汉江下游河流型水华暴发的多影响要素特征识别

水体富营养化通常发生于湖泊和水库等闭合水域,在大型流动性河流中通常较少发生.然而,随着近年来人类活动的干扰,汉江中下游水华事件频繁暴发,给沿岸居民的饮用水安全带来了严重隐患.科学辨识可能导致汉江下游水华暴发的多要素变化特征,是揭示河流水华成因和优化上游水利工程调度的重要依据.基于收集的汉江流域下游气象、水文、水环境和水生态长序列数据,系统检测了可能导致汉江河流型水华暴发的多要素特征和不同时期的变化差异.结果表明:①汉江中下游降雨量（1961-2015年）下降、气温（1961-2012年）显著上升,汉江流域近50年气候逐渐呈现暖干的变化趋势.②1992-2013年汉江中下游径流变化呈显著下降趋势,在水华严重暴发的2008-2011年,汉江干流中下游主要断面年均流量和水位均处于历史上相对较低的一段时期.③2004-2014年汉江下游主要水环境指标变化趋势不显著,但总体水质状况较差,水华年ρ（COD_Mn）和ρ（TP）明显高于非水华年.④汉江水华暴发季节时间自2008年后有明显前移趋势,每年春季的2月中下旬-3月中旬将是水华暴发的重点防控时段.研究显示,汉江下游藻密度的变化相对于营养盐和水文情势要素更加敏感,在不同水华暴发时期的差异也最为显著,是导致河流型水华暴发的主要驱动因素.      

基于双模型的星云湖沉积物重金属溯源及风险评价

为了解星云湖沉积物中重金属污染现状,并为湖区污染防治提供理论依据,通过分析湖区表层沉积物中Cu、Zn、Pb、Ni、Cr、Cd、As、Hg等重金属含量,研究了其风险特征及污染来源组成.结果表明:①仅Ni、Cu含量尚未超过星云湖的背景值,其余元素均出现累积,Hg含量是星云湖背景值的2.13倍,潜在生态风险最高.②星云湖沉积物中重金属的空间分布与入湖河流和湖盆地势相关,表现出由河流输送向湖心扩散的趋势,高浓度区均分布在湖心深水区和特定河口位置,Hg的分布异于其他元素,呈西北湾>南部>中部的特征.③西北湖湾潜在生态风险最高,Cd、As是主要贡献元素.④星云湖沉积物中重金属主要来自自然源（占比为43.32%）、工业源（占比为25.89%）、农业源（占比为20.52%）和交通源（占比为10.27%）.研究显示,星云湖自然源重金属污染贡献最大,人为源相对较低,但湖区重金属污染处于较高水平.星云湖的重金属污染生态风险可能会持续加剧,其中Hg是污染防控的重点.      

达里诺尔湖溶解性有机质荧光特征与人工神经网络非线性响应研究

研究湖泊水体DOM（溶解性有机质）特征及其与复合环境要素的响应关系,对水生态系统保护及生物地球化学循环研究具有重要意义.以内蒙古达里诺尔湖（简称“达里湖”）为研究区,利用紫外-可见光谱技术（UV-vis）和人工神经网络模型（ANN）方法,开展达里湖水体DOM特征识别及其水质响应关系的研究.结果表明:①达里湖水环境污染程度较为严重,水体呈富营养化趋势.DOM吸收系数〔α（355）〕表明,夏季湖体DOM浓度较高.②建立了α（355）与达里湖水体ρ（TN）、ρ（TP）、pH和ρ（Chla）的人工神经网络模型,该模型验证期和测试期决定系数（R2）分别为0.78和0.84,该模型具有较好的DOM模拟和预测能力.③人工神经网络模型参数敏感性分析结果表明,α（355）对ρ（Chla）变化最敏感,敏感性水平为31.95%;其次为pH和ρ（TN）,α（355）对二者变化的敏感性水平分别为28.53%和25.54%;α（355）对ρ（TP）变化敏感性最低,敏感性水平为8.16%.研究显示,达里湖DOM对富营养化的发生具有较显著的表征影响,人工神经网络模型可为富营养化预测提供科学参考.      

