Calibrating a Basin‐Scale Groundwater Model to Remotely Sensed Estimates of Groundwater Evapotranspiration

Remotely sensed vegetation indices correspond to canopy vigor and cover and have been successfully used to estimate groundwater evapotranspiration (ET_g) over large spatial and temporal scales. However, these data do not provide information on depth to groundwater (dtgw) necessary for groundwater models (GWM) to calculate ET_g. An iterative approach is provided that calibrates GWM to ET_g derived from Landsat estimates of the Enhanced Vegetation Index (EVI). The approach is applied to different vegetation groups in Mason Valley, Nevada over an 11‐year time span. An uncertainty analysis is done to estimate the resulting mean and 90% confidence intervals in ET_g to dtgw relationships to quantify errors associated with plant physiologic complexity, species variability, and parameter smoothing to the 100 m GWM‐grid, temporal variability in soil moisture and nonuniqueness in the solution. Additionally, a first‐order second moment analysis shows ET_g to dtgw relationships are almost exclusively sensitive to estimated land surface, or maximum, ET_g despite relatively large uncertainty in extinction depths and hydraulic conductivity. The EVI method of estimating ET_g appears to bias ET_g during years with exceptionally wet spring/summer conditions. Excluding these years improves model performance significantly but highlights the need to develop a methodology that accounts not only on quantity but timing of annual precipitation on phreatophyte greenness.     

亚热带红壤丘陵区浅层地下水氮淋失特征研究

土壤养分累积引起的氮素(N)淋失是导致农区地下水污染的重要原因,也是农业面源污染的重要形式.本文以湖南省长沙县典型亚热带红壤丘陵流域为研究对象,通过连续定位观测,研究了林地、稻田、菜地和茶园4种代表性土地利用类型浅层(130~150 cm)地下水中N浓度的逐月动态变化特征.连续3年(2010—2013年)的观测结果表明:4种土地利用类型下浅层地下水总氮(TN)平均浓度差异显著(p0.05),其中,林地最低(0.85 mg·L-1),茶园最高(7.64 mg·L-1);从N的形态构成来看,林地、菜地和茶园浅层地下水中N形态以硝态氮(NO-3-N)为主,分别占TN的46.7%、70.2%和72.8%,而稻田浅层地下水N形态则以铵态氮(NH+4-N)为主,占TN 43.5%,表明土壤淹水条件是影响地下水N淋失形态的关键因子.地下水各形态N浓度的动态变化在不同土地利用下也迥然不同:林地地下水各形态N的含量低、变幅小,而稻田、菜地和茶园地下水N浓度变幅较大;采用单因子方法对不同土地利用下地下水的水质进行评价,结果表明:研究区浅层地下水中TN和NO-3-N无显著污染,NH+4-N污染较为严重,而综合指数法(F值法)进一步表明研究区浅层地下水污染主要出现在稻田和茶园,因此,控制稻田和茶园N肥的施用量是预防亚热带红壤丘陵区地下水N污染的关键.     

江苏洋口港地区地下水的环境同位素组成及其形成演化研究

江苏洋口港地区是江苏沿海开发重点建设的深水港区,水质优良的地下水是港区经济社会发展的重要基础.本研究利用近期获得的钻孔剖面地层对比数据资料,沿水文径流剖面分层采集水样,通过识别地表水、各含水层地下水的环境同位素(δD、δ~(18)O、~3H、~(14)C)组成指纹特征,以揭示研究区地下水的形成演化规律.结果表明,研究区浅层地下水主要来源于现代大气降水的入渗补给,大气降水在补给地下水过程中经历了明显的蒸发过程;研究区深层地下水的放射性~(14)C年龄主要为15000~26000 a,其稳定同位素δ~(18)O、δD值比现代降水低,是晚更新世末次冰期(大理冰期)的盛冰期降水入渗补给.地下水含水层的氘、氧、碳同位素分布具有明显的呈层性,随着地下水埋藏深度增加,地下水中的δD、δ~(18)O值呈下降趋势.浅层地下水与地表水水力联系紧密,可更新能力较强;深层地下水径流缓慢,总体上处于封闭-半封闭状态,可更新能力弱.江苏沿海平原天然地下水流动是自晚更新世末期以来,伴随着冰退、海平面上升而调整到目前的模式.末次盛冰期以来的自然地理及地质发展史,决定着研究区第四系地下水流系统的演变格局,现代人类活动加强了浅层与深层地下水之间的水力联系.研究在高强度开发地下水条件下的区域水文循环特征,可为沿海地区地下水演变机理和调控研究提供技术支持.     

