城市地下水硝酸盐污染及其成因分析

用N同位素分析方法并结合调查区域土地利用类型的分析 ,对杭州市城区 2 1口水井取样分析以确定杭州城市地下水的水质结果显示 :本地区地下水硝酸盐污染严重 ,杭州城市地下水水质属于Ⅲ类水标准 ,不宜饮用。有 4 0 5 %样品的NO3 N含量超过了世界卫生组织的标准 (N10mgL-1)。我们发现不同的土地利用区有不同的NO3 N水平 (N 0 0 4～ 34 4 1mgL-1)。同时我们引进N同位素方法以辨明NO3 N污染源 :居住区地下水δ15NNO3值为 10 4‰～ 2 2 0‰ ,农业区δ15NNO3值的为 17 5‰～ 19 5‰。生活污水是城市浅层地下水的主要NO3 N污染源。在居住区还存在点源污染 ,如化粪池 ;种植蔬菜施用的有机肥则是农业区的NO3 N污染源。     

利用氮、氧稳定同位素识别地下水硝酸盐污染源研究进展

氮污染特别是地下水硝酸盐污染已成为一个相当普遍而重要的环境问题。地下水硝酸盐污染与人类健康和环境安全密切相关。为控制地下水硝酸盐污染,最根本的解决办法就是找到硝酸盐的来源,减少硝态氮向地下水的输送。由于不同来源的硝酸盐具有不同的氮、氧同位素组成,人们利用NO3-中δ15N和δ18O开展了硝酸盐污染源识别研究。本文综述了利用氮、氧同位素识别地下水硝酸盐污染源及定量硝酸盐污染源输入的研究进展及目前存在的问题,并提出几个值得重视的研究方向。     

亚热带农业小流域水体氮素及其稳定同位素分布特征

为控制流域氮素养分流失、改善流域水体环境,以亚热带典型农业小流域脱甲河为研究对象,对表层水体铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3--N)浓度和水体硝态氮δ~(15)N(δ~(15)N-NO_3-)、沉积物有机质δ~(15)N(δ~(15)N-Org)浓度进行了连续试验观测,分析氮素浓度及其稳定同位素值的时空特征,探讨影响氮素分布的环境因子及水体NO_3-和沉积物有机质氮素的可能来源。结果表明:水体NO_3--N浓度明显高于NH_4~+-N,均值分别为1.62 mg·L~(-1)和0.90mg·L~(-1),并且分别在6月、8月及冬季较高;城镇区和农田区水体NH_4~+-N浓度与其他类型区差异显著(P0.05),并且显著高于其他水体;NO_3--N浓度在城镇区、农田区及山间林地区较高,水库区较低。支流NH_4~+-N浓度高于干流,均表现为冬季春季夏季秋季;干流、支流NO_3--N浓度分别表现为冬季夏季秋季春季、秋季冬季夏季春季。源头和出口处水体均表现为NO_3--N浓度高于NH_4~+-N,源头处氮素浓度低于出口处。水体δ~(15)N-NO_3-及底泥δ~(15)N-Org值分布范围分别为-19.87‰~8.11‰和-0.69‰~6.51‰,水体δ~(15)N-NO_3-最高值在Ⅲ级河段,最低值出现于Ⅳ级河段,各级河段间水体δ~(15)N-NO_3-11月差异较小,而1、2月差异明显;河流底泥δ~(15)N-Org最高值也位于Ⅲ级河段,而最低值则在Ⅰ级河段,Ⅲ、Ⅳ级河段δ~(15)N-Org值随时间变化趋势较为一致,Ⅰ、Ⅱ级河段δ~(15)N-Org最小值出现于1月。总之,脱甲河水体存在氮素污染现象且以外源输入为主,水体氮素来源主要为土壤有机质、人工合成肥料及陆源有机质,开展流域氮素分布及来源研究对认识流域尺度氮污染物的源解析具有一定科学意义。     

晋中市城区地下水质量监测及分析

2011-2014年,选择晋中市城区市委宿舍自备井,对其水质进行了连续监测与评价。结果表明:综合评价分值F为0.73-2.15,据此判断,有3年水质为Ⅱ类,1年为Ⅲ类;从25项单项指标看,对照《地下水质量标准》Ⅲ类标准,水质达标率为100%;总体来看,水质状况良好。针对晋中市的地下水保护状况与问题,提出了综合防治地下水污染、抓好供水水源地保护和加强节水宣传教育等建议。     

