两种不同的地下水污染风险评价体系对比分析:以北京市平原区为例

地下水污染风险评价对地下水的污染防治区划及合理开采利用地下水资源具有重要意义.目前国际上最具代表性的评价体系包括UN体系和WP体系.两种体系基础要素均包括地下水固有防污性能、含水层富水性、地下水水质、地下水源保护区和污染负荷,但是5个基础要素的组合方式不同.为探讨两种体系评价结果的差异性及造成差异性的原因,对北京市平原区地下水分别采用UN体系和WP体系进行污染风险评价,将评价结果进行对比分析.结果表明,UN体系和WP体系存在明显差异,2种体系的评价等级空间分布趋势相似,均符合实际情况,但是同等级覆盖范围差异较大;并且评价体系构成的层次问题、评价要素的叠加规则及评价过程中运用的分级方法都可能对UN体系和WP体系的地下水污染风险评价结果造成影响.UN体系和WP体系评价方法都适用于平原区的地下水污染风险评价,但是2种评价体系考虑的侧重点不同.     

滹沱河冲洪积扇地下水中酞酸酯的污染现状与分布特征

2014年9月采集石家庄地区滹沱河冲洪积扇地下水水样,采用气相色谱-质谱法测定了US EPA优先控制的6种酞酸酯(PAEs),对PAEs分布特征与风险进行了分析.结果表明,研究区内51个点位仅1个点位未检出PAEs,检出的ΣPAEs范围为nd~28 873.1 ng·L~(-1),与国内其他研究区相比,研究区地下水中PAEs污染水平较重.PAEs及各组分的空间分布存在显著差异.3个地下水单元PAEs的平均污染水平总体表现为山间沟谷河谷裂隙孔隙水单元(G1)滹沱河冲洪积扇扇顶部孔隙水单元(G2)滹沱河冲洪积扇扇中部孔隙水单元(G3).在G2、G3单元共计39个点位中,有23个点位地下水中的PAEs以邻苯二甲酸甲酯(DMP)为主,而其余点位均因临近周边污染源,地下水中PAEs含量较高,且以邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯(DEHP)、邻苯二甲酸丁酯(DBP)为主.研究区人群饮用受PAEs污染地下水的总非致癌风险指数和总致癌风险指数范围分别为7.6×10-9~1.1×10-2、nd~1.2×10-6,均小于US EPA推荐的可接受的水平,风险较小.     

地下水循环井技术处理土壤和地下水中甲基叔丁基醚研究

研究了MTBE在砂土中的静态吸附以及采用地下水循环井技术(GCW)去除砂土和地下水中MTBE的衰减规律。结果表明:MTBE在砂土中的吸附动力学符合准二级动力学方程,相关系数R2为0.99618,在砂土中的吸附平衡时间为24 h;吸附热力学符合Linear平衡吸附,吸附系数为0.00306 m3/kg。GCW运行30 h后,地下水饱和含水层中MTBE浓度由500 mg/L降至72.5 mg/L,去除率为85.5%;砂土中MTBE的吸附量由0.93 mg/g降至0.03 mg/g,去除率达96.4%。水平方向距GCW越近,MTBE的去除效率越快,垂直方向位于GCW上部的MTBE优先会被去除,最佳修复时间为运行15 h。GCW对砂土和地下水中高浓度MTBE具有良好的修复效果。     

新疆奎屯原生高砷地下水的分布、类型及成因分析

原生高砷地下水在全球分布广、危害大,严重威胁着全世界数亿人口的身体健康.为科学指导高砷地区地下水资源的合理开发利用,以中国大陆第一个砷中毒病区新疆奎屯为研究区域,分析了奎屯地区高砷地下水的分布规律、类型及成因.结果表明,奎屯地区有88.7%的地下水中砷浓度超出10μg·L~(-1),多为高砷地下水.高砷地下水多分布在深层承压含水层,砷浓度从南向北逐渐升高,与采样点海拔高度呈显著负相关.奎屯地区地下水整体呈弱碱性、碱性环境,氧化还原电位(Eh)均为负值,具有较强的还原性,属于还原性-弱碱性高砷地下水(I-2型).奎屯南面的天山与北面的河流沉积平原环境相结合,为该区地下水形成高砷提供了有利的地质环境.奎屯地区沉积层深厚,地下径流更替缓慢,相对封闭的水文地质条件使地下水中的砷富集而不易流失,强烈的蒸发可以使地下水中的砷进一步浓缩.同时,地下水的还原条件有利于含水层中砷的释放,砷浓度不仅受铁锰氧化物矿物还原的影响,而且受SO2-4还原和硫化物矿物沉淀的控制,吸附态砷的解吸附也是该地区地下水的富砷过程.     

