基于GIS的海湾陆源污染排海总量控制的空间优化分配方法研究——以大连湾为例

开发了基于GIS的海湾陆源污染排海总量控制的空间优化分配的方法 .并在“大连湾数据库”的支持下 ,以大连湾为例 ,研究了陆源污染排海总量控制的空间优化分配问题 .为环境空间优化决策提供依据     

Seasonal variation and size distribution of biogenic secondary organic aerosols at urban and continental background sites of China

Size-resolved biogenic secondary organic aerosols(BSOA) derived from isoprene and monoterpene photooxidation in Qinghai Lake, Tibetan Plateau(a continental background site) and five cities of China were measured using gas chromatography/mass spectrometry(GC/MS). Concentrations of the determined BSOA are higher in the cities than in the background and are also higher in summer than in winter. Moreover, strong positive correlations(R2= 0.44–0.90) between BSOA and sulfate were found at the six sites,suggesting that anthropogenic pollution(i.e., sulfate) could enhance SOA formation,because sulfate provides a surface favorable for acid-catalyzed formation of BSOA. Size distribution measurements showed that most of the determined SOA tracers are enriched in the fine mode( 3.3 μm) except for cis-pinic and cis-pinonic acids, both presented a comparable mass in the fine and coarse( 3.3 μm) modes, respectively. Mass ratio of oxidation products derived from isoprene to those from monoterpene in the five urban regions during summer are much less than those in Qinghai Lake region. In addition, in the five urban regions relative abundances of monoterpene oxidation products to SOA are much higher than those of isoprene. Such phenomena suggest that BSOA derived from monoterpenes are more abundant than those from isoprene in Chinese urban areas.     

三峡库区EFDC模型集成与应用

为满足三峡库区大尺度的水质预测需求,降低专业水质模型使用门槛,实现模型业务化运行,采用涵盖"模型封装-接口服务-系统集成"全过程的模型封装集成技术方法,开展了EFDC模型集成研究,并在三峡库区水质安全评估与预警系统中进行验证和应用.结果表明:①基于实例化模型建立的模型预置参数库,是模型业务化运行中参数简化的前提,可有效解决模型本地驯化及模型实例的基础数据复用问题;②依据参数识别结果,将模型参数识别为"必调参数、可调参数、默认参数"三类,并采用B/S架构对输入文件、输出文件和主控文件中的不同参数进行分类封装,达到参数简化目的;③采用半紧密型方式建立的基于Web services的EFDC模型集成接口服务及标准,可为信息系统提供通用的EFDC模型计算服务;④该方法在EFDC模型与三峡库区水质安全评估与预警系统集成中得到验证,实现了全库区干流及主要支流COD_Cr、总磷、总氮等污染因子的长时间序列水动力水质预测联机在线运算,满足了用户在水质影响预测预警中低修改量、高运算效率和良好用户体验等需求,实现了模型的业务化运行.      

吉兰泰盐湖盆地地下水Cr6+、As、Hg健康风险评价

选取西北干旱区吉兰泰盐湖盆地为研究对象,系统采集71个地下水样品,测定重金属Cr⁶⁺、As、Hg,以及主要化学成分的含量,以地质统计学插值绘图揭示盐湖盆地地下水中Cr⁶⁺、As、Hg的空间分布特征,以单因子指数法、内梅罗指数法和US EPA健康风险评价模型解析地下水中Cr⁶⁺、As、Hg的污染及健康风险状况,以统计相关检验进行Cr⁶⁺、As和Hg的源分析.结果表明：盐湖盆地地下水中普遍含有Cr⁶⁺、As、Hg,Cr⁶⁺在盐湖上游及东北部含量较高,As在西南台地含量较高,Hg在西北部巴音乌拉山出现高值区域,其分布与变化受到天然因素和人类活动的双重影响;Cr⁶⁺、As出现局部区域超标,超标率分别为8.45%和2.82%;Cr⁶⁺主要超标区域在盐湖西南侧呈条块状分布,并在盐湖附近Cr⁶⁺含量较高;As以点状超标,分布于西南部和东北部;盐湖盆地地下水87.3%处于安全清洁状态,仅5.6%轻度污染出现在西南部,不存在中度和重度污染;通过饮用水途径的化学致癌物的健康风险值远高于非化学致癌物的健康风险值,西南部图格力高勒沟谷区域化学致癌物Cr⁶⁺超过了US EPA最大可接受风险,但整个盐湖盆地Cr⁶⁺的平均健康风险值低于US EPA最大可接受风险;As和Hg均低于US EPA最大可接受风险;盐湖盆地总致癌风险特征与Cr⁶⁺基本一致,Cr⁶⁺平均健康风险占总致癌风险贡献率的89%;Cr⁶⁺超标原因包括盐湖盆地高锰酸盐指数偏高,促使Cr³⁺氧化成为Cr⁶⁺,As与Cr存在一定的同源关系.     