白洋淀流域浅层地下水硝酸盐分布及来源的区域分异特征

白洋淀位于雄安新区规划的核心范围，地下水是白洋淀流域主要的用水水源。由于白洋淀上游工业、生活污水的排放和农田肥料过量施用等农业面源引起的硝酸盐污染来源多样，使得流域内地下水硝酸盐污染较为普遍。然而，目前对全流域尺度地下水硝酸盐分布特征及来源仍不明晰。本文在分析过去近10年地表水和地下水硝酸盐数据的基础上，于2016年12月采集了平原区浅层地下水样品，结合水化学和硝酸盐氮同位素，从全流域尺度解析浅层地下水硝酸盐污染分布的时空差异和不同来源氮对地下水硝酸盐影响的程度。研究表明：山区典型流域河谷沉积带地下水硝酸盐浓度高值主要受农村厕所粪污水和局地污水排放影响（最高达313 mg·L^-1），而历史时期农田有机肥施用是近年来地下水硝酸盐普遍升高的原因；雨季降水淋滤作用使地下水硝酸盐浓度明显升高，硝酸盐超标率大于旱季的2倍以上。平原区地貌类型控制着不同来源地下水硝酸盐的空间分布和迁移转化。2016年12月平原区130个浅层地下水硝酸盐超标率为21.5%，从上游到下游不同地貌类型地下水硝酸盐浓度中值呈现下降趋势：洪积扇（42.4 mg·L^-1） > 冲洪积扇（24.1 mg·L^-1） > 冲洪积平原（6.0 mg·L^-1）和河道带（6.2 mg·L^-1），而硝酸盐氮同位素中值呈现上升趋势：洪积扇（12.8‰）和冲洪积扇（11.3‰） < 冲洪积平原（16.7‰） < 河道带（20.9‰），说明从上游到下游地下水硝酸盐反硝化作用增强。其中山前平原洪积扇和冲洪积扇地区渗透性较好，地下水硝酸盐超标率高达33.3%和34.0%，主要来源于污水和有机肥。湖泊洼淀区典型生活和工业污水河周边，地下水硝酸盐则存在工业、生活和化肥多污染源并存的特征，且随着地表治污措施的影响地表水和地下水硝酸盐浓度变化较大，污水侧渗导致河道周边地下水硝酸盐浓度较高，距河道较远含水层强烈的还原条件使地下水硝酸盐浓度降低（<10 mg·L^-1），污染风险较低。鉴于以上不同区域地下水硝酸盐脆弱性程度和风险水平的差异，提出了对白洋淀流域上游山区、山前平原洪积/冲洪积扇区、湖泊洼淀污水影响区等硝酸盐脆弱区实施区域分异农田面源污染和水环境整治及管理的建议，为雄安新区水环境安全保障提供科学依据。     

基于稳定同位素的黄土塬区村庄涝池对地下水补给的定量分析

[目的] 定量研究黄土塬区村庄涝池对地下水的补给情况,为地下水资源持续利用提供理论依据。[方法] 通过测定长武黄土塬区村庄涝池和农田深剖面土壤湿度及土壤水氢氧稳定同位素组成,利用同位素示踪技术计算村庄涝池对地下水的补给量。[结果] ①涝池深剖面土壤水分平均值为25.5%,大于农田深剖面土壤湿度（20.6%）; ②涝池土壤水的δD值介于-117.83‰~-56.66‰之间,δ¹⁸O值介于-16.63‰~-7.72‰之间,农田土壤水的δD介于-81.76‰~-52.03‰之间,δ¹⁸O值介于-10.64‰~-6.35‰之间;与农田相比,涝池土壤水分受蒸发影响较小,同位素组成偏负,且变幅较大; ③涝池土壤水同位素剖面保留了较大降水事件的同位素信号,表明涝池水通过活塞流形式对地下水进行了补给,活塞流速度为0.26 m/d;在涝池集水区内,地下水年均潜在补给量为134 mm,占年降水量的23.1%。[结论] 黄土塬区涝池是地下水重要的补给来源。因此,应加强涝池保护、恢复和重建工作,确保该区地下水的持续补给和利用。     

渭河干流陕西段综合治理前后的水质变化与趋势

[目的]讨论渭河干流陕西段综合整治项目启动以来河道水质的变化趋势,检验整治工程的治理成效,为后续河道的污染防治提供一定技术支持。[方法]基于2010—2016年渭河干流陕西段主要监测断面的水质数据进行水质综合评价,应用Mann-Kendall检验法阐述水质变化趋势,运用重标极差分析法(R/S分析法)查明水质的未来变化趋势。[结果]2016年渭河干流陕西段河道水污染已由2010年的重度污染转为轻度污染,劣Ⅴ类水质断面比例减少了58.8%,Ⅳ—Ⅴ类断面比例增加了55.5%,Ⅰ—Ⅲ类断面占比保持平稳;宝鸡市、咸阳市、西安市和渭南市4个出境断面枯水期化学需氧量(COD)、NH3-N浓度普遍高于丰水期,治理后西安市出境断面污染削减最为显著,但是西安市出境断面仍然是4个断面中污染最为严重的断面;4个出境断面NH3-N浓度均呈现高度显著下降趋势且未来持续性较强;咸阳、西安、渭南市出境断面COD浓度呈显著下降趋势,但是未来持续性较弱,宝鸡市出境COD浓度呈不显著上升趋势且会延续。[结论]综合治理后,河道污染程度明显减轻,水质变化明显,但部分断面污染物浓度有上升趋势,需引起特别关注。     

