数值法与解析法在地下水环境影响评价中的应用研究

【目的】探究数值法与解析法在进行地下水环境影响评价时的差异,以及在进行地下水环境评价时,选择更为合适的计算方法。【方法】以四川省宜宾市某氯化法钛白粉项目为例,利用瞬时点源一维对流扩散模型、瞬时点源二维扩散模型和GMS数值模型研究非正常工况下苯储罐泄漏时污染物对地下水的影响,预测了污染物在潜水含水层中的中心运移距离、最大浓度和污染范围,并对3种方法的计算结果进行比较分析。【结果】一维对流模型只考虑地下水流向方向上的运移情况,计算结果最大,方法简单方便,参数要求较少,但精度较低,无法预测污染面积;二维扩散模型考虑了平面上的污染物分布情况,可以预测污染物范围及浓度变化,但预测运移距离较大,与实际的边界条件矛盾;GMS数值模型是三维模拟,计算精度高,更符合实际情况,但建模过程复杂,水文地质条件限制较多,所需水文地质参数较多,耗时较长。【结论】综上考虑,水文地质条件简单、地下水环境评价等级不高的工程项目使用解析法预测较为方便;在水文地质资料充足、评价等级高的区域使用数值法预测精度更高。     

BP神经网络在浅层地下水矿化度预

针对导致黄河下游三角洲地区土壤盐渍化的浅层地下水因素,以该地区典型区域为研究对象,将人工神经网络引入地下水矿化度的模拟和预测中,建立了基于土壤盐分、地下水埋深和pH的地下水矿化度预测的BP神经网络模型,并与多元回归模型在拟合精度和预测性能方面进行了比较。结果表明：研究区域地下水矿化度与土壤盐渍化程度呈显著的相关性,多元回归模型能较好地拟合地下水矿化度;通过网络训练确定了地下水矿化度的BP神经网络的拓扑结构为5：8：1,BP神经网络的拟合精度明显优于多元回归模型;统计检验表明BP神经网络的预测性能亦优于多元回归方法,其预测精度提高了50.1%。该研究可为黄河三角洲地区盐渍化的水盐调控和预测预报提供理论基础与决策依据。     

通辽市地下水位动态分析及预测

准确评价及预测研究区域的地下水动态变化趋势,对于提高当地地下水用水效率和完善地下水水资源规划具有重要意义。采用GM(1,1)模型,拟合通辽市5旗1县1区近30 a地下水埋深变化,预测未来10 a地下水埋深,并提出加强地下水资源保护建议。     

半干旱巨厚包气带区污染物运移模拟研究

污染物在巨厚包气带中的最大入渗量、运移时间及过程,对于地下水污染防治与监测具有重要意义。而包气带水分、溶质模拟可以提供水分的最大入渗量及入渗时间,是将包气带-饱和带结合起来实现对污染物运移全过程刻画的基础。本文以我国半干旱黄土塬巨厚包气带地区为试验点(厚度达80m),进行了野外包气带取样和包气带水分、溶质模拟。结果表明在上边界近饱和情况下水分入渗量可达10m/a,经过1.59年污染物可进入饱和带。该数值可作为地下水模拟预测的基础。建议今后地下水环境影响评价中应重视包气带的采样与模拟以确定污染物入渗量及入渗时间。     

基于自记忆方程的干旱区地下水水位动态模拟

地下水水位预测对于合理开发利用地下水与保护生态环境具有重要意义。以新疆希尼尔水库周边区域为例,根据研究区多年地下水埋深观测数据,建立了基于自记忆方程的地下水埋深预测模型。结果表明:该模型模拟与预测精度较高,为研究区的地下水合理开发利用提供了重要参考;研究结果可用于其他类似时间序列变量的模拟预测。     

基于解析法预测地下水溶质运移的研究

地下水污染是当前环境污染中较为严重的问题之一,地下水水质预测为防治地下水污染提供了指导意义。采用解析法选取六价铬作为污染因子,预测在非工况条件下污染物的迁移过程和污染物影响范围,并与数值法模拟结果进行分析对比。结果显示,解析法的预测结果是合理可信的。因此,采用解析法预测,对预防地下水受到污染有积极的影响意义。     

