降雨条件下岩溶泉水中悬浮颗粒物的运移特征及来源分析

降雨期是揭示岩溶地下水系统物质能量输入和输出的重要阶段.以重庆青木关地下河系统的出口姜家泉为例,监测了降雨条件下泉水中不同粒径悬浮颗粒物分布,辅助以水文地球化学手段,对岩溶地下水悬浮颗粒物的运移特征和来源进行了探讨.结果表明,在降雨初期,由于外源物质的输入,泉口渠道地表水中0～11μm悬浮颗粒物的数量急剧升高;而后当地下水主要靠岩溶裂隙水补给时,泉水中0～11μm悬浮颗粒物的数量升高,再悬浮作用占到主导地位;继而雨水补给整个流域地下水系统,稀释作用占主导地位时,泉水中0～4μm悬浮颗粒物的数量升高,地下水悬浮颗粒物为外源物质.由于研究区特定的水文地质条件和降雨强度,悬浮颗粒物的临界粒径为4μm,对于泉水是否受到微生物的污染可能有着重要的指示意义.     

降雨条件下岩溶碳汇的动态变化特征——以桂林毛村地下河为例

2010年6月13日至6月17日期间,对桂林毛村岩溶地下河出口HCO3-与流量对降雨的响应进行了高分辨率的监测,实时监测降雨量和地下河出口河水水位、水温、pH值、电导率、重碳酸根,结合计算地下河水方解石饱和指数(SIc)与二氧化碳分压(pCO2)的基础上,分析了降雨条件下岩溶碳汇的动态变化特征.相关数据表明,(1)岩溶...     

川东平行岭谷区典型岩溶含水系统中NO3-的存储和运移

为了研究NO3-在岩溶含水系统中的存储和运移规律,对降雨条件下重庆川东平行岭谷区青木关地下河系统的水化学动态进行在线监测和高密度采样测试,结合NO3-的月动态变化,并利用主成分分析方法.结果表明,降雨期间地下河中的NO3-与全Fe、全Mn、Al3+是两组不同来源的元素,在含水系统中表现出不同的地球化学行为.NO3-从地表输入后随土壤水下渗存储于岩溶非饱和带的裂隙、孔隙和溶隙等含水介质中,而全Fe、全Mn、Al3+则是地表受雨水侵蚀的土壤随地表径流通过落水洞、竖井等通道,以集中流的形式灌入地下河造成的.进而将NO3-在岩溶含水系统中的运移过程分为输入存储、快速输出和再输入存储这3个理想的阶段.在外部条件大致相同的情况下,非饱和带的岩溶发育程度是影响降雨期间地下河中NO3-浓度变化的关键因素.降雨条件下存储于非饱和带的NO3-很容易被释放出来,破坏地下水生态环境,严重威胁着当地群众的健康安全.需要加强岩溶生态系统管理工作,改善土地利用方式,科学施肥,有效控制地下水营养成分的地表输入.     

降雨条件下岩溶地下水微量元素变化特征及其环境意义

对降雨期间青木关岩溶地下河水的化学特征进行连续监测,获取了Ba、Sr、Fe、Mn、Al这5种微量元素及其他常量元素质量浓度的高分辨率数据.运用相关性分析和浓度变化曲线分析微量元素来源及其迁移路径,并结合流域地质背景探讨地下河微量元素变化特征的形成过程.研究发现,Ba和Sr元素为碳酸盐岩溶解的产物,储存于岩石裂隙、孔隙等介质中,经扩散作用进入地下河,质量浓度变化较小;而Fe、Mn、Al均来源于土壤,其中Fe、Al元素主要通过落水洞直接进入地下河,而Mn则通过土壤-岩石多孔介质补给地下河,三者浓度变化很大,对降雨响应强烈.结果表明,5种微量元素质量浓度均低于1 mg·L-1,Fe、Mn、Al元素最高质量浓度均超过饮用水限值.地下河Al、Fe元素质量浓度变化在一定程度上指示着水土流失和水质变化状况,因此有必要加强落水洞附近的环境保护和治理,从源头控制污染源.     