漓江流域岩溶与非岩溶农业小流域水体硝酸盐源解析

为研究岩溶与非岩溶小流域水循环和氮循环的差异，该研究选取漓江流域青狮潭水库灌区内以农业为主的睦洞岩溶小流域和金龟非岩溶小流域为研究对象，利用水的氢氧同位素和硝酸盐的氮氧同位素结合贝叶斯同位素混合模型（Bayesian Model Stable Isotope Analysis in R，SIAR），对比两个小流域水体硝酸盐的污染源以及迁移过程。结果表明：水体硝酸盐污染的时空分布受流域水文地质及其伴生的地形地貌、土壤特性和土地利用类型的影响，以耕地为主且土壤层分布不连续的睦洞小流域水体硝酸盐的浓度均值（0.19～15.84 mg/L）、水的氢氧同位素（分别为-44.08‰～-19.63‰和-7.24‰～-1.55‰）以及硝酸盐的氮氧同位素（-1.65‰～53.98‰和0.04‰～13.74‰）值域都宽于以林地为主且土壤层相对较深厚的金龟非岩溶小流域；空间分布上，睦洞小流域北部补给区裸露岩溶石山果园下渗的氮肥和中部密集村庄下渗的动物粪便/生活污水在中部构造盆地区分散排泄不畅，造成G4～G7采样点井水的NO3￣浓度均值（11.96～15.84 mg/L）以及氮氧同位素丰度值（分别为0.65‰～28.23‰和2.46‰～14.43‰）偏高；时间尺度上，睦洞小流域碳酸盐岩风化形成的浅薄土壤层持水能力差且渗透性强，导致旱季土壤N和雨季动物粪便/生活污水对水体NO3ˉ的贡献率小于同季节的金龟小流域。研究结果可为岩溶与非岩溶区水环境治理提供科学依据。     

不同种植类型地下水污染与氮素时空变异特征分析

长三角地区地下水位埋深较浅,容易受到污染,受污染的浅层地下水又可能成为农田向环境输送污染物质的主要载体之一。通过对该地区不同种植类型农田(水田、露天菜地)地下水为期12个月的水质监测,分析了地下水水质特征和氮素水质指标(NO3-N、NH4-N)的时空变异特征,结果表明:研究区域农田浅层地下水已受到了污染。参照我国地下水质量标准(GB714848-93),发现SO42-和NH4-N是主要的污染指标。本区域地下水污染与农田施肥密切相关。同时发现研究区域地下水埋深与地下水中各无机离子没有明显相关性。0-300cm农田环境中地下水NO3-N下渗和反硝化作用都很明显。在相同的降雨、施肥状况(氮肥品种与用量、施肥方式)及土壤性质条件下,氮素在水田和露天菜地中均会很快流失,但水田比露天菜地更容易造成污染物的向下迁移,污染地下水。     

基于稳定同位素和贝叶斯模型的引黄灌区地下水硝酸盐污染源解析

地下水硝酸盐（NO₃^-）污染已经成为全球严重的水环境问题之一,由于饮用水中高含量NO₃^-会转化成亚硝酸盐而增加各种疾病和癌症风险,其来源的确定对于NO₃^-污染的预防和控制非常重要。本文以黄河下游第二大灌区——潘庄灌区为例,首次采用NO₃^-的氮氧稳定同位素结合贝叶斯模型追溯地下水NO₃^-的来源并量化各种来源的贡献比例。结果表明,地下水NO₃^-含量分布在0.1~197.0 mg·L^-1,平均值为34.2 mg·L^-1。与《生活饮用水卫生标准》中规定的地下水NO₃^-最大含量[20 mg（N）·L^-1,相当于NO₃^-含量90 mg·L^-1]相比,有10%的样品NO₃^-含量超标。井深<30 m、30~60 m和>60 m的地下水NO₃^-平均含量分别为25.9 mg·L^-1、39.7 mg·L^-1和20.1 mg·L^-1。空间上,宁津县、武城县、平原县和禹城市有大片区域地下水NO₃^-含量较高。地下水NO₃^-的δ¹⁵N组成范围为0.72‰~23.93‰,平均值为11.62‰;δ¹⁸O组成范围为0.49‰~22.50‰,平均值为8.46‰。同位素结果表明粪便和污水、农业化肥是地下水中NO₃^-的主要污染来源。这反映了人类活动是引起地下水NO₃^-污染的主要原因。贝叶斯模型结果显示,粪便和污水对潘庄灌区地下水中NO₃^-平均贡献率高达56.2%,化肥的平均贡献率为19.3%,大气降水和土壤的平均贡献率分别为6.2%和12.3%。由于污水、粪便和化肥是地下水中NO₃^-的主要来源,为保护和改善研究区地下水水质,建议加强污水管道建设,强化畜禽粪便的管理以及提高化肥利用效率。