基于IL-HMMs预测模型的地下水埋深预测研究

以西北干旱典型县域磴口县为研究区,基于增量学习的改进隐马尔可夫预测模型(IL-HMMs),对区域地下水埋深进行了预测研究。为检验IL-HMMs模型预测效果,将模型预测结果与2013年长观井的实测数据进行了比较;同时为检验模型的优劣性,与未经增量学习的隐马尔可夫模型(HMMs)、加权马尔可夫链(WMCP)和BP神经网络(BP neural network,BPNN)预测模型的预测结果进行了比较。结果表明:与其他几种预测模型相比,IL-HMMs模型预测精度显著提高,误差更小,有较好的鲁棒性。并使用IL-HMMs模型对2018年地下水埋深进行了预测,预测结果表明,2018年地下水年平均埋深略有增加、局部区域地下水埋深增量加剧。基于IL-HMMs模型的地下水埋深预测具有很好稳定性的同时对新数据加入又有很好的鲁棒性,可为地下水埋深动态预测提供思路与方法补充,为区域地下水资源开发利用和保护提供重要依据。     

基于指数法的矿区及周边地下水水质现状评价——以山东省济南市界首蛇纹岩矿为例

在分析研究区水文地质条件的基础上,依据现行规范标准,对区内13个监测点进行地下水取样测试,并选取18项地下水环境质量评价因子,采用单因素评价法及多因素评价法中的F值法和内梅罗指数法,分别进行研究区地下水水质评价分析;在分析3种方法的优缺点的基础上,选择较为合理的评价结果,并提出可能的改进措施;进一步统计各个样本的超标因子,并分析可能的原因,为研究区地下水环境影响评价提供参考和依据。     

变权组合预测模型在兴平市地下水动态预测中的应用

针对地下水埋深变化离散性程度较大的兴平市,利用兴化漏斗区2000-2011年的地下水位埋深数据,采用基于指数预测法、线性回归预测法及灰色预测法的变权组合预测方法,对其进行地下水位埋深的模拟和预测。通过对兴平市地下水动态的预测,对比变权组合预测方法和单纯运用某一种单项预测方法在精度上的差别,证明了变权组合预测模型具有可行性和较高的精度,并在此基础上对兴平市未来地下水埋深进行了预测。     

基于EEMD与Elman网络的灌区地下水埋深预测模型

地下水埋深预测对于灌区农业生产、水土资源合理利用和生态环境保护等具有重要指导价值与作用。地下水埋深是一个受多种因素影响的多层次复杂系统,其演变具有不确定性、随机性、模糊性和非平稳性。基于EEMD较强的处理非线性问题能力和Elman网络具有适应时变和动态记忆的优点,构建了基于EEMD与Elman神经网络的地下水预测耦合模型,并将其应用于人民胜利渠灌区地下水埋深预测中。研究结果表明:基于EEMD和Elman神经网络耦合模型预测结果的最大相对误差为2.91%,最小相对误差为0.04%,预测合格率为100%,该耦合模型对人民胜利渠灌区地下水埋深的预测精度要高于单一的Elman模型和BP模型。另外,该模型在某种程度上可揭示灌区地下水时间序列的演变机制与影响因素,且计算简单、思路清晰,为地下水埋深预测提供了一种新的途径。     

氟在浅层地下水系统中迁移的有限元法模拟

地下水环境评价是普吉尾矿库治理的一个关键课题。为了研究氟对地下水污染情况,采用了试验、勘察、有限元法等进行研究。在对普吉尾矿库库区水文地质条件概化的基础上,运用国际最新版本的三维地下水流动与污染物运移的模拟软件COMSOL Multiphysics建立了研究区氟在浅层地下水系统中迁移的输运耦合模型,讨论了不同迁移时间条件下氟在地下水中的迁移情况,得到迁移52年、60年和100年后地下水中氟浓度分布等值线图。模拟结果显示,在不治理的条件下,氟对库区地下水污染不严重。     

