华北典型丘陵地区地下水水质特征及污染成因分析—以河南省安阳市龙安区为例

为探明华北典型丘陵地区——安阳市龙安区的地下水水质状况,共检测了龙安区内127个监测井的24项水质指标,开展区域地下水水质特征及污染成因研究;在水化学统计和水质评价的基础上,应用反距离权重空间插值法对污染物进行空间分布特征解析,并通过主成分分析法识别污染源。结果表明：龙安区浅层地下水化学类型多为HCO₃-Ca型,区域内93.0%的地下水样品中NO₃ ⁻浓度超过GB/T 14848—2017《地下水质量标准》中Ⅲ类标准限值,最大超标倍数为47.1倍。单因子污染指数评价结果显示,研究区地下水样品中NO₃ ⁻污染指数最大值为48.10,其中27%的样品处于较重污染状态,19%处于严重至极重污染状态;SO₄ ²⁻处于中度污染状态,Cl⁻、NH₄ ⁺、F⁻处于轻度污染状态。内梅罗综合污染指数评价结果显示,研究区地下水综合污染指数为0.01~34.69,地下水水质整体处于良好水平,但有4%的样品处于极差状态,主要分布于研究区中部。NO₃ ⁻、NH₄ ⁺、SO₄ ²⁻、Cl⁻浓度高值区主要分布于区域中部,且呈现中部高、东西低的分布特征;F⁻浓度高值区分布于地下水滞留区,且呈现西低东高的分布特征。污染成因分析结果表明,研究区地下水水质状况主要受区域水文地质条件、地下水地球化学特征和农业面源污染影响。

     

夏季风水汽输送对云南夏季旱涝的影响

利用欧洲中期天气预报中心的1961-2002年逐月再分析资料(ERA-40),计算夏季80°E~130°E, 0°~35°N区域内水汽通量及其散度,并使用EOF分解和小波分析等统计方法,对云南夏季水汽通量及其散度的时空特征进行诊断分析,结果表明:云南夏季风降水有两支水汽来源,最强一支来自越赤道气流转向后在孟加拉湾北上形成西南水汽输送,其水汽源地为印度洋、孟加拉湾,反映南亚季风对云南的影响;另一支为副热带高压南侧的东风气流,其源地是西太平洋、南海,反映东亚季风对云南的影响;云南夏季降水的主要水汽通道是南亚夏季风水汽输送。夏季风水汽通量矢量的第一特征向量分布型大致呈反气旋式水汽输送,对应云南夏季降水的一致偏多;水汽通量矢量场第二特征向量的分布大致为气旋式水汽输送,对应云南夏季降水偏少;第三特征向量为气旋式－反气旋式,造成云南夏季降水南北分布差异,反映云南夏季降水的南北差异。第一模态的水汽通量有很强的年际变化,在年代际变化上13~15 a周期较为显著,在年际变化上2~3 a的周期较显著;1960年以来水汽通量呈减少趋势为-0.105 kg(m·s)^-1/a。第二模态的水汽通量呈增加趋势,为0.566 kg(m·s)^-1/a,在年代际变化上11~15 a周期最为显著,从1970年代中期后水汽通量呈2~3 a的周期振荡。夏季异常旱涝年与来自孟加拉湾和南海地区的西南水汽输送的强度及位置有关,并且对流层中层的水汽输送起决定因素。     

儿茶素、表儿茶素没食子酸酯对百菌清的光敏化降解

为研究百菌清的光化学降解,研究了两种外源物质（天然提取物儿茶素和表儿茶素没食子酸酯）在不同条件下对百菌清的光化学降解作用效应和降解途径.结果表明：百菌清（1.88 μmol）水溶液中分别加入10物质的量比的儿茶素和表儿茶素没食子酸酯,在太阳光、紫外灯、高压汞灯照射下百菌清的光降解半衰期分别为12.4、15.4 min,10.7、12.8 min和6.2、2.3 min,儿茶素和表儿茶素没食子酸酯作用下的百菌清降解速率分别提高10.8~37.6和10.0~18.6倍.在稻田水、池塘水和田沟水3种自然水中,百菌清在3种光源下的降解半衰期分别为22.4~86.6、21.7~99.0和14.8~86.6 min;当添加10当量儿茶素时,百菌清的光降解速率分别提高3.0~5.9、1.5~3.0和1.8~2.9倍;当添加10当量表儿茶素没食子酸酯时,百菌清的光降解速率分别提高1.4~4.8、1.6~5.0和2.0~4.3倍.百菌清在儿茶素、表儿茶素没食子酸酯作用下主要降解产物为5-氯-1,3-二氰苯,避免了高毒降解产物4-羟基百菌清的产生;作用机理表现为发生光还原脱氯反应.研究结果可为百菌清使用过程中产生的水体污染修复提供技术参考.     

