强降雨条件下非均匀介质污染物运移数值模拟

为研究强降雨条件下污染物在非均匀介质中的运移特征及对地下水环境的影响,基于随机理论,利用MATLAB工具,考虑不同降雨强度下降雨入渗速率、表现含水层非均质介质特性的渗透系数及纵向弥散度3个主要因素对溶质运移的影响,调用MODFLOW和MT3DMS程序求解和分析地下水流和溶质运移问题。结果表明强降雨通过影响地下水流动场的相关参数,增强了污染物迁移的速度及污染程度:饱和渗透系数变异系数一定时(CoV=100%),360 mm/d、280 mm/d及240 mm/d雨强条件下污染物运移至3#观测点需要大约60 d、72 d和84 d,且运移时间120 d时浓度分别达到0.488 mg/L、0.187 mg/L及0.088 mg/L;雨强一定时(P=360 mm/d),运移初期KS变异系数越大,污染程度越大,而随着时间的延长至108 d,CoV=50%条件下浓度值超越变异系数为100%、150%、200%时的浓度,120 d超越250%;最后,相对低雨强条件下,观测点污染浓度与K_S变异系数成正比,随着雨强的增大则成反比。以上研究结果可为强降雨条件下大尺度地下水环境污染预报、评估与治理提供理论依据。     

潜流人工湿地处理地下水TCE污染实验研究

分别构建无植物、宽叶香蒲和芦苇3组潜流人工湿地系统,研究潜流人工湿地对受到TCE(三氯乙烯)污染地下水的处理效果。实验结果表明:无植物湿地系统和芦苇湿地系统的出水TCE去除率波动较大,香蒲湿地系统出水TCE去除率相对稳定,其出水TCE平均去除率为77.7%,最大值为87.5%,最小值为70.7%。对于无植物湿地系统,湿地床中层和下层的TCE去除率相差较大,而该差异在香蒲和芦苇湿地系统中并不明显。在湿地系统中TCE沿水平方向的降解反应基本符合一级反应动力学模型。     

三峡水库对长江江汉平原河段水文过程及临江地下水动态的影响

基于1965—2015年长江江汉平原河段4个水文站实测水文资料,利用Mann-Kendall趋势检验法、突变检验法、小波分析法和数值模拟法,系统分析了三峡水库对长江江汉平原河段水文过程及临江地下水动态的影响。结果表明:1965—2015年宜昌站、监利站、螺山站和汉口站径流量均呈下降趋势,三峡水库运行前后4个水文站点径流量变化分别为-9.1%、-4.3%、-7.6%和-6.1%;4个水文站点径流的突变特征均与三峡水库工程建设和不同蓄水调度模式有关;长江江汉平原河段年径流量在时域中存在多层次的时间尺度结构,变化周期以11~13a和24~27a最为显著;在7~8a尺度下径流小波系数变化过程曲线显示,三峡水库运行是长江江汉平原河段径流振荡变化的主导因素;长江与临江地下水的补排关系取决于三峡水库的调度模式,水库调控改变了汛期和枯水期水位,使临江地下水排泄方式从以向长江排泄和蒸发排泄为主转变为以向附近河流侧向排泄、越流排泄和蒸发排泄为主。     

福清平原地下水可采资源量及应急开采量评价

根据福清平原地下水系统的水文地质机制,在概化该区地下水系统水文地质概念模型的基础上,首次建立福清平原地下水可采资源量评价三维数值模型。根据福清平原地下水含水层水位控制要求,预测该区地下水可采资源量,在相对富水区域圈定地下水应急水源地,并评价水源地的应急开采量。结果表明,福清平原地下水可采资源量为1 189.35×10~4 m~3/a,并圈定出洋梓村谢厝山山前水源地和龙山街道塘头村北侧水源地2处地下水应急水源地,2处应急水源地应急可开采资源量为246.375×10~4 m~3/a,为福清平原地下水应急水源地建设提供参考。     

城市绿化草坪再生水灌溉对地下水水质影响研究

再生水是城市绿化的良好水源,但其潜在的地下水污染问题不容忽视.本研究基于对地下水及其灌溉水水质的长期监测,探讨了绿化草坪地下水主要理化性质和污染物浓度的变化规律及其与灌溉用水水质的关系.连续5 a的监测结果表明,再生水氨氮超出用于城市绿化的城市杂用水水质标准（GB/T 18920-2002）,总氮偏高,二者变化范围分别为0.05～65.4 mg·L-1和2.56～78.0 mg·L-1,平均值分别为12.0 mg·L-1和28.3 mg·L-1.使用自来水灌溉,地下水水质指标正常,波动不大;用再生水灌溉草坪（冬末初春4个月未浇）对地下6 m浅井水质影响明显,对20 m深井水质影响不明显,主要变化表现在硝态氮浓度值升高.浅井地下水硝态氮浓度与灌溉的再生水溶解态氮呈滞后的显著正相关性,表明用再生水灌溉草坪可能会引起地下浅层水硝态氮污染.因此,需要根据城市绿化用水量大的特点,进一步完善再生水回用标准,避免再生水回用造成新的环境污染风险.     

