华北平原典型山前冲洪积扇高硝态氮地下水分布特征及健康风险评价

地下水硝态氮污染受到世界的广泛关注,但是,高集约农业生产的山前冲洪积扇地下水中高硝态氮分布特征及其对不同人群的健康危害尚未完全清楚。本研究于华北平原北京和石家庄地区两组冲洪积扇采集了144件地下水样,在研究地下水化学成分形成控制因素的基础上,探究地下水中高硝态氮的分布规律与成因机制以及健康风险。结果表明地下水为中性至弱碱性。84%地下水样品的硝态氮浓度超出我国饮用水标准值10 mg/L,北京地区地下水硝态氮平均浓度高于石家庄地区。两地区总体浅层地下水硝态氮浓度高于深层地下水,西南部地区地下水硝态氮高于东部和北部地区。高硝态氮地下水水化学类型以HCO_(3)-Ca-Mg型为主。地下水化学形成作用主要受矿物溶解、岩石风化和蒸发结晶的影响。离子比例系数和主成分分析(PCA)表明,农业活动、离子交换和硝化作用是高硝态氮地下水形成的主要原因。深层地下水水质优良且熵权水质指数(EWQI)多处于1或2等级,优于浅层地下水。人类健康风险评价(HHRA)模型对4类人群(婴儿、儿童、成年男性、成年女性)风险计算结果显示:地下水硝态氮的潜在非致癌风险对婴儿表现严重,浅层地下水潜在非致癌风险都要高于深层地下水,石家庄地区地下水潜在非致癌风险低于北京地区。平面上,北京地区地下水硝态氮对4类人群均存在潜在风险,高风险区域主要分布在北京西南部和中部,东部风险相对较低。石家庄地区地下水硝态氮潜在风险整体表现为西高东低,东部大部分区域地下水适宜全部人群饮用。因此,控制浅层地下水硝态氮的输入、根据不同人群差别取水、对婴儿群体多提供深层地下水源是保障居民饮水安全的关键。

鄱阳湖流域赣江下游水化学特征及人类健康风险评价

人类活动对鄱阳湖赣江流域水质的影响受到广泛关注,厘清流域内污染水体对人类的健康风险状况有利于更好地保护和利用水资源。本研究于赣江下游采集39个地下水和16个地表水样,在分析其水化学特征和影响因素的基础上,对地下水水化学成分演变进行反向模拟,并对地下水水质以及潜在非致癌风险进行评价。结果表明,研究区地下水呈弱酸性-中性(pH=5.47~7.60),以HCO_(3)-Ca-Mg型水为主,部分为Cl-Ca-Mg型水,硅酸岩风化和矿物溶解-沉淀作用是水化学类型形成的主要控制因素;地表水呈中性-弱碱性(pH=6.94~8.19),主要为HCO_(3)-Cl-Ca-Na型水,其形成与硅酸岩风化、大气降水和人类活动有关。PHREEQC模拟计算结果表明,地下水中大部分矿物饱和指数(SI)为负数,其中岩盐的SI为-7.80~-9.53,指示该矿物溶解剧烈;白云石、石膏和方解石的SI分别为-1.72~-6.39、-1.65~-3.96、-0.51~-3.09,表明三种矿物呈溶解趋势。反向模拟结果显示,赣江干流地下水化学特征演变过程经历了Ca-蒙脱石、岩盐、白云石溶解和方解石沉淀,同时消耗CO_(2);支流中命名为NCGW-3的路径表现为高岭石、方解石、玉髓和白云石溶解,石膏、Ca-蒙脱石、黑云母和斜长石沉淀,同时产生CO_(2),可能与人为作用的干扰有关。其余支流地下水反向模拟结果与干流结果相似。熵权水质指数(EWQI)计算结果表明,干流地下水水质优于支流地下水,沿赣江受Mn、NO;影响水质降低;地下水非致癌潜在风险主要为对婴儿存在严重风险,其次是儿童,对成年男性和成年女性风险相对较小,支流水质存在的潜在风险相较于干流更为显著。

