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。     

太子河流域水质演变特征及污染源解析

结合太子河流域8个水质监测断面2002—2007年及2016—2018年连续水质采样监测数据对其水质演变特征进行分析,并采用主成分分析法对其污染源贡献率进行探讨。研究成果可为太子河流域水环境保护和治理措施提供依据。     

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。     

黄淮海平原典型集约农区地下水硝酸盐污染初探

对黄淮海平原典型集约农区Ｎ肥污染地下水的初步调查表明,该区地下水硝酸盐（ＮＯ３＾－）污染较严重,高产农区和高产田块污染程度明显高于中你燕区和中低产田块;菜地污染程度较粮田严重;随着施Ｎ时间的推移和施用量的增加,下地水中硝态氮具有明显的积累趋势,潜在污染不容忽视;地下水ＮＯ３＾－含量与Ｎ肥施用量呈明显正相关关系。     

地下水硝酸盐污染的控制对策及去除技术

对地下水中硝酸盐的危害，来源进行了阐述，并就此提出了相应的修复和去除技术，比较了各种方法的优缺点，尤其是对今后的发展方向进行了探讨。     

河北省地下水硝酸盐污染总体状况及时空变异规律

通过对河北省11个地区连续7年共14次进行地下水取样及硝酸盐含量监测,对地下水硝酸盐污染现状及时空变异规律进行分析。结果表明,2006-2012年间河北省地下水硝酸盐（以N计）平均含量变化范围在6.73~9.84 mg·L-1之间,总平均值为8.42 mg·L-1,低于美国的饮用水标准（10 mg·L-1）。河北省地下水硝酸盐平均含量呈逐年明显增加的趋势,河北省地下水硝酸盐10、20 mg·L-1超标率分别为22.34%和9.73%,地下水硝酸盐大于20 mg·L-1的Ⅳ类和ⅴ类水分布频率明显增加,由2006年的6.96%增加到2012年的10.60%,增加了3.63%。不同地区间地下水硝酸盐平均含量和各类水的分布频率均存在明显的差异。地下水硝酸盐含量的最低值出现在廊坊、衡水和沧州地区,平均含量分别为0.64、0.62 mg·L-1和0.97 mg·L-1。秦皇岛地区地下水硝酸盐的平均含量最高,为26.45 mg·L-1,是廊坊、衡水和沧州地区的27.27~42.66倍。秦皇岛地区地下水硝酸盐超标率也最大,为58.82%。衡水、沧州、廊坊地区主要以玉类水为主。保定、邢台、邯郸、石家庄和唐山等5个地区以I和Ⅲ类水为主。秦皇岛、张家口和承德等地区以Ⅲ类水为主。其中,张家口和承德地区ⅴ类水分布频率分别为15.53%和9.95%,仅次于本地区的Ⅲ类水和II类水。     

我国北方农用氮肥造成地下水硝酸盐污染的调查

对我国北方14个县市的调查结果显示:北方一些地区的农村和小城镇由于农用氮肥的大量施用而引起的地下水、饮用水硝酸盐污染的问题已十分严重。在调查的69个地点中有半数以上超过饮用水硝酸盐含量的最大允许量(50毫克/升)。其中最高者达300毫克/升。对于氮肥使用状况的分析结果表明,我国北方地下水的硝酸盐污染主要与80年代以来化学氮肥用量的成倍增长有关。而随着今后化学氮肥用量的进一步增加,农用氮肥引起地下水、饮用水硝酸盐污染的情况将较目前更为严峻。在调查和分析的基础上本文还提出了解决这一问题的几点具体意见及措施。     