河套灌区土壤水和地下水动态变化及水平衡研究

为探究田间土壤水及地下水在不同作物种植区、不同灌期等情况下的动态变化规律与水平衡特征,以春小麦、玉米、向日葵为典型作物,在河套灌区选取4块2亩的试验田,于2009年4-11月采集田间土壤及地下水样品进行研究.结果表明,不同作物地块间土壤含水率的变化差别主要集中在5-9月的作物生长期.夏灌灌水量不足,土壤含水率呈下降趋势,田间土壤水分变化属于“蒸腾蒸发消耗型”;秋浇期内水量充足,各地块各土层含水率均明显增加,田间土壤水分呈“入渗补给型”.各地块地下水埋深月均变化趋势基本一致,由于优先流的存在,地下水对灌溉降水响应快.本文定量研究了区域土壤水和地下水的变化规律,揭示了灌区水平衡要素间的相互转换关系,可为灌区科学合理的水资源管理提供理论依据.     

过硫酸钠原位修复三氯乙烯污染土壤的模拟研究

以过硫酸钠(Na₂S₂O₈)为氧化剂,柠檬酸(CA)螯合Fe(Ⅱ)溶液作为活化剂,建立箱体模型模拟场地三氯乙烯(TCE)污染土壤的原位化学氧化修复.结果表明,经CA螯合Fe(Ⅱ)活化的Na₂S₂O₈能较好的修复TCE污染土壤,持续氧化27 d后TCE浓度降到10 mg·kg^-1以下;采用抽出氧化、循环再用的方式,地下水TCE浓度到45 d时降到21.4 μg·L^-1.同时,氧化过程中过硫酸钠会产生SO₄^2-,使土壤和地下水的pH降低;土壤有机质含量下降约10.1%.     

用氯和氢氧同位素揭示洋戴河平原地下水的形成演化规律

通过分析地表水和地下水中氯离子浓度和δD、δ¹⁸O值的空间分布特征,揭示了秦皇岛洋戴河平原地下水的形成演化规律.结果发现,洋戴河平原地表河水来源于中上游水库水和大气降水的混合,且河水沿程受到δD、δ¹⁸O值、氯离子浓度更低的支流或灌渠水补给,从而使δD、δ¹⁸O值、氯离子浓度呈现沿程逐渐降低的现象.山前丘陵区地下水主要接受大气降水的直接补给,洪积扇及山麓地带地下水受到了一定的蒸发作用影响,除了接受丘陵区地下水的侧向补给外,洋河附近地下水还受到洋河水库水的混合.研究区西部咸水带的地下水由上游地下水和大泥河地热咸水混合而成,地热咸水的混合比率约为13%,而东部咸水带的地下水由上游地下水、本地污水和地热咸水混合而成,地热咸水的混合比率不超过9%.在海水入侵区,地下水主要由本区地下淡水和海水(海水混合比率不超过10%)混合而成,并且受到了不同程度的地表水或农田灌溉水的补给,其中,浦河一带是地表水或灌溉水补给较为明显的地段.     

基于SD-CA-GIS的环境累积效应时空分析模型及应用

环境累积效应分析强调环境变化的时空放大作用,突出环境要素之间的时空交互作用,从而对环境分析方法的能力提出了挑战.因此,本文在对传统环境分析方法归纳、分析和总结的基础上,以地理信息系统(GIS)为基础平台,集成系统动力学(SD)和元胞自动机(CA)的优点,建立了能够分析时间累积、空间累积效应的SD-CA-GIS模型.以山西潞安矿区作为研究区域,在分析矿区社会、经济、工程和环境等因子之间时空交互作用的基础上,构建了SD-CA-GlS模型.考虑到矿区土地利用变化的特殊性,从影响矿区土地利用变化的驱动因子出发,预测和模拟了矿区2006-2030年土地利用变化的累积状况.结果发现,由于煤炭资源开采等人类干扰活动的影响,研究区在研究时段内,工矿用地、居民用地和交通用地呈现累积性增加,其它土地利用类型累积性减少.同时,由于不同阶段人类活动干扰的种类和强度变化,使得不同土地利用类型的空间扩展变化存在一定的差异.上述研究表明,该模型能够同时考虑时间累积效应和空间累积效应的动态变化,能为环境累积效应的分析和评价提供有效的帮助.     

电子供体对地下水中高氯酸盐生物去除的影响研究

通过静态实验,考察了电子供体类型及用量对厌氧条件下微生物去除地下水中高氯酸盐的影响.结果表明,电子供体醋酸盐和H₂的加入,可以明显提高ClO₄^-的去除率,驯化后的微生物去除ClO₄^-的速率比未加入电子供体时提高约1.4~3倍.Monod动态模型能很好地拟合两种电子供体环境下ClO₄^-的微生物去除过程,分别以醋酸盐和H₂作为电子供体时,基质半饱和常数K_s为12.6 mg·L^-1和2.2 mg·L^-1,最大比基质消耗速率V_m为0.45 d^-1和0.08 d^-1.动力学参数表明,本实验条件下,异养型混合菌去除ClO₄^-的效果明显优于自养型混合菌;在少数受高浓度ClO₄^-污染的地下水环境中,为了提高ClO₄^-的去除速率只有通过增加菌体浓度或提高微生物酶的活性来实现.随着电子供体醋酸盐用量增加,ClO₄^-的(比)消耗速率逐渐增大.当初始CH₃COO^-与ClO₄^-的比例为3.80 mg(COD)/mg(ClO₄^-)时,比消耗速率v最大(0.27 d^-1).