农业污水灌溉对石家庄市近郊灌区地下水环境的影响

如何在水资源匮乏的干旱,半干旱地区合理有效地利用城市污水不仅是一个资源再生的问题,同时也是一个保护环境,使区域经济保持可持续发展的问题。本文作者通过对石家庄市近郊具有几十年污水灌溉历史的典型灌区的地下水进行了采样分析,评价了华北平原区农业污水灌溉对区域地下水环境的影响。首先,简要回顾了各国污水利用的历史和现状,比较了有关使用城市污水灌溉的利弊。然后,在对比确认污水灌溉对地下水的补给效果的基础上,基于电导率、硝酸根以及溶解氧浓度的测试结果,分析了污灌区地下水的水质变化特性。在污水灌溉区的硝态氮浓度很高,分布在35mg/l^130mg/l范围内,井深小于40m的井水的硝酸根离子浓度超标率为100%。而在用地下水进行灌溉的地区,硝酸根离子浓度都在35 mg/l以下。此外,经过长期污灌的地区,地下水水化学类型已从原有的重碳酸硫酸钙(钙镁)型水演变成了重碳酸氯化钙(钙镁)型水,矿化度也比较高。在一般情况下,由于城市污水来源是连续的,而农作物需水是有季节性的。在作物非生长期,污水很容易进入地下水。这可能是造成长期利用污水灌溉的地区水化学性质改变的主要原因。

酸性矿坑废水对流域酸化的影响——以贵州兴仁县典型废弃煤矿区小流域为例(英文)

人们在开采使用矿产资源的同时,堆弃大量含有硫化物的废弃矿石和废渣于周围环境中。矿山环境中因硫化矿物氧化,导致采矿产生大量的酸性矿坑排水。这种水体具有低pH值,高电导率,高硫酸根和高重金属含量特征。酸性矿坑排水对下游水生生物及植物等具有很强的毒性,大量排放引起的环境问题受到广泛关注。为了了解酸性矿山排水对流域水体和土壤的影响,本文选择位于贵州省西南部兴仁的一个典型废弃煤矿区进行研究,通过测定矿坑排水、水库水、河水的pH之和EC,以及土壤的pH值,分析矿坑排水、地表水以及土壤pH值的空间变化情况,在此基础上对矿坑排水对流域酸化的影响进行了综合评价。调查结果表明,酸性矿坑排水和受其影响的水库水体的电导率很高,且pH值均小于3。研究区域地表水(水库水、河水)本底水化学类型为Ca2+-HCO3-型,其pH值在7左右,反映了流域内有碳酸盐岩广泛分布的自然环境特征。当受到酸性矿坑排水影响后,水化学类型转变为Ca2+-SO42-型,pH值则低于4.0。通常,酸性矿坑排水在流动过程中与河床中的碳酸盐岩发生中和反应,促使水体的pH升高。野外考察发现,研究区河道中碳酸盐岩中空易碎,其CaCO3成分因长期与酸性矿山排水发生反应而被耗尽。同时,在氧化条件下,酸性矿坑排水中的铁在流动过程中生成大量的氢氧化物覆盖了沿程的河床。这种覆盖作用抑制了酸性矿山排水进一步与碳酸盐岩发生中和反应。因此,在研究区分布有广泛的碳酸盐岩情况下,受酸性矿坑排水影响的河水到下游5km处仍保持较低的pH值。研究区的主要农作物是水稻,其灌溉水源主要是水库水。为了了解酸性矿坑排水对土壤的影响,对水库下游流域土壤pH值的空间分布进行普查,统计其出现频率。结果表明,以受酸性矿坑排水影响的水库水作为灌溉水源的土壤,其表土的pH值较低,平均值在5.0左右。反之,土壤表土的pH平均值在6.5左右。此外,通过对受到酸性矿坑排水影响显著的土壤进行剖面调查,发现从地表到深度90cm的土壤的pH值均小于4.0。结合受酸性矿坑排水影响的河水pH值普遍偏低的情况,可以推测流域酸化与酸性矿坑排水有密切关系。

