河岸带地下水理化指标变化及与洪水的响应关系研究

河岸带地下水和河水存在复杂的交互作用,地下水和地表水存在明显的补排关系,洪水事件是影响河岸带地下水水质波动的重要水文过程.以黄河湿地国家级自然保护区孟津湿地为对象,通过河岸带地下理化指标(特别是小浪底水库调水调沙期间)野外定位观测,深入分析了河岸带地下水水质与洪水的响应关系.结果表明,受河流与荷塘蓄水的影响,地下水温度...     

基于河岸带地球化学特征的河水-地下水交互边界识别——以广州市流溪河为例

河水-地下水交互作用对河流水质净化、流域水生态健康和河岸土地合理规划具有重要意义.本文以广州市流溪河为研究对象,实时监测河水和河岸带地下水基本理化指标并采集水样和土样进行水体主离子、氮形态、金属离子浓度、氘(δD)氧(δ~(18)O)同位素和土壤渗透系数(K)测试分析.结果表明:监测期间以河水侧向补给地下水为主,对地下水水位的影响范围在距河岸10 m内;距河岸1 m处地下水溶解氧(DO)浓度、电导率(EC)和氧化还原电位(ORP)变化明显,变异系数(n=7)分别为30.9%、42.0%和44.4%.河水和河岸带地下水水化学类型均为HCO_3-Ca型,受碳酸盐岩风化控制.河水入渗补给地下水初期,河岸带含水层向还原环境转化(ORP平均下降92.25 mV),非饱和带Mn氧化物发生还原性溶解,地下水中Mn~(2+)浓度逐渐增加并达最大值(0.52 mg·L~(-1));基于δD、δ~(18)O和Cl~-浓度的混合模型估算的河水对距河岸5 m处地下水的贡献率分别为10.4%、11.6%和11.5%,表明监测断面河水-地下水交互边界约在距河岸5 m处.     

滨河湿地地下水水位变化及其与河水响应关系研究

滨河湿地的发育与退化过程受河流水文过程的显著影响.以黄河湿地国家自然保护区盂津湿地为研究对象,通过滨河湿地地下水位变化(特刖是小浪底水库调水调沙期间)野外定位观测,深入分析了滨河湿地地下水水位与洪水的响应关系.结果表明,滨河湿地地下水位受河水水位影响显著,地下水位的波动幅度与河岸距离之间存在明显的负指数关系,调水期内这...     

高清质谱解析河岸带湿地溶解有机质分子组成特征及其环境意义

河岸带湿地土壤溶解有机质(Dissolved organic matter,DOM)对陆源污染物的迁移和对河流水体富营养化进程均具有重要影响.本研究以典型河口冲积岛——崇明岛河岸带湿地DOM为研究对象,采用液相四级杆飞行时间质谱(Liquid chromatography quadrupole time-of-flight mass spectrometry,LC-Q-TOF-MS)技术分析河岸带湿地土壤DOM的分子组成特征,探究河岸带湿地DOM可能的主要来源.研究结果表明:LC-QTOF-MS技术成功地解析了复杂混合物DOM的分子组成特征,其中脂类化合物是崇明岛河岸带湿地土壤DOM的主要组分,占到28.87%~43.87%,其次为蛋白类物质和羰基类化合物,分别占到总DOM的17.46%~36.54%和19.13%~31.28%,最少的是脂肪酸类、糖类和氨基酸类物质,其三者之和仅为12%左右.同时,崇明岛河岸带湿地DOM分子主要来源于河岸带湿地植物光合生产和陆上区域农业面源径流、生活污水和工业废水的排放,其空间分布受小流域土地利用类型影响.研究结果为复杂混合物的分子组成解析和河岸带湿地管理提供一种新思路.     

