柳江流域柳州断面水化学特征及无机碳汇通量分析

用河流水化学的离子组成特征来揭示流域化学风化过程及其碳汇效应成为了当前全球变化研究的一个重要方面.对2013年1月至12月柳州段河水每月2~3次采样分析,结果表明,水化学类型为舒卡列夫分类法中的HCO3-Ca型,离子组成以Ca2+和HCO-3为主,这主要体现了流域内碳酸盐岩溶解对河水水化学特征的控制作用.河水的主要离子质量浓度表现出明显的季节变化特征,总体上冬季最高,秋季和春季次之,夏季最低.其中Ca2+和HCO-3离子质量浓度受稀释效应和CO2效应的共同作用,表现为夏季最低,秋季最高;其它离子的质量浓度变化受稀释效应、农业活动或两者的共同作用的影响.对河水的化学计量分析表明碳酸和硫酸共同参与了流域碳酸盐的风化,并且δ34S的值为7.65‰~8.55‰,通过分析SO2-4可能主要来自矿床硫化物的氧化和大气酸沉降.为了准确估算岩溶碳通量,运用化学质量平衡法,估算出[HCO-3硫酸]/[HCO-3]=28.26%,在扣除硫酸作用产生的无机碳(HCO-3)的基础上,运用水化学-径流法估算出柳江柳州断面无机碳通量(以CO2计)为8.95×105t·a-1.并且通过分析碳通量与流量和HCO-3之间的关系,表明河流流量是影响岩溶碳通量的主控因素.     

北京城市生态系统地表水硝酸盐污染空间变化及其来源研究

利用2009～2010年北京城市生态系统地表水10处监测点水环境监测数据,评价了北京城市生态系统地表水硝酸盐污染状况及其空间分布,结合水化学因子相关关系分析了硝酸盐的主要来源.结果表明,北京城市生态系统地表水硝态氮(NO3--N)质量浓度为0.7～7.6 mg.L-1,其中,位于北京市东南部的地表水监测点(东便门和通惠河)水体NO3--N质量浓度为7.0～7.6 mg.L-1,显著高于上游8个监测点NO3--N质量浓度(P<0.01);Cl-质量浓度为14.8～86.0 mg.L-1,东便门、通惠河地表水监测点水体Cl-质量浓度为81.5～85.0 mg.L-1,约为上游其他8个监测点的2.3～5.8倍.东便门、通惠河地表水监测点水体电导率(EC)、SO24-质量浓度也表现出同NO3--N、Cl-相似的变化规律,表明东便门、通惠河两处地表水监测点附近存在明显的污染源.相关分析表明,地表水Cl-/Na+和SO24-/Ca2+呈明显的线性相关,说明地表水NO3--N污染来源比较单一;水体中NO3--N/Cl-及NO3--N的质量浓度状况说明北京城市生态系统地表水NO3--N污染来源主要是城市污水,包括污水处理厂的废水、垃圾沥出液及生活污水.未来北京市地表水治理应重点关注东便门、通惠河等东南部下游水体污染治理.     

南太行山山前平原地下水水化学以及同位素组成研究

采用环境同位素和水化学方法,通过分析南太行山山前平原不同类型水体氢氧稳定同位素(δD和δ18O)、溶解性无机碳同位素(δ~(13)C-DIC)和水化学组成特征,探讨不同水体来源以及人类活动对地下水水质的影响过程。研究区地下水氢氧同位素组成表明,区内地下水均来自大气降水,补给区和排泄区浅部含水层地下水较深部含水层地下水氢、氧同位素值均偏正,氘盈余值(d值)也偏小,显示浅部含水层地下水受蒸发作用影响。同时排泄区地下水氢、氧同位素值较补给区地下水偏正,显示排泄区地下水经历较明显的蒸发过程。研究区地下水溶解性无机碳碳同位素(δ~(13)C-DIC)组成表明,补给区和排泄区浅部含水层地下水δ~(13)C-DIC值较深部含水层δ~(13)C-DIC值均偏负,显示浅部含水层地下水无机碳更多来源于有机物分解。同时排泄区地下水δ~(13)C-DIC值较补给区地下水δ~(13)C-DIC值偏负,表明排泄区地下水溶解性无机碳受有机物分解影响较大。研究区地下水水化学组成表明,补给区地下水水化学类型以Ca-HCO3型为主,排泄区地下水水化学类型以Na-HCO3-SO4型为主。结合同位素组成特征,补给区地下水水化学组成主要受溶滤作用和人类活动的影响,排泄区地下水水化学组成则受溶滤作用、蒸发浓缩作用、阳离子交换作用和人类活动的共同控制。     