预处理方式对氧化-还原联合技术修复硝基苯污染地下水的影响

为了探究氧化与还原预处理对氧化-还原联合技术修复硝基苯污染地下水的影响,选取2,4-DNT（2,4-二硝基甲苯）为研究对象,构建过硫酸盐/铁炭修复技术体系,分别设置2个试验槽,一个试验槽以过硫酸盐作为氧化预处理联合以铁炭作为还原后处理,另一个试验槽以铁炭作为还原预处理联合以过硫酸盐作为氧化后处理,对比研究构建的氧化-还原联合系统中不同氧化与还原预处理方式对2,4-DNT去除机制的影响.结果表明:①过硫酸盐氧化材料填充位置显著影响试验槽pH和ORP（氧化还原电位）的变化,在运行周期5 PV（PV为孔隙体积,1 PV时间约为4 h）内,pH可显著增至11左右,ORP值达到最高.②在运行周期5 PV内,氧化填充层S₂O₈2-浓度和还原填充层Fe2+浓度均显著降低.③在运行周期5 PV内,随运行周期的增加,以过硫酸盐作为氧化预处理联合以铁炭作为还原后处理的协同技术体系对2,4-DNT的去除效果显著降低,以铁炭作为还原预处理联合以过硫酸盐作为氧化后处理的协同技术体系对2,4-DNT的去除率维持在100%.④通过液相-质谱联用技术,识别构建的氧化-还原联合技术体系内2,4-DNT降解的主要中间产物,同时结合铁炭微电解还原机制和过硫酸盐氧化机制提出了2,4-DNT协同处理机制及其可能的降解路径.研究显示,还原预处理更有利于氧化-还原联合技术对地下水中2,4-DNT的去除,可为有效处理硝基苯化合物污染地下水提供理论支撑.      

基于无人机多光谱影像和OPT-MPP算法的水质参数反演

无人机多光谱遥感可用于监测多个水质参数,如悬浮物、浊度、总磷和叶绿素等,建立稳定和准确的水质参数反演模型是开展这一工作的前提.matching pixel-by-pixel(MPP)算法是一种针对无人机影像高分辨率特点的反演算法,但其存在运算量过大和过拟合的问题,基于此,提出optimize-MPP(OPT-MPP)算法,以克服运算量过大和过拟合的问题.本研究以浙江省杭州市青山湖作为研究区域,采集45个样本,分别构建悬浮物浓度(SS)与浊度(TU)的OPT-MPP算法反演模型.结果表明,最佳悬浮物反演模型的决定系数R~2达到0.787 0,综合误差为0.130 8;最佳浊度反演模型的决定系数R~2达到0.804 3,综合误差为0.150 3.最后利用分别建立的两个参数的最优模型,实现青山湖各实验区域的水质参数空间分布信息的反演.     

