岩模型,对地表水的主要离子组成特征及其来源进行分析。结果表明:白洋淀流域地表水pH为7.56~8.23时,呈弱碱性,且溶解性总固体（TDS,100~650 mg/L）在流域的不同空间区域表现为淀区 > 下游 > 上游。白洋淀流域地表水阳离子以Na+和Ca2+为主,离子总量占比76.60%;阴离子以HCO₃-为主,约占阴离子总量61.52%。地表水的水化学类型为HCO₃-Ca型（上游水体）和HCO₃·SO₄·Cl-Na·Ca型（下游河流和淀区）。白洋淀水文地球化学过程受到人类活动和自然作用的双重控制;自然作用下,白洋淀流域地表水中的离子来源于岩石风化（碳酸盐岩及硅酸盐岩的风化溶解）,同时受到蒸发-结晶作用影响。     

巴松措表层沉积物中腐殖酸与富里酸的特性

采用紫外吸收光谱和GC-MS扫描解析,对西藏东南部湖泊巴松措表层沉积物中的腐殖酸和富里酸特性进行研究.结果表明,巴松措表层沉积物中腐殖酸和富里酸的紫外吸光度在200~400nm间较400~800nm间明显增加,富里酸在270nm附近出现弱而钝的双肩吸收,表明其中存在芳香环结构.腐殖酸和富里酸在254nm处的吸光度普遍偏低,表明其中难降解有机物的含量较低.通过紫外吸收特征值（A₄₆₅/A₆₆₅）分析得出,巴松措表层沉积物腐殖酸和富里酸的腐殖化程度较低.在人类活动频繁的区域,腐殖酸和富里酸的腐殖化程度相对于其他区域较高.根据GC-MS扫描解析,匹配度较高物质的分子式为C₁₅H₂₄,分子量为204,其结构中都含有芳香环,且含有脂肪链、不饱和烃、甲基、亚甲基、异丙基、环丙烷、己烷和萘等结构,均属于芳香族化合物,与紫外吸收光谱的分析结果一致.匹配度较高的物质推断属于类色氨酸.     

青藏高原纳木错湖水主要化学离子的时空变化特征

为揭示青藏高原纳木错湖水化学离子的时空变化特征、来源以及主要控制因子,于2006～2010年连续定点(30°47.27’N,90°58.53’E,4 718 m a.s.l.)采集近岸表层湖水样品;于2009年8月采集湖心区剖面样品;于2010年10月采集湖心区剖面样品及表层湖水样品;对其主要化学离子进行分析.结果表明,纳木错湖水中主要阳离子为Na+,主要阴离子为HCO3-.绝大多数离子浓度在季风期较高(6～9月),而非季风期尤其是封冻期(1～4月)偏低;Ca2+浓度的变化则相反,即封冻期较高,而非封冻期较低且变化较小.对垂直剖面湖水分析表明,在湖水垂直结构稳定的非季风期(如10月),除Ca2+浓度随深度无显著变化外,其他离子浓度随深度增加而增大.纳木错湖水主要离子来源于入湖河水的贡献;影响离子时空变化的因素包括蒸发、降水、pH值等,其中蒸发是最主要的影响因素,它造成湖水Na+浓度不断升高而Ca2+浓度降低.     