湿地松人工林中降雨对养分物质的淋溶影响

降雨的水质在通过森林后会发生十分大的变化。本文选择了亚热带湿地松人工林,通过分别实测降雨过程中林外降雨、林内降雨及树干流的变化,及其相应的水质变化,分析了湿地松人工林地内雨量再分配的特点,在此基础上阐述了通过降雨过程湿地松人工林地内营养元素的输入及循环过程的特点。分析结果表明,林外降雨、林内降雨及树干流的P、N、Ca、Mg、Na、K等浓度有很大的差异。与水分运动相对应,各种元素以点源或面源的形式进入流域,从而构成了两个过程与速度均不同的循环。此外,也讨论了降雨与树表面淋溶作用对林地物质输入的贡献。

亚热带马尾松人工林的降雨截留作用

本文通过分别实测降雨过程中林外降雨、林内降雨及树干截流的变化,分析了不同降雨量、降雨持续时间、前期降雨等因素的影响,讨论了马尾松人工林地内雨量分布的变化特点,并提出了计算模式。统计分析结果表明,林内雨和树干流只有当降雨分别到达1.6mm和4.32mm的情况下才出现,其总量分别占林外降雨的75％和4.3％,并以面源和点源的形式输入流域。此外,还阐述了降雨过程中林地内营养元素的输入及循环过程的特点。

桉树林和天然次生林土壤溶解性有机质的荧光特性研究

利用三维荧光光谱结合平行因子分析法对桉树林和天然次生林土壤溶解性有机质(Dissolved Organic Matter,DOM)的组成成分和结构特征进行分析,同时利用荧光指数(Fluorescence Index,FI)、生物源指数(Biological Index,BIX)和腐殖化指数(Humification Index,HIX)解析土壤中DOM的来源特征。结果表明,桉树林和天然次生林土壤的DOM均包含4个荧光组分,为2种类腐殖质(C1、C2)和2种类蛋白组分(C3、C4)。在0~30 cm土壤层,桉树林和天然次生林土壤中的DOM主要成分是类腐殖质,桉树林土壤中的类腐殖质含量高于天然次生林,2种森林表层土壤的DOM来自陆源输入和微生物的共同作用,其中桉树林土壤中DOM的陆源输入多于天然次生林。在30~60 cm土壤层,桉树林和天然次生林土壤的DOM主要成分是类蛋白,其来源是陆源输入和微生物的共同作用。在60~100 cm土壤层,桉树林和天然次生林土壤的DOM主要成分是类蛋白,表现出腐殖化程度弱,微生物作用影响明显。

饱和粘土中的三氯乙烯迁移特性

利用土柱模型以及吸附实验，分析不同ＮａＣｌ浓度情况下，三氯乙烯（ＴＣＥ）在蒙脱土和高岭土中的迁移特性．从实验中得到的等温吸附曲线表明，ＴＣＥ在蒙脱土中的吸附分配系数比在高岭土中的分配系数大３～８倍．由此可认为蒙脱上是一种可用于环境治理的天然材料．

森林小流域的降雨出流机制的探讨

本文简述了森林小流域中降雨—截流—下渗—地中水—地表水各个环节的作用。作者认为,在降雨出流过程中,下渗和土壤中的快速流是非常重要的部分,而地表出流所占的比例是比较小的。一般来说,森林土壤的下渗率比较大,森林流域的贮水能力也是很可观的。这些就决定了森林流域的产流不是霍顿产流,也不同于现在流行的许多产流理论和模式。在湿润地区形成产流区时的特点并非是表层土壤首先饱和,而是地下水位或被地下水支持的饱和毛细管带上升到表面附近使该区发生饱和,因而产生以及维持这种饱和状态所需的垂直下渗和地中水的侧向补给是流域是否发生产流的先决条件之一,而地表流可认为是回归流。此外,流域地中水产流对降雨响应过程可认为是由作用在毛细管带中的水的压力平衡受破坏而引起的,这个压力通过毛细管带传递到饱和带。作用在毛细管带中的水的压力平衡受破坏的原因可以是封存在土壤中的被瞬间压缩的空气压力作用,也可以是降雨直接接触到已发展至地表的非饱和毛细管带的上缘。