不同水文期太子河上游区域河流硝酸盐来源识别

为了更好地对太子河上游区域河流硝酸盐污染进行防治,联合硝酸盐氮氧同位素(δ¹⁵ N-NO^-₃和δ¹⁸O-NO^-₃)、水的氧同位素(δ¹⁸O-H₂O)、氯离子(Cl^-)、硝酸盐(NO^-₃)、氨氮(NH⁺₄-N),对不同水文期太子河上游区域河流硝酸盐来源进行了识别。结果表明:枯水期ρ(Cl^-),ρ(NO^-₃),ρ(NH⁺₄-N)和δ¹⁸O-NO^-₃显著高于丰水期,δ¹⁵ N-NO^-₃无显著时间差异。空间上,枯水期,太子河北支ρ(NO^-₃)显著高于南支。丰水期,太子河南支ρ(Cl^-)显著高于北支。太子河北支ρ(Cl^-)和ρ(NO^-₃)在丰水期和枯水期的空间变化呈相反趋势。丰水期太子河南支ρ(Cl^-)和ρ(NO^-₃)的空间变化趋势与枯水期一致。枯水期太子河上游地区NO^-₃主要来源于土壤有机氮。可见,丰水期的主要来源是土壤有机氮、复合肥料。另外,丰水期上游区域土壤中的大气沉降可能也是河流硝酸盐的一个主要来源。丰水期硝酸盐从土壤冲刷进入河流过程中发生了硝化作用。枯水期太子河北支河流内硝化过程影响着硝酸盐浓度变化。     

汾河下游丰水和枯水期的河流硝酸盐污染来源特征

[目的]对汾河径流丰水期和枯水期的河流硝酸盐污染来源特征进行对比分析和研究,为汾河下游氮源污染治理提供理论支持。[方法]通过研究2018年汾河下游水体硝酸盐及其氮、氧同位素不同时期的变化,分析排入河流的硝酸盐来源雨期性变化特征,并引入IsoSoure模型,定量计算各污染源对汾河下游水体硝酸盐的贡献。[结果]在丰水期和枯水期,δ~(15)N值变化范围为3.45‰～11.19‰,δ~(18)O值变化范围为-0.72‰～3.17‰,硝酸盐污染源主要为农业化肥、土壤有机氮、生活污水与粪便;硝酸盐污染源主要与汾河下游周围土地利用类型相关,丰水期临汾段与M_5采样点硝酸盐污染源主要为粪便和污水,分别占比为58%,40%,72%和58%,M_6—M_9段农业化肥贡献率最高,占比分别45.4%,62%,56.6%,56.5%。枯水期所有采样点硝酸盐污染源贡献率最高的都为粪便和污水,占比为40%～73%。[结论]汾河径流硝酸盐污染来源主要为农业化肥、土壤有机氮、生活污水与粪便,并且污染来源与土地利用类型有很强相关性,不同水期硝酸盐污染来源大多为粪便和生活污水,差别主要体现在M_6—M_9取样点,丰水期主要污染物为农业化肥,而枯水期为粪便与生活污水。     

地表水-地下水交互下傍河土壤硝酸盐氮迁移规律试验研究

为了研究地表水与地下水不同补给关系下硝酸盐氮在傍河农田的迁移规律,选取大沽河河床沙样作为沙槽试验介质,设计地表水与地下水相互补给装置,模拟无补给、地表水补给地下水和地下水补给地表水3种方式下硝酸盐氮在土壤中的迁移,通过测定各取样点硝酸盐氮含量和到达时间,分析了其迁移规律。结果表明:纯淋洗实验中,淋洗强度与沙样颗粒越小,硝酸盐氮在表层沙中的累积越明显,硝酸盐氮的迁移也越慢。地表水与地下水相互补给试验中,补给水位上升,硝酸盐氮的积累量增加、迁移到饱水带的时间缩短;补给水力坡度为0.5时,硝酸盐氮在细沙饱水带中迁移速度约为5.3 cm/min;水力坡度变为0.7时,迁移速度约为9.4 cm/min;补给水力坡度为0.5时,硝酸盐氮在中沙饱水带的迁移速度约为12.3 cm/min。硝酸盐氮在包气带中的积累量随着沙层深度的增加而减少;淋洗强度、水力坡度及沙样颗粒越大,硝酸盐氮在包气带和饱水带中的迁移速度越快;补给水位越高,硝酸盐氮迁移至饱水带的时间越短。     