河流-地下水渗流系统对城市污水的净化作用及机理

通过野外试验与理论分析，研究了河流－地下水渗流系统对城市污水的净化作用及机理，结果表明：河流－地下水渗流系统对城市污水的COD，重金属，氮等具有很好的净化作用，对COD的去除主要是好氧微生物降解，其次为厌氧微生物降解，重金属与挥发酚主要是土壤吸附作用，而氮的去除是好氧环境中的硝化作用与厌氧环境中的反硝化作用的联合作用的结果，其中硝化作用是氮净化效率的限制因子。     

奎河河水入渗对河岸带地下水氨氮和硝酸盐氮浓度的影响

为研究不同水文期河水与河岸带地下水的水量补给关系,以及河水中的氮污染物对河岸带近岸地下水水质的影响,选取了安徽省宿州市杨庄乡的奎河断面作为研究对象,基于氢氧同位素示踪技术、末端元混合模型、Pearson相关性分析和多元线性回归方法,分析河水、上游潜水等补给源对近岸含水层的ρ（NH₄+-N）和ρ（NO₃--N）的影响,并构建河岸带地下水氮浓度预测模型.结果表明:①平水期至丰水期期间河水与地下水的补给来源主要为大气降水,河水始终补给河岸带地下水,其中,河水对潜水层及弱承压层的补给率分别为10.87%~49.74%和0~19.78%.②空间分布上,ρ（NH₄+-N）和ρ（NO₃--N）均表现为河水>近岸潜水>近岸弱承压水,且在地下水中均呈现由河流向两岸递减的关系.③近岸潜水层与弱承压层的ρ（NH₄+-N）均随着河水和上游潜水ρ（NH₄+-N）贡献量的增加而升高,近岸潜水层的ρ（NO₃--N）随着河水和上游潜水ρ（NH₄+-N）贡献量的增加而升高.④相比于ρ（NO₃--N）,多元线性回归模型更能准确地预测近岸潜水层与弱承压层ρ（NH₄+-N）在ORP、ρ（DO）、河水ρ（NH₄+-N）贡献量,以及上游潜水ρ（NH₄+-N）和ρ（NO₃--N）贡献量综合影响下的变化趋势.研究显示,河水与上游潜水的线性混合是造成河岸带地下水氮污染的重要途径,河流氮污染防治措施将为河岸带地下水水质提供重要保障.      

河岸带不同植被格局对表层土壤养分分布和迁移特征的影响

河流周边的人类活动干扰使得河岸带的植被类型和结构发生了巨大变化。研究选取了北京市温榆河的3个类型河岸带植被结构,从河漫滩到河道上依次为：（I）杨树林-农田、（II）火炬树林-荒草、（III）农田-荒草。通过土壤采样分析和对比研究,发现河岸带的植被格局可以显著影响土壤养分的空间分布特征和流失风险。从河漫滩到河道的方向上,河岸带植被组合I的土壤全氮、全磷、有效氮、有效磷和有机质含量均呈现降低的趋势,而土壤容重则逐渐增加。对于植被结构类型II,土壤的全氮、有效氮和有机质呈现出波动的变化;而土壤的全磷和有效磷都呈现比较平缓的变化趋势。对于植被组合III,土壤养分含量均呈现增加的趋势,土壤容重呈现降低的趋势。河岸植被模式III的下坡位荒草区域的土壤养分和有机质含量都要显著高于其上坡位的农田区域,但农田区域的土壤容重则大于荒草区域。植被结构的异质性还可以影响到河岸样带的土壤平均养分含量和容重大小。研究结果可以为退化河岸带的植被恢复和植被格局的优化设计提供参考。     

改性沸石湿地脱氮除磷效能及机制

为明确改性沸石湿地对分散性农村生活污水中氮磷的去除效能,并探索其脱氮除磷机制,将改性沸石作为折流湿地填料层填料,应用于厌氧折流板反应器(ABR)+折流湿地(BFCW)组合工艺,为苏州市农村生活污水处理提供新途径.结果表明,改性沸石湿地对氮磷去除良好且稳定,脱氮量和除磷量较沸石湿地分别增大1.8%和1倍多.湿地主要通过填料的吸附截留作用脱氮除磷,以Ca-P和Al-P为主要沉淀磷素形式,植物的泌氧和吸收作用有助于稳定出水水质.湿地前端和后端分别以填料的吸附截留作用和微生物的硝化反硝化作用为主要脱氮途径.改性过程对沸石磷素吸附沉淀性能的大幅提升是在多重途径的协同作用下实现的,湿地构型和植物根系的影响是造成相同区域填料氮磷截留量差异的主要原因.硝化作用强度的高低是改性沸石湿地脱氮效果及稳定性季节性波动的主因.     