土壤水滞后特性的研究

为了研究土壤水滞后现象,本文通过分析Mualen的模式特性及利用实验数据,提出了模拟计算土壤水特性曲线的改良模式。利用这种模式可以计算吸湿和脱湿过程的水分状态变化。在此基础上,用pF～比水分容量曲线分析了在不同状态过程中土壤水运动特性。

华北平原典型农田水、热与CO_2通量的测定

在中国科学院栾城农业生态试验站用波文比－能量平衡法与涡度相关技术对净辐射通量(Rn)、潜热通量(λE)、感热通量(H)、土壤热通量(G)与冠层CO2通量(F∞2)进行了长期定位研究。结果显示Rn大部分用于作物潜热的消耗,连续 2年 4个生长季λE/Rn都在 70%以上,在作物生育盛期,夏玉米λE/Rn略高于冬小麦,H/Rn都在15%左右,G/Rn在 5%－13%之间,且冬小麦G/Rn明显高于夏玉米。蒸发比值(EF)在不同的理想环境条件下,随着可供能量(Rn－G)的增加表现出先迅速下降,后缓慢下降,最后趋于稳定的趋势,并在冬小麦环境条件下得到了验证。直角双曲线模型可以模拟 F∞2随光通量密度(PPFD)的响应过程。晴天冠层水分利用效率(WUE)不是在正午出现最高值,当PPFD达到1500μmol m-2 s-1左右时,WUE却略有下降。

第二松花江流域地表水与地下水相互关系

通过野外采样和室内分析,采用稳定氢氧同位素和水化学相结合的方法,研究了第二松花江地表水和地下水的相互关系。地表水和地下水中稳定氢氧同位素(δD,δ18O)空间差异明显,上游水体中同位素最贫化,下游最富集。水化学类型从长白山源区的Na-HCO3型,演化成Ca-Mg-HCO3型;而在人类活动的影响下,向Ca(Mg)-Cl(SO4)演化。运用端元法定量计算了地表水与地下水的相互转换比例,上游山区深层地下水接受江水和浅层地下水的补给,浅层地下水补给比例占50%左右;下游平原区浅层地下水补给江水,补给比例占20%左右。研究结果可为综合利用地表水和地下水、促进水资源的可持续利用提供理论基础。

基于氢氧同位素与水化学的潮白河流域地下水水循环特征

为了研究变化环境下潮白河流域地下水水循环规律,通过现场调查,结合环境同位素及水化学应用,对潮白河流域浅层和深层地下水采样,测定其氢、氧环境同位素及水化学成分,通过分析其变化特征判明地下水的补给来源以及各含水层的相互联系。降水和地下水中的环境同位素δD和1δ8O组成分析表明,降水是山前地下水的主要补给源,山区浅层地下水受蒸发影响非常强烈。水化学研究结果表明,山区地下水水质以Ca2+和HCO3为主,属Ca2+-Mg2+-HCO3型地下水。山前地下水类型为Ca2+-Mg2+-HCO3、Na+-K+-HCO3、Mg2+-Ca2+-HCO3和Ca2+-Mg2+-Cl-SO24。平原区地下水为Mg2+,Na+和HCO3。滨海冲积海积平原为Ca2+-Mg2+-HCO3型和Ca2+-Mg2+-Cl-SO24型地下水。水化学分析证实了越流补给的存在。Ca2+和HCO3离子均呈山区高、山前和平原低、而滨海增高的趋势。沿潮白河流向地下水类型变化为:Ca2+-Mg2+-HCO3Na+=K+-HCO3Ca2+-Mg2+-HCO3。

白洋淀渗漏对周边地下水的影响

为查明受污染的白洋淀地表水渗漏范围,对周边地下水主要离子水化学的影响,并评价地下水是否适用于灌溉,在该区域现场测定了地表水及地下水pH、EC(Electric Conductivity)和ORP(Oxidation-Reduction Potential)等参数,采样分析各水体D、18O和主要离子组成,结合判别分析和钠吸附比RSA(Sodium Adsorption Ratio)讨论。结果表明,淀水渗漏使浅层地下水电导率升高,氧化还原电位值降低,且更加富集重同位素;唐河污水库周边浅层地下水SO24-和Na+含量明显增大。浅层地下水的δ18O值结合水位埋深有效地标记了淀水渗漏影响地下水的范围。浅层地下水主要受到白洋淀渗漏的影响,唐河污水库附近的浅层地下水受污水库渗漏影响。污染地表水渗漏使得浅层地下水水质普遍下降,白洋淀西部和唐河污水库周边浅层地下水不适宜用于灌溉。