重庆典型岩溶地下水系统水文地球化学特征研究

以重庆青木关岩溶地下水系统为例,分析了地下水系统入口地表水和出口地下水两年的水文过程、物理化学及部分δD、δ18O数据,目的是掌握地下河系统地球化学在时间及空间上的特征及变化规律.结果表明,研究区地下水系统流量受降雨的影响存在丰水期和枯水期,地下水中化学组分在岩溶含水层运移的过程中受水岩作用、人类活动和雨水稀释作用的共同影响,并表现出较为明显的时间和空间规律性.地下河系统入口的地表水δD、δ18O值分布于重庆大气降水线的下方,地表水蒸发作用强烈,且旱季δD、δ18O值重于雨季,存在明显的季节效应;出口地下水的δ18O、δD值较入口偏负,且相对稳定,认为雨水主要是以通过落水洞直接灌入和通过岩溶非饱和带扩散流等两种形式转换为地下水.     

西南典型岩溶地下河系统水文地球化学特征对比:以重庆市青木关、老龙洞为例

为探究不同土地利用类型和人类活动方式下西南典型岩溶地下河的水文地球化学特征,以地质背景相似的重庆青木关和老龙洞地下河为例,从月动态、单场降雨动态两个尺度,利用独立样本t检验、主成分分析(PCA)等方法对两岩溶地下河出口姜家泉、老龙洞的水文地球化学特征及其影响因素进行对比研究.结果表明,姜家泉与老龙洞的Ca~(2+)、HCO_3~-、Mg~(2+)、K~+、NO_3~-、Na~+、SO_4~(2-)、Cl~-、电导率等差异显著,姜家泉K+、NO-3的月动态变化幅度和浓度均值大于老龙洞,Na~+、SO_4~(2-)、Cl~-的月动态变化幅度和浓度均值则小于老龙洞.由PCA分析可知,水-岩作用对两岩溶地下河水的水化学特征及变化都起重要作用,但青木关主要受农业活动影响,老龙洞则主要受城镇活动、工业活动影响.由于人类活动影响方式和程度的差异,两岩溶地下河对单场降雨的响应也不同,姜家泉各指标变化与流量变化高度一致,老龙洞各指标的变化相对无序.青木关水化学特征的动态变化受水土流失、农业活动影响较大,水-岩作用次之.老龙洞则主要受到水-岩作用的影响,受城镇活动、工业活动、水土流失作用的影响也较明显.     

长三角典型村域次降雨条件下氮素非点源输出特征

研究长三角典型都市农业村镇不同土地利用下的氮素非点源输出特征,以期为治理该区域的面源污染提供科学依据.通过典型次降雨径流事件中氮形态和输出负荷变化的研究发现:监测点总氮(TN)的事件平均浓度(EMC)为20.01～22.83mg/L,其中溶解态氮(DN)占TN的比例最大;研究区非点源氮流失以溶解态为主,DN又以溶解态有机氮(DON)为主.耦合各形态氮浓度与径流量特征,发现非点源氮素输出呈现2个峰值,且出现在径流峰值之前4～55min;TN、DN和硝态氮(NO3--N)浓度随降雨时间增加呈现减少趋势;氮素负荷受其浓度和径流量的共同作用,基本上呈现与氮素浓度相同的变化特征,但起伏变化较为平缓.氮素污染负荷积累曲线分析表明,村域地表径流各形态氮素均存在初期冲刷效应.     

2种方法在典型岩溶区地下水质量评价中的对比——以地苏地下河为例

选择合适的地下水质量评价方法是保证评价结果科学合理的关键。以典型西南岩溶区地苏地下河系为研究对象,运用水质指数法和模糊综合指数法对该地下河系具有代表性的采样点水质进行评价。结果表明:地苏地下河系水质总体较好,2种方法评价得到的水质劣于GB/T 14848—2017《地下水质量标准》Ⅲ类水质的点位分别占全部水样的21.43%和32.14%,主要超标指标为 NO 3 - ,其最高检出浓度是Ⅲ类水质限值的2.3倍,超标点位主要集中于人类活动较强烈的地苏乡。在28个点位中,2种方法评价结果一致的点位有15个,存在差异点位的评价结果仅相差一个水质级别。水质指数法能够满足水质类别划分及水质定量评价的要求,但是对于超标指标不同的水样可比性较差;模糊综合指数法可精确地反映指标实际浓度与水质分级界限的接近程度,量化了所有评价指标对地下水水质的影响权重,使结果更精确,但是计算比较复杂,可操作性较差,且不能识别主要超标指标,在量化所有参评指标时有可能掩盖对人体健康和生态环境威胁较大的指标的影响。因此在实际应用中,应根据监测数据和评价目的选择合适的评价方法,使评价结果既能反映水体的实际情况,又能满足管理需要。     