气液两相脉冲放电等离子体去除水中的全氟辛酸

水中的全氟化合物具有很强的稳定性,常规方法难以去除.本文以全氟辛酸(PFOA)为目标,考察了一种基于液滴喷雾的气液两相脉冲放电等离子体反应器对PFOA去除的影响因素与去除效率,并探讨了去除机理.发现PFOA起始浓度为1.5μg·L~(-1),等离子体反应器脉冲频率为1000 pps,电压为25 kV时PFOA的2 h去除率达40.5%.通过比较不同仪器参数下的去除效率发现,在相对低脉冲频率、低电压条件下PFOA去除效率更高,其表征去除效率的k/PD值达0.259 L·min~(-1)·W~(-1)(k为去除速率常数,PD=输入功率/处理体积),高于同样浓度水平下已报道的层流发泡等离子体反应器最大k/PD值(0.025 L·min~(-1)·W~(-1)),表明液滴喷雾反应器具有低能耗的特点.在等离子体处理过程中检测到多种短链全氟羧酸(碳原子数为4—7)和氟离子的生成,2 h后产生的短链物质总和占初始PFOA的10%左右,表明PFOA的碳链在等离子体处理时发生断裂.加入电子抑制剂NaNO_3后PFOA的去除明显被抑制,表明自由电子在初级反应过程中起较大作用.本研究对于水中PFOA的有效去除提供了一种有应用前景的技术选择.     

被动采集大气颗粒物样品的粒径分布特征

在可同时采集气态与颗粒态大气污染物的被动采样装置中放置涂有薄层凡士林的载玻片,用于采集大气悬浮颗粒物,利用粒度粒形仪分析样品粒径分布特征,并深入探讨风速以及采样罐外壁添加300目滤网(孔径50μm)对样品粒径分布的影响.结果表明,在室内静风与室外相对封闭的条件下,添加滤网可有效阻止50μm的粗颗粒组分进入采样罐;而在室外有风的条件下,添加滤网后仍有粗颗粒进入采样罐中,但进入概率与风速大小之间无关.观察粒径10μm以下颗粒的分布曲线,室内静风条件下得到的分布曲线与主动采样得到的结果极为类似.而在有风条件下,3～5μm的颗粒组分比重有所减少,6～9μm颗粒组分比重明显增加.上述问题在被动采样器的使用中需予以考虑,结合样点具体情况判断是否添加滤网.     

长白山原始森林土壤养分及其对土柱置换试验响应

自然垂直带典型温带原始森林土壤养分状况及其对温度升高的响应,对碳估算及森林生态系统管理具有重要意义。研究对比长白山北坡垂直小样带3种典型原始森林土壤养分状况,并将岳桦林(海拔1996 m)采集土柱分别置换到云冷杉林(海拔1350m)和阔叶红松林(海拔740m)样地,将云冷杉林采集土柱置换到阔叶红松林样地中进行1年野外模拟增温培养。结果发现,土壤碳、氮、磷含量表现为岳桦林>阔叶红松林>云冷杉林,并且0～10cm>10～20cm土层。0～20cm土壤碳、氮、磷密度表现为阔叶红松林>岳桦林>云冷杉林,分别为5.64～12.75、0.24～0.89、0.04～0.14 kg·m^-2。3种林型土壤溶解性有机碳(DOC)差异不显著,经过1年野外土柱置换模拟增温培养后,DOC有增加趋势,土壤溶解性氮明显增加。     

桂东地区地热水中氟的分布及其富集过程研究

为查明桂东地区地热水中氟的分布规律及其富集过程,对桂东地区典型高氟地热水分布区27件地热水样品进行水化学特征及其水文地球化学作用分析.结果表明:高氟地热水主要分布在桂东地区东北部区域,F浓度(指质量浓度)最高可达17.1 mg/L;高氟地热水以Ca-HCO3型或Na-HCO3型偏碱性水为主,水温为26.7～83.4℃,平均水温为46.0℃,TDS普遍低于1 g/L,属于低矿化度低温地热水;地热水中高浓度F-主要来源于花岗岩中萤石、铝硅酸盐等含氟矿物的溶解;利用PHREEQC软件模拟计算地热水中萤石(CaF2)和方解石(CaCO3)矿物饱和指数结果表明,地热水中CaCO3全为过饱和状态,而CaF2饱和指数随地热水中F含量的增加而逐渐升高,由不饱和逐渐达到过饱和状态,当水温较高时,含氟矿物溶解释放F-进入水相中,同时溶解进入地热水中的Ca2+与围岩表面吸附的Na+发生了离子交换作用,使地热水中Na+大量富集,并降低水相中Ca2+含量,从而促使CaF2矿物的溶解,增加地热水中F-含量,形成高氟地热水.     