北方典型灌区不同灌期农田系统中氮素迁移特征分析

以内蒙古河套灌区杭锦后旗解放闸灌域为研究区,分析2009年夏灌和秋浇前后土壤中、浅层地下水和土壤渗滤液中的硝态氮、总氮的分布特征,研究不同灌期农田系统中氮素的迁移规律及其影响因素.结果表明:夏灌对氮素的稀释作用明显,反硝化作用也会降低地下水中硝态氮的浓度,此外玉米地块的氮流失在夏灌时相对明显;秋浇是农田氮素淋失的主要阶段,一方面是硝态氮 (NO3-N) 在灌水作用下向下淋失,另一方面是土壤中的NO3-N 在反硝化作用下转变成N2O、N2和O2释放;夏灌与秋浇两次灌水前后地下水中总氮 (TN) 的峰值滞后于NO3-N,表明氮素的流失除以NO3-N的形式发生之外,部分氨氮以及有机氮等其他形式的氮素在灌溉驱动下也发生一定程度的纵向流失.     

处理低污染水的复合人工湿地脱氮过程

为了解人工湿地处理低污染水的脱氮过程,以洱海流域邓北桥湿地为例,采用水质分析、细菌数量分析与硝化/反硝化强度分析相结合的方法,研究了复合型人工湿地处理低污染河水过程中的氮转化过程及污染物去除效果. 结果表明:在氧化塘-表流湿地-潜流湿地-表流湿地的复合型人工湿地中,ρ(NH₃-N)和ρ(TN)呈逐级降低的趋势,NH₃-N和TN的平均去除率分别可达53.24%和48.21%. 氧化塘和表流湿地的硝化强度显著高于潜流湿地,二级表流湿地中硝酸菌数量和表层硝化强度均为各工艺单元中最高的,分别为93.00×105g-1和8.42×102mg/(m3·h);潜流湿地中ρ(DO)较低,其反硝化作用强度为各单元最高的,其中表层反硝化强度为32.70×102mg/(m3·h),深层反硝化强度为32.09×102mg/(m3·h). 该复合型人工湿地中反硝化的主要单元为潜流湿地.      

小浪底水库水沙调控期滨河湿地地下水与河水转化关系

以小浪底水库下游武陟湿地为研究区,综合运用数理统计、水文地球化学和同位素技术相结合的方法,研究了小浪底水库水沙调控期滨河湿地地下水与河水转化关系.结果表明,小浪底水库调水调沙期间下游水体阳离子以Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺为主,阴离子以HCO₃^-为主.调水调沙初期河水水化学类型为HCO₃-Na·Ca·Mg型,地下水水化学类型为HCO₃-Ca·Mg·Na型;调水调沙中期和末期河水均为HCO₃·SO₄-Na·Mg型,地下水均为HCO₃-Na·Mg型.水库水沙调控过程中,水体的水化学组分从受碳酸盐和硅酸盐矿物溶解的共同作用过渡到以碳酸盐岩溶解为主.随着调水调沙的进行,河水与近岸带地下水的氢氧同位素组成逐渐富集,表明河水来源于上游水库表层水和大气降水,地下水则受到河水与大气降水的共同补给.在上游来水与水文地质条件等因素影响下,滨河湿地地下水与河水之间的转化主要发生在近岸带（距离河岸0~100 m内）,表现为河水补给地下水,随着调水调沙的进行,河水对地下水的补给增强.     