Decision support framework for assessment of non-point-source pollution of groundwater in large irrigation projects

Agriculture is the main non-point polluter of groundwater in irrigated areas as fertilizers and other agrochemicals are the main contaminants in the water that drains out of the root zone to recharge the aquifer. Nitrates from fertilizers, dissolved in percolation losses from rice fields, are the source of pollution considered. The concentration of nitrates in the percolated water depends on the distributed field water and nitrogen balances over the area. Its concentration in the groundwater depends on the total recharge, pollution loading, groundwater flow and solute transport within the aquifer. The development and application of a GIS based decision support framework that integrates field scale models of these processes for assessment of non-point-source pollution of groundwater in canal irrigation project areas is presented. The GIS is used for representing the spatial variations in input data over the area and map the output of the recharge and nitrogen balance models. The latter are used to provide the spatially distributed recharge and pollutant load inputs to the distributed groundwater flow and transport models, respectively. Alternate strategies for water and fertilizer use can be evaluated using this framework to ensure long-term sustainability of productive agriculture in large irrigation projects. The development and application of the framework is illustrated by taking a case study of a large canal irrigation system in India.     

河套灌区秋浇期氮素流失对水环境的影响

为了揭示农田灌溉过程中N素流失的原因以及对水环境的污染,以内蒙河套灌区北场试验区为研究对象,在田间试验结果分析的基础上,研究了秋浇退水前后农田排水N素流失的影响因子及其规律,分析了N素流失的过程。试验结果表明,灌水量、沟渠分布,地形地貌是农田N素流失的主要影响因素;N素流失对地表水与地下水环境造成一定影响;得出了其在地上、地下水环境中的迁移规律:秋浇后沟道水中TN、NH3-N浓度明显增大,沟道周围地下水TN浓度变沿退水方向逐渐增大。初步估算出试验区的NH3-N流失量、NH3-N残留量与输出量比例关系为6∶1。     

Assessment of groundwater risk using intrinsic vulnerability and hazard mapping: Application to Souassi aquifer, Tunisian Sahel

Special attention has been paid to risk assessment in water resource management in arid and semi-arid regions like the Souassi aquifer, Tunisia. Risk assessment, using vulnerability and hazard mapping, is considered as a fundamental aspect of sustainable groundwater management. To determine the degree of risk affecting the study area, an attempt has been made to combine hydro-geologic parameters using the DRASTIC method and the hazard assessment by taking the product of the weighted hazard value (H_I), the ranking factor (Q_N) and the reduction factor (R_f).All parameters used in this risk assessment were prepared, classified, weighted and integrated in a GIS environment. Data treatment shows that large areas in the Souassi aquifer can be classified as high or very high risk areas corresponding to pollution sources located in high vulnerability zones. The areas with low and very low risk are situated in the south, which could, consequently, be interesting for future development and long term planning of protective measures. Sensitivity analyses indicated that the removal of groundwater depth, net recharge and aquifer media parameters from the DRASTIC index, causes large variation in vulnerability assessment. Moreover, hydraulic conductivity and topography were found to be more effective in assessing aquifer vulnerability. Therefore, they should have higher weights than those assumed by the DRASTIC standard method, and contrary to the impact of the vadose zone parameter. The validity of the DRASTIC and the risk methods, verified by comparing the distribution of nitrates in the groundwater and the different vulnerability classes, shows a high similarity.     

地下水亚硝酸盐污染风险分析：以沈阳冲洪积扇农业灌区为例

为验证亚硝酸盐污染地下水的风险评价方法,针对农业非点源污染引起的地下水亚硝酸盐污染问题,以沈阳冲洪积扇区为例,进行亚硝酸盐污染地下水风险分析。采用SPSS18.0软件的因子分析法,对包气带岩性样品的X衍射结果以及相应的有机质、亚硝酸盐含量等进行因子分析,确定土壤中亚硝酸盐主要来源于氮肥。在此基础上,针对传统DRASTIC模型的不足,结合研究区实际特征提出地下水脆弱性DRSICLN模型。基于GIS软件,确定沈阳冲洪积扇区地下水亚硝酸盐污染风险的3个等级,并结合地下水中NO2-N等值线图进行对比,结果表明,DRSICLN模型适用于研究区地下水污染风险评价。     