太湖北部流域水化学特征及其控制因素

为了解太湖北部流域主要河网区水质受该流域地质状况、岩石和土壤的化学风化作用以及人类活动的影响等方面,对太湖北部流域河网区主要河道水体中的主要离子进行了采样研究。结果表明:太湖北部流域水体中的TDS平均值为355.74mg·L-1,变化范围为276.08～681.54mg·L-1,其中Ca2+和HCO3-是占绝对优势的离子,分别占阳离子和阴离子总量的46.2%和48.9%;其次是Na+和SO42-,分别占阳离子和阴离子总量的35.9%和27.5%。进而判断出该流域水化学类型是以碳酸盐岩石和蒸发岩来源为主的HCO3--Ca2+-Na+型。再从离子的自然起源和人类活动角度分别对水化学类型的控制因素进行分析,一方面利用吉布斯分布模式投点作图得出结论:其离子自然起源的优势机制是岩石的风化作用,而蒸发-结晶和大气降水的输入作用十分微弱,这与该流域的水文、地理、地质背景相一致;另一方面通过SPSS软件的相关关系分析得出结论:NO3-、SO42-、K+、Ca2+和Mg2+的相关性较强,与Cl-也呈正相关,说明水体中这些主要离子都具有共同的来源,其中NO3-的较高含量(平均值为14.74mg·L-1)反映了该流域受人类影响较大。尤其是NO3-与SO42-的相关性达到0.83,再次说明氮污染对该流域水体的酸化和水质变化有较大影响。     

近20年我国虚拟水、能消耗及耦合和需求预测

基于我国1997~2018年投入产出表及水资源和能源消耗数据,运用投入-产出模型计算了三大产业虚拟水、能的消耗量.在此基础上,通过构建虚拟水-虚拟能系统综合评价指标体系,对虚拟水、能系统发展状况进行了综合评价.与此同时,运用耦合协调度模型,测算了虚拟水、能系统的耦合协调水平.最后,利用指数平滑模型,预测了我国2022~2032年虚拟水、能消耗总量.结果表明：（1）近20年来,三大产业虚拟水、能消耗量均呈上升趋势,但第一、二产业的虚拟水、能消耗占比呈波动下降趋势,而第三产业的呈上升趋势,其中,GDP和第三产业完全用水（能耗）系数是影响我国虚拟水（能）消耗量的重要因素;（2）三大产业直接用水（能耗）系数、完全用水（能耗）系数呈下降趋势,水资源和能源利用效率不断提高;（3）通过间接消耗大量水资源和能源,第二、三产业的用水和能耗乘数较高,是“隐形”的高耗水、高耗能产业;（4）虚拟水-虚拟能系统处于高水平耦合,但仅达到初级协调发展阶段;（5）未来10年,我国虚拟水、能及实体能消耗量仍呈上升趋势,但实体水消耗量呈下降趋势.为此,应通过优化产业结构,提高产业链各环节水、能资源利用效率,改善消费结构,提升虚拟水-虚拟能系统耦合协调度,以缓解我国水资源和能源危机.     

多维城市化与乡村地域功能演化的时空关联研究：以江汉平原为例

探索城市化与乡村地域功能演化的复杂性关联规律既是新时期城乡融合与乡村振兴的重要命题,也是乡村地理学研究的时代前沿。以江汉平原为研究案例,以2000—2019年为研究时段,在建立城市化指标体系和乡村地域功能评价模型的基础上,运用系统动态面板模型、时空地理加权回归模型等方法,深入探究多维城市化与乡村地域功能之间的时序关联规律及空间关联特征。结果表明：(1)江汉平原乡村地域功能演化具有明显结构分异性,其中,乡村地域综合功能在时序上呈现阶段性变化,空间上呈现沿焦柳-长荆发展轴的倒“U”形分布格局向汉宜线-东部平原带的“T”形分布格局演化。(2)江汉平原多维城市化与乡村地域功能在时序关联上呈现复杂性特征,其中人口、经济城市化与乡村地域综合功能呈现“N”形曲线规律,土地城市化与乡村地域综合功能呈现单调递增态势,但弹性系数值低于后期人口和经济城市化正效应值。(3)江汉平原多维城市化与乡村地域功能在空间关联上呈现明显规律性和异质性特征。研究结果有利于丰富乡村地理学理论内涵,为案例地区的城乡融合与乡村振兴实践提供支持。