Modelling the N cascade in regional watersheds: The case study of the Seine, Somme and Scheldt rivers

The watersheds of the Seine, Somme and Scheldt rivers (France, Belgium, the Netherlands), flowing into the continental coastal zone of the English Channel and Southern North Sea, are among the regions of the world with the highest anthropogenic inputs of reactive nitrogen through fertilizer use, legume fixation and deposition of atmospheric nitrogen. They also represent examples of widely open systems, either exporting a large fraction of their N inputs under the form of agricultural products (case of the Seine basin) or importing high amounts of nitrogen as feed for livestock nutrition (case of the Scheldt basin), and delivering up to 2000 kg N km⁻² yr⁻¹ at river outlet into the sea. Taking these three watersheds as a case study, we review the different approaches developed so far for describing and predicting the fate of reactive nitrogen inputs to regional systems and its cascade from soils to sea. These approaches range from simple lumped input–output budget, to detailed process-based, spatially distributed models of nutrient transfers. The merits and the limits of these approaches are discussed. Their combination allows to establish a reasonably consistent budget for the three basins, emphasizing the various ‘retention’ terms linked to both landscape and in-stream processes, including storage in long residence time compartments (soil organic matter, vadose zone, aquifers, etc.), denitrification (in soil, riparian zones or river benthos) or sediment burial. Root-zone and riparian denitrification processes appear as major terms of landscape retention in all three investigated watersheds. Retention of nitrogen associated with collection and treatment of urban wastewater is also a major term in the two most populated watersheds.     

洞庭湖湿地有机碳垂直分布与组成特征

以洞庭湖3类湿地的9个典型剖面为代表,研究了洞庭湖湿地有机碳垂直分布和组成特征.结果表明,湖草滩地表层(0～10cm)有机碳含量(>40g/kg)明显高于芦苇滩地(20±2.8) g/kg和垦殖水田(28±8.6) g/kg .0～30cm内,湖草和芦苇滩地有机碳含量随深度的增加而下降,30cm以下有机碳含量基本稳定.垦殖水田的3个剖面间有机碳含量存在较大变异.湖草滩地表层0～10cm轻组碳占总有机碳的20%以上,而芦苇滩地和垦殖水田表层0～10cm的有机碳以稳定的重组碳为主(>90 %) .同一类型湿地垂直方向上,受有机碳来源复杂性的影响,轻组碳占总有机碳的比例具有明显的层次性.分组试验还表明,重组碳与总有机碳、容重与总有机碳、重组碳与重组氮之间具有极显著的相关关系(p<0.01).     

潮白河再生水生态补给河道区浅层地下水氮转化

再生水与天然地下水水质存在差异,利用再生水生态补给河道区可能会带来环境风险.引温济潮工程已运行10余年,为研究再生水长期河道入渗下不同位置地下水氮组分的演化特征与机制,收集近11年的地表水与地下水监测资料.采用聚类分析将地表水划分为不同区域后选择典型地下水监测点分析氮组分的演化差异,并利用Cl-计算混合比得出地下水中目标成分的计算浓度,初步推测地表水入渗后发生的氮转化,并选取DO、TOC、底泥、水文地质条件等环境指标分析证明.结果表明:①地表水明显分为3组,包括减河、土坝以北潮白河段、土坝以南潮白河段,各组间指标存在显著差异,影响水质差异的主要因素为再生水的氮、磷含量及水体流态.②再生水入渗过程中,包气带或黏土层较厚有利于氮的去除,减河和土坝以北潮白河段地表水中的NO₃--N流经包气带时通过反硝化与同化作用衰减,NH₄+-N通过吸附与硝化作用得以去除,入渗后未引起地下水中的氮浓度明显增加.③而土坝以南潮白河段,河道补水后翌年地下水位抬升并趋于稳定,长期地表水入渗使底泥的氮和有机质含量升高,使得该断面于2013年后达到适宜的碳氮比而发生有机氮矿化作用,由于包气带较薄,生成的NH₄+-N较少吸附于土壤介质中,易随水流入渗而引起地下水中ρ（NH₄+-N）升高.研究显示,再生水入渗过程中,包气带或黏土层较厚可有效去除氮组分,但部分地区包气带较薄且发生有机氮矿化作用会增加地下水的氮污染风险.      

