An Aquifer Classification System and Geographical Information System-Based Analysis Tool for Watershed Managers in the Western U.S.1

Payne, Scott M. and William W. Woessner, 2010. An Aquifer Classification System and Geographical Information System-Based Analysis Tool for Watershed Managers in the Western U.S. Journal of the American Water Resources Association (JAWRA) 46(5):1003-1023. DOI: 10.1111/j.1752-1688.2010.00472.x Abstract: Aquifers and groundwater systems can be classified using a variety of independent methods to characterize geologic and hydraulic properties, the degree of connection with surface water, and geochemical conditions. In light of a growing global demand for water, an approach for classifying groundwater systems at the watershed scale is needed. A comprehensive classification system is proposed that combines recognized methods and new approaches. The purpose of classification is to provide groundwater professionals, policy makers, and watershed managers with a widely applicable and repeatable system that reduces sometimes cumbersome complex databases and analyzes to straightforward terminology and graphical representations. The proposed classification system uses basin geology, aquifer productivity, water quality, and the degree of groundwater/surface water connection as classification criteria. The approach is based on literature values, reference databases, and fundamental hydrologic and hydrogeologic principles. The proposed classification system treats dataset completeness as a variable and includes a tiered assessment protocol that depends on the quality and quantity of data. In addition, it assembles and catalogs groundwater information using a consistent set of nomenclature. It is designed to analyze and display results using Geographical Information System mapping tools.     

合肥市十八联圩湿地表层沉积物营养盐与重金属分布及污染评价

十八联圩是南淝河入巢湖湖口区一处由"退耕还湿"形成的大型人工湿地.为了解其表层沉积物营养盐与重金属分布和污染特征,于2018年7月采集湿地内部和外部毗邻水体共72个位点的沉积物样品进行调查,并对污染来源进行了分析.结果表明,在十八联圩湿地内部水体中,表层沉积物总氮(TN)、总磷(TP)和有机质(OM)平均含量分别为2 108. 87mg·kg~(-1)、1 448. 82 mg·kg~(-1)和86. 2 g·kg~(-1),而在外部水体中,分别为2 305. 81 mg·kg~(-1)、1 268. 46 mg·kg~(-1)和59. 9 g·kg~(-1).重金属Mn、Cr、Cu、Pb、Cd、As和Hg在湿地内、外部水体中的平均含量分别为462. 58、42. 12、21. 69、18. 05、0. 63、5. 67和0. 059 mg·kg~(-1); 381. 61、36. 85、24. 74、30. 70、2. 49、6. 47和0. 035 mg·kg~(-1).湿地内水体表层沉积物,在营养盐污染评价中,TN整体处于轻度至中度污染水平,TP整体处于重度污染水平,营养盐整体处于中度至重度污染水平;在有机污染指数评价中,OM整体处于中度至重度污染水平;在重金属潜在生态风险评价中,潜在生态风险指数(RI)和潜在生态风险系数(Eir)表明,部分区域的Cd与Hg具有一定的生态风险.而湿地外毗邻水体表层沉积物的营养盐水平同样较高,且重金属污染严重,所有位点均达到强生态风险以上.     

Response of the sediment geochemistry of the Changjiang River (Yangtze River) to the impoundment of the Three Gorges Dam

Based on the measurement of major and trace elements in suspended sediments in the low reaches of the Changjiang River during throughout a whole hydrologic year, the origins, seasonal variations, and fluxes of multielements and the human impacts on multielements transport processes have been analyzed along with the influence of weathering in the Changjiang River basin. The results show that most element contents were high in both autumn and winter and low in summer, which was largely caused by the dilution of discharge. Weathering detritus in the Changjiang River basin is the main source of most elements in suspended sediments. However, riverine pollution could bring more loadings of Cd, Pb, As and Zn into river water than it did a few decades ago. The annual average fluxes of Cd, Pb and Zn, which are major contamination elements, to the sea were 179 ± 21 tons/year, 7810 ± 675 tons/year, and 12,000 ± 1320 tons/year,respectively, in which approximately 8.7%, 11.9% and 2.7% of their loadings, respectively,were contributed by pollution inputs. Element exports mainly occurred in the summer(44.4%–57.4%) in the lower part of the Changjiang River. A general relationship between sediment retention and element content suggests a positive feedback mechanism for the decreased number of particles, in which element riverine loadings are reduced due to the enhanced trapping effect by the Three Gorges Dam(TGD). Compared to those in 1980,current element shares of the Changjiang River compared to the global budget have declined due to the construction of the TGD.     