北京南郊平原地下水化学特征及成因分析

地下水是旱区重要的供水水源,水化学组成是决定地下水可利用性的关键因素之一。以北京南郊平原为研究对象,通过系统调查浅层地下水和深层地下水化学组成,利用水文地球化学图解、多元统计及空间插值分析等多种方法,探讨了快速城镇化及剧烈农业活动条件下旱区地下水化学空间演变特征及其成因机制。结果表明:研究区地下水均为弱碱性低矿化水,水化学类型主要为HCO₃-Ca和Cl-Mg·Ca,并有少量HCO₃-Na·Ca型。浅层地下水和深层地下水均存在不同程度的硝酸盐浓度偏高现象,二者水化学演变与NO₃-浓度升高密切相关,随着NO₃-浓度升高优势阴离子逐渐由HCO₃-转变为SO₄2-、Cl-。浅层地下水和深层地下水化学组成受自然因素和人为因素双重作用控制,含水层结构控制着水化学主导因素的空间分布,人为因素主导的水化学区主要分布在单一含水层结构的西北部城镇地区,而自然因素主导的水化学区主要分布于多层含水结构的东南部农业区。水化学组分的自然来源机制包括岩石风化溶解和阳离子交替吸附作用等;人为来源主要为城镇地区地表污染物输入,再生水灌溉对水质影响较小。     

冰封状态下达里湖冰-水中浮游细菌群落结构差异

细菌是湖泊生态环境、物质能量循环的关键参与者.为了解寒旱区湖泊冰封状态下上部水体中浮游细菌群落结构变化特征,于2019年1月中旬,在内蒙古达里湖进行了15个取样点处的湖冰底层、冰下表层水等样品（"底冰"和"表水"）的采集与分析.结果表明,在门类水平上,达里湖底冰中浮游细菌群落多样性比表水中略低,且优势浮游细菌门类的相对含量出现明显冰-水差异.虽然底冰和表水中优势浮游细菌门类均由Proteobacteria、Actinobacteria、Cyanobacteria、Bacteroidetes、Verrucomicrobia、Planctomycetes、Tenericutes及Gemmatimonadetes等组成,但Proteobacteria的相对含量在底冰中平均达到63.64%,而表水中的平均相对含量下降到26.75%,明显小于Actinobacteri的平均相对含量（39.10%）.再者,由于冰封过程中"冷冻浓缩"作用导致氮（N）、磷（P）等元素迁移幅度不同,促使底冰和表水中Proteobacteria和Actinobacteria等优势细菌门类相对含量存在明显的差异响应,导致主要浮游细菌属种的相对含量出现冰-水明显不同.整体上,总磷（TP）和溶解性总磷（DTP）等变化成为影响底冰中优势细菌门类结构变化的环境因子,而溶解态无机磷（DIP）和氨氮（NH₄⁺-N）等变化成为影响表水中优势细菌门类结构变化的环境因子.显然,不同形态N、P元素的迁移幅度等成为影响冰封状态下湖泊表层水体中浮游细菌结构差异的主要影响因素,这也将为进一步分析寒旱区湖泊水生态环境提供基础数据.     

太湖不同湖区冬季沉积物细菌群落多样性

为了探究太湖不同营养水平湖区冬季沉积物细菌群落多样性,利用高通量测序对太湖水草区、湖心区和河口区共9个采样点表层沉积物细菌的16S rRNA基因进行序列测定.结果发现：不同湖区的物种丰富度和均匀度为水草区 > 湖心区 > 河口区;不同湖区优势细菌群落组成存在差异.其中,硝化螺旋菌门（Nitrospirae）和酸杆菌门（Acidobacteria）2类门水平优势细菌以及厌氧绳菌纲（Anaerolineae）和硝化螺菌纲（Nitrospira）2类纲水平优势细菌在不同湖区之间差异显著.冬季太湖沉积物细菌优势类群为绿弯菌门（Chloroflexi）、变形菌门（Proteobacteria）、蓝藻门（Cyanobacteria）和硝化螺旋菌门（Nitrospirae）;在属分类水平上,主要优势类群为unidentified_Chloroplast和微囊藻属（Microcystis）.Cyanobacteria和Microcystis在所有采样点均有检出,平均丰度均以湖心区最高.对沉积物细菌群落与环境因子的关系进行冗余分析,结果表明：营养盐水平、水温和pH值均能影响沉积物细菌群落结构,NO₃^--N和水温是Microcystis的主要影响因子.     