石羊河流域绿洲农业发展对地表水与地下水转化关系的影响

基于绿洲农业发展对水资源的依赖性，分析了天然河道渠网化、灌溉面积扩大、渠道引水量增加、渠系高标准衬砌及地下水大量开采对流域平原区地表水与地下水转化关系的影响。结果表明：绿洲农业对水资源的开发利用，在造就了高效和集约化绿洲农业生态系统的同时，也使地表水与地下水之间的转化条件、转化数量及水体质量发生了明显变化，其负面效应已引发了严重的生态环境问题，并直接威胁着绿洲的稳定和发展。     

北京市顺义区地下水硝态氮污染的现状与评价

对北京市顺义区 146眼地下水井中 ,其中饮用水井 (120～200m深 ) 32眼、农灌水井 (井深70～ 100m) 95眼、手压水井 (井深 6～20m) 19眼的硝态氮含量进行了调查分析。结果表明 ,该区饮用水硝态氮 (NO3--N)含量较低 ,全部达到国家饮用水一级标准 (10mg/L) ,水质总体良好 ,但个别地区已处于污染警戒状态 ;农灌水质量略逊于饮用水 ,但总体状况仍属良好 ,硝态氮 (10mg/L)超标率为 7.4 % ,另有 6.3%处于污染警戒状态 ;手压井水硝态氮污染较为严重 ,超标率达 36 .8% ,尤其是位于菜田中的手压水井超标率高达 50%以上。从耕地类型来看 ,粮田农灌水质量优于菜田。地下水硝态氮含量与井深度呈负相关关系 ,机井越深 ,硝态氮含量越低 ,超标率越低。本文还对地下水硝态氮污染的原因进行了分析。     

Areal identification of groundwater nitrate contamination sources in periurban areas

Background, Aims and Scope  The purpose of this study is to verify a method for groundwater contamination risk assessment in urban and periurban areas using Geographic Information Systems (GIS). The method is based on agricultural hazard evaluation. In urban and periurban areas, the problem of dealing with NO₃ concentrations mainly entails identifying nitrate sources from the excessive use of fertilizers, or leaks from the sewage network and old septic systems. Residential areas coexisting with farming, and high and increasing nitrate concentrations, were identified in a densely inhabited area (>2 million inhabitants in about 1,000 km²) with an alluvial aquifer, located in southern Italy. Methods  First of all, comparison between the Contamination Vulnerability Map and the distribution of NO₃ concentrations highlights anomalous areas with low or moderate vulnerability in spite of the diffuse nitrate contamination of the aquifer. Assuming the agricultural origin of the nitrates, the hazard is calculated using the ANHI (Agricultural Nitrate Hazard Index), a parametric index which assesses the potential hazard of nitrate contamination originating from agriculture on a regional scale (Padovani and Trevisan 2002). The ANHI integrates two categories of parameters: the hazard factors (HF), which represent all farming activities that cause, or might cause, an impact on soil quality in terms of nitrate (use of fertilizers, application of livestock and poultry manure, food industry wastewater and urban sludge), and the control factors (CF) which adapt the hazard factors to the characteristics of the site (geographical location, climatic conditions and agronomic practices). Organization, processing and mapping are performed using a Geographical Information System (GIS: ILWIS 3.3 and ARCGIS 9.1). Results  The ANHI Map is obtained by multiplying the hazard factors (HF) and the control factors (CF), and dividing the resulting values into 6 classes. Finally, the Potential risk Map (R) is obtained by coupling the potential hazard of nitrate pollution (ANHI) and the aquifer Contamination Vulnerability Map. Discussion  By using spatial statistics, the Potential Agricultural Nitrate Contamination Risk Map and the Nitrate content of the aquifer correlation can be correlated. Where areas with low correlation in the Land Use Map are in the ‘urban areas and artificial land’ class, the source of the groundwater nitrate is not necessarily related to intensive farming and livestock. Conclusions  The Potential Agricultural Nitrate Contamination Risk Map in urban and periurban environments indicates the relationship between the high nitrate values and land use, giving useful information about the source of nitrate in groundwater. Recommendations and Perspectives  Based on this study, we formulate a hypothesis on the source of groundwater nitrate which should be verified on several case studies using nitrogen isotope techniques.     

