水工学的发展趋势——从传统水工学到生态水工学

我国水资源时空分布不均，水污染与水土流失问题突出，仅靠传统水工学的开发与利用不足以解决这些问题，且会给流域生态环境带来不利影响，因此传统水工学的变革是必然的。从解决问题的基本思路出发，将传统水工学与生态水工学的基本理论、研究范围等各方面加以比较，指出在坚持人与自然和谐共处的前提下，坚持可持续发展，遵循生态系统自组织、自修复原理，重视流域整体性，坚持保护生物多样性，并做到较好的亲水性，可以形成完善的生态水工学基本原理。以生态水工学基本原理指导流域开发利用将会取得较好效果，同时,流域生态系统健康诊断、生态水工建筑物设计与管理以及流域受损生态系统的生态恢复与重建应是生态水工学的主要研究方向。     

硫酸锰化工厂遗址周围水体重金属污染健康风险评价

对某典型废弃硫酸锰化工厂周围水体中重金属进行检测. 结果表明:水样pH为2.56～8.33,总体呈酸性. 饮用水中ρ(Mn)和ρ(Pb)偶尔超出《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006),ρ(Cu),ρ(Zn)和ρ(Cd)均未超标. 地表水中部分重金属含量超过《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)(Ⅴ类),其中ρ(Mn)严重超标,超标率达100%. 应用健康风险评价模型对饮用水进行分析,非致癌物的个人年风险顺序为Mn>Pb>Zn>Cu,饮用水由饮水途径和皮肤接触途径所致健康危害的个人年风险以靠近厂区的2号采样点为最高,虽低于国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受风险水平,但高于瑞典环保局、荷兰建设和环境部推荐的最大可接受风险水平,建议暂不把该类井作为饮用水源. 由健康风险评价可知,该硫酸锰化工厂虽关停多年,但附近水体仍存在风险,建议政府采取可行的修复措施使该地区的环境质量得到改善,以保障人民生活.      

我国城市住宅室内空气挥发性有机物污染特征

通过调研1990年以来我国城市住宅室内空气污染的研究资料,提炼城市住宅室内空气中挥发性有机物的浓度数据,总结甲醛、苯系物等常见住宅室内挥发性有机物的污染水平和分布规律,并且对主要由装修引起的污染物浓度与装修时间的关系进行了探讨. 分析发现,我国城市居民住宅室内普遍呈现以甲醛、苯、二甲苯等污染物为主的装修型污染,甲醛是首要污染物,ρ(甲醛)平均值为0.05～0.61 mg/m3,ρ(苯)、ρ(甲苯)、ρ(二甲苯)、ρ(乙苯)和ρ(TVOC)平均值分别为0.001~0.134、0.003~0.645、0.001~1.012、0.001~0.091和0.11~1.81 mg/m3. 新装修住宅室内空气中各种污染物均呈现较高的浓度水平,除甲醛外,其他挥发性有机物随着竣工时间的推移而快速下降.      

北京2011年10月连续灰霾过程的特征与成因初探

选择2011年北京地区灰霾典型发生月——10月,利用在中国环境科学研究院监测的φ(SO₂)、φ(O₃)、φ(NO₂)、φ(CO)、ρ(PM₁₀)、ρ(PM_2.5)、ρ(BC)等数据,对该地区秋季典型灰霾过程特征及成因进行了研究. 在观测期间51.5%的时间内出现了灰霾,其中13.6%属于重度灰霾. 对灰霾期间污染物时间分布特征的分析表明:在灰霾过程中ρ(PM₁)、ρ(PM_2.5)、ρ(PM₁₀)及ρ(BC)较各自月均值的升幅均大于20%,ρ(PM₁)/ρ(PM_2.5)(78.7%)也明显增大.大气能见度的降低与细颗粒物及亚微米颗粒物有直接关系. 对观测期间的气象因素、气体污染物时间序列和颗粒物浓度累积特征的研究表明,10月连续灰霾过程的成因可能是该月频繁出现的鞍型场静稳天气及北京周边地区存在的基数较大的细颗粒物排放源所致.      

