基于随机森林模型识别浅层地下水TDS异常的方法研究 被引量：2

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作者 褚宴佳 何宝南 +1 位作者 陈珍 何江涛 《地学前缘》 北大核心 2025年第2期456-468,共13页

准确识别人类活动引起的地下水水化学异常对于确定地下水水化学组分的背景值,合理开展地下水污染评价至关重要。溶解性总固体(TDS)作为地下水水化学的综合指标,其值的高低直接反映了地下水水质的好坏。目前,水化学图法在地下水TDS的异... 准确识别人类活动引起的地下水水化学异常对于确定地下水水化学组分的背景值,合理开展地下水污染评价至关重要。溶解性总固体(TDS)作为地下水水化学的综合指标,其值的高低直接反映了地下水水质的好坏。目前,水化学图法在地下水TDS的异常值识别中取得了较好的效果,但是,其基本原理是基于主要离子组分构成的水化学类型异常必然导致TDS异常的假设,而进行的反向异常识别,可能存在过度识别的情况。为此,本文以沙颍河流域浅层地下水为研究对象,从TDS成因机制出发,提出了采用随机森林模型结合数理统计的正向识别方法,对研究区内浅层地下水TDS的异常值进行识别,并开展了多种方法异常值识别效果的对比研究。结果表明,机器学习法能够有效地识别出地下水TDS异常值,其识别出的地下水TDS阈值与其他方法较为一致。但相比之下,机器学习法从TDS成因机制角度识别异常,能够有效避免水化学图存在的过度识别问题,而且能够区分高、低异常,为TDS异常识别提供了另外一种有效的思路和方法,丰富了地下水环境背景值的研究思路。 展开更多

关键词 地下水环境背景值 TDS 异常值 机器学习法 沙颍河流域

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华北平原浅层地下水碘的分区特征及成因研究

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作者 黄诗雯 夏绮文 +3 位作者 何江涛 何宝南 陈翠柏 孙继朝 《地学前缘》 北大核心 2025年第4期510-522,共13页

本文以华北平原浅层地下水为研究对象,基于地下水系统分区和海侵历史,以及碘的浓度分布特征,划分出4个典型区域:海河平原地下水系统区(A)、海河平原地下水系统-海侵区(B)、古黄河下游地下水系统区(C)和古黄河下游地下水系统-海侵区(D)... 本文以华北平原浅层地下水为研究对象,基于地下水系统分区和海侵历史,以及碘的浓度分布特征,划分出4个典型区域:海河平原地下水系统区(A)、海河平原地下水系统-海侵区(B)、古黄河下游地下水系统区(C)和古黄河下游地下水系统-海侵区(D)。总体而言,华北平原浅层地下水整体呈近中性-偏碱性,碘离子浓度分布具有明显的分带性,从山前地带到滨海区,地下水中碘离子浓度呈明显上升趋势,水化学类型也出现由低TDS的HCO_(3)-Ca型水(A),到TDS高于1 g/L的HCO_(3)-Na型水(C),再到TDS高于3 g/L的Cl-Na型水(B、D)。高碘地下水主要分布在B、C和D区,其碘离子浓度平均值分别为128.27、176.7和179.2μg/L,且C和D区的中位数值均超过100μg/L。针对3个高碘区域,筛选碘的影响因子,运用随机森林等方法初步探讨了研究区内高碘地下水的成因。结果显示:C区属于中TDS-高碘区,该区由于黄河多期泛滥沉积形成了复杂的黏土和砂土互层现象,地下水循环弱,碘离子的浓度与冲积湖沉积物中有机质、黏土矿物和铁氧化物含量有关,高碘地下水形成的主要作用为蒸发浓缩。D区为高TDS-高碘区,历史上发生的海侵事件使得大量的碘储存在沉积物中,为地下水中的碘提供了来源,有机质的生物降解作用是该区高碘地下水形成的主要驱动因素。B区属于高TDS-中碘区,历次海侵事件形成的海相沉积物同样是该地区含水层中碘的来源,九河下梢的淋滤作用使该区的碘浓度要略低于D区。 展开更多

关键词 地下水 高碘 分区 水文地质条件

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“23·7”暴雨对永定河出山口地下水水质的影响机制

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作者 马硕 何宝南 +4 位作者 张学航 何江涛 龙翔云 杨珊珊 史芫芫 《中国环境科学》 北大核心 2025年第4期1973-1984,共12页