我国典型陆地生态系统水化学离子特征及空间分布

选择中国生态系统研究网络(CERN)和国家生态系统观测研究网络(CNERN)中的33个陆地生态站水化学监测数据,分析了2010～2015年我国典型陆地生态系统地下水、静止地表水和流动地表水水化学离子特征及空间分布.结果表明,水中主要阴离子质量浓度为:HCO_3~- SO_4~(2-) Cl~- CO_3~(2-),以HCO_3~-和SO_4~(2-)为主,在地下水、静止地表水、流动地表水中HCO_3~-和SO_4~(2-)之和分别约占阴离子总量的71. 7%、75. 3%和74. 9%;阳离子以Ca2+和Na+为主,两者之和分别约占阳离子总量的69. 7%、64. 8%和68. 9%.不同生态区域水体离子浓度和离子比例差异较大,水化学类型有地带性差异,即西北干旱半干旱区、东部黄淮海平原区生态系统地下水水化学类型以Na-Mg-SO4-Cl型为主,且水体矿化度较高;亚热带红壤丘陵区地下水水化学类型以Ca-SO_4-HCO_3型为主,地表水以Ca-HCO_3-SO_4型为主;南亚热带丘陵赤红壤区地下水水化学类型以NaCa-HCO_3-Cl型为主;其它生态系统水化学类型以Ca-HCO_3型和Ca-Mg-HCO_3为主.地下水、静止地表水和流动地表水的水化学类型年际间无明显变化.     

水化学和环境同位素对济南东源饮用水源地地下水演化过程的指示

济南东源水源地属于岩溶裂隙水,是济南市的主要供水水源.以济南市东源水源地为研究区,通过对研究区地下水和地表水的主要离子含量、氢氧同位素比值分析,揭示了东源饮用水源地地下水的补给来源、地表水的影响及水岩作用过程.结果表明,区内地下水水化学类型相似,阳离子以Ca~(2+)为主,阴离子以HCO_3~-和SO_4~(2-)离子为主;大气降水是该地区地下水和河水的主要补给来源,且经历了不同程度的蒸发作用.地下水化学组分主要受水-岩作用的控制,方解石和石膏等贫镁矿物的溶解沉淀以及上覆第四系地层硅酸盐矿物的水解是区内地下水水化学组分的主要来源;部分地段河水污染渗漏补给地下水,造成地下水污染,主要超标指标为总硬度、NO_3~-、NH_4~+、SO_4~(2-)、Fe和Mn.     

广州市帽峰山常绿阔叶林生态系统的暴雨水文特征

采用集水区定位观测方法,对广州市帽峰山常绿阔叶林生态系统的暴雨产流特征及水文效应进行了观测研究,结果表明,常绿阔叶林冠层对暴雨的截留率为10.6%、对大暴雨的截留率为9.7%;暴雨产流率27.1%、大暴雨36.0%;暴雨发生月的24 d内降雨545.0 mm、常绿阔叶林系统产流率达到48.2%,森林生态系统的拦蓄、调节效益显著;常绿阔叶林生态系统分别调节3次暴雨的7.1%、6.3%、12.4%,二次大暴雨量的12.5%、8.3%形成为总经输出的基流量,系统的调节效应显著尤其是大暴雨;系统的水文响应逐渐接近蓄满产流特征,以此可进一步计算该森林生态系统的涵养水源容量。常绿阔叶林生态系统对3次暴雨携N、P、Pb、Cd、Ze具有较强的贮滤机能,其储虑量分别占输入量25.8%、53.1%、60.3%、54.7%、95.1%,体现出常绿阔叶林林生态系统对暴雨水化学具有显著的环境生态效应。     

塔里木盆地绿洲带地下水咸化机制

采用Durov图、PMF模型、Gibbs图、离子比值法和饱和指数法对2016～2018年采集的1326组地下水样品进行分析,揭示研究区地下水中盐分的来源及高盐地下水形成的驱动因素.结果表明:在研究区绿洲带微咸水和咸水占比分别为37.2%和19.1%,水化学类型主要为SO₄·Cl型;在微咸水、咸水、盐水和卤水中岩盐、石膏等蒸发盐岩的持续溶解是导致高盐地下水形成的主要驱动因素,Cl^-、SO₄^2-、 Na⁺与TDS(P<0.001)及岩盐、石膏的SI值与TDS(P<0.001)之间均呈现出极显著的正相关性,也证实了这一点;冲积平原区较差的地下水动力条件、细粒岩性和弱碱性的水化学环境为地下水中盐分的富集创造了有利条件,蒸发浓缩作用和阳离子交换作用是形成高盐地下水的次要因素;由于人类活动的影响,导致承压水区高TDS潜水沿井壁入渗补给承压水含水层,也是加剧深层地下水咸化的潜在因素.     

