再生水回灌地下水环境安全风险评价技术方法研究

再生水回灌是水资源管理的一条有效途径,也是污水再生利用的重要发展方向。然而,当再生水以农灌、土壤含水层处理（SAT）、河湖入渗和井灌等方式进行地下水回灌时,不可避免的会在回补地下水的过程中造成对地下水环境的污染风险。针对不同回灌方式建立适用于我国的再生水回灌地下水环境安全风险评价技术体系至关重要。借鉴国内外地下水污染风险评价方法,综合分析再生水回灌对地下水产生风险的关键环节,采用层析分析法,从回灌水特征污染物特性、回灌区地下水固有脆弱性以及回灌工程布设方式3个方面,针对地表灌溉、河湖入渗和井灌3种回灌方式,建立了包含污染物浓度水平、分配系数、溶解度、半衰期、半致死剂量、地下水埋深、降雨入渗补给量、地形坡度、土壤介质、包气带介质、含水层介质、含水层厚度、回灌强度、回灌周期、回灌水停留时间以及取水点与回灌点水平距离16个指标在内的风险评价指标体系。在此基础上,结合地下水使用功能,以20个典型再生水回灌场地调研结果和160种再生水回灌地下水污染风险因子物化特性为数据基础,对各指标进行了风险水平的划分,基于聚类分析法,采用各指标风险指数相乘的风险表征方法计算总风险指数,构建了再生水回灌地下水环境安全风险评价技术方法。该方法有效的避免了指标权重计算的主观性,并且能够直观的找出导致风险的主要因素。结果表明：利用建立的风险评价技术方法可将我国再生水回灌地下水环境安全风险划分为3级,风险值〈5为一级,风险值在5-15之间为二级,风险值〉15为三级。在某再生水回灌场地的应用表明,该回灌区地下水环境安全风险为二级,同时得出回灌水特征污染物特性指标是造成该回灌区地下水环境风险的主要因素。     

华南滨海小流域降雨入渗对地下水的补给分析

以华南滨海小流域——中山大学滨海水循环试验基地(试验基地)作为研究区,在对该流域地下水和雨水分别进行采样、实验分析的基础上,利用氯量平衡法(CMB)与地下水动态法计算了该流域的降雨入渗补给系数与给水度。研究发现,试验基地地下水主要受降雨补给,地下水埋深在雨季(4—9月)、旱季(10—3月)的变动范围大致为0～1.5 m与0～0.5 m。根据CMB计算结果,补给区、中间区雨季降雨入渗补给系数分别为旱季的1.3～1.6倍和1.3～2.0倍,且补给区大于中间区(M5井除外)。利用地下水动态法计算次降雨入渗补给系数,所得雨季、旱季的均值(7.6%和4.6%)与CMB计算结果(7.7%和5.3%)较为接近。给水度、雨强与入渗补给系数均存在一定的线性关系。将地下水埋深分别与降雨入渗补给量及潜水蒸发量进行多项式拟合对比,发现降雨入渗对地下水的最大入渗补给埋深约为2.3 m,当埋深为3.1 m时,地下水可获得最大净补给量。     

华南滨海小流域降雨入渗对地下水的补给分析

以华南滨海小流域——中山大学滨海水循环试验基地（试验基地）作为研究区,在对该流域地下水和雨水分别进行采样、实验分析的基础上,利用氯量平衡法（CMB）与地下水动态法计算了该流域的降雨入渗补给系数与给水度。研究发现,试验基地地下水主要受降雨补给,地下水埋深在雨季（4—9月）、旱季（10—3月）的变动范围大致为0～1.5 m与0～0.5 m。根据CMB计算结果,补给区、中间区雨季降雨入渗补给系数分别为旱季的1.3～1.6倍和1.3～2.0倍,且补给区大于中间区（M5井除外）。利用地下水动态法计算次降雨入渗补给系数,所得雨季、旱季的均值（7.6%和4.6%）与CMB计算结果（7.7%和5.3%）较为接近。给水度、雨强与入渗补给系数均存在一定的线性关系。将地下水埋深分别与降雨入渗补给量及潜水蒸发量进行多项式拟合对比,发现降雨入渗对地下水的最大入渗补给埋深约为2.3 m,当埋深为3.1 m时,地下水可获得最大净补给量。     