Adsorption and biodegradation of three selected endocrine disrupting chemicals in river-based artificial groundwater recharge with reclaimed municipal wastewater

Endocrine disrupting chemical(EDC) pollution in river-based artificial groundwater recharge using reclaimed municipal wastewater poses a potential threat to groundwater-based drinking water supplies in Beijing, China. Lab-scale leaching column experiments simulating recharge were conducted to study the adsorption, biodegradation, and transport characteristics of three selected EDCs: 17β-estradiol(E2), 17α-ethinylestradiol(EE2) and bisphenol A(BPA). The three recharge columns were operated under the conditions of continual sterilization recharge(CSR), continual recharge(CR), and wetting and drying alternative recharge(WDAR). The results showed that the attenuation effect of the EDCs was in the order of WDAR CR CSR system and E2 EE2 BPA, which followed first-order kinetics. The EDC attenuation rate constants were 0.0783, 0.0505, and 0.0479 m-1 for E2, EE2 and BPA in the CR system, respectively. The removal rates of E2, EE2, and BPA in the CR system were 98%, 96% and 92%, which mainly depended on biodegradation and were affected by water temperature.In the CR system, the concentrations of BPA, EE2, and E2 in soil were 4, 6 and 10 times higher than in the WDAR system, respectively. According to the DGGE fingerprints, the bacterial community in the bottom layer was more diverse than in the upper layer, which was related to the EDC concentrations in the water-soil system. The dominant group was found to be proteobacteria, including Betaproteobacteria and Alphaproteobacteria, suggesting that these microbes might play an important role in EDC degradation.     

多级强化地下水修复技术对NH_4~+-N的去除机制

为解决地下水污染修复技术中PT(抽出处理)和PRB(渗透性反应墙)存在的一些不足,搭建了MET(多级强化地下水修复技术)小试装置,以NH4+-N为目标污染物,研究MET对地下水中NH4+-N的去除效果及机制.结果表明,在进水水力负荷为14.68 m3/(m2·d)、ρ(NH4+-N)为25.0 mg/L的条件下,装置连续运行45 d,NH4+-N去除率呈先降后升、平稳后再下降的趋势,平均值达90%以上.出水ρ(NH4+-N)平均值为2.0 mg/L,其中,硝化作用和微生物同化作用使ρ(NH4+-N)平均下降13.9和5.2mg/L,分别占进水ρ(NH4+-N)的54%和20%;植物作用、基质永久吸附作用和挥发作用分别使ρ(NH4+-N)下降2.9、0.7和0.7mg/L,占进水ρ(NH4+-N)的12%、3%和3%.综上,MET对地下水中NH4+-N的去除率可达90%,实现了高效去除NH4+-N的目标.     

年轻地下水定年研究综述

将环境示踪技术用于地下水定年以确定地下水的相关时间尺度问题在过去几十年中得到了长足发展,尤其是在年轻地下水定年方面。目前国内外用到的年轻地下水环境示踪剂有多种,这些示踪剂在地下水定年方面各有利弊。本文的目的是对国内外现有的9种年轻地下水示踪剂(3 H、3 H/3 He、4 He、35S、36 Cl/Cl、85 Kr、222 Rn、CFCs和SF6)的来源、示踪原理、误差来源、优缺点、适用性和应用现状等进行归纳和总结,为研究者、管理者和决策者在应用时提供参考。     

