旅游活动影响下的岩溶地下水理化特征演化及其概念模型——以世界自然遗产地金佛山水房泉为例

为探究高强度旅游活动影响下岩溶地下水理化参数的演变特征，以重庆金佛山世界自然遗产地核心区水房泉岩溶流域为研究对象，在旅游旺季(冬季)对水房泉中各理化指标进行连续在线监测和分析。研究表明：水房泉在旅游活动高峰期前表现出自然背景条件下的水质特征，各理化指标波动较小；随着旅游高峰期的到来，水中的pH值、电导率(SpC)、溶解氧(DO)、浊度、方解石饱和指数(SIc)、二氧化碳分压(pCO2)、Ca2+、Mg2+、HCO-3等均产生了显著的波动。旅游活动排放的污水中含有微生物所需的有机质，以及硫酸和硝酸等酸类污染物，微生物呼吸作用产生的碳酸与酸类污染物一起会加剧岩溶地下管道的溶蚀，使地下水中富集碳酸盐岩溶蚀物Ca2+、Mg2+、HCO-3等(浓度增幅分别为10%、22%、26%)；同时因污水中的污染物成分不同，导致高峰期间水房泉中的K+、Na+、Cl-、PO3-4、SO2-4的上升幅度均比其余水化学参数大(浓度增幅分别为257%、273%、286%、750%、93%)。大量污水的注入亦导致了地下水中SpC上升，DO下降，水体净化能力变差，水体更容易遭受污染。根据人类活动对岩溶地下水的影响以及其理化指标演变特征建立了相应的概念模型。研究综合表明了水房泉流域地下水对强烈的人类活动响应极其迅速、敏感，易遭受污染。     

鄱阳湖入长江口流域水体重金属分布特征及人体健康风险评价

通过采集鄱阳湖入长江口流域地表和地下水体，并对水体中重金属空间分布特征和来源进行分析，评价了水体重金属对人体健康风险。研究区水体主要阳离子为Ca²⁺,主要阴离子为HCO₃^-、SO₄^2-,地下水水化学成分的主要成因为水岩相互作用。地表水重金属平均浓度高低顺序为Cr>Fe>Zn>Pb>Cu>Mn, Cr浓度变化幅度最大，Cr与Fe在地表水中重金属总浓度中的贡献率最大，分别为54.36%和19.50%。地下水重金属平均浓度高低顺序为Mn>Fe>Cr>Zn>Pb>Cu。研究区重金属污染可能来源于研究区周围冶炼厂排污废水和城市工业排放的污废水。地表水体和地下水体中，Cr对人体健康的风险均最高。地表水体中Cr对儿童的HQ_der、HI>1,Pb次之。地下水体中，Cr对人体的HQ_der、HI>1,Mn次之。研究为鄱阳湖流域地下水资源保护与饮用水水安全提供科学依据。     

重庆三叠系碳酸盐岩热储热水水文地球化学特征

地下热水的水文地球化学特征研究有利于地下热水的开发,对重庆三叠系碳酸盐岩热储热水的研究可以更好地实现重庆地下热水的可持续开发。通过2009年1月和2009年7月对重庆市三叠系碳酸盐岩热储热水进行野外监测、取样和室内分析,发现重庆三叠系碳酸盐岩热储热水水化学性质相近,pH呈中性,水温30℃~50℃,电导率为1 320 μs/cm~3 250 μs/cm,水化学类型为SO₄-Ca(Mg)型,是典型的碳酸盐岩热储中-低温地下热水。温泉水的主要阳离子为Ca²⁺和Mg²⁺,阴离子为SO₄^2-和HCO₃^-,除青木关温泉外,SO₄^2-和Ca²⁺、Mg²⁺随时空变化较小,体现了碳酸盐岩中石膏与地下热水的水-岩作用对地下热水水文地球化学特征的控制。热水中的方解石和白云石都处于饱和与不饱和的临界状态,没有明显钙华沉积的现象;Na-K-Mg-Ca图解显示各个季节地下热水的物质来源基本一致,均没有达到水岩平衡状态。     