京津冀植被退化的空间格局及人为驱动因素分析

植被净初级生产力(NPP)是区域生态系统健康与退化的重要指示器之一。基于2000—2010年NPP数据和土地利用数据,采用趋势分析、叠加分析和显著性检验等方法,研究京津冀植被退化的空间格局,并分析其人为驱动因素。结果表明:(1)研究区植被NPP多年均值(以C计)集中在400~700 g·m~(-2)·a~(-1),高值区主要分布在燕山山脉、太行山山脉及太行山山脉东麓山前平原,低值区主要分布在冀西北草原区、研究区东部沿海地带和冀东平原盐碱地地区。(2)11 a间京津冀植被NPP呈减少趋势的区域面积占研究区总面积的59.214%,其中,显著和极显著减少区域面积占10.050%,研究区局部区域植被发生明显退化;京津冀区域植被退化总面积为21 545.07km~2,其中,重度退化面积为5 775.66 km~2,中度退化面积为8 168.18 km~2,轻度退化面积为7 601.23 km~2;研究区植被退化表现出明显的空间聚集特征,一是太行山东麓呈条带状连片区域,二是京津唐都市圈呈环状区域。(3)京津冀区域植被退化格局主要人文驱动因素有3个:一是城市(镇)蔓延式扩张,研究区城市新增建成区面积与重度、中度、轻度退化面积之间的相关系数分别为0.897 9、0.783 5和0.686 9(P0.05);二是区域交通路网密度影响区域植被退化格局和程度,以重要交通线为核心,从核心到两翼,植被退化程度逐渐降低;三是区域经济发展战略和产业布局直接影响区域植被空间格局。     

地下水埋深对干旱区沙棘生长及耗水的影响研究

为探讨根域限制下地下水埋深对沙棘(Hippophne rhamnoides)生长与耗水的影响,设置4个水平地下水埋深(3.0、2.5、2.0和1.5 m)和2种土质(砂壤土和壤土),采用马氏瓶供水模拟地下水位,获取不同地下水埋深条件下地下水补给量、渗漏量、生长指标变化及耗水量,探究不同地下水埋深条件下沙棘生长特征变化及耗水规律;并结合耗水规律和实测生长指标进行分析,确定沙棘适宜的地下水埋深。显著性分析结果表明,各地下水埋深处理沙棘新生枝生物量由大到小依次为2.0>2.5>3.0>1.5 m,水分生产效率由高到低依次为2.5>2.0>3.0>1.5 m,砂壤土条件沙棘新生枝生物量和水分生产效率均优于壤土。砂壤土栽植条件下,地下水埋深为2.0 m时沙棘株高、茎粗及各生长指标变化均优于其他地下水埋深处理。砂壤土比壤土更适宜沙棘生长,沙棘各生长阶段耗水强度呈先增大后减小趋势。综合水分生产效率和新生枝生物量分析结果,地下水埋深为2.0～2.5 m且土质为砂壤土的环境较适宜沙棘生长。     

静乐县生态脆弱性时空演变与分区研究

生态脆弱性研究是区域生态环境恢复与治理的重要依据。基于人为-自然因素综合作用体系,选取表征人类活动、社会经济、植被、气象、土壤和地形地貌等14个因子构建静乐县生态脆弱性评价指标体系。运用空间主成分分析法,结合遥感数据和地理信息系统技术,对山西省静乐县2007和2017年生态脆弱性进行定量评价和分区,揭示区域生态脆弱性时空演变特征。结果表明:(1)通过主成分特征分析发现,地形起伏度、土壤侵蚀程度、人均耕地面积、年均降水量和人均GDP是影响研究区生态脆弱性的主要因素。(2)静乐县生态脆弱性类型主要由微度脆弱、轻度脆弱、中度脆弱和重度脆弱4类组成。2007年以轻度脆弱和中度脆弱为主,2017年以中度脆弱和重度脆弱为主。空间上均呈现"中部高-两边低"的格局。(3)研究期内,各类生态脆弱性等级相互转移的总面积为662.84 km~2,以轻度和中度脆弱转移为主。轻度脆弱主要转向中度脆弱,转移面积为472.90 km~2;中度脆弱主要转向重度脆弱,转移面积为187.65 km~2。研究区空间上基本呈现"轻度向中度演变、中度向重度演变"的趋势,生态形势严峻。(4)根据时空演变特征将研究区划分为生态修复区、生态持平区和生态退化区。研究成果可为静乐县及同类型地区开展生态修复治理工作提供科学支撑和研究思路。     

