基于脆弱性的地下水污染监测网多目标优化方法

区域地下水监测井的优化布设对于区域地下水系统管理有很重要的作用.为了以最少的监测费用最大化地获取区域污染风险和污染现状信息,以监测井数量最小、区域污染监测有效性最大、监测到的区域脆弱性分值最大为目标,建立了基于脆弱性评价的地下水污染监测网多目标优化模型.通过地下水脆弱性评价和溶质运移模型计算得到不同点位地下水脆弱性分值和污染物浓度,针对不同脆弱性等级提出区域监测井初设密度,采用改进非劣支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）基于初设监测网求解该多目标优化模型,结合质量误差分析确定监测网优化方案.结果表明,阿什河漫滩区和樊家沟流域地下水硝酸盐氮污染相对较严重;地下水脆弱性高和较高等级区域分别分布在抽水井群影响范围和河漫滩;结合NSGA-Ⅱ Pareto最优解及质量误差分析结果,得到该区域地下水监测井最优数量（12口）及其最优布设位置.研究显示,该优化监测网与初设监测网插值所得污染羽的质量误差小于15%,满足监测精度要求.      

基于水化学及当地稳定同位素的地下水硝酸盐污染空间分布特征及污染源解析

为精准识别张家口市宣化区地下水硝酸盐污染的空间分布情况及其来源,根据张家口市宣化区洋河两岸地下水水质监测数据,采用水化学分析方法分析硝酸盐污染现状,利用氮氧稳定同位素方法定性分析污染物来源,并利用ArcGIS软件对地下水硝酸盐浓度、氮氧同位素特征值进行可视化表征,更加直观地表现地下水环境质量时空差异.根据SIAR模型（同位素混合模型）定量计算各污染源的贡献率.结果表明:①张家口市宣化区地下水“三氮”污染主要为硝酸盐氮,浓度平均值为27.23 mg/L,污染浓度高值区域出现在建设用地.②研究区典型特征污染物的氮同位素特征值（δ15N-NO₃-）在土壤中的分布范围为1.46‰~7.71‰,在粪便及污水中的分布范围为9.49‰~17.57‰,可充实当地δ15N-NO₃-分布数据库.③硝酸盐污染主要来源于土壤氮、粪便及污水,水化学及同位素特征表明氮的迁移转化以硝化作用为主.④SIAR模型计算结果表明,土壤氮、粪便及污水、无机化肥及工业废水贡献率分别为44.36%、43.35%、9.24%.研究显示,硝酸盐污染主要受生活污水、工业生产活动和该地区农业灌溉的影响,污染物主要来源于土壤氮、粪便及污水,且建设用地污染情况较耕地更为严重.      

基于水化学和氮氧双同位素的地下水硝酸盐源解析

为定性及定量识别地下水中氮的污染来源,比例及迁移转化特征,对河北省张家口市宣化区洋河北岸主要供水区的地下水进行取样分析.基于土地利用类型,综合利用水化学分析方法耦合δ¹⁵N-NO₃^-,δ¹⁸O-NO₃^-双同位素示踪技术对研究区地下水硝酸盐污染来源,贡献率及迁移转化规律进行判断.研究结果表明：研究区氮污染以NO₃^-为主,12处采样点4次采样过程中约77%超出世界卫生组织标准（10mg/L）的限值,其污染在2018年8月（夏季）较为严重,空间浓度插值结果显示硝酸盐呈现出沿河及远岸点位浓度相对较低,中间较为稳定区域浓度较高的空间特征,并表现出不同土地利用类型上污染程度的差异性：旱地浓度最高,城镇次之.稳定同位素模型（SIAR）显示地下水硝氮污染来源中粪肥及生活污水占45.37%,土壤氮来源为41.39%,降水和化肥中NH₄⁺来源占13.24%,与研究区以城镇和耕地为主的土地利用现状较为一致.此外,同位素特征值结果显示氮的迁移转化过程以硝化作用为主.文可为地下水氮的污染来源解析提供更加精准,全面的分析方法进而为污染的防治提供优先治理建议.     