2013年长江丰水期河水化学特征及控制因素

为掌握长江河水化学组成特征及其控制因素,笔者运用Gibbs图、多种离子比例系数法和主成分分析法综合分析了长江流域丰水期河水化学及氢氧同位素特征。结果表明,长江丰水期河水主要来源为大气降水,河水化学类型主要为HCO₃·SO₄-Ca型,化学成分主要受流域内广泛分布的碳酸盐岩等岩石风化作用控制;河水pH值、HCO₃^-浓度沿长江径流方向降低,SO₄^2-、Ca²⁺浓度沿长江径流方向升高。2013年丰水期,长江河水化学组成特征变化的主要影响因子,是易溶盐岩溶解和人类活动(贡献率40%),其次为川贵及长江三角洲地区的酸雨沉降以及人为酸性废水排放促进了流域内石灰岩和富含碳酸盐的三叠系砂页岩溶解(贡献率20%),最后为硅酸盐矿物及其风化产物的溶解(贡献率19%)。为了解长江河水水质状况及其演变趋势,合理评价长江流域水资源提供很好的科学依据。     

长江流域常量元素的分布特征

2003年4月到5月对长江干流及主要支流河水中常量元素（Ca ²⁺，K⁺，Na⁺，Mg²⁺，Cl^-，SO^2-₄及碱度）进行了测定，并对常量元素的含量及影响因素进行了研究。结果表明，长江阳离子以钙为主，占阳离子总量的40%~80%；而阴离子主要为HCO^-₃，占阴离子总量的60%~90%；阴阳离子含量顺序为HCO^-₃>SO^2-₄>Cl^-，Ca ²⁺>Na⁺ >Mg ²⁺>K⁺。长江干流及主要支流河水的常量离子主要来自于岩石的风化，主要受碳酸盐类溶解的控制，硅酸盐类的风化过程较弱。而大气沉降的影响很小，只有SO^2-₄受大气沉降影响较大。长江干流的Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、HCO^-₃和Cl^-主要来自于上游，下游只是对上游的简单稀释，而没有额外来源。与世界上其它大河相比，长江的常量离子浓度处于较高的水平；温带地区的河流河水中常量离子的含量常处于较高的水平；热带地区的河流河水中常量离子的含量相对较低。     

洪泽湖湖滨带丰水期水质空间分异特征及其影响因素

湖滨带是陆地与湖泊水体之间的生态过渡带，具有强烈的环境异质性和丰富的生产力，同时也容易受到人类活动的威胁。洪泽湖湖滨带受人类开发利用情况严重，为探明其水质空间分异特征，于2020年8月对全湖52个点位的水质开展调查，对比4个湖区水质差异，应用逐步线性回归探究水质空间分异的影响因素。结果表明：氮磷营养盐、高锰酸盐指数(COD_Mn)与叶绿素a(Chla)是影响洪泽湖湖滨带水质的主要指标，各样点总氮(TN)浓度在0.66～4.25 mg·L^-1之间，均值为1.88 mg·L^-1,属Ⅴ类水；总磷(TP)浓度在0.02～0.24 mg·L^-1之间，均值为0.12 mg·L^-1,属Ⅴ类水；COD_Mn浓度在5.24～14.16 mg·L^-1之间，均值为7.21 mg·L^-1,属Ⅳ类水；Chla浓度在4.55～158.31 ug·L^-1之间，均值为49.30 ug·L^-1。洪泽湖湖滨带...     