新疆喀什噶尔河岸植被对地下水埋深的退化响应

地下水是干旱区重要的环境因子,影响着植被的生长分布.基于2018年新疆喀什噶尔河岸的监测井与植物样地监测数据,分析了研究区不同地下水埋深梯度的植物生长与群落分布情况,讨论地下水埋深对植被退化的影响,结果表明:1)研究区主要以乔木和灌木为主,其中胡杨出现频次最高,是研究区优势植被,其盖度和高度较小,长势受到地下水埋深制约...     

廊坊市区地下水质量现状评价与分析

为阐明人类活动影响下廊坊市区地下水环境状况,2015年在研究区进行现场调查采集并分析了深浅层(包含3组地表水)水样50组,测试指标包括有机指标(30项)和无机指标(31项).利用基于分类指标的单指标综合评价法进行本区地下水质量评价.结果表明,研究区地下水质量综合评价结果较差,深层地下水相比浅层地下水水质较好;从分类指标来看,对区域地下水质量影响最大的为无机毒理指标,其次为一般化学指标,毒性(类)金属指标及有机指标对地下水质量影响很小,各项指标主要影响浅层地下水;单项组分分析表明,深、浅层地下水水质贡献指标相差较大,其中影响浅层地下水水质的主要指标有总硬度、"三氮"、砷、氟化物、铁锰等,深层地下水影响指标主要为氟化物(50.0%),其次为砷(13.6%);有机组分少量指标检出但无超标.分析认为原生水文地质环境和人类活动是影响该区地下水质量的主要因素,是导致地下水中污染组分异常的根源.     

生活垃圾填埋场地下水污染风险分级方法研究

在综合分析国内外不同行业、不同领域风险分级方法的基础上,初步建立了一种生活垃圾填埋场地下水污染风险分级方法。该方法利用由美国环保局（USEPA）开发的多介质、多路径、多受体风险评价模型（3MRA）中用于描述污染物在地下水迁移的EPACMTP模型和风险评估模型计算生活垃圾填埋场地下水污染风险指数I,利用地下水含水层脆弱性模型（DRASTIC模型）计算地下水含水层脆弱性指数DRASTIC。并以I和DRASTIC为风险分级指标,以MATLAB聚类分析为方法,对生活垃圾填埋场地下水污染风险进行分级。以北京市22个生活垃圾填埋场为例,利用建立的风险分级方法,可将这22个填埋场地下水污染风险从高到低分为4级,并且大部分填埋场属于风险级别较低的3、4级。表明该风险分级方法可行、有效,在一定程度上可以为生活垃圾填埋场地下水污染的风险管理提供依据。     

土地利用变化对茂名市降水入渗补给量的影响

大气降水是地下水补给的主要来源,确定降水入渗补给量对地下水资源管理和规划有着重要意义。以茂名市为研究区,基于Wet Spass分布式水文模型及Geo SOS-FLUS模型,结合GIS技术,估算2010年的降水入渗补给量,分析未来土地利用变化及其对降水入渗补给的影响。结果表明,(1)降水大部分转化为蒸散发量,入渗补给量次之,年平均降水入渗补给量为684.63 mm;不同土地利用类型下,径流量、蒸散发量和降水入渗补给量存在显著差异性,由于城市规划的作用和区域土壤质地的差异,林地、居民用地的降水入渗补给能力较大,高达800 mm,荒地最小。(2)近20年来,居民大量开垦荒地,草地转变为耕地和林地,有利于降水入渗的土地利用类型面积减少,使得降水入渗补给量减少,土地利用变化影响着地下水的水量平衡。(3)到2050年,各类土地利用类型在区域上的分布更加集中,水域面积大量减少,耕地面积普遍大于其他类型土地,导致大部分面积的降水入渗补给量将呈现减少的趋势,全年、丰水期的降水入渗补给量变化较相似,与枯水期的变化相差较大;到2100年则偏向于林地和草地的增加,降水入渗补给量呈增加趋势。可见,在未来一段时期内,茂名市在追求经济高速发展的同时,应加强对生态环境的保护,加大绿化面积,使地下水得到一定量的补给。本研究结果可为茂名市未来土地规划提供一定依据,以进一步加强对地下水的管理和保护。     