基于变更平衡表的土地利用演化信息提取与预测方法研究——以苏州市为例

变更平衡表为国土资源管理部门历年实地调查、汇总所得,精度高,目前的研究中对其深入的应用较少,基于变更平衡表的应用方法研究可为区域土地利用演变信息提取与预测提供帮助。推导了由连续年份的年度变更平衡表求多年周期的平衡表的方法,提出了基于土地利用综合动态度分析土地利用有序程度的思路,探讨了利用连续年份的变更平衡表预测任意年份土地利用结构的方法,并基于传统方法进行了改进,提出了利用矩阵开方法求预测概率矩阵。应用苏州市一定时期的连续年份的年度变更平衡表对上述方法进行了验证,结果表明:提出的信息提取方法有效,预测结果可信;在分析期内(1998~2008年),苏州市耕地大量减少的去向是各类建设用地增加的来源,区域土地利用有序程度较高;预测显示至2020年土地利用结构变化仍将维持农用地、耕地不断减少和建设用地总量不断增加的趋势,但转化的速率将有所放缓;对变更平衡表的深入应用有一定的借鉴意义。     

超高效液相色谱-串联质谱法同时分析地下水中24种内分泌干扰物

建立了基于超高效液相色谱-串联质谱法同时测定地下水中9种雌激素、5种雄激素、3种肾上腺皮质激素、4种酚类和3种非甾类激素共24种内分泌干扰物的方法。在活化后的MCX固相萃取柱中加入水样,再加入pH=5的水溶液淋洗,随后用碱化乙腈(4.5%,体积分数)洗脱。收集洗脱液并用氮气吹至近干后,用甲醇定容。采用Poroshell 120 Bonus-RP色谱柱(2.7 μm,100 mm×2.1 mm),以0.1%氨水溶液-乙腈为流动相进行梯度洗脱,实现液相分离。质谱检测采用MRM模式进行采集,通过正负离子模式切换同时进行测定,使用内标法定量。检测结果显示,目标物在线性范围内,决定系数R²均大于0.995,方法检出限为0.05~2.00 ng/L,加标回收率为68.8%~108%。该方法灵敏度高、准确度好,具有较强的实用价值。     

石油污染地下水中细菌多样性研究

采集了某废弃炼油厂的石油污染地下水样品,提取水中微生物总DNA,构建细菌16S rDNA克隆文库,并通过16S rDNA序列的系统发育分析,对样品中的细菌种群多样性以及群落结构进行了研究.结果表明,文库中阳性克隆的16S rDNA序列分属10个细菌类群,分别为γ-Proteobacteria(49.1%)、α-Proteobacteria(12.9%)、β-Proteobacteria(11.1%)、Bacteroidetes(9.2%)、Verrucomicrobia(6.7%)、Acidobacteria(2.5%)、δ-Proteobacteria(1.2%)、Actinobacteria(1.2%)、Planctomycetes(0.6%)、Unidentifiedbacteria(5.5%).在这一生态系统中,γ-Proteobacteria类细菌占据主导地位,接近50%,尤其是假单胞菌属(Pseudomonas)微生物在文库中的比例达35.6%.该石油污染地下水样品中细菌与许多其它已知的降解菌亲缘关系较近,如鞘胺醇单胞菌(Sphingomonas)、红球菌(Rhodococcus)和短波单胞菌(B...     

河北省某大型焦化厂地下水中多环芳烃的污染特点、源解析及生态风险评价

为研究焦化厂地下水中美国EPA优先控制的16种多环芳烃(PAHs)的分布特点和污染来源,本研究联合使用统计技术、正定矩阵因子分析(PMF)模型和风险商值法,深入分析了焦化厂地下水中PAHs的分布规律,定量解析了PAHs的污染来源,并且对其生态风险进行了科学评价.结果表明,焦化厂地下水中16种PAHs的总检出率较高,达到46.7%.地下水中∑₁₆PAHs的浓度范围是n.d.～444.9μg·L^-1,均值为1.88μg·L^-1.不同生产车间地下水中PAHs的浓度存在明显差异,其中污染最重的车间位于焦油精制区,地下水中∑₁₆PAHs的浓度为444.92μg·L^-1.应用PMF源解析模型,识别出该焦化厂地下水中PAHs有二类污染源：一是石油的燃烧源,二是煤和生物质燃烧以及石油类的泄漏,二种污染源对焦化厂地下水中PAHs的贡献率分别为38.6%和61.4%.焦化厂地下水中∑₁₆PAHs处在高生态风险等级,且有53.4%的地下水采样点单体PAHs的生态风险处在高风险等...