为探究“23·7”特大暴雨对门头沟平原区地下水水质的影响及机制,以永定河出山口为研究对象,通过对比暴雨前后地表及地下水水质变化,结合水文地球化学模拟及微生物表征技术进行成因分析.结果显示:暴雨洪水后地下水中Ca^(2+)和HCO_(3... 为探究“23·7”特大暴雨对门头沟平原区地下水水质的影响及机制,以永定河出山口为研究对象,通过对比暴雨前后地表及地下水水质变化,结合水文地球化学模拟及微生物表征技术进行成因分析.结果显示:暴雨洪水后地下水中Ca^(2+)和HCO_(3)^(-)浓度均值上升9.75%~14.68%,Cl^(-),SO_(4)^(2-),F^(-),总Fe,总Mn浓度均值下降26%~86.92%,与地表水变化趋势相同,表明地下水水化学变化主要由受影响的地表水入渗引起.然而,地下水中K^(+),溶解氧(DO),氧化还原电位(Eh),NO_(3)^(-)-N指标变化趋势与地表水相反,表明地下水水化学变化不仅仅是与地表水简单的物理混合.PHREEQC反向模拟结果表明,暴雨影响下地下水水化学演化受物理混合与稀释,矿物溶解沉淀,反硝化以及硫酸盐还原作用共同调节.具体而言,物理混合与稀释贡献为15.82%,在此基础上,硅酸盐矿物溶解增加Ca^(2+)浓度,硅酸盐和蒸发岩矿物溶解与阳离子交换作用共同维持了Na^(+)平衡,降雨入渗与有机质分解增加了HCO_(3)^(-)浓度,反硝化与硫酸盐还原作用使得NO_(3)^(-)和SO_(4)^(2-)浓度降低.值得关注的是,特大暴雨加剧了首钢工业园附近高浓度Fe污染的稀释扩散,尽管稀释作用使Fe的超标浓度峰值由89.5mg/L降低至25.4mg/L,但Fe超标的数量却由1个增加至4个,比例达66.67%.同时,这一过程显著促进了地下水中Fe(Ⅱ)自养反硝化菌属的富集,提高了反硝化速率,显著降低了地下水中NO_(3)^(-)-N的浓度. 展开更多

关键词 永定河 “23·7”特大暴雨 地下水水质 反向模拟 微生物响应

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地下水系统中的抗生素对反硝化的影响研究进展 被引量：1

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作者 刘菲 黄福杨 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期3-12,共10页

微生物反硝化过程是地下水中硝酸盐最重要的脱氮形式。再生水利用和养殖业引起的抗生素污染常与硝酸盐共存。因此,需深入研究抗生素及其存在形式对地下水中硝酸盐反硝化过程及抗生素抗性基因(ARGs)产生、富集和传播的影响,以综合解析地... 微生物反硝化过程是地下水中硝酸盐最重要的脱氮形式。再生水利用和养殖业引起的抗生素污染常与硝酸盐共存。因此,需深入研究抗生素及其存在形式对地下水中硝酸盐反硝化过程及抗生素抗性基因(ARGs)产生、富集和传播的影响,以综合解析地下水硝酸盐浓度升高的原因。近年来的研究识别了地下水系统中抗生素的解离/络合形态、吸附形式(层间吸附/表面吸附)、水解与微生物降解产物等存在形式,并从反硝化微生物群落、功能酶的种类与活性、功能基因丰度以及ARGs产生与传播途径阐释了抗生素对反硝化过程的抑制机制。主要结论为:(1)地下水系统中,抗生素以多种形式存在,而不同形式的抗生素对微生物的毒性有显著差异;(2)在每升纳克至微克水平的抗生素存在下,地下水反硝化过程受到抑制,抗生素改变了微生物群落结构,抑制了功能酶活性,增加了ARGs的丰度,在这些作用的协同影响下,硝酸盐降解动力学由零级向一级转变;(3)在抗生素抑制反硝化过程中,还增加了温室气体N2O的释放量,抗生素影响了功能基因nosZ表达,N2O浓度与nosZ丰度呈负指数关系。在综述相关文献的基础上,对未来研究提出了展望:(1)定量识别典型抗生素进入地下水系统后的存在形式;(2)厘清不同存在形式的抗生素对反硝化微生物群落、功能酶种类与活性、功能基因丰度和多样性的影响;(3)探索反硝化功能基因在抗生素不同存在形式和不同输入方式下的变化过程,并建立ARGs产生、富集与传播模式;(4)结合野外观测和室内实验从分子生物学、环境化学和水文地质学多尺度研究复合污染下地下水系统的反硝化过程,可为日益复杂的地下水污染防治和饮用水安全保障提供理论依据。 展开更多