日本核泄漏对我国北方典型区域的影响

为研究2011年3月日本核泄漏对我国北方典型区域的影响,通过采集北京、青岛两地的TSP和PM₁₀样品,对大气颗粒物中的放射性核素进行监测,分析其污染水平;并结合气象条件等因素,运用Models-3/CMAQ模式数值模拟和HYSPLIT-4轨迹,分析了日本放射性核素的传输方向及其可能对我国的影响. 结果表明:①北京监测点于3月29日开始监测到微量的131I、134Cs、137Cs、7Be,随后几天各核素浓度迅速增加,于4月1—3日达到峰值(在PM₁₀中的浓度分别为1.87×10-3、4.60×10-4、6.52×10-4、8.52×10-3 Bq/m3)后,131I逐渐减小直至检测不到,134Cs、137Cs的浓度则保持在较低浓度水平(<5×10-5 Bq/m3)且稳定,7Be则保持较高的浓度水平(4.23×10-3~9.42×10-3 Bq/m3),并随时间的波动出现峰值. 青岛监测点的各放射性核素浓度特征与北京监测点类似. ②4种放射性核素均保持在较低的浓度水平,从监测数据看对人体健康应该不会造成太大影响. ③Models-3/CMAQ模式数值模拟和HYSPLIT-4轨迹分析均显示,日本核泄漏期间,福岛的气团均是向其东南、东北方迁移,因此检测到的放射性核素应该主要是通过高空扩散由西向东绕地球一圈后传输到我国的.      

浑蒲灌区土壤中多环芳烃的分布及生态响应

因污水灌溉、大气沉降和油井的直接输入可能导致浑蒲灌区土壤中的w(PAHs)升高. 沿灌渠走向选取了8个采样点和1个对照点,分析了不同深度的土壤中w(PAHs)和表层土壤中微生物PLFAs(磷脂脂肪酸)的组成. Spearman分析表明,除了芴和蒽,其他PAHs、2~6环PAHs和总PAHs的质量分数均与土壤深度呈显著负相关. 油井附近的旱田土壤中w(PAHs)较高〔Ⅰ-2U采样点为(645.77±204.21)μg/kg,Ⅰ-6U采样点为(660.39±208.83)μg/kg〕;浑蒲灌区土壤中的PAHs以低环数的菲〔(61.92±13.72) μg/kg〕、蒽〔(39.11±10.68) μg/kg〕和芴〔(31.12±8.14) μg/kg〕为主;由于淋洗作用,水田土壤中w(PAHs)明显低于旱田. 相比对照点,浑蒲灌区土壤中微生物量降低,但微生物多样性增加. 通过对PLFAs的主成分和聚类分析,受油井影响的水田(Ⅰ-1P、Ⅰ-5P采样点)与旱田(Ⅰ-2U和Ⅰ-6U采样点)聚在一起,与对照点距离较远,说明油井附近水田和旱田的微生物结构与对照点存在显著差异,二者同时受到了油田的影响,相应的生态功能也会受到同样的影响. 尽管水田土壤中w(PAHs)明显低于旱田,但其土壤微生物结构也明显受到了石油污染的影响,而且水田地下水健康风险增加,因此建议关注水田风险,并为水田和旱田制订不同的PAHs土壤基准值.      

以保护地下水为目标的Ag土壤环境基准推导案例

土壤环境基准是制订土壤环境质量标准的重要依据. 借鉴国外制订保护地下水的土壤环境基准方法学,以湖南红壤、北京潮土和东北黑土为供试土壤,通过吸附试验获取重金属Ag在3种土壤中的分配系数(K_d),并通过文献调研获取3种土壤及其含水层的相关参数;采用US EPA(美国国家环境保护局)的土壤环境基准技术导则中的SSL(soil screening level)模型,并基于我国饮用水水质标准,对Ag土壤环境基准进行反推. 结果显示:Ag在红壤、黑土和潮土中的分配系数分别为7.10、56.7、132 L/kg,推导出的基于保护地下水的Ag的土壤环境基准值分别为0.440、3.04和7.80 mg/kg. 3种土壤中Ag的基准值均在发达国家或地区保护地下水的土壤环境基准值范围内,与各国基准值的差异主要是由于土壤性质、含水层类型以及Ag在土壤中的分配系数的差异所致.      