基于遥感和地理信息系统的内蒙古呼日查干淖尔地区生态脆弱性评价

随着全球气候变化和人类活动干扰,各地区的生态脆弱性日益显著。综合自然条件和人为干扰对内蒙古呼日查干淖尔地区生态脆弱性的影响,选取地形、植被、土壤、气象和土地利用等8个指标,基于遥感(RS)和地理信息(GIS)技术,运用层次分析法、熵权法和综合指数法构建生态脆弱性评价模型,对该区域2010年和2017年的生态脆弱性状况进行综合、定量的分析。研究表明:(1)呼日查干淖尔地区2010和2017年的综合生态脆弱性指数分别为3.516 6和3.235 0,生态脆弱性均整体处于中等偏高水平,但生态状况总体呈好转态势;(2)该区域的潜在脆弱和轻度脆弱区主要分布在湖泊、河流流域和呼日查干淖尔湖南部的高植被覆盖区,中度脆弱区一般在低植被覆盖区和干涸湖盆处,重度脆弱区和极度脆弱区主要分布在研究区东、西部和北部的裸地处;(3)呼日查干淖尔湖以北的大部分区域生态脆弱性等级高于以南区域,但研究期间北部的生态脆弱性等级出现大面积降低,由极度脆弱向中度和轻度脆弱转移;(4)受自然因素和人为因素共同作用,呼日查干淖尔地区生态脆弱性指数具有较强的空间自相关特征。     

内蒙古典型旱区盐湖盆地浅层地下水污染风险评价

为明晰内蒙古阿拉善盟吉兰泰盐湖盆地浅层地下水污染特征及评估地下水饮水安全风险等级,采集了盐湖盆地研究区土壤表层(0—10 cm)样品56个,地下水样品127个,检测分析土壤中重金属元素Cu、As、Pb含量及水样中Cr、Hg、As、F^-、NO₂^-、NO₃^-含量.运用地下水风险评价概念模型,将地下水脆弱性、地下水污染物容量及土壤毒性污染物潜在生态危害评价有机结合,对地下水污染风险展开评价.借助ArcGIS软件进行克里格插值绘图,探析盐湖盆地浅层地下水风险的空间分布特征.结果表明:盐湖盆地地下水脆弱性指数范围为4.80—5.30属于中等脆弱性,吉兰泰盐湖东南部和吉兰泰镇西北部脆弱性高于其他区域;地下水样品中重金属Hg的含量在《地下水质量标准》中Ⅲ类水水质标准范围内,其他元素均有超标现象,其中F^-超标率最高,为62.20%,Cr、As、F^-、NO₂^-、NO₃^-     

南阳盆地土壤酸化风险防控分区研究

南阳盆地表层土壤酸化趋势明显.利用土地质量地球化学和地下水污染调查结果,从自然地理条件、土壤条件和水文地质条件3个方面,选择地貌类型、土地利用类型、土壤类型、土壤pH、包气带岩性、含水层富水性、地下水硝酸盐含量和年降水量8个指标作为研究区土壤酸化评价因子,构建土壤酸化风险评价指标体系,分析各指标空间分布特征.采用层次分...     