特大城市河流表层沉积物磷形态分布及有效性:以成都市为例

为研究河流沉积物内源污染与人类活动的响应关系,采集成都市内33个点位的河流表层沉积物,采用SMT和DGT方法监测沉积物中各形态磷及生物有效性磷含量,结合多元统计方法分析其空间分布特征,计算沉积物及其孔隙水中有效态磷的释放通量.结果表明,成都市河流表层沉积物各形态磷存在空间差异性;成都市河流表层沉积物TP的平均含量为1 132.41 mg·kg~(-1),高于成都市土壤背景值365.00 mg·kg~(-1),Ca-P为最主要磷形态,平均占TP的70.58%;研究区域可划分为3类,第1、3类的磷形态结构差异大,而第2类小,且第1、3类各形态磷含量普遍高于第2类;ω(DGT-P)分别与水体ω(DTP)、具有生物有效性的ω(Fe/Al-P)和ω(OP)均有良好的相关性,DGT技术可作为快速原位检测沉积物生物有效磷含量的可靠方法;有效态磷释放量较高的为N8 W11 N2,分别为20.05、17.13、14.79 mg·(m2·d)-1,其释放能力与人类活动密切相关.     

典型平原地区生活垃圾焚烧厂周边土壤重金属赋存形态分布特征及生物有效性评价

为考察并掌握典型平原地区生活垃圾焚烧厂周边土壤中重金属Cd、Cr、Cu、Pb、Ni和Zn的污染现状,以上海市某生活垃圾焚烧厂为例,研究其周边土壤中重金属赋存形态分布特征及生物有效性,采用Tessier连续提取法结合电感耦合等离子体发射光谱检测分析表层土壤中目标重金属总量及形态分布,并利用风险评估编码法（RAC）评价其生态风险水平.结果表明:研究区域土壤中Pb和Zn主要以Fe-Mn氧化物结合态和残渣态为主（>80%）;Cr、Cu和Ni则以残渣态为主（>60%）;Cd虽以残渣态为主（>50%）,但与其他重金属相比,其碳酸盐结合态占比相对较高.生物有效性分析结果显示,Cr、Cu和Ni以惰性态为主,生物有效性低,而潜在可利用态Cd、Pb和Zn占比较高,存在较高的释放风险.土壤中各重金属潜在生态风险水平由高到低依次为Cd > Zn > Pb > Cu > Ni > Cr,其中,Cu、Pb和Zn处于低风险水平,Cr和Ni处于无风险水平,而Cd处于中等风险水平.研究显示,该垃圾焚烧厂周边土壤中重金属已存在不同程度的污染累积,其中,潜在可利用态Cd的占比较高,已达中等风险水平,应引起重视.      

骆马湖表层沉积物有机质分布特征及来源解析

为解析骆马湖富营养化沉积物的影响因素,2018年9月采集了骆马湖表层沉积物32个点位样品,分析了沉积物的总有机碳（TOC）、总氮（TN）、有机碳同位素（δ¹³C）和氮同位素（δ¹⁵N）指标,研究了沉积物中有机质分布特征及来源.研究表明：表层沉积物TOC含量在0.55%~3.76%,平均值为1.62%;TN含量在0.04%~0.46%,平均值为0.19%;δ¹³C含量在-27.32‰~-8.36‰,平均值为-14.98‰;δ¹⁵N含量在-1.92‰~10.17‰,平均值为7.72‰,TN与TOC在空间分布呈正相关,有机碳、氮同位素受不同来源有机质影响空间分布有较大差异.对δ¹⁵N、δ¹³C与C/N进行定性分析和端元混合模型定量计算,得出骆马湖表层沉积物有机质来源主要有三个：一是人类活动带来的土壤有机质贡献率最大,特别是东岸休闲旅游区贡献较高;二是围网养殖造成的源污染,加大了湖泊富营养化程度;第三是湖泊来水携带较高浓度的污水有机质,对"典型过水性"骆马湖水质影响较大.为了降低骆马湖水体富营养化程度,改善水生态环境质量,急需对湖体有机质的来源加大控制.     