基于生态系统服务价值评估的东江流域生态补偿研究

生态补偿有利于协调区域经济发展与生态环境保护的关系。通过现场调研和数据分析,构建适用于东江流域的生态系统服务价值当量因子表,对东江流域生态系统服务价值进行评估,确定其生态补偿标准。引入生态补偿优先级(ECPS)指标对东江流域19县市生态补偿的迫切程度进行量化。结果表明:(1)东江流域生态系统服务总价值为1 711.41亿元,其中,森林生态系统价值占总价值的86.17%;一类生态服务中调节服务价值最显著;二类生态服务中水文调节功能价值最显著。(2)东江流域理论生态补偿总额度为1 047.26亿元,其中,森林生态系统补偿价值为880.21亿元,占总补偿额度的84.05%,是区域生态补偿的核心。(3)东江流域19县市生态补偿实际额度为68.73亿元,其中,东源县补偿额度最高,为16.76亿元。(4)东江流域19县市生态补偿优先级顺序为东源、安远、寻乌、紫金、新丰、连平、龙川、和平、定南、龙门、兴宁、惠东、博罗、惠阳、河源市区、惠州市区、增城市、东莞和深圳。     

基于受体模型和控制单元分区的流域污染源解析——以永定河张家口段为例

为识别永定河张家口段水体污染的主要来源并确定流域重点管控行业和优控单元,将受体模型与控制单元分区相结合,建立流域污染源解析方法。结合研究区水系分布、行政区划和数字高程模型(DEM)数据进行控制单元划分,利用聚类分析进行水质和污染源空间特征分析,通过因子分析和绝对主成分-多元线性回归(APCS-MLR)受体模型进行分区污染源识别与贡献率计算。结果表明:永定河张家口段按水质污染程度可分为污染较重的A区(洋河、清水河中下游)和污染较轻的B区(洋河、清水河上游及桑干河);A区受工业点源与面源混合影响,其中工业点源、农业种植贡献率分别为43%、44%;B区主要受面源影响,其中农村生活及旅游、农业种植、畜禽养殖贡献率分别为30%、18%、17%;由污染源空间特征,提出A区的重点管控行业为冶金和食品制造业,B区则为采矿业和食品制造业,确定覆盖阳原县的2、3号,覆盖涿鹿县北部和蔚县北部的5号,覆盖万全区的14号控制单元为面源污染优先防控单元。源解析与控制单元分区相结合的方法可较好地反映水质空间分异特征,提高源解析能力。     

白水江表层沉积物溶解性有机质荧光特性研究

为探究白水江表层沉积物溶解性有机质(DOM)荧光特性,2018年3月采集研究区深度为0～20cm的沉积物,采用三维荧光光谱技术、区域积分法和荧光指数法,确定主要荧光物质种类,并结合表层水基本参数等数据分析荧光组分的来源、转化过程与空间分布差异。结果表明:(1)白水江表层沉积物DOM以类蛋白有机物为主,其中可溶性微生物降解产物占总体荧光物质相对含量的64.56%～73.06%;各断面均出现明显的可溶性微生物降解产物荧光峰;相比上游,中、下游荧光强度逐渐增强,并出现类酪氨酸与类色氨酸荧光峰。(2)上游至下游,总荧光组分、各荧光组分含量均呈现逐渐升高的趋势。人类活动可能是造成白水江表层沉积物DOM荧光组分存在空间分异的主导因素。     

阿什河流域地下水脆弱性分区

为识别阿什河流域地下水易污区,基于DRASTIC模型,结合研究区水文地质特点和地下水源地特质,舍弃土壤类型和水力传导系数指标,新增抽水井群影响范围评价指标,得到适用于阿什河流域的DRATIE脆弱性评价体系.借助OpenGeoSys(OGS)软件,模拟研究区抽水与不抽水时的地下水流场,圈划出抽水时流场的变化区域,划分抽水井群影响范围.运用DRATIE模型对研究区进行脆弱性评价,绘制研究区地下水脆弱性分区图,并根据用水趋势进行脆弱性情景分析.结果表明:研究区地下水脆弱性主要为较低、中、较高3个级别;河漫滩和阶地区域较易受到污染,抽水井群影响范围内脆弱性为中等,1号井群每口井抽水量不宜超过3.23×10-2 m3/s,2号井群每口井抽水量不宜超过4.00×10-2 m3/s;其余地区较不易受到污染.研究显示,应严格控制水源地抽水量,以防阿什河水体倒灌;合理分配1、2号井群抽水量,可减小水源地脆弱性范围和等级.      