特殊地质条件下流动相原油在沿海土-水系统中的运移过程及机制研究

原油作为主要能源之一对现代社会的重要作用不言而喻,但其所带来的污染危害同样不容忽视.通过自制的有机玻璃水槽,建立模型模拟自然地层的非均质性,模拟了原油在沿海土-水系统中的运移过程,探讨了局部非渗透性透镜体、底部隔水层、土壤初始含水率、土壤质地、岩性突变界面对原油在砂土中运移速度和路径的影响.结果表明,局部非渗透性透镜体和底部隔水层对原油的运移具有阻碍作用,会改变其运动速度和路径.在一定范围内,土壤初始含水率越高,原油的侧向运移速率和垂向运移速率越大(模拟成层性土层中原油垂向运移速率随含水率增大,由0.43 cm·min~(-1)增大到1.00 cm·min~(-1),在低含水率区域原油侧向运移速率分别为0.08 cm·min~(-1)(粗-细界面)和0.10 cm·min~(-1)(细-粗界面),而在含水率较高的区域则为0.14 cm·min~(-1)),而过高的含水率又会阻碍原油的运移.土壤孔隙越大,垂向运移越快,侧向运移越慢,反之,垂向运移越慢,侧向运移越快(模拟成层性土层中,原油在粗砂中的垂向平均运移速率为0.54 cm·min~(-1),而在细砂中仅为0.33 cm·min~(-1),自然泄漏时原油在粗砂中的最大扩散范围为9.10 cm,在细砂中为12.50 cm).原油在土壤中运移遇到岩性突变界面时,会产生聚集效应,在聚集处产生侧向运移,试验中在粗-细界面扩散宽度为6.70 cm,在细-粗界面扩散宽度为29.00 cm.     

典型岩溶区地下河中溶解态脂类生物标志物来源解析及其变化特征

利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)测定了青木关地下河中溶解态类脂物的含量.研究了其在地下河中的来源、组成及迁移特征.结果表明,7~11月,各溶解态类脂物的平均含量随着青木关地下河运移距离的增加呈降低趋势,其中以溶解态饱和直链脂肪酸的下降最为显著,即由最初的5 704 ng·L~(-1)下降到1 043 ng·L~(-1),减少了约81.71%.正构烷烃能够较为详尽地指征地下河中溶解性有机质来源,而饱和直链脂肪酸、脂肪醇则对藻类和细菌等微生物有较好的指示意义.随着地下河运移距离增加,有机质输入类型呈现多样化,可能与岩溶地表不均一性有关.正构烷烃三端元图解中,水生植物的输入为地下河中溶解性有机质的主要来源,其次分别为陆地高等植物和藻类、细菌等微生物,但随着地下河运移距离的增加水生植物的相对贡献量逐渐减少.青木关地下河中正构烷烃TAR值对降雨有一定的指示意义,而饱和直链脂肪酸CPI、L/H值则指示细菌降解活动.     

典型岩溶地下河流域水体中硝酸盐源解析

地下河是岩溶地区地下水赋存运动的主要场所和重要水源,近年来,硝酸盐污染严重.为解析典型岩溶地下河流域水体中硝酸盐的来源,利用δ¹⁵N-NO^-₃、δ¹⁸O-NO^-₃和δ¹⁸O-H₂O稳定同位素示踪技术开展研究,并通过SIAR稳定同位素模型,对不同污染源的贡献率进行了定量识别,同时阐明了土地利用类型对流域水体硝酸盐分布及来源的影响.结果表明:①降雨/化肥中的氨盐、土壤有机氮和粪肥污水是流域内水体硝酸盐的主要来源;②流域内水体硝酸盐的转化过程主要以硝化作用为主导,水体硝酸盐氮氧同位素初始值未受分馏影响;③基于SIAR模型,不同端元对流域内水体硝酸盐的贡献比例呈季节性差异,化肥、土壤有机氮和粪便污水对丰水期流域内水体硝酸盐的贡献比例分别为57.07%、 34.06%和8.87%;对流域内枯水期水体硝酸盐的贡献比例分别为34.14%、 33.02%和32.84%.     