基于δD和δ^(18)O及水化学的永定河流域地下水循环特征解析

运用环境同位素和水化学成分作为水循环研究的示踪剂,揭示了永定河流域中下游地下水循环特征。通过现场调查并对浅层和深层地下水采样,进行室内水化学和氢氧同位素组成测定,分析了流域内深层和浅层地下水的氢氧同位素和水化学组成的空间分布规律和演化趋势,揭示了流域地下水循环特征。结果表明,降水是山前地下水的主要补给源,地下水在接受降水的补给后经过了不同程度的蒸发作用,山区受蒸发影响较小,平原区较大,尤其是平原区浅层地下水呈现出强烈的蒸发浓缩作用;水化学特征表现为自西部山区到山前平原至滨海平原,自浅层到深层,地下水的矿化度逐渐升高;平原区浅层和深层地下水含水层之间存在明显的越流补给现象;沿海地区未发现海水入侵现象。

城市地下水硝酸盐污染及其成因分析--以珠海香洲区为例

为判断华南地区典型城市地下水硝酸盐污染源，采集珠海市香洲城区及周边地区地下水样，并测定NO3^-、NH4^＋、NO2^-、PO4^3-、δ^15N—NO3^-以及EC、pH值等。结果显示：在城市区地下水大多数样品中，NO3^-是主要的无机氮形态。近40％的水样超过世界卫生组织饮用水标准（NO^3- -N≤10mg／1），部分井水有NO2^-检出，整体污染较为严重。地下水硝酸盐δ^15N落在6．879％0～26．144‰范围内，而生活污水及化粪池泄漏是地下水NO3^- -N主要污染源。反硝化作用可能是导致雨季地下水δ^15N值升高的重要因素。另外，稀释、混合等作用可能是导致地下水NO2^-浓度季节变化复杂的原因。

华北山区坡地产流规律试验研究

人工模拟降雨是研究坡地产流规律的一种有效手段。在华北石质山区东台沟流域的5m×10m的坡面径流小区中,进行了13场不同雨强和历时的人工模拟降雨试验,并同步监测了降雨、地表径流、壤中流、风化带出流和土壤含水量。结果表明,各层出流过程均呈现起涨与回落迅速的特点;相比较而言,地表径流和壤中流的退水很快,而风化带出流的退水则相对缓慢。地表径流量是研究小区内总径流的主要组成部分,其占了总径流量的60%以上,在大雨强下甚至能超过90%。径流系数主要受雨强、降雨量、土壤前期含水量的影响,它们的多元线性回归关系式为琢=0.002P+0.182i+4.88Wa-0.821。地表径流、壤中流、风化带的出流滞时与降雨强度均符合幂函数关系。可将退水常数分为2层,计算得到地表径流退水常数为0.75,壤中流和基岩风化带出流的退水常数为0.94;研究区主要以超渗产流方式为主,可以用Horton模型来描述,在不同雨强下均监测到了约0.10mm/min的深层渗漏,该值可以认为是该区的稳定入渗率。

东江干流河水的来源、水质及水资源保护

为了解东江河水的来源和水质状况,沿东江干流采集河水样品,分析河水中的主要离子浓度以及氢和氧的同位素比。结果表明,河水氢同位素比(δD)为-48.9‰^-39.8‰,氧同位素比(δ18O)为-6.3‰^-5.7‰。根据氢氧同位素的相关关系,以河源市和汝湖镇为界,将研究范围内的东江干流分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ段。Ⅰ段和Ⅱ段河水主要来自流域内的大气降水,由于河水与含有较高氧同位素比的岩石发生氧元素交换,使Ⅱ段河水呈现氧同位素漂移。Ⅲ段河水主要来自象头山和罗浮山山区的降雨并通过地下水补给。由于河水本身的稀释作用,东江河水中各离子浓度很低。人类活动相对频繁的东江下游的离子总量远大于上游和中游地区,说明人类活动对东江河水存在着潜在的影响。东江河水的污染来源可分为点源污染和面源污染,针对这两种污染分别提出了相应的措施。另外,香港饮用水与北部山区的地下水有密切关系,为保持香港水源的良好水质,应把保护北部山区的地下水列为战略重点。