崇明东滩围垦湿地芦苇生态特征与水盐因子的关系

芦苇是崇明东滩围垦湿地生态系统的重要优势物种和建群种,了解芦苇与滨海围垦区湿地土壤水盐因子的关系对于围垦区湿地水盐调控管理和湿地植被恢复具有重要意义.以崇明东滩围垦湿地芦苇(Phragmites australis)为研究对象,通过野外调查与统计分析,探讨滨海湿地芦苇生态特征与地下水埋深(Ground water depth,WD)和土壤电导率(Siol electrical conductivity,EC)的关系.结果表明:研究区地下水埋深与表层土壤电导率呈显著负相关,相关系数为-0.883;沿着高程从高到低,地下水埋深逐渐升高,土壤电导率逐渐降低,在不同水盐梯度下芦苇种群表现出相应的生态特征,芦苇密度、株高、单株叶面积、单株生物量、叶面积指数和单位面积地上生物量均沿着高程的降低而增加.Pearson相关性分析表明,地下水埋深与芦苇生态特征呈显著正相关,而土壤电导率与芦苇生态特征呈显著负相关,并且土壤电导率与芦苇生态特征的相关性大于地下水埋深.回归分析发现芦苇在土壤水埋深较低区域(-5 cm以下)生长受到限制,表现为低密度、低生物量;在地表有少量积水的土壤环境中(0 cm以上)芦苇生长状况较好,表现为高密度、高生物量.随着土壤电导率的增加,芦苇以低密度、低生物量的生态特征来适应胁迫伤害.当土壤电导率5 m S/cm,随着土壤电导率增加,芦苇生长指标快速下降,而当土壤电导率5 m S/cm,芦苇生长指标下降幅度较小.本研究表明,适当提高芦苇湿地年平均土壤水埋深有利于降低土壤表层土壤电导率,并且提高土壤水埋深均有利于芦苇单株生长和种群生长.     

池武溪流域岩溶水SO_4~(2-)的空间变化特征及其来源分析

SO_4~(2-)作为岩溶地区水化学环境变化的重要指标之一,对研究流域水文地球化学过程的演化以及水资源的保护具有重要的意义.为探究白云岩地区池武溪流域SO_4~(2-)的分布特征及主要来源,通过运用Piper图、Gibbs图、主成分和灰色关联度方法,对该区域内地下水和地表水共44个水样的水化学相关阴阳离子(Sr~(2+)、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Fe~(2+)、SO_4~(2-)和HCO_3~-等离子)进行系统性分析,结果表明,池武溪流域水化学类型主要分为两类:HCO_3-Ca型、HCO_3-Ca·Mg型,部分地下水水点是以SO_4-Ca型和SO_4-Ca·Mg型为主.在空间分布方面,地表水SO_4~(2-)浓度空间变化较平缓,SO_4~(2-)含量较高的区域主要集中在洞穴密集分布的水样点及其邻近区域,在河流交汇处SO_4~(2-)含量少,最低处仅有9.727 mg·L~(-1),地下水呈现以石膏晶洞、皮硝洞为中心,向两级逐渐递减的规律,最高值出现在石膏晶洞、皮硝洞附近,高达634.579 mg·L~(-1).Gibbs图表明,流域内岩溶水中的离子主要来源于岩石风化作用.主成分分析(PCA)结果说明,地表水与地下水存在明显的水力联系且流域内的离子来源于碳酸盐岩与硫酸盐岩的风化作用.灰色关联度排序结果表明,在天青石中SrSO_4的溶解和还原过程为主要作用,FeS_2、CaMg(CO_3)_2与石膏的综合作用,对流域内岩溶水的SO_4~(2-)有着重要的贡献,在地表水中的贡献率分别为0.772、0.701、0.681和0.663;地下水中分别为0.893、0.791、0.799和0.772.     

基于GIS的北京市生态脆弱性评价

城市化背景下"社会-自然"耦合生态系统的生态脆弱性评价成为当今研究热点。以GIS为平台,使用SPOT5和Landsat 8 OLI遥感数据等多元数据,运用"敏感、弹性和压力"生态脆弱性评估框架模型,结合空间主成分分析法,计算北京市生态脆弱度(EVI)、生态敏感度(ESI)、生态弹性度(EEI)和生态压力度(EPI),进行生态脆弱性评价。结果表明:(1)北京市生态脆弱性整体程度呈中等水平,但城镇区域生态脆弱性偏高(极高和高度脆弱区面积占北京市总面积的34%),山地林区生态脆弱性较低(一般脆弱区占研究区总面积的11%)。(2)生态脆弱性的敏感度、弹性度和压力度的权重系数分别为0. 196、0. 526和0. 278,平原地区植被覆盖度低和城镇建设用地比例过高是北京市生态脆弱性的主要影响因子。(3) EVI、ESI、EEI和EPI与土地利用方式均呈显著相关,其中EVI与建设用地相关性最大,Pearson相关系数为0. 80。(4)建议北京市生态保护和恢复工作应针对不同区域的脆弱性特征采取相应措施,进行优化实施。     