基于土壤重金属及PAHs来源的人体健康风险定量评价:以北京某工业污染场地为例

以北京某工业污染场地为研究对象,采集130个表层土壤样本,测定了As、 Be、 Cd、 Cu、 Cr、 Hg、 Ni、 Pb、 Sb、 Ti和Zn这11种重金属元素和16种多环芳香烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)元素的含量.运用正矩阵分解模型(positive matrix factorization,PMF)解析重金属及PAHs污染源,并对各个污染源致癌风险及非致癌风险贡献率进行了分析.结果表明,研究场地土壤重金属含量均在不同程度超出北京土壤环境质量背景值,其中Cd、 Hg、 Pb、 Zn和Cu这5种重金属超标率均50%,污染最为严重. 130个采样点中低环(2～3环)PAHs和高环(4～6环)PAHs含量分别占∑16PAHs含量的39.6%和60.4%, 77%的采样点PAHs含量大于1 000μg·kg~(-1),属于PAHs严重污染.污染源分析Be、 Ti、 As和Ni这4种重金属为自然来源.其余7种重金属和16种PAHs具有3种污染来源,分别为煤炭燃烧源(Hg和∑16PAHs),冶炼源(Cu、 Cr、 Pb和Zn)和交通源(Sb和Cd). 3种污染源对130个采样点内7种污染重金属和16种PAHs平均含量的贡献率依次为8.46%、 90.61%和0.94%.人体健康评价结果显示130个采样点中各污染物的致癌风险值分布在4.17×10~(-6)～39.38×10~(-4)之间,非致癌风险分布在0～32.23之间,致癌风险和非致癌风险最大值均位于焦化厂附近,其中BaP是影响土壤致癌风险的主要污染物, Zn是影响土壤非致癌风险的主要污染物.煤炭燃烧源的平均致癌风险值为2.16×10~(-4),占总平均致癌风险的50.26%.冶炼源的平均非致癌风险值为0.834,占总平均非致癌风险的56.43%,这2种污染源是影响该工业污染场地土壤重金属和PAHs人体健康风险的主要因素.本研究结果能够为相似工业污染场地土壤修复及生产工艺优化提供参考.     

四乙烯五胺改性生物质炭对水中锌(II)的吸附性能研究

以苹果枝和葡萄枝为原料,制备了苹果枝生物质炭和葡萄枝生物质炭,并采用化学改性方法处理两种生物质炭,分别得到表面键合了四乙烯五胺的改性苹果枝生物质炭和改性葡萄枝生物质炭.采用红外光谱、扫描电镜等对两种生物质炭及其化学改性产品分别进行了表征,比较了两种生物质炭及其改性产品对水中Zn~(2+)的吸附性能,并分析了吸附动力学和等温吸附特性.结果表明,改性生物质炭增加了表面吸附位点,最大吸附量明显增加,相同吸附量所用吸附时间大大缩短,吸附效果显著提高.4种吸附剂的吸附行为均符合准二级动力学模型及Langmuir方程.生物质炭吸附重金属的机理初步判定是以离子交换和阳离子-π键的作用为主,改性生物质炭对Zn~(2+)吸附量和吸附速度的显著提升主要与键合基团的螯合作用有关.     

太湖河道水深对底泥营养物质再释放过程的影响

河道中的底泥作为二次污染源,是影响河道水环境重要因素.太湖河口及调水区河流底泥氮磷的释放扩散受水动力条件的影响越来越受到人们的重视.本文用直水槽模拟河道的水动力条件改变,通过实验研究总磷、总氮在不同水深条件下水体中的浓度变化情况,探究底泥中营养物质在不同水深条件下的释放规律.本文从水流底部切应力和底部压强的角度,分析研究上覆水中总磷、总氮的平均释放速率.结果显示上覆水中的总磷随着底部切应力的增大,平均释放速率增大,随着底部压强的增大,平均释放速率减小,即与水深的变化成负相关;总氮则随着底部压强的增大,平均释放速率增大,即与水深的变化成正相关.     

基于大数据分析和IVE模型的杭州市机动车污染物排放变化特征研究

以杭州市全市域为研究对象,基于机动车排放管理数据库和IVE模型本地化后计算出市区、城区、城郊和郊区4类区域及快速路、主干路和次干路3类道路的各类机动车排放清单,利用Arc GIS及杭州市路网信息建立了1 km×1 km网格化空间分布,分析了机动车污染物排放特征.结果显示,杭州市机动车各污染物NO_x、CO、PM_(2.5)和VOCs的年排放量分别为4.9×10~4、12.5×10~4、0.2×10~4、2.1×10~4t.各种车型中,中重型货车对NO_x和PM_(2.5)的贡献均最大,分别为45.8%和36.3%,其次为大中型客车、公交客运,小微型客车对CO和VOCs的排放贡献最大,分别为69.3%和51.1%.机动车各污染物排放强度均呈现由城市中心向城市边缘递减的趋势,高排放区域集中在城中心及城南和城北区域,同时各污染物排放量日变化特征明显,均出现弱双峰现象.