基于SOFM神经网络的京津冀地区水源涵养功能分区

为探讨水源涵养功能空间分异在水资源分区管理方面的应用,以京津冀地区为研究区,根据水源涵养功能的5个主要影响要素——海拔、降水量、蒸散量、土壤饱和含水率、森林覆盖度,构建SOFM(self-organizing feature map,自组织特征映射)神经网络,并对该区水源涵养功能进行区域划分. 结果表明:京津冀地区可划分为6个水源涵养功能区域,分别为冀西北高原-间山盆地草原水源涵养中能力区、坝上高原-冀北山地草原-森林水源涵养中低能力区、燕山-太行山中低山森林-草原水源涵养中高能力区、冀中南部平原农田水源涵养低能力区、燕山-太行山低山森林水源涵养中高能力区和冀东平原农田-草原水源涵养高能力区. 方差分析结果显示,各分区之间具有显著差异,表明用SOFM神经网络对水源涵养功能进行分区效果良好. 在水源涵养功能分区基础上,归纳和总结了各分区水源涵养功能影响要素的主要特征. 京津冀地区作为一个统一的水资源生态环境区,其内部的水源涵养功能存在明显的区域差异,建议依据各分区水源涵养功能的强弱及其主要控制因子特征,科学制订适应当地自然环境的水资源管理方案.      

海河干流及河口地区土壤中有机氯农药的分布特征

以海河干流沿岸及海河河口周边地区为研究区域,采集了31个表层土壤样品,利用加速溶剂萃取（ASE）技术,使用气相色谱-电子捕获检测器（GC-ECD）分析方法测定了样品中的六六六（HCHs）和滴滴涕（DDTs）的含量.结果显示,海河河口地区土壤中HCHs和DDTs的含量范围分别为n.d.～1 728 μg·kg^-1（平均含量为93.9 μg·kg^-1）和n.d.～288 μg·kg^-1（平均含量为34.4 μg·kg^-1）.其中HCHs占优势,约占有机氯农药（OCPs）总残留量的72%.从海河干流到河口地区,OCPs的含量分布呈非均一性,受污染点源的分布影响较大,农药化工企业分布的区域土壤中的有机氯农药含量明显高于其它区域,海河干流区域相对高于河口地区.土壤中有机氯农药的成分分析结果表明,该地区土壤中除个别采样点OCPs仍有新的污染源输入外,大部分点位土壤中的OCPs主要来自于工业点源的历史输入和农业面源即有机氯农药的历史施用.与国内外其他地区土壤相比,该地区土壤中OCPs污染处于较高水平.     

天津市某小学儿童个体PM_(2.5)暴露特征及来源解析

为探讨儿童个体PM2.5暴露水平及来源,分别于2010年5月17日—6月24日(夏季)和11月8日—12月3日(冬季)对36名9~12岁小学生进行个体PM2.5暴露样品的采集和分析.结果表明:天津市某小学儿童夏、冬两季个体PM2.5暴露浓度(以质量浓度计)分别为(74.7±29.5)和(122.4±42.3)μg/m3,冬季暴露水平高于夏季,可能与冬季取暖有关.两季PM2.5载带的Al和Si,Zn、Pb和Mn的质量浓度分别呈显著相关;夏、冬两季SO42-和NO3-质量浓度之和分别占个体PM2.5暴露浓度的43.3%和39.5%.夏、冬两季NO3-和SO42-质量浓度平均值之比分别为2.3和0.6,说明夏季机动车排放为主导源,冬季则为固定源(如工业源和燃煤源).冬季OC(有机碳)和EC(无机碳)质量浓度分别高于夏季,与PM2.5质量浓度的季节变化趋势一致.源解析结果表明,天津市儿童夏季PM2.5暴露的来源为二次源、机动车排放、土壤尘、工业源和机动车添加剂,贡献率分别为30.4%、28.9%、12.8%、20.8%和7.1%;冬季则为二次源、机动车排放、土壤尘、工业源、燃煤源和道路尘,贡献率分别为26.5%、24.5%、13.7%、10.3%、19.9%和5.1%.