湘江干流水环境质量演变特征及其关键因素定量识别

为科学有效地保护湘江流域水环境，定量识别湘江干流主要水质指标的驱动因素，该研究基于1990~2016年水质监测数据及沿岸永州 长沙五市社会经济发展指标，采用Mann-Kendall检验法分析湘江干流水环境演变趋势，通过逐步回归分析确定各地区各水质指标主要驱动因素。结果表明：湘江干流COD_Mn、Cd、As整体呈下降趋势，上游BOD₅呈下降趋势，上中游NH₃-N呈上升趋势，中游衡阳、株洲市重金属Cr⁶⁺呈上升趋势，衡阳市TP呈上升趋势，中下游BOD₅呈上升趋势；定量追溯各水质指标影响因素得出工业污染是湘江干流重金属As、Cr⁶⁺、Cd主要驱动因素，永衡株潭地区NH₃-N，衡阳市BOD₅、COD_Mn、TP及衡株潭地区BOD₅均以农业污染影响为主；发现产业结构调整对干流水环境有显著影响，建议在流域产业结构调整过程中加强转型升级。     

洞庭湖流域“径流—湖泊水量”关系的土地利用/覆盖变化(LUCC)响应特征

径流是洞庭湖等长江中下游通江湖泊水量变化的重要驱动因素，土地利用/覆盖变化(Land Use and Cover Change, LUCC)通过改变下垫面特征，强烈改变了流域水文过程，并进一步影响了湖泊水量变化。然而，受气候变化等多因子复杂交互作用，LUCC对“径流—湖泊水量”关系的影响方式与贡献特征依然面临较强的不确定性，成为流域水资源规划与管理面临的关键理论瓶颈。针对上述问题，基于SWAT水文模型，采用2001～2019年MODIS遥感数据产品，系统分析了洞庭湖流域LUCC对“径流—湖泊水量”的影响特征。结果表明：(1)洞庭湖流域多年平均径流和湖泊水量分别为2 371亿m³和682亿m³,季节上均表现为5～9月份较高、10～4月份较小的单峰型分布特征，径流年际变化趋势较弱(y=14.926x+2 222.1,R²=0.043 9,p<0.01),而湖泊水量则呈现较缓慢的下降趋势(y=-4.147 3x+723.880,R²=0.066 7,p<0.01);(2)洞庭湖湖泊水量与流域径...     

鄱阳湖出流水质2004~2014年变化及其对水位变化的响应:对水质监测频率的启示

通过对鄱阳湖湖口2004~2014年以周为单位的水质指标，包括溶解氧（DO），氨氮（NH₄⁺-N）和高锰酸盐指数（COD_Mn）的变化特征及其与水位响应关系进行分析，并对合理的监测频率进行了探讨。结果表明：（1）就DO，NH₄⁺-N和COD_Mn而言，鄱阳湖出湖水质在2004~2014年没有显著恶化的趋势，然而在年内呈现明显的周期性变化，其浓度与湖泊水位波动有较显著的负相关性（p<0.01），相关系数分别达到-0.63，-0.67和-0.36；（2）考虑水质指标在湖相状态与河相状态存在显著的差异（p<0.01），概率密度分布曲线进一步表明，在鄱阳湖呈湖相时，湖口NH₄⁺-N浓度小于0.25 mg/L的概率为93%，而在河相时仅为32.8%。DO与COD_Mn浓度在河湖相的特征与NH₄⁺-N相似。因此，在湖相状态下，鄱阳湖出流水质良好的概率更大，而高水位下的稀释作用可能是影响湖泊年内变化的主要控制因素；（3）时间序列分析表明DO，NH₄⁺-N和COD_Mn存在明显的自相关性，1~2月一次的监测频率基本能够准确的描述NH₄⁺-N和DO的动态变化特征，而COD_Mn仍需要1~2周一次的监测，从而避免过多的损失动态信息。能够为将来更深入的研究湖泊水情与水质定量关系提供基础和思路，从而为湖泊水环境管理和调控提供对策和建议。     

蒲河流域生态环境需水研究

以蒲河流域为例，以改善水环境为出发点，提出了一种以生态分区为前提，同时满足人类正常生产活动的生态环境需水估算模型。该模型从生态系统角度分析了蒲河流域现阶段存在的问题，比简单的水文模型更为符合蒲河流域的实际特点。在此基础上对蒲河流域进行生态分区，针对各生态分区对生态需水的需求不同，分别估算需水值。其中包括河道基本生态需水、河道蒸发需水，河道渗漏需水等。在考虑生态需求的同时，针对蒲河季节性河流且人工干扰严重的特点，对蒲河流域生态需水量值进行估算。计算结果表明，蒲河流域生态需水总量为4 53846万m³，并具有年内变化显著、受人类活动（污水排放量、人口密度等）影响各分区差距显著等特点，研究成果为今后季节性河流需水量的研究提供了依据     