基于河流环境与生物复合指标评价辽北地区河流生态系统健康

基于河流环境与生物指标,构建了适用于以农田和城镇等土地利用格局为主的平原地区河流健康综合评价指数(River health comprehensive assessment index,RHCAI),该指数主要由河流水文、河流形态、河岸带状况、水体理化参数以及水生生物5大类指标构成.考虑到生物因子对河流干扰的敏感性和准确性较高,利用层次分析法适当提高了生物指标的权重.以辽北地区辽河、浑河及其支流为例,利用RHCAI对其健康状况进行了评价,结果表明,该区域河流的健康状态处于"一般"到"亚健康"水平,在被评价河流中,卧龙湖入湖河流的得分最高,接近"健康"水平,而北沙河、蒲河、柳河与东马莲河的健康状态相对较差.河流是淡水资源的重要载体,对其健康状态的科学评价可以为河流的生态修复、水资源的合理开发利用及流域的可持续发展决策提供重要的科学依据和有益借鉴.     

气候变化背景下羌活在三江源的适宜分布

羌活(Notopterygium incisum)是重要的药用资源和濒危物种,明确其适宜分布情况对其可持续利用至关重要。基于三江源18个羌活分布点数据,利用最大熵模型(MaxEnt)和地理信息系统(GIS)技术预测了气候变化背景下羌活在三江源的适宜分布情况,并筛选出影响其分布的主要环境因子。结果表明:当前羌活适宜分布面积为146.43×10~3 km~2,占三江源区域的26.67%,且主要集中在三江源区的东部和南部;影响羌活分布主要的环境因子有6个,按贡献率由大到小分别是:海拔(37.1%)、年平均气温(15.9%)、坡向(12.2%)、最湿季降水量(11.4%)、最冷季平均气温(9.6%)、气温季节性变动系数(5.4%);未来羌活在不同CO_2浓度情景下的适宜分布面积由大到小为:RCP2.6(126.92×10~3 km~2)、RCP4.5(95.32×10~3 km~2)、RCP6.0(25.53×10~3 km~2)、RCP8.0(22.13×10~3 km~2),未来不同CO_2浓度情景下羌活的适宜分布面积均小于当前羌活适宜分布,且未来高CO2浓度情景下的羌活适宜分布面积小于低CO2浓度情景。当前及未来不同CO2浓度情景下三江源国家公园中羌活的适宜分布面积分别为:当前(22.60×10~3 km~2)、RCP2.6(16.64×10~3 km~2)、RCP4.5(4.79×10~3km~2)、RCP6.0(0.43×10~3 km~2)、RCP8.0(0.27×10~3 km~2),羌活在三江源国家公园的适宜分布面积相对较小。该研究对于理解三江源区羌活野生资源生长环境具有重要意义,并有利于实现这一野生药用植物资源的科学保护与合理利用。     

杭嘉湖地区浅层地下水防污性能评价方法及应用研究

根据杭嘉湖地区具体情况和特点,参照DRASTIC指标法,选择5个评价因子,通过给定评价因子评分范围,赋予各因子相应权重,建立地下水防污性能评价模型.用修改模型与MapGIS软件评价研究区浅层地下水的防污性能.结果表明,大部分区域浅层地下水防污性能一般,沿太湖、钱塘江、东海一带的部分区域防污性能较差,只在中部有少部分区域防污性能较好.评价结果可以为研究区地下水资源的开发利用提供依据.图1,表2,参8.     

采煤沉陷积水区地表水与浅层地下水的氮、磷动态及相关性

根据2012年11月至2013年9月的9次监测数据,分析了淮南潘集开放型和封闭型沉陷区地表水与浅层地下水中氮、磷时间分布特征;通过相关性分析揭示了各类水体内氮、磷之间的响应关系和运移特征;通过各形态氮、磷比对研究区水体营养状态进行了限制性分析.结果表明,两类沉陷积水区内氮、磷时间分布存在一定差异,主要影响因素有降雨、周围农业面源输入、外部河流的互相补给等;各类水体内氮、磷之间均存在不同程度的响应,封闭型沉陷区地表水与浅层地下水中氮、磷响应关系更强;两类沉陷积水区均属磷限制性水体.