以城市污水为水源和肥源对荒漠化土壤的修复效果

为了同步实现城市污水净化和荒漠化土壤修复,以荒漠化土壤(沙土)作为人工湿地基质(基质深度分别为0.1和0.6 m),分析不同运行条件(植物种类、水力负荷、基质深度、季节变化等)下湿地对净化城市污水、修复荒漠化土壤的效果. 结果表明:经过2 a的修复,城市污水中污染物作为荒漠化修复的肥源可以快速富集到荒漠化土壤中. 与原沙相比,沙土中w(有机质)、w(TN)、w(碱解氮)、w(TP)、w(速效磷)及电导率均极显著增加(P<0.01),而pH并无显著变化(P>0.05). 沙土容重极显著降低(P<0.01),孔隙率极显著增大(P<0.01). 当城市污水作为荒漠化土壤修复水源时,即使水力负荷低至0.0075 m3/(m2·d),植物仍能正常生长. 基质深度为0.1 m的潜流湿地在不同水力负荷时对污水中COD_Cr、TN、TP的最低平均去除率分别为59.46%、77.45%、62.36%;基质深度为0.6 m的潜流湿地对污水中三者的平均去除率分别为59.24%、32.02%、57.89%;基质深度为0.6 m的表面流湿地对污水中三者的平均去除率则分别为80.40%、14.00%、29.31%. 研究显示,以城市污水为水源和肥源对荒漠化土壤修复2 a后,沙土中养分含量均显著增加,沙土结构也得到明显改善,各湿地在夏秋季对污水中COD_Cr、TN、TP均有较好的去除效果.      

汉江下游河水-地下水交互带中地下水水化学和氮分布特征

河水-地下水交互带被称为生物过滤器,对氮等污染物有截留净化功能。为研究汉江下游河水-地下水交互带氮的分布特征,本文设立了3个剖面和9口钻井,采集沉积物和地下水样品并进行测试。结果表明,在样品采集期间交互带剖面1河水补给地下水,剖面2地下水补给河水,剖面3河水和地下水水位持平。交互带地下水pH整体上呈中性,主要水化学类型为HCO₃-Ca型,处于缺氧或厌氧的还原环境;地下水硝态氮0.02～0.22 mg/L,亚硝态氮小于0.02 mg/L,小于Ⅰ或Ⅱ类地下水氮的浓度限值;位于农田的1-2井氨氮1.93 mg/L,符合Ⅴ类地下水氨氮浓度限值,而其它8口井氨氮0.01～0.32 mg/L,小于Ⅲ类地下水氨氮浓度限值。交互带沉积物pH呈中性偏弱碱性,1-2钻井不同深度沉积物氨氮0.05～2.45 mg/kg,其它钻井沉积物氨氮0.03～0.34 mg/kg。这些结果表明农业氮肥是导致交互带高氨氮的主因,但是影响范围比较有限。此外,交互带中氨氮主要以交换态铵氮存在,溶解态氨氮占比较少。     

引黄调水对汾河受水区水环境的影响

引黄入晋工程缓解了太原市水短缺问题。然而,近年来上游黄河水出现较严重污染。引黄调水对汾河受水区的影响尚不明确。论文基于连续观测和采样,分析了受水区河水、地下水水文过程、理化性质、主要离子、典型污染物邻苯二甲酸二丁酯以及大肠杆菌的含量和变化。结果表明：受水河流和河岸带地下水受引黄影响十分明显,含盐量和有机物含量显著增加,水环境整体退化;引黄导致汾河雨季高水位而旱季低水位的水文过程反转,且整个水文年内河水以饱和输水的方式补给浅层含水层,水位埋深变浅;汛期河谷发生洪水的风险大大增加;引黄导致汾河水电导率增大两倍左右,且河水由Ca-HCO₃型变为Na-Cl·SO₄型,而溶解有机碳含量增高约26%,UV₂₅₄含量增大约24%;引水暂停期汾河水水化学特征趋于恢复,而河岸带地下水水化学特征未能恢复。长期来看,若引黄调水持续向河谷地下水输入大量Na⁺和Cl^-等,且地下水埋深持续保持在较浅的范围,可能造成土壤盐碱化、植被退化和生态环境恶化等更加严重的后果。