Assessing the well water pollution problem by nitrates in the small scale farming systems of the Niayes region, Senegal

Human activities exert many pressures on the quality of groundwater, and advanced assessment programmes are needed to design sustainable water management strategies. To contribute to this challenge, the nitrate pollution problem of groundwater wells in the small scale farming systems of the Niayes region in Senegal is assessed and explained in terms of well characteristics and land use properties. A field campaign was performed in 2007 to collect basic background data of the small scale farming systems and well water was analysed in 131 wells for nitrate content, pH and electrical conductivity. For a subset of wells, soil analyses were made of the well environment for assessing the attenuation properties of the protecting soil. Cluster analysis was used to define a well typology, while principal component and multiple correspondence analyses were used to relate the nitrate pollution to well characteristics and land use properties.The study confirms that the wells are seriously affected by the nitrate pollution problem. Wells can be classified in three well classes which exhibit highest nitrate content in the southern part, while the salinity affects particularly the wells in the northern area of the region. The nitrate levels exceeding 50 mg/L are more common in residential areas than in the horticultural fields. The results further show that, even if direct pollution problem of wells cannot be excluded, pollution from leaching out of the root zone of vegetable crops to the groundwater is likely. This is confirmed by the assessment of the farming activities in this area and this is consistent with the low attenuation properties of the soils characterizing this region.Considering the nitrate pollution threshold, very few non-polluting crops can be distinguished in this region, which calls for an urgent adoption of agriculture management to protect water resources from further deterioration.     

基于熵权模糊理论的地下水有机污染健康风险评价

健康风险评价过程中由于多方面的不确定使得评价结果的可信度下降,熵权模糊理论的应用可以显著提高评价结果的可靠度。文中针对地下水有机物的特性,对U．S．EPA推荐模型进行了改进,考虑有机物自然衰减作用。本次研究以沈阳细河周边地区为例,在分析测试该地区地下水有机污染特征的基础上,采用熵权模糊综合评价方法,考虑各有机物对其致癌风险的贡献率计算致癌风险和非致癌危害指数以及评价标准,确定致癌风险等级,进行地下水有机污染健康风险评价。结果表明：细河及其周边地区地下水有机污染致癌风险和非致癌危害指数都很高,对人体健康产生一定的影响,应该加强重视有机污染造成的危害,减少有机污染,为公众和环境管理者提供相对准确和科学的信息。     

焦作地区浅层地下水中“三氮”污染特征及机制研究

通过研究焦作地区浅层地下水中“三氮”污染量、污染分布特征,分析研究了污染源、水文地质条件对地下水“三氮”的形成、迁移、转化、分布规律的影响。结果表明,硝酸盐氮、氨氮、亚硝酸盐氮的污染分布分别呈现面状、条带状和点状分布;农业上含氮化肥和农药的过量使用是浅层地下水“三氮”污染的主要原因,工业污水直接排入含水层是污染中心浓度极高的重要原因;包气带的碱性氧化环境是硝酸盐氮广泛分布的重要条件,大沙河侧漏补给是氨氮呈现条状分布的主要因素。     

基于同位素和水化学的地下水污染机理研究

为查明河南省新乡市浅层地下水的污染机理,通过现场调查并对地下水、地表水进行采样,测定其氢、氧稳定同位素及水化学成分,对水样的氢氧同位素和水化学组成的空间分布规律进行了分析。结果表明:降水是地下水的主要补给源。太行山区是剥蚀丘陵岗地地下水的主要补给区;中部冲洪积平原地下水受共产主义渠水的影响,二者同位素值较接近;受黄河灌溉回归水的影响,南部冲积平原地下水氢氧同位素值较接近黄河水,是大气降水和黄河水的混合水体。而研究区地下水污染除与地表污水侧渗、污染物通过包气带直接下渗有关,还与不合理开采地下水导致盐分和污染物的迁移有关。