关键词 含水层 复合污染 硝酸盐 反硝化 抗生素 抗生素抗性基因

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跨流域地下水循环研究进展 被引量：7

5

作者 韩鹏飞 王旭升 +1 位作者 蒋小伟 万力 《地质科技通报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期107-117,129,共12页

在区域尺度上,地下水流的路径存在跨越地表分水岭的可能性,从而形成跨流域地下水循环,影响流域之间的水文关系和溶质输送过程。跨流域地下水循环的研究在国际上尚处于起步阶段,方兴未艾,目前已经取得的进展是一个值得关注的问题。对近2... 在区域尺度上,地下水流的路径存在跨越地表分水岭的可能性,从而形成跨流域地下水循环,影响流域之间的水文关系和溶质输送过程。跨流域地下水循环的研究在国际上尚处于起步阶段,方兴未艾,目前已经取得的进展是一个值得关注的问题。对近20年来国内外跨流域地下水循环的研究文献进行了系统的跟踪分析,从形成机理、识别方法和影响评估3个角度总结现有的研究进展。在水动力学形成机理方面,已经从理论上确定了地表分水岭、潜水面最高点和地下水流系统分水点之间的偏离特征,为划分河流之间的多种跨流域地下水循环路径提供了依据。在跨流域地下水循环的识别方面,一系列实际流域的案例提供了可以借鉴的方法,包括水均衡法、流域水文模型和水文地球化学端元混合模型等,证实了跨流域地下水循环的存在性,甚至评估出其循环通量,深化了流域水量平衡关系的认识。研究表明流域地理位置、形态尺寸、气候背景和地质构造等条件都会影响跨流域地下水循环的发生及通量。在影响评价方面,初步发现跨流域地下水循环对水文要素的气候敏感性、Budyko模式状态参数及碳源碳汇形成有重要影响,忽略其作用可能产生错误的认识。目前,科学界对跨流域地下水循环的动力学过程及其物质输送效应的研究还相对薄弱,缺乏准确的定量评估方法,未来的研究重点是揭示三维含水层空间的跨流域地下水循环路径,准确评估跨流域地下水循环的各种影响。 展开更多

关键词 闭合流域 分水岭 地下水流系统 气候水文模型 Budyko模式 碳循环

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氢氧同位素在地下水流系统的重分布:从高程效应到深度效应 被引量：7

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作者 韩鹏飞 王旭升 +1 位作者 蒋小伟 万力 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期1-12,共12页

大气降水的氢氧同位素含量具有高程效应,降水入渗后参与地下水循环,其高程效应如何受地下水流系统的影响转化为地下水氢氧同位素的深度效应?现有研究对于这个问题缺少定量认识。文章构建单向倾斜盆地和双峰波状盆地的稳态地下水循环理... 大气降水的氢氧同位素含量具有高程效应,降水入渗后参与地下水循环,其高程效应如何受地下水流系统的影响转化为地下水氢氧同位素的深度效应?现有研究对于这个问题缺少定量认识。文章构建单向倾斜盆地和双峰波状盆地的稳态地下水循环理论模型,采用MODFLOW模拟剖面二维地下水流场、采用MT3DMS模拟重同位素分子的对流-弥散过程,得到地下水D和18O含量的空间分布,探讨了氢氧同位素高程效应在地下水流系统转化为深度效应的机理。结果表明:在单斜盆地,补给区大气降水D和18O含量的高程效应转化为排泄区地下水δD和δ^(18)O值随埋深增大而指数型衰减的深度效应;在双峰波状盆地,当含水层渗透性相对入渗强度较大时(K_(0)/w=1 000),仅发育一个区域地下水流系统,在区域地下水的排泄区δD和δ^(18)O随埋深增大呈现S形曲线分布;当含水层渗透性相对入渗强度较小时(K_(0)/w=250),双峰波状盆地发育多个局部地下水流系统,区域地下水的排泄区δD和δ^(18)O随埋深增大呈现S形曲线,而局部地下水排泄区的δD和δ^(18)O随深度增加呈单调衰减趋势。本研究从理论上推进了地下水流系统对溶质运移影响机理的认识,揭示了氢氧同位素对地下水流系统的指示作用。 展开更多