贵州省三岔河流域水化学特征及其控制因素

对乌江源区三岔河流域枯水期和丰水期河水样品离子浓度及组成特征分析表明,河水主要的阴阳离子分别是HCO_3~–和Ca~(2+),分别占到总阴离子量的55%和总阳离子量的70%,与喀斯特地区流域相似。主要离子的时空分布的对比分析表明,Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~+、HCO_3~–、Cl~–枯水期浓度略高于丰水期,而K+、SO_4~(2–)、NO_3~–两期浓度变化相对较小;空间分布的多样化,反映了不同小流域在地质背景、生态环境、人为活动等方面的差异对河水离子的影响。通过Gibbs图分析表明,研究区河水水化学主要受到岩石风化的影响,通过阴阳离子三角图分析表明,研究区河水水化学主要受到碳酸岩盐的影响,并且硫酸广泛参与到岩石风化中,人为活动对流域水化学组成也有一定影响。     

川中遂宁地区红层地下水水化学特征及主要离子来源分析

四川红层区居民用水主要为就近开采的地下水,水质参差不齐,研究红层地下水水文地球化学特征,对于宜井区选择,红层水源地用水安全具有重要意义。利用在遂宁船山区采集的70组浅层地下水水样,采用数理统计分析、离子比例关系等方法,分析了红层浅层地下水水化学特征及主要离子来源,研究得出:区内地下水中阴离子以HCO_3~-(164.00～571.91 mg·L~(-1))为主,其次是SO_4~(2-)(13.96～1 000.00 mg·L~(-1)),阳离子以Ca~(2+)(45.70～313.00 mg·L~(-1))为主,其中孔隙水的水化学类型主要为HCO_3,SO_4-Ca,SO_4-Mg型,裂隙水以HCO_3-Ca,Mg型与HCO_3-Ca型为主;地下水中离子成分主要由岩石风化产生,来源于地层中的方解石、白云石、石膏、芒硝等矿物的风化溶解,蒸发浓缩、地下水酸碱环境及人类活动对地下水成分造成了一定的影响;浅层地下水质量以Ⅲ～Ⅳ类为主,污染物主要为TDS、Fe~(3+)等原生污染,也存在NO_3~-、NO_2~-等人类活动污染;红层宜井区主要为平坝、丘坡坡脚及沟谷一带,为避免污染指标超标,井深不宜超过25m,远离养殖场、农厕等地下水易受人类活动污染的环境,防止鱼塘、农田等地表水进入井中。     

稳定同位素识别水体硝酸盐污染来源的研究进展

水体硝酸盐污染已经成为一个世界性的水质问题。为了确保供水安全和有效治理水环境中硝酸盐污染,准确识别水体中硝酸盐的污染来源显得尤为重要。近年来,硝酸盐稳定氮(δ15 N)和氧(δ18 O)同位素示踪技术被广泛用于识别水环境中硝酸盐的污染来源。然而,水环境中硝酸盐污染来源的复杂性和同位素分馏的影响,致使该项技术的应用存在一定的局限性。概括了硝酸盐中的δ15 N和δ18 O的典型值域范围,阐述了多种同位素技术联合识别水体中硝酸盐污染来源的方法以及应用模型定量解析硝酸盐污染源贡献率,最后,对该领域未来的发展方向进行了阐述。     

常州市大气PM_(2.5)中水溶性离子组成及来源

于2013年3月~2014年4月采集常州市郊区、工业区、居民区和背景点的春季、秋季大气PM_(2.5)样品,用离子色谱法分析其中水溶性离子成分,对其组成、分布特征及来源等进行研究。结果表明:SO_4~(2–)、NO_3~–和NH_4~+是常州市PM_(2.5)中的主要水溶性离子,3种离子在PM_(2.5)中占比为18%~33%。不同功能区之间水溶性离子的占比和差异较小,常州背景点可能受到周边城市污染输送的影响。在PM_(2.5)中,NH_4~+与SO_4~(2–)和NO_3~–主要以(NH_4)_2SO_4和NH_NO_3存在;硫转化率(SOR)和氮转化率(NOR)是衡量二次无机粒子转化的有效手段,常州市各功能区的SOR均大于NOR;春季SOR0.25,NOR0.1,满足发生强烈光化学氧化反应的条件。     