复合井修复地下水硝酸盐污染的效果

为探寻更适用于农田周边硝酸盐污染地下水的原位生物修复技术,该研究构建了A、B、C3套试验装置,分别刻画管井(A)、大口井与管井组成的复合井(B、C).基于3套物理试验模型,定量对比分析了管井与复合井修复地下水硝酸盐污染的效果.结果表明:受水力停留时间的影响,相同流速条件下,A、B、C三套修复系统的硝酸盐负荷分别介于75...     

宁夏引黄灌区水体污染现状及污染源解析

随着点源污染的逐步控制,以农业生产为核心的农业非点源污染正在成为影响水体质量的主要因子。宁夏引黄灌区是我国商品粮生产基地之一,农业生产较为发达,农业的高投入对当地水体环境造成不良影响。本文分析了2002～2007年黄河宁夏段监测断面和引黄灌区典型排水沟的水质情况,发现黄河宁夏段水质受农田退水、工业废水和生活污水影响较大,境内沿程断面水质污染逐渐加剧,水质出境断面比入境断面平均降低1个等级,说明黄河流经宁夏后水质受到一定程度的污染。宁夏引黄灌区水体主要污染物是挥发酚、NH4+-N、CODMn和BOD5,2002～2007年几种主要污染物浓度总体呈下降趋势,综合污染指数也呈总体下降趋势,但污染形势仍然严重。2007年宁夏引黄灌区主要排水沟水质为劣Ⅴ类污染水质,断面超标率100%,主要污染物为NH4+-N、CODCr、BOD5。针对黄河宁夏段水体污染状况,对宁夏引黄灌区水体农业非点源污染源进行解析,结果显示,TN、NH4+-N污染主要来自种植业,其次是养殖业和黄河取水;TP污染主要来自于种植业与养殖业,COD主要来自养殖业。农田退水携带的大量污染物是导致灌区水体恶化的重要因素之一。     

再生水灌溉区农田包气带及地下水中硝酸盐分布特征及来源研究

本文通过对华北平原典型再生水灌溉区(河北省石家庄洨河流域)的包气带土壤、地表水和地下水进行采样分析,对硝酸盐在多种环境介质中的来源与环境行为进行了研究,识别了再生水灌溉区地下水硝酸盐污染来源,明确了不同灌溉条件对包气带土壤中硝酸盐迁移的影响。在受到城市再生水严重影响的洨河流域,地下水中的硝酸盐浓度分布范围在4.0 mg·L?1到156.6 mg·L?1之间,已经形成了距离河道2 km、深度70 m的硝酸盐高值区域,经过计算硝酸盐的垂向扩散速率为每年1～2 m。硝酸盐与氯离子的相关性表明,城市再生水是再生水灌溉区包气带、地表水和地下水中硝酸盐的主要来源。利用Geoprobe获取利用不同灌溉水农田土壤剖面样品,研究再生水对厚包气带NO3?-N垂向分布影响,再生水灌溉区和地下水灌溉区中包气带土壤的NO3?-N的平均含量为137.0 mg·kg-1和107.7 mg·kg-1,最高含量523.2 mg·L?1和725.9 mg·L?1,分别出现1.20 m和0.85 m深度,分布规律有着明显的差别。包气带土壤硝酸盐与氯离子的相关性分析表明,再生水灌溉区土壤硝酸盐主要来源于城市再生水,而地下水灌溉区可能来源于农田氮肥。地下水年龄和硝酸盐之间关系表明,地下水中1975年以前补给的硝酸盐浓度低于1975年以后补给,地下水硝酸盐污染与包气带氮入渗的历史过程密切相关。在华北平原特殊的地质水文背景下,农田面源污染对地下水的影响有限,但再生水灌溉区地下水硝酸盐污染的风险较高。     