关键词 降水入渗 地下水循环 地下水流系统 含水层 数值模拟

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2012—2021年中国地下水抗生素污染现状及分析技术研究进展 被引量：14

7

作者 牛颖 安圣 +2 位作者 陈凯 秦久君 刘菲 《岩矿测试》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期39-58,共20页

抗生素作为一种新污染物,在不同环境介质中均有检出。未被人类或动物完全吸收和代谢的抗生素会通过废水和废弃物以原型或代谢产物的形式进入环境,并在土壤中积累或淋滤进入地下水。抗生素进入环境可能影响微生物生态,产生抗性基因,甚至... 抗生素作为一种新污染物,在不同环境介质中均有检出。未被人类或动物完全吸收和代谢的抗生素会通过废水和废弃物以原型或代谢产物的形式进入环境,并在土壤中积累或淋滤进入地下水。抗生素进入环境可能影响微生物生态,产生抗性基因,甚至威胁人体健康,而地下水作为重要的饮用水源,其抗生素污染问题不容忽视。本文从抗生素的危害、使用情况、污染来源、污染现状、定性定量检测方法的优缺点及适应范围和形态分析及环境效应等方面对近十年来(2012—2021)中国地下水中抗生素的研究现状进行总结。经调查,中国常用28种抗生素检出浓度在0.1~1000ng/L以上,检出频率较高的抗生素为诺氟沙星、氧氟沙星、磺胺甲恶唑、恩诺沙星、磺胺嘧啶、红霉素等。从空间分布来看,对地下水中抗生素的研究主要集中在华北、西南地区,而对西北地区中地下水抗生素研究程度较低。目前为止受到分析方法检出限及检出种类的限制,对地下水中抗生素的调查及评价还不够全面。通过综述抗生素定性定量分析方法,发现HPLC-MS/MS法因其具有灵敏度高、选择性好和定性定量准确的优点是目前应用最广泛的抗生素定量分析方法,而且可利用该方法对环境中抗生素类型进行初步识别,针对主要类型开展定量分析或长期监测,为抗生素环境效应研究提供数据支撑。而当抗生素以不同的带电形态、络合形态、吸附形态存在时,因其理化性质不同会影响测定的准确性、环境行为和毒理学效应,因而开展抗生素的形态分析对进一步准确测定抗生素和评估其环境效应具有重要意义。本文认为,优化定性定量检测方法、分析抗生素的不同形态、全面调查地下水中抗生素和科学评价抗生素形态与生态毒理学效应的关系,是今后地下水中抗生素污染研究的重点课题。 展开更多

关键词 地下水 抗生素 污染现状 环境行为 形态分析 HPLC-MS/MS

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不同灌溉模式下水稻田氮素运移规律

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作者 李垣 童菊秀 +1 位作者 成宽 孙小颖 《节水灌溉》 北大核心 2024年第11期31-38,共8页

为了提高水稻田氮素利用率减少农业面源污染,选取了2块大田,分别采取干湿交替节水灌溉和传统淹灌方式,分析稻田土壤剖面NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N及TN浓度的分布规律。结果表明节水灌溉和传统淹灌条件下,施入3次氮肥后,地表水及土壤... 为了提高水稻田氮素利用率减少农业面源污染,选取了2块大田,分别采取干湿交替节水灌溉和传统淹灌方式,分析稻田土壤剖面NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N及TN浓度的分布规律。结果表明节水灌溉和传统淹灌条件下,施入3次氮肥后,地表水及土壤不同深度处NH_(4)^(+)-N和TN浓度变化规律相似且均会出现峰值后迅速降低。而节水灌溉条件下由于NO_(3)^(-)-N浓度太低导致峰值不明显,传统淹灌条件下的NO_(3)^(-)-N浓度峰值到达时间相比于NH_(4)^(+)-N有一定滞后性。整体来说,水稻田施肥后5 d内是防控田间氮素流失的关键时期;节水灌溉条件下水稻田的灌溉水利用效率和氮素生产率更高。此研究结果可为提高水肥利用率和减少农业面源污染等提供理论依据。 展开更多