潜流人工湿地处理地下水TCE污染实验研究

分别构建无植物、宽叶香蒲和芦苇3组潜流人工湿地系统,研究潜流人工湿地对受到TCE(三氯乙烯)污染地下水的处理效果。实验结果表明:无植物湿地系统和芦苇湿地系统的出水TCE去除率波动较大,香蒲湿地系统出水TCE去除率相对稳定,其出水TCE平均去除率为77.7%,最大值为87.5%,最小值为70.7%。对于无植物湿地系统,湿地床中层和下层的TCE去除率相差较大,而该差异在香蒲和芦苇湿地系统中并不明显。在湿地系统中TCE沿水平方向的降解反应基本符合一级反应动力学模型。     

基于微生物生物完整性指数的地下水生态系统健康评价:以包钢稀土尾矿库周边地下水生态系统为例

生物完整性指数是水体生态系统健康评价的重要指标,已被广泛应用于湖泊河流等的生态系统健康评价中.但利用水体中分解者微生物群落构建IBI评价标准的报道很少,针对地下水生态系统的研究更是鲜见.本研究针对包钢稀土尾矿库周边地下水生态系统健康开展评价工作,基于地下水环境中微生物群落Illumina高通量测序信息,筛选关键环境因子,甄别敏感或耐受微生物分类属,确定候选生物参数,探索针对地下水的微生物完整性指数(microbiome index of biotic integrity,M-IBI)评价流程与标准构建方法.结果表明,总计12个地下水样点中,4个样点属于健康等级(Ⅰ级),占总样点的33.3%;2个样点属于亚健康等级(Ⅱ级),占总样点的16.7%;5个样点属于一般等级(Ⅲ级),占41.7%;1个样点属于较差等级(Ⅳ级),占8.3%;总体来看,靠近尾矿库的样点健康等级较低,而远离尾矿库参照点受到的干扰较小,健康等级较高,这可能与人类活动干扰影响程度密切相关.参照该地区地下水理化参数基础上的水质情况分析结果,发现应用M-IBI指数可较合理地评估包头稀土尾矿区周边地下水生态系统健康状况.结合生态系统健康内涵,本研究初步提出针对地下水生态系统健康的M-IBI指数评价体系构建流程.     

Calibrating a Basin‐Scale Groundwater Model to Remotely Sensed Estimates of Groundwater Evapotranspiration

Remotely sensed vegetation indices correspond to canopy vigor and cover and have been successfully used to estimate groundwater evapotranspiration (ET_g) over large spatial and temporal scales. However, these data do not provide information on depth to groundwater (dtgw) necessary for groundwater models (GWM) to calculate ET_g. An iterative approach is provided that calibrates GWM to ET_g derived from Landsat estimates of the Enhanced Vegetation Index (EVI). The approach is applied to different vegetation groups in Mason Valley, Nevada over an 11‐year time span. An uncertainty analysis is done to estimate the resulting mean and 90% confidence intervals in ET_g to dtgw relationships to quantify errors associated with plant physiologic complexity, species variability, and parameter smoothing to the 100 m GWM‐grid, temporal variability in soil moisture and nonuniqueness in the solution. Additionally, a first‐order second moment analysis shows ET_g to dtgw relationships are almost exclusively sensitive to estimated land surface, or maximum, ET_g despite relatively large uncertainty in extinction depths and hydraulic conductivity. The EVI method of estimating ET_g appears to bias ET_g during years with exceptionally wet spring/summer conditions. Excluding these years improves model performance significantly but highlights the need to develop a methodology that accounts not only on quantity but timing of annual precipitation on phreatophyte greenness.     