鄱阳湖大型底栖动物时空演变特征及驱动因素

于2019年7月对鄱阳湖133个样点大型底栖动物进行调查,分析其群落结构与环境因子之间的关系.结果表明,共记录底栖动物48种,隶属7纲16目22科38属,全湖底栖动物的平均密度和生物量分别为158.38ind/m²和173.76g/m²,现阶段优势种主要为河蚬、铜锈环棱螺和大沼螺.将全湖分为5个湖区：北部湖区、西北部湖区、中部湖区、东部湖区和南部湖区,单因素方差分析表明不同湖区水体理化指标差异显著（ANOVA,p<0.05）,沉积物环境指标差异不显著.相似性分析结果表明不同湖区底栖动物群落结构差异性显著,北部湖区生物多样性显著高于其它湖区.典范对应分析表明水深、溶解氧、浊度、总磷、叶绿素a、烧失量和底质类型与底栖动物群落结构显著相关.与历史研究相比,鄱阳湖底栖动物多样性下降明显,优势种由大型软体动物逐渐演变成小型软体动物和昆虫类.鄱阳湖采砂、水文情势变化和水生植被衰退是影响鄱阳湖大型底栖动物群落结构演替的主要环境因素.     

海拉尔盆地地下水铀的分布特征及富集规律

通过采集海拉尔盆地地表水样品12件,地下水样品67件,运用Durov图、等值线图和铀形态计算理论,结合数理统计方法,分析研究区域地下水铀的分布特征和赋存形态,结果表明:海拉尔盆地赫尔洪德凹陷地区主要为HCO₃-Ca·Na型,蹉岗隆起、乌尔逊凹陷和贝尔凹陷地区主要为Cl-Na型和HCO₃-Na型,巴彦山隆起地区主要为HCO₃-Na型,红旗牧场和新宝力格凹陷主要为Cl-Na型.研究区域铀的分布范围为17~425μg/L,平均值为80μg/L,标准偏差为70μg/L,引发了区域地源性地下水铀污染问题.地下水中以UO₂(CO₃)₃^4-和UO₂(CO₃)₂^2-的主要形式存在,与Eh表现的氧化还原环境具有一致性,其中呼伦贝尔湖东南部属于地下水铀成矿有利区域.潜在铀成矿范围属于重碳酸铀酰占优势的HCO₃型含铀地下水,铀酰碳酸盐复合物应占主导地位,铀的溶解与HCO₃^-的增加有关,地下水中的铀存在参与碳酸盐岩和硫酸盐岩的混合溶滤作用的可能性,UO₂(CO₃)₃^4-、UO₂(CO₃)₂^2-、U₄O₉和沥青铀矿等处于饱和状态,总Fe和(Ca²⁺+Mg²⁺)浓度较低,各种水化学指标对铀富集具有指示意义,因此可将其视为潜在铀源的参考依据.     

崇明岛浅层地下水化学特征及其影响机制

为探究长江口浅层地下水化学特征及其影响机制,选择崇明岛为研究对象,采集22个浅层地下水样本和3个地表水样本,检测11项水化学指标及氢氧同位素.利用描述性统计分析、Arc GIS空间分析、Piper图解和离子比例系数等分析方法,分析研究区浅层地下水化学类型与离子空间分布,讨论控制浅层地下水化学演化过程的主要因素和离子来源,探究地表水与浅层地下水的水力联系.结果表明:崇明岛浅层地下水pH在7.30~7.94之间,整体呈中性硬水,36%为极硬水,围垦地区浅层地下水矿化程度较高;浅层地下水化学类型有13种,以HCO₃-Ca水为主,占样本数的27%,主要分布在崇明岛中部、西南部;从西部到东部阴离子由HCO₃-向Cl-过渡,阳离子由Ca2+向Na+过渡,在围垦区,浅层地下水化学类型以Cl·HCO₃-Na为主.研究显示,水-岩作用、阳离子交换作用和人类活动是影响崇明岛浅层地下水化学特征的主要影响因素,浅层地下水与地表水水力联系紧密.