桂林毛村地下河水-气界面CO_2通量的变化特征及其影响因素

为揭示不同时间尺度下岩溶区地下河出口CO_2通量的变化特征及其影响因素,本研究采用静态浮游箱-气相色谱法对毛村地下河出口水-气界面CO_2交换通量开展季节性和连续48小时昼夜监测。结果显示:水-气界面CO_2交换通量具有明显的季节性和昼夜变化特征,并且均表现为由水体向大气释放CO_2,呈现出大气CO_2源的特征。在季节性尺度上,CO_2交换通量的变化范围为90.27～406.32 mg·(m~2·h)~(-1),平均值为253.50 mg·(m~2·h)~(-1)。CO_2交换通量的季节性特征表现为雨季大于旱季。在昼夜尺度上,CO_2交换通量的变化范围为46.8～244.45 mg·(m~2·h)~(-1),平均值为137.81 mg·(m~2·h)~(-1)。CO_2交换通量的昼夜性特征表现夜晚大于白天,最高值出现在凌晨0∶00和1∶00,最低值出现在下午14∶00和15∶00。由于毛村地下河出口水-气界面CO_2交换通量受到诸多因素的影响。通过相关分析表明,毛村地下河出口水-气界面CO_2交换通量在季节性尺度下的主控因素为岩溶水体中碳酸的平衡系统,但是在昼夜尺度下的主控因素为局地区域环境参数。     

基于15N同位素技术的地下河硝酸盐污染来源对比——以重庆青木关地下河为例

根据2008年3~11月逐月对青木关北段地下河水质的监测,以及2010年6~11月逐月对青木关南段地下河水质的监测,利用15N同位素技术并结合水化学指标,分析地下河的水化学特征以及硝酸盐来源的时空变化特征。结果表明：在北段和南段地下河出口硝酸盐平均浓度分别为2035 mg/L和5077 mg/L,入口分别为320 mg/L和0842 mg/L,两段的硝酸盐平均浓度在出口处均比入口处高6倍多。此外,通过分析青木关整个地下河流域的SymboldA@15N空间分布情况,可以得出：南段地下河水中NO-3 δ15N值较高,且变化显著,最高值37825‰出现在9月21日丁家龙洞取样点,其硝酸盐来源可能是粪便和污水;而北段地下河水中NO-3 δ15N值都比较低,变化幅度较小,均未超过10‰,说明北段地下河水中硝酸盐的主要来源是土壤有机氮或农业氮肥     

后寨河流域岩溶含水层脆弱性及其对土地利用方式的响应

由于强烈的溶蚀作用,岩溶地区溶蚀裂隙、管道等高度发育,并相互贯通,形成岩溶区特有的地下、地表“双层空间”结构体系,地下空间成为地下水存储和运移的重要场所。岩溶地区由于土层浅薄或缺失,并且溶蚀裂隙、管道、落水洞、竖井等高度发育,使含水层更易受地表状况的影响,土地利用/覆被变化在很大程度上影响着地下水的水质、水量,岩溶水质的变化能集中反映人类活动胁迫下岩溶含水层脆弱性程度的增加。以典型岩溶单元--贵州普定后寨河流域为例,分析了流域水文地质背景下的岩溶含水层本质脆弱性,结合流域地下河水近20年的水化学资料,分析了含水层脆弱性对土地利用变化的响应。结果显示：土地利用/覆被变化、农业活动、城镇建设及居民活动都对地下水质变化有明显影响。因此,调整土地利用结构,恢复岩溶植被,改善生态环境是保护和改善岩溶水资源的重要途径。