岩溶地下河流域表层土壤多环芳烃污染特征及来源分析

采集重庆南山老龙洞地下河流域农田土壤(0～20 cm),利用气相色谱-质谱联用仪(GC/MC)测定了土壤样品中16种优控多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)含量,分析其含量和组成,污染水平及污染来源.结果表明,流域内不同地点表层土壤16种PAHs总量变化范围为277～3301 ng·g-1,平均值为752.6 ng·g-1±635.5 ng·g-1,所有样品均遭受污染,其中57%为轻污染,29%为污染土壤,而14%为重污染.多环芳烃的组成以2～3环为主,占总量的28.72%～72.68%,平均值为48.20%;4环和5～6环含量分别为7.77%和34.03%.土壤PAHs含量与有机质(SOM)含量显著相关,而与pH值相关性不强.比值法和主成分分析(PCA)表明,流域内土壤主要来自交通排放与煤炭、石油及生物质燃烧的混合源以及石油源.     

降雨期间岩溶地下河溶解态多环芳烃变化特征及来源解析

2014年6月降雨期间在重庆南山老龙洞地下河出口处进行连续采样监测,利用GC-MS定量分析地下河溶解态中16种优控多环芳烃(PAHs)的含量,研究了降雨期间地下河溶解态PAHs变化特征及来源.结果表明,地下河溶解态PAHs对降雨反应迅速,ΣPAHs出现4个峰值,有2个出现在流量上升阶段,另外两个分别出现在流量最大值处和流量下降阶段.ΣPAHs范围为101~3 624 ng·L-1,平均值578 ng·L-1,7种致癌性PAHs变化较大,含量变化为ND~336 ng·L-1,平均值31.1 ng·L-1,PAHs的组成以低环(2、3环)为主,占水体ΣPAHs的86.17%;降雨对ΣPAHs影响较大,主要表现为雨水对大气污染物的清除及地表径流对地表污染物的冲刷.降雨期间水体中PAHs主要来源于石油类产品、煤炭等化石燃料的不完全燃烧、天然成岩过程,降雨期间老龙洞地下河水体中PAHs污染大部分为中等到重污染水平.     

岩溶地下河流域表层土壤有机氯农药分布特征及来源分析

为研究有机氯农药(OCPs)在重庆南山老龙洞地下河流域表土中的分布趋势、组成特征、来源及污染水平,采用气相色谱-微池电子捕获检测器(GC-μECD)分析了6个代表性表层土样中20种OCPs.结果表明,研究区表层土壤中20种OCPs均有不同程度检出,其中(除DDE、顺式氯丹、反式氯丹、狄氏剂)16种检出率高达100%,氯丹类和DDTs是主要污染物,不同采样点有机氯农药含量差异较大.OCPs总量变化范围在5.57~2 618.57 ng·g~(-1)之间,平均值为467.28 ng·g~(-1),与国内外其它区域相比,研究区表层土壤中HCHs和DDTs含量处于中上水平.有机氯农药总量和HCHs、DDTs、氯丹类农药总量分布具有相似的空间变化趋势,均为:上游中游下游,并且上游与中、下游的差距尤为显著.来源分析表明,HCHs主要来源于林丹的使用,DDTs既来源于历史农药残留,也来源于近期工业DDT的非法使用和三氯杀螨醇的输入,氯丹主要来自历史残留和大气沉降.结合中外土壤质量标准,新力村土壤属于有机氯农药严重污染土壤,下龙井湾、夏家咀和赵家院子土壤受到有机氯农药轻度污染,龙井旁和高中寺土壤属于无污染土壤.     