典型城市化区域土壤重金属污染的空间特征与风险评价

随着我国城市化的快速发展,土壤环境面临着较高的生态环境风险.本文以我国南方某典型城市化区域土壤环境作为研究对象,共采集表层(0～20 cm)土壤样品106份,亚表层(20～40 cm) 96份并测定其重金属含量,然后采用内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害法评价其生态风险程度,最后通过空间插值探讨其生态风险空间分布.结果表明,表层土壤Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg的含量范围分别为2. 87～84. 64、1. 40～56. 00、2. 75～125. 05、15. 05～201. 39、1. 46～89. 92、0. 001～0. 92、15. 29～160. 07和0. 006～0. 52 mg·kg~(-1);亚表层土壤的含量范围为3. 56～75. 14、1. 65～71. 58、3. 28～290. 04、17. 99～296. 94、3. 07～65. 67、0. 02～1. 00、11. 10～97. 59和0. 01～0. 41 mg·kg~(-1).依据农用地土壤污染风险管控标准,表层土壤中Cd、Cu、Pb、As和Zn的超标率分别为71. 70%、40. 57%、4. 72%、3. 77%和0. 94%,亚表层土壤中Cd、Cu、As、Zn、Pb和Ni的超标率分别为72. 92%、39. 58%、6. 25%、3. 13%、3. 13%和1. 04%,可见区域主要重金属污染因子为Cd和Cu,土壤重金属空间分布特征显示超标区域集中在区域北部.基于两种评价结果可以看出,北部地区污染程度和生态风险较高,其中Cd为风险指数偏高的主要驱动因子,风险评价空间分布特征与Cd的含量空间分布特征类似,说明区域土壤Cd污染应该引起重点关注.     

喀斯特地区小尺度农业土壤砷的空间分布及污染评价

贵州岩溶地貌分布广泛,部分地区的土壤砷(As)污染问题比较突出.为了解高As背景地区农业土壤As含量分布特征,选取贵州省兴义市西南部具有代表性的As污染区(典型喀斯特区、亚喀斯特区)为研究对象,并以非喀斯特区作为对照组,采用地统计分析与GIS相结合的方法研究农业土壤As的空间变异和污染状况,并采用Moran's I系数分析在小尺度下土壤As的空间自相关性及其方向性特征.结果表明,不同地貌区土壤中As含量从高到低依次为:典型喀斯特区亚喀斯特区非喀斯特区,其中典型喀斯特区农业土壤As的算术均值与几何均值分别为47. 9 mg·kg~(-1)和43. 3 mg·kg~(-1),亚喀斯特区其值分别为36. 8 mg·kg~(-1)和30. 1 mg·kg~(-1),两个区域农业土壤As含量明显高于贵州土壤As背景值,As的超标率分别为98. 5%和96. 7%,表现出明显的As累积,而非喀斯特区As超标率仅为6. 7%;独立样本T检验结果表明,在3个不同地貌类型中,农业土壤与自然土壤As含量均无显著性差异(P 0. 05).农业土壤As的Moran's I系数为0. 45,Z值为11. 61,在本采样尺度下具有显著的正空间自相关(P 0. 05),存在空间聚集,尤其是东北-西南方向空间自相关性较好,以结构性变异为主.农业土壤样本As总体上处于轻微污染至轻度污染之间,分别占27. 10%、29. 02%,部分地区处于中度污染级别,而处于无污染状态的样本占41. 94%.     

环渤海地区生态效率评价及空间演化规律

运用三阶段DEA模型对环渤海沿海地区17个城市的生态效率进行测算,并结合标准差椭圆和重心坐标方法,定量分析了2006-2015年环渤海地区生态效率的空间演化规律。结果表明：（1）基于三阶段DEA模型测算的生态效率结果,环渤海沿海17市的生态效率总体呈中等偏上水平,且2006-2015年效率值持续上升,天津、唐山、青岛、大连位居前四,17市中绝大多数城市生态效率值低于环渤海平均值,地区差异十分显著。（2）标准差椭圆结果显示环渤海沿海地区生态效率整体呈东北—西南格局,且有逐渐向西南偏移的趋势。（3）环渤海地区生态效率存在明显的省际差异性,且各省限制性因素区别较大。     