华北平原高氟地下水中稀土元素分布和分异特征

高氟地下水是世界各国研究者广泛关注的重大环境问题。尽管对高氟地下水的化学特征、形成机理和扩散机制等已有不少研究,但其稀土元素(REE)的含量和分异特征以及这些特征能否反映高氟地下水的形成和分布尚不清楚,这在一定程度上限制了REE在高氟地下水中的运用。本研究以地下水氟离子异常严重地区——华北平原为研究区,沿地下水流向采集浅层和深层地下水样,研究分析了水中氟离子和REE的地球化学特征。浓度分析结果表明地下水氟离子浓度介于0.28 mg/L和9.33 mg/L之间,其中55%超出我国饮用水标准规定值1.0 mg/L;PHREEQC计算结果反映地下水中氟以NaF、CaF^(+)、MgF^(+)和自由态F-形式存在,其中自由态F^(-)含量占主导(85.42%~99.39%);高氟地下水主要分布于中部冲积湖积平原以及东部冲积海积平原,60%高氟地下水样分布在180 m深度以下;水化学图件分析结果指示浅层高氟地下水的形成主要受蒸发浓缩作用的控制,而深层高氟地下水是水岩相互作用下的矿物溶解和离子竞争吸附共同作用的结果。研究区地下水REE含量处于pmol/L至nmol/L级别,PHREEQC模拟计算结果表明REE主要以碳酸络合物(REECO_(3)^(+)和REE(CO_(3))_(2)^(-))的形式存在,与氟离子络合的稀土元素(REEF^(2+)和REEF_(2)^(+)占0~1.18%;上陆壳(UCC)标准化结果显示,所有地下水均呈重REE(HREE)和中REE(MREE)相对于轻REE(LREE)富集的模式,且具有显著Ce负异常(0.11<Ce/Ce^(*)=Ce_(UCC)/(La_(UCC)×Pr_(UCC))^(0.5)<2.29)特性;地下水富HREE主要归因于HREE比LREE优先与碳酸根络合,并且形成更加稳定的碳酸络合物。沿地下水流向,深层地下水中总REE含量与地下水中氟浓度均呈现不断上升的变化趋势,同时高氟地下水比低氟地下水更易富集重稀土元素,说明稀土元素对深层含水层富氟行为具有一定的指示作用。

大坝泄水对鱼类洄游能力的影响研究

大坝的建设将天然河道分隔成上、下两个环境单元,改变了河道的流量、流速和水位等水文要素,使原有的水力条件及生态环境都发生了变化,对鱼类的洄游、繁殖和生长等都产生较大影响。以江河湖泊常见鱼种-成年鲤为研究对象,以0.02 m^3/s为基础流量,按照0.01 m^3/s的流量递增进行大坝泄水模拟实验;采用声学信号监测技术监测成年鲤在不同泄水量下的洄游能力及游泳轨迹,分析不同泄水量的河道流场并与鱼类游泳轨迹进行拟合,研究不同流速对鱼类洄游能力的影响。结果表明:成年鲤的洄游距离、游泳速度随着河道流速增大而逐渐减小,成年鲤洄游开始出现困难、开始出现逆流后退以及无法洄游时河道流速分别为0.42,0.48 m/s和0.62 m/s;泄水量每增加一个0.01 m^3/s流量梯度,成年鲤洄游距离约减少1.5 m,说明随着河道流速增大鱼类洄游轨迹变化是一个逐渐收敛的过程。大坝泄水过程同时还会造成氮气和氧气过饱和、改变水体温度和浊度从而对鱼类生存环境、繁殖及鱼类资源造成影响。

鄱阳湖流域赣江北支水体和沉积物中稀土元素的含量和分异特征

稀土的开发和广泛应用使得人们倍加关注其在环境中的分布及其环境地球化学行为。赣江作为鄱阳湖流域五大入湖河之一,发源于稀土资源富集的赣南地区,而其下游水体及周边地下水中稀土元素的含量和分异特征目前尚不完全清楚。以赣江北支水体及沉积物为研究对象,开展了稀土元素地球化学研究。结果表明,赣江北支水体中稀土元素总量在地表水中为230~1 146 ng/L(均值458.85 ng/L),地下水中为284~1 498 ng/L(均值634.94 ng/L),沉积物中稀土元素总量为177.9~270.7 mg/kg(均值226.99 mg/kg)。PHREEQC模拟计算表明,水体中的稀土元素主要以碳酸根络合物(REECO_(3)^(+))的形式存在。地表水和地下水总体上均表现为重稀土元素相较于轻、中稀土元素富集,沉积物未表现出明显的富集特性;水体具有Ce、Eu负异常特点,而沉积物表现为Ce正异常和Eu负异常,指示氧化还原环境和水岩相互作用对稀土元素在水-沉积物系统中迁移转化的影响。地下水中稀土元素的含量沿流向具有上升趋势,而水体中重稀土元素的富集程度不断减弱,同时碳酸根络合物(REECO_(3)^(+))的占比不断降低,反映水体中稀土元素的含量受到pH、胶体吸附、络合作用以及地下水-地表水相互作用的影响。水体中重稀土元素的富集受到碳酸根络合反应的影响,Ce、Eu负异常与Ce氧化沉淀和母岩特性相关。Gd异常值表明,研究区中下游水体中的Gd元素受到人为输入的影响。