三江平原地表水与地下水氢氧同位素和水化学特征

地表水与地下水的相互作用是水循环研究中的重要组成部分,是水资源管理、规划和优化配置的基础。通过野外考察取样和室内测试分析,应用同位素和水化学方法分析了三江平原地表水与地下水的相互作用关系。结果表明:兴凯湖水氢氧同位素最富集,乌苏镇井水同位素最贫化。松花江、黑龙江和乌苏里江沿河流流向,δD都呈现贫化的趋势;δ18O在松花江和黑龙江沿河流流向有富集的趋势,而沿乌苏里江则呈现贫化趋势。在松花江和黑龙江汇合处,黑龙江江水同位素贫化,电导率低。深井的氢氧同位素比浅井贫化,电导率较小。三江平原当地大气降水线(LMWL)为δD=7.4δ18O-3.1。三江平原水化学主要是Ca·Mg-HCO3型,在人类活动较大的地方,水化学类型发生了改变。利用氢氧同位素和水化学分析表明降水是地表水和地下水的补给源,地表水与地下水水力联系较强。地表水与地下水应作为统一体进行水资源管理。

太行山区水循环及其对华北平原地下水的补给

山区水循环研究不仅对山区本身,对与其相连的山前平原地下水的补给也具有重要意义。太行山区作为华北平原的重要水源补给区,其水循环现状以及对华北平原地下水的补给研究尚少,许多机理还不明确。研究通过阐述山区水循环过程与机理,结合地处太行山中段的牛家庄实验流域的实例研究,对太行山区对华北平原地下水的补给过程进行了分析。2004年4—11月的研究结果表明,牛家庄流域对山前的侧向补给量为1.53×106m3,补给系数(补给总量/降水总量)为0.242。流域的下游补给系数最大,中游次之,上游最小。最后,用概念模型对太行山区流域水循环机制和山前侧向补给的机理进行了阐述。

太子河流域地表水和地下水硝酸盐污染特征及来源分析

地下水作为一种主要的饮用水和重要农业用水水源, 其环境质量状况关乎人类健康、粮食安全与生态可持续发展。本研究对太子河流域地表水、地下水的O3--N污染状况进行了调查, 并结合水化学与NO3^- -N同位素对其来源进行了分析, 探讨太子河流域地下水的水化学特征和硝酸盐污染状况, 为理解该区域地下水的水化学组成特点和开展水环境质量评价提供理论依据。结果表明, 太子河流域地表水氮主要以NO3^--N的形式存在, 占总氮78.38%, 浓度为0.75-6.40 mg·L^-1, 从上游到下游其含量变化趋势为先上升后下降, 在S6采样点达到最高值6.40 mg·L^-1; 地表水中NO2--N所占比例仅为0.78%, 且沿河流变化较小; 由于施用化肥肥料和有机氮的矿化作用, 下游地表水C1-浓度和NH4＋含量增高。太子河流域地下水NO3^-N浓度普遍高于地表水, NO3^--N浓度为0.57-55.78 mg·L^-1, 平均20.26 mg·L^-1; NO3^--N浓度为0-0.04 mg·L^-1，平均0.017 mg·L^-1。太子河流域地下水的NO2-和NO2-污染状况较重。NO3^--N同位素结果显示, 地表水的δ^15N为-0.74‰-13.27‰; 上游NO3^--N主要来源于土壤有机氮矿化, 中下游受农业化肥和人畜粪便共同影响。地下水δ^15N为5.7‰-17.5‰, 受人类活动影响较大, 人畜粪便堆肥和农业化肥的渗漏是主要影响因素。