Influence of Riparian Seepage Zones on Nitrate Variability in Two Agricultural Headwater Streams

Riparian seeps have been recognized for their contributions to stream flow in headwater catchments, but there is limited data on how seeps affect stream water quality. The objective of this study was to examine the effect of seeps on the variability of stream NO₃‐N concentrations in FD36 and RS, two agricultural catchments in Pennsylvania. Stream samples were collected at 10‐m intervals over reaches of 550 (FD36) and 490 m (RS) on 21 occasions between April 2009 and January 2012. Semi‐variogram analysis was used to quantify longitudinal patterns in stream NO₃‐N concentration. Seep water was collected at 14 sites in FD36 and 7 in RS, but the number of flowing seeps depended on antecedent conditions. Seep NO₃‐N concentrations were variable (0.1‐29.5 mg/l) and were often greater downslope of cropped fields compared to other land uses. During base flow, longitudinal variability in stream NO₃‐N concentrations increased as the number of flowing seeps increased. The influence of seeps on the variability of stream NO₃‐N concentrations was less during storm flow compared to the variability of base flow NO₃‐N concentrations. However, 24 h after a storm in FD36, an increase in the number of flowing seeps and decreasing streamflow resulted in the greatest longitudinal variability in stream NO₃‐N concentrations recorded. Results indicate seeps are important areas of NO₃‐N delivery to streams where targeted adoption of mitigation measures may substantially improve stream water quality.     

江苏洋口港地区地下水的环境同位素组成及其形成演化研究

江苏洋口港地区是江苏沿海开发重点建设的深水港区,水质优良的地下水是港区经济社会发展的重要基础.本研究利用近期获得的钻孔剖面地层对比数据资料,沿水文径流剖面分层采集水样,通过识别地表水、各含水层地下水的环境同位素(δD、δ~(18)O、~3H、~(14)C)组成指纹特征,以揭示研究区地下水的形成演化规律.结果表明,研究区浅层地下水主要来源于现代大气降水的入渗补给,大气降水在补给地下水过程中经历了明显的蒸发过程;研究区深层地下水的放射性~(14)C年龄主要为15000~26000 a,其稳定同位素δ~(18)O、δD值比现代降水低,是晚更新世末次冰期(大理冰期)的盛冰期降水入渗补给.地下水含水层的氘、氧、碳同位素分布具有明显的呈层性,随着地下水埋藏深度增加,地下水中的δD、δ~(18)O值呈下降趋势.浅层地下水与地表水水力联系紧密,可更新能力较强;深层地下水径流缓慢,总体上处于封闭-半封闭状态,可更新能力弱.江苏沿海平原天然地下水流动是自晚更新世末期以来,伴随着冰退、海平面上升而调整到目前的模式.末次盛冰期以来的自然地理及地质发展史,决定着研究区第四系地下水流系统的演变格局,现代人类活动加强了浅层与深层地下水之间的水力联系.研究在高强度开发地下水条件下的区域水文循环特征,可为沿海地区地下水演变机理和调控研究提供技术支持.     

亚热带红壤丘陵区浅层地下水氮淋失特征研究

土壤养分累积引起的氮素(N)淋失是导致农区地下水污染的重要原因,也是农业面源污染的重要形式.本文以湖南省长沙县典型亚热带红壤丘陵流域为研究对象,通过连续定位观测,研究了林地、稻田、菜地和茶园4种代表性土地利用类型浅层(130~150 cm)地下水中N浓度的逐月动态变化特征.连续3年(2010—2013年)的观测结果表明:4种土地利用类型下浅层地下水总氮(TN)平均浓度差异显著(p0.05),其中,林地最低(0.85 mg·L-1),茶园最高(7.64 mg·L-1);从N的形态构成来看,林地、菜地和茶园浅层地下水中N形态以硝态氮(NO-3-N)为主,分别占TN的46.7%、70.2%和72.8%,而稻田浅层地下水N形态则以铵态氮(NH+4-N)为主,占TN 43.5%,表明土壤淹水条件是影响地下水N淋失形态的关键因子.地下水各形态N浓度的动态变化在不同土地利用下也迥然不同:林地地下水各形态N的含量低、变幅小,而稻田、菜地和茶园地下水N浓度变幅较大;采用单因子方法对不同土地利用下地下水的水质进行评价,结果表明:研究区浅层地下水中TN和NO-3-N无显著污染,NH+4-N污染较为严重,而综合指数法(F值法)进一步表明研究区浅层地下水污染主要出现在稻田和茶园,因此,控制稻田和茶园N肥的施用量是预防亚热带红壤丘陵区地下水N污染的关键.