太行山脉不同量级降雨侵蚀力时空变化特征

基于太行山脉及其周边地区76个气象监测站点1954-2016年逐日降雨数据,建立了基于不同量级侵蚀性年降雨量模拟年降雨侵蚀力的简易模型,并采用气候倾向率、小波周期分析、重心模型、Co-Kriging插值、Mann-kendall非参数趋势检验以及突变分析等方法,分析了不同量级降雨侵蚀力时空变化特征及其影响因素。结果表明：（1）太行山脉地区年降雨侵蚀力简易模型为y=0.182x₁^1.095+5.463x₂^0.982+9.401x₃^1.017+15.258x₄-26.753,且多年降雨侵蚀力呈小幅上升趋势,10年间上升了2.4 MJ·mm·hm^-2·h^-1·a^-1,同时存在约20年的主周期和6年的小周期变化,并在1996年发生显著突变;中雨和大雨侵蚀力63年间均呈上升趋势,而暴雨和特大降雨侵蚀力呈下降趋势;春秋两季主要受中雨和大雨侵蚀力的影响,而夏季则主要受特大降雨侵蚀力的影响。（2）太行山脉地区各量级降雨侵蚀力最大值主要分布于太行山脉东南部以及五台山地区,最小值主要分布于地区的东北部;运用重心模型发现各量级降雨侵蚀力重心在春夏季节整体向东部以及东北部地区进行迁移,而秋冬季节则向南部以及西南地区迁移,形成一个循环,且与冬夏季风的控制时间相符。（3）太行山脉地区不同量级降雨侵蚀力与侵蚀性降雨量均呈显著正相关（P<0.01）,大雨和特大降雨侵蚀力分别与纬度、海拔呈显著负相关（P<0.05）,这主要与副热带高压移动、地形、海拔以及自然地理环境等因素有关。     

基于市域尺度的中国化肥施用与粮食产量的时空耦合关系

化肥施用是一把双刃剑,在促进粮食产量增加、保障粮食安全的同时,导致了生态环境退化,当前亟需辨明化肥施用与粮食生产之间的时空耦合关系,以便为维护粮食安全与生态安全提供有效的对策。以中国336个地级行政区为研究单元,分析2005-2015年中国粮食产量与化肥施用量的时空格局变化特征、化肥施用量与粮食产量的时空耦合关系及其动态变化过程。研究发现：（1）2005-2015年中国化肥施用量与粮食产量均呈上升趋势,化肥施用量的区内差异呈“粮食主产区—产销平衡区—粮食主销区”递减态势;而粮食产量的区域差异总体趋于增大,且呈“粮食主产区—产销平衡区—粮食主销区”递增态势。（2）化肥施用量增幅大致呈“东—中—西”阶梯式递增的趋势,而粮食产量增幅呈明显的南北分异特征。（3）从空间分布来看,胡焕庸线以东地区以“双高区”为主,胡焕庸线以西地区以“双低区”为主,且“低效施肥区”收缩,“他因素影响区”扩张。（4）期间,粮肥耦合关系以“双增型”为主,其他类型为辅,粮肥耦合关系主要向“双增型”与“他因素影响型”转变。     

于桥水库沉积物-水界面氮磷剖面特征及交换通量

于桥水库是天津市重要的饮用水源地,但近年来呈现富营养化加重趋势,而其内源负荷及污染分布特征尚不清楚.本研究利用Peeper(pore water equilibrium)技术获取沉积物-水界面氮磷剖面特征,分析于桥水库间隙水氮磷分布的空间差异;采集沉积物无扰动柱样分析沉积物中易释放态氮及磷的赋存特征,并利用原柱样静态培养法对其水土界面氮磷交换速率进行估算.结果表明:(1)沉积物中活性磷、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的含量分别为0.5~6.5、0.5~10.9、2.2~16.2和0.05~0.6 mg·kg~(-1),在垂直方向随深度增加营养盐含量降低,而在空间分布上差异显著.(2)上覆水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N质量浓度较低,间隙水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N质量浓度远大于上覆水,表明于桥水库间隙水具有向上覆水体扩散营养盐的潜力.在垂直方向上间隙水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N具有在0~5 cm快速增加,之后表现出逐渐降低的趋势.(3)静态释放结果表明,PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N从沉积物间隙水扩散至上覆水中,其释放通量分别为1.1~13.3 mg·(m~2·d)~(-1)和20.6~250.5 mg·(m~2·d)~(-1);NO-3-N交换通量在-20.4~33.4 mg·(m~2·d)~(-1)之间,NO_2~--N交换通量在-7.4~0.4 mg·(m~2·d)~(-1)之间.PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N为于桥水库主要的沉积物内源向上覆水释放营养盐,总体释放速率在空间上呈现南高北低、淋河口和水坝前较高的释放特征.与类似研究比较可知,于桥水库沉积物-水界面通量相对较高,表明沉积物是于桥水库上覆水营养盐的重要来源.