浅层地下水埋深、矿化度及硝酸盐污染的空间分布特征

对银川平原101个观测井取样分析,测定了其浅层地下水位埋深、矿化度及硝酸盐含量。应用地统计学方法结合GIS技术对数据进行了分析。结果表明,地下水埋深服从正态分布,而矿化度和硝酸盐服从对数正态分布。银川平原地下水位埋深、矿化度和硝酸盐含量的平均值分别为1.78m,1.81g/L和3.17mg/L。三者在一定范围内均存在空间相关性,它们的空间相关距离分别为23.7、13.3和12.6km。运用Kriging方法对未测点进行了估值,绘制了三者的空间分布图。银川平原地下水埋深总体较浅,研究区约有75.1%的地区地下水埋深为1.5～2.0m,发现在平原中部的银川地区一带形成了以新旧城区为中心的地下水位降落漏斗区。地下水矿化度在整个平原内自西南向东北呈逐渐升高的趋势,其中66.4%的区域达到了农田灌溉水质标准。仅有3.7%的局部地区的地下水硝酸盐含量超过了饮用水水质标准。     

淮河流域农业生态系统中地下水体氮源追溯

淮河流域地下水体中的氮污染问题一直以来备受关注。为了从源头追溯氮污染物的来源,本文通过清单法收集淮河流域2002—2017年期间35个地级市的农业统计资料,首先构建基于化肥施用氮、人畜粪便返田氮、生物固氮、大气沉降氮、种子带入氮、秸秆带入氮为输入项和作物收获氮、反硝化脱氮、氨挥发脱氮为输出项的氮平衡模型,估算进入淮河流域农业生态系统内的氮盈余量和强度;然后利用氮盈余量与淋滤系数构建氮淋滤模型定量估算氮淋滤到地下水体中的量。研究发现：2002—2017年间淮河流域农业生态系统中氮年均输入量为1 005.01万t·a^-1,化肥施用氮是最大的氮输入源,占总输入量的52.76%;淮河流域农业生态系统中氮年均输出量为706.43万t·a^-1,作物收获氮在氮输出中所占的比例最大,达87.29%。随着时间的增加,氮盈余量和强度逐步降低。本次从地级市角度计算的氮源强度和其时间变化规律与以往从流域角度计算的氮源强度和其时间变化规律相差不大,保证了结果的准确性。从地区上分析,河南省各地级市的氮源强度最高,山东省和安徽省各地级市的最低。2002—2017年间,淮河流域农业区氮盈余量淋滤进入地下水中的氮污染物总量为26.22万~41.71万t·a^-1,淋滤进入到地下水体中的氮污染物平均量为31.41万t·a^-1,其中2006年最高。较大的氮淋滤值对水体环境造成了较大的污染负荷。采用SPSS 21.0中用F统计量和皮尔森相关系数（ρ）对地下水中的实际氮污染物浓度与估算值间的氮污染物量进行相关性检验,最终通过显著性检验且相关系数达到0.517,证实了本次模型选择的准确性。本文研究表示,2002—2017年淮河流域农业生态系统中地下水体中氮的来源主要为化肥输入,最主要的输出途径为作物收获,污染最严重年份为2006年,为解决农业面源污染问题提供了重要的前期资料,对地下水中氮污染的防控具有重要的现实意义。     

村镇饮用水源地污染关键区识别

为直接识别村镇饮用水源地污染关键区,以遥感影像分类技术提取水源地土地利用类型,基于水源地各类非点源污染源源强系数,根据不同污染因子贡献率采用指数超标法计算各污染因子权值,确定各类污染源的污染影响程度和分析水源地各子流域污染浓度,以地表水环境指标值为界限值进行识别。以安基山水源地2011年污染状况为研究对象,选择农村居民区、农田、矿山为污染源,采用化学需氧量、氨氮、总氮和总磷作为主要污染因子,应用ArcGIS软件划分水源地为19个子流域,在各子流域内综合考虑各类污染源的影响程度,以地表Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类水的指标值为界限划分水源地污染等级区,划分结果为:子流域8、14、16和17为正常区,子流域9、10和13为一般污染关键区,子流域2为次污染关键区,子流域1、3、4、5、6、7、11、12、15、18和19为污染关键区。该研究可为村镇饮用水源地污染关键区识别提供新的方法。