岩溶地下河表层沉积物多环芳烃的污染及生态风险研究

为了解重庆南山老龙洞岩溶地下河表层沉积物中多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)的污染特征及生态风险,分析了地下河上游及出口表层沉积物样品中16种优先控制PAHs的含量和组成.结果表明,沉积物中PAHs总量在58.2~3 598 ng·g-1之间,大部分在100~5 000 ng·g-1之间,处于中等到高污染水平;从组成来看,老龙洞组成以2~4环为主,占到75.1%,仙女洞以4~6环相对富集,其比例为56.6%;老龙洞沉积物中PAHs主要来源于上游水体传输及地表土壤的输入,PAHs在地下河管道中的迁移表现为2~3环PAHs迁移距离远,4~6环的PAHs被强烈地吸附于沉积物中,迁移能力不足,从而富集于地下河管道中;生态风险评价结果表明,老龙洞沉积物PAHs很少产生负面生态效应,而仙女洞沉积物产生负面生态效应概率较大,一旦PAHs逐渐往下游迁移,将对下游的生态构成威胁.     

多环芳烃在岩溶地下河表层沉积物-水相的分配

利用实测老龙洞地下河水中和沉积物中多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)的实际浓度,获取了溶解相-沉积物中PAHs的分配系数Kp值.研究了老龙洞地下河PAHs在水相和沉积物中的质量浓度变化及其在水相和沉积物间的分配.研究结果表明水相和沉积物中PAHs质量浓度分别为81.5~8 089 ng·L-1,平均值(1 439±2 248)ng·L-1和58.2~1 051 ng·g-1,平均值(367.9±342.6)ng·g-1;PAHs组成均以2~3环为主,但沉积物中明显富集高环PAHs.沉积物-水相Kp值分布在55.74~46 067 L·kg-1范围内,随PAHs环数的增加而增大.沉积物-水相中实测的有机碳分配系数(lg Koc)大部分高于预测值上限,PAHs强烈吸附在沉积物上.lg Koc与正辛醇-水分配系数(lg Kow)呈较好的线性自由能关系(R2=0.75),但其斜率小于1,推测地下河沉积物对PAHs化合物的吸收能力较差.     

广西大石围天坑群地下河水中多环芳烃的污染特征

为了确定典型喀斯特区广西大石围天坑群地下河多环芳烃的组成、来源及污染特征,沿途采集了8个断面的表层水样品,利用GC-MS仪测试了16种优控多环芳烃（PAHs）.结果表明, 地下河水中PAHs(总量PAHs)浓度为54.7～192.0 ng/L,平均值为102.3 ng/L, PAHs组成以2～3环为主,占65.1%. 地下河沿程水中的PAHs浓度变化表明,上游高于下游,是因为城镇污水的排放,同时地下河对4～6环PAHs具有吸附作用;大石围天坑断面的PAHs浓度显著增高93.8%,是由于地下河系统中环境介质的释放和大气传输;大石围支流汇合处的PAHs浓度被稀释降低了47.3%;百朗出口断面的PAHs浓度分别高于进口和大石围断面128.3%和17.8%. PAHs来源分析表明,城镇和大石围天坑区域显示以石油类及其燃烧源为主.然而,城镇的石油类源主要是人为输入,大石围天坑的则主要是天然输入;其余乡村地区显示以草木、煤燃烧源为主.与其他地区比较,大石围天坑群地下河水中PAHs污染处于较低的水平,但苯并［a］芘浓度6个断面超过国家地表水环境质量标准.     

长江武汉段水体中多环芳烃的分布及来源分析

对长江武汉段干流7个站点、支流和湖泊23个站点的水相、悬浮颗粒相和沉积相样品中的多环芳烃进行了分析测定.结果表明,水相中多环芳烃总量的变化范围为0.242～6.235μg·L-1沉积相中的变化范围为31-4812μg·L-1悬浮颗粒相中多环芳烃含量的平均值为4677μg·L-1,含量高于沉积物.长江武汉段与国内其它河流多环芳烃污染水平相当,比国外一些河流多环芳烃的污染水平要高.沉积相中多环芳烃的含量与颗粒物中总有机碳(TOC)含量呈显著正相关.污染来源分析表明,多环芳烃主要由化石燃料、木材等的燃烧所引起,污染来源为燃烧源.在干流白沙洲和支流墨水湖的水相中检出了苯并(a)芘,且含量超出了国家饮用水标准.沉积物中PAHs对周围生物存在潜在的毒性效应,但不会引起急性毒性效应.