硝酸钙添加和锆改性膨润土覆盖联用控制底泥中磷释放的效果及机制

通过底泥培养实验,研究了硝酸钙添加和锆改性膨润土覆盖联用控制底泥中磷释放的效果及机制.结果发现,在缺氧条件下,底泥中磷会先释放出来进入间隙水中,而后穿越底泥-水界面扩散进入上覆水中,导致上覆水中溶解态活性磷(SRP)和薄膜扩散梯度(DGT)有效态磷浓度较高.但是,联合使用硝酸钙添加和锆改性膨润土覆盖可有效控制底泥中磷释...     

河水-地下水交互带沉积物中抗生素和代谢产物提取方法优化及其分布特征

河水-地下水交互带是污染物发生富集、降解和转化等生物地球化学过程的重要场所.抗生素作为一类广泛关注的有机污染物,探索其在交互带中的分布特征对认识特殊生境下污染物迁移转化过程具有重要意义.由于交互带氧化还原条件变化敏感,沉积物组成特殊,建立了一种有效提取交互带中22种抗生素及4种磺胺类代谢产物的前处理方法,并对样品初始状态、提取温度、提取液p H值以及有机提取溶剂进行了优化.同时对汉江下游河水-地下水交互带沉积物中的抗生素含量进行分析,结果表明,采用p H=3的乙腈/乙二胺四乙酸二钠(Na₂EDTA)-Mcllvaine缓冲液(1∶1,体积比)对未经氧化的沉积物原样在40℃条件下进行3次微波提取,目标抗生素的回收效果最好.汉江下游交互带沉积物中共检出11种抗生素,其中以土霉素(OTC)和氧氟沙星(OFL)为主,最高检出含量分别为6.77 ng·g^-1和5.81 ng·g^-1.不同交互剖面中抗生素含量的垂向分布差异较大,主要与沉积物岩性、抗生素理化性质和地表水-地下水交互作用等影响因素有关.     

纳米金增强SPR铅离子检测器构建

为满足采用简便方法检测痕量铅离子（Pb²⁺）的需求,构建了新型的超灵敏、高特异性表面等离子体共振（SPR）生物传感器,用于水中Pb²⁺检测.以硫醇化GR-5脱氧核酶（DNAzyme）为Pb²⁺特异性识别探针,并自组装到芯片金膜表面,底物官能化的纳米金（S-AuNPs）用于信号增强,并与DNAzyme杂交形成传感薄膜.AuNPs不仅增加了质量变化,其局部表面等离子体共振（LSPR）与芯片表面传播SPR的耦合作用也可产生信号放大的效果.在Pb²⁺离子存在下,DNAzyme催化底物裂解,导致AuNPs的去除并引起SPR信号显著变化.通过X射线光电子能谱和扫描电镜对芯片表面的表征分析验证了传感薄膜构建过程和检测原理.Pb²⁺检测实验结果表明,1 μmol/L DNAzyme修饰的传感器检测效果最好,检测限为80pmol/L,并在100nmol/L范围内与Pb²⁺浓度的对数呈线性关系（R²=0.992）.该传感器对10倍浓度的其他金属离子无明显响应,说明其具有良好的Pb²⁺特异性;检测自来水和地下水中Pb²⁺的结果与ICP-MS方法有良好的一致性.研究建立的Pb²⁺检测方法具有高灵敏度和特异性,且操作简便,具有现场检测的应用前景.     

特殊区域地表水环境背景值表征技术方法研究与应用

选取黑龙江省源头水保护区作为研究对象,根据DEM数据对保护区内随机布设的水质监测点控制单元进行划分并提取单元内的相关指标建立监测点背景特性量化模型,基于量化结果提出地表水环境背景值监测方案,建立背景值数据库.选取研究区自然属性指标与空间属性指标,以空间叠置技术与聚类分析方法对研究区地表水进行背景值分区,最终将黑龙江省分为六大地表水水质背景值地理分区,并计算了各分区地表水环境背景值表征范围.表征范围显示：依据现行标准进行水质评价,保护区内水质背景值已超出Ⅱ类水质标准限值.因此,基于水质背景值研究成果提出了考虑背景值影响下的水环境质量评价方法,并将方法应用于研究区,结果表明方法切实可行且优于单因子评价法.研究成果可为区域制定背景值影响下的水环境评价方法提供科学的数据支撑与理论依据.