河道硬化对傍河地下水源补给结构及范围的影响

为研究傍河地下水的水均衡状况,以及傍河水源井群补给范围受河道硬化的影响,选取张家口盆地的Y傍河地下水源地为研究对象.采用数值模拟法建立研究区地下水数值模型,通过水均衡分析探究河道硬化对傍河地下水水均衡状况造成的影响;利用MODPATH对水源井群进行质点反向示踪模拟,获得井口质点向前追踪1 000 d的补给范围,对比水源井群补给范围并结合历史与近期水质数据分析河道硬化造成的影响.结果表明:①傍河地下水水均衡情况显示,主要的补给项为边界流入和降雨入渗,二者补给量分别为208.04×103与35.91×103 m3/d,占比分别为82.88%与14.31%;主要的排泄项为边界流出与地下水开采,二者排泄量分别为152.12×103与95.40×103 m3/d,占比分别为60.60%与38.01%.②河道硬化对傍河地下水水均衡的影响表现为河水对地下水的入渗量减少了46.79×103 m3/d,入渗量减幅为86.91%,且地下水停止了对河水的排泄,补给范围地下水水位下降了2~6 m.③河道硬化对傍河水源井群补给范围的影响表现为井群1 000 d的补给范围沿河流方向上减少了271 m,垂直河流的最宽距离增加了210 m,面积增加了0.77 km2,补给区域向远离河岸的方向发生偏移.④河道硬化对傍河地下水水质影响表现为河道硬化后傍河地下水pH、总硬度、氨氮浓度等均下降,有效减少了地表水污染物的入渗,但地下水的化学环境发生改变,潜在风险增加.研究显示,河道硬化极大地阻碍了河流与地下水之间的相互作用,严重影响了傍河地下水源的补给量和补给范围,使水源井群的补给区域发生偏移,给傍河地下水水源安全带来新的潜在风险.      

区域生态系统服务价值评估方法比较与案例分析

探索区域生态系统服务价值是协调区域经济发展、促进生态建设的重要路径。目前对区域生态系统服务价值评估研究还没有形成统一的价值核算方法,评估结果也存在较大差异。对生态系统服务价值评估方法进行系统整理,对替代市场技术、模拟市场技术以及当量因子法等目前较为常用的评估方法进行了总结。同时,从评估对象、评估范围和评估过程的角度对3类技术方法的优点与缺点进行对比分析,得出当量因子法在评估区域生态系统服务价值上具有方法简单、评估全面,且能充分考虑评估区域生态系统特点和地区特性的优势。将该法应用于东江流域生态系统服务价值评估,结果表明:东江流域生态系统服务总价值为1 976.63亿元;其中,森林、水域、湿地、农田、草地、 利用地、建设用地的生态服务价值分别为1 536.74亿、156.42亿、145.81亿、75.74亿、42.41亿、22.89万和0元。     

基于GAM模型的太湖叶绿素a与营养盐相关性研究

通过分析2013年1月—2015年7月的太湖水体叶绿素a(Chl-a)以及其他指标数据,发现太湖水质存在区域性差异,据此将太湖分为梅梁湾、贡湖湾、竺山湾和主湖区四大区域,引入广义加性模型(GAM模型)对营养盐、环境因子与Chl-a的关系进行分析。结果表明:梅梁湾只有TP与Chl-a浓度的相关性较强,且呈显著的非线性相关;贡湖湾TP浓度对Chl-a浓度的影响是线性的,TN浓度为非线性的,且TN浓度的影响可能更大;竺山湾COD_Mn和TP与Chl-a浓度均呈显著非线性相关,其中以COD_Mn的影响更为显著,可能原因是竺山湾历年来一直是有机污染排放重灾区;主湖区TN和TP对Chl-a浓度的影响均较大,呈显著非线性相关。太湖各区域富营养化爆发的条件不一致,不同的环境因素导致富营养化的条件也不相同。