高寒干旱区地表水与地下水水化学特征及转换关系：以大通河流域为例

全球气候变暖和区域极端气候会导致高寒干旱山区平原降雨失衡、冰川融化和冻土退化,进而改变区域水文循环.其中,地表水与地下水转化关系是高寒干旱区水文循环气候响应的重要科学问题之一.以祁连山南麓大通河流域为研究区,基于119组基本水化学参数和38组氘氧同位素数据,利用多元统计分析和同位素技术,研究了流域地表水与地下水的水化学特征及其相互转化过程.结果表明,流域地表水以HCO₃-Mg·Ca型水为主,受控于岩石风化作用;地下水以HCO₃-Mg·Ca型和Cl·SO₄-Na型水为主,受岩石风化作用和蒸发浓缩共同控制.上游地下水存在少量钙、镁长石的溶解,中游地下水化学组分主要为碳酸盐岩的风化溶解,下游地下水中各离子组分蒸发富集使地下水溶解性总固体升高.风化溶滤、人为活动、原生沉积环境、阳离子交替吸附及其他因素对研究区地表水和地下水化学组分的贡献率依次为39.1%、 15.0%、 12.6%、 13.8%和19.5%.δD和δ¹⁸O同位素测试结果表明,沿地下水流向大通河河水氘氧同位素含量呈富集到贫化的变化趋势,大通河...     

岩溶流域洪水过程水化学动态变化及影响因素

岩溶流域河流水化学对暴雨/洪水过程有着快速响应,是岩溶碳循环的重要过程,不应忽视.本文通过2015年11月8～12日阳朔断面洪水过程水化学特征的动态监测,分析了各主要离子变化特征和影响因素,计算不同来源无机碳浓度和通量.结果表明,阳朔断面洪水过程各阶段水化学类型为Ca-HCO_3型.水化学离子主要源自碳酸盐岩风化,同时有硅酸盐岩风化、降雨及人类活动的贡献.洪水过程中,受控于水文过程,碳酸盐岩风化强度先急剧减弱后缓慢加强,HCO_3~-、Ca~(2+)和Mg~(2+)的浓度也呈现一致的变化趋势.而SO_4~(2-)、Cl~-、Na~+和K~+动态变化主要受大气降水和人类活动的影响.碳酸风化碳酸盐岩是无机碳的主要来源,平均占总无机碳74. 3%;因硫酸/硝酸的输入,硫酸/硝酸风化碳酸盐岩在洪水过程中对无机碳的贡献明显增加,最高可达31. 7%.阳朔断面地质碳汇通量在洪水前、第一次洪水过程和第二次洪水过程分别为1. 28×10~8、5. 28×10~8和11. 52×10~8g·d~(-1).洪水前地质碳汇通量与年平均通量相当,而洪水过程数倍于年平均通量.并且,因两次洪水过程碳酸盐岩风化强度存在显著差异,第一次洪水过程地质碳汇通量在相同流量情况下仅为第二次洪水过程的58%.     

巴尔喀什湖流域水化学和同位素空间分布及环境特征

巴尔喀什湖位于哈萨克斯坦境内,是世界上最大的湖泊之一.伊犁河是巴尔喀什湖的主要补给河流,也是中哈两国重要的跨境河流.通过数理统计、Piper三线图、Gibbs模型和主成分分析(PCA)等方法,对巴尔喀什湖流域不同水体的化学参数和氢氧稳定同位素(δD和δ~(18)O)进行分析,初步研究了该区域水化学类型和同位素空间分布特征,探讨了其形成原因和环境意义.结果表明,不同水体的水化学类型不同,湖泊水体的主要化学类型为SO_4-Na和Cl-Na,入湖河流的水化学类型为HCO_3-Ca型,其中伊犁河水化学类型从上游到下游由重碳酸盐型过渡到硫酸化物型、氯化物型; Gibbs图显示湖泊水体离子组成位于蒸发作用区,河流水体离子组成位于蒸发作用和岩石风化作用之间,伊犁河从上游到下游向蒸发控制带偏移,反映了上游河水受降水、冰雪融水的补给影响较大,而下游水体受蒸发作用影响较大;此外,PCA分析指示人类活动对湖泊、伊犁河中下游和其他入湖河流水化学的影响.湖泊和河流水体的氢氧同位素组成变化差异较大,湖泊水体氢氧同位素偏正,位于全球大气降水线和哈萨克斯坦地区蒸发线之间,氘盈余小于全球降水线,反映了较强的蒸发作用导致湖水同位素富集;河流水体的氢氧同位素位于全球降水线附近,河流水体的氢氧同位素关系方程的斜率(伊犁河:5. 7,其他入湖河流:3. 1)均低于全球降水线(8),表明降水和蒸发过程影响河流水体同位素组成.湖泊水体化学参数和同位素显著相关,尤其是东部水体,表明强烈的蒸发作用同时导致水体同位素的富集和水化学离子的浓缩.