关键词 干湿交替节水灌溉 淹水灌溉 氮素运移 水稻田 灌溉水利用效率 氮素生产率

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基于Budyko模式的白洋淀流域不同时间尺度径流对气候变化的响应研究 被引量：1

9

作者 于涛 韩鹏飞 +3 位作者 王旭升 蒋小伟 张志远 万力 《地学前缘》 北大核心 2025年第1期449-458,共10页

气候变化严重影响流域内水资源的形成和水文要素之间的转化,准确量化河川径流对气候变化的响应对流域水资源的合理开发利用具有重要意义。当前非稳态条件下的水文气候弹性解析研究相对较少,本研究以白洋淀流域山区的八个子流域为研究区... 气候变化严重影响流域内水资源的形成和水文要素之间的转化,准确量化河川径流对气候变化的响应对流域水资源的合理开发利用具有重要意义。当前非稳态条件下的水文气候弹性解析研究相对较少,本研究以白洋淀流域山区的八个子流域为研究区,使用最新提出的基于Budyko模式的非稳态径流弹性系数解析新方法,将年际径流对气候变化的响应进行分析,在中国流域验证该方法的有效性,将其适用范围进行拓展,并进一步与采用多年时间尺度稳态条件下的基于Budyko模式的弹性方法分析结果进行对比。结果表明:年际尺度下,年蒸散比和水储量变化比与年干旱指数具有良好的线性相关性;在年际和多年时间尺度下河川径流对降水变化更为敏感;而年际尺度下径流弹性系数小于多年稳态下的结果,表明流域水储量对径流气候变化的响应起到了重要的调节作用。年际弹性系数与流域面积的相关性较好。本研究验证了最新提出的基于Budyko模式的非稳态径流弹性系数新方法的有效性,并进一步将其适用性由湿润区拓展到半湿润、半干旱地区,对今后白洋淀流域和雄安新区水资源的合理利用具有重要的指导意义。 展开更多

关键词 Budyko模式 气候变化 弹性系数 白洋淀流域

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基于灰水足迹的天山北坡地区水资源利用可持续性评价

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作者 董俊巧 刘星才 李占玲 《南水北调与水利科技(中英文)》 北大核心 2025年第1期69-78,共10页

基于2006-2020年天山北坡的GDP、水资源总量、供水量、化学需氧量(COD)与氨氮(NH3-N)排放量等基础数据,采用灰水足迹方法,对该地区水资源可持续利用进行综合评价。结果显示:天山北坡各城市灰水足迹在空间上呈现中部高于东西部的分布特... 基于2006-2020年天山北坡的GDP、水资源总量、供水量、化学需氧量(COD)与氨氮(NH3-N)排放量等基础数据,采用灰水足迹方法,对该地区水资源可持续利用进行综合评价。结果显示:天山北坡各城市灰水足迹在空间上呈现中部高于东西部的分布特征。在时间上,灰水足迹经历了先升后降的变化趋势,2016年相比2006年整体上升了11.56%,而2020年又较2016年下降了23.30%。各城市间灰水足迹的组成存在显著差异。多数城市以农业灰水足迹为主,而乌鲁木齐市生活灰水足迹也占有较大比重,石河子市的工业灰水足迹占比最大。天山北坡整体及部分城市的水资源可持续利用状态在2014-2016年出现明显好转,水资源可持续利用程度指数稳步增长。然而,博州与塔城地区指数增长速度相对较慢,表明该地区仍面临较大压力,水资源可持续利用性需进一步提升。评估结果可为当地水资源管理提供科学依据,有助于推动该地区水资源可持续利用。 展开更多

关键词 水资源 水资源利用 可持续性 灰水足迹 天山北坡

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权重和数据影响下水资源承载力评价不确定性研究 被引量：3

11

作者 李占玲 王佳雯 +2 位作者 叶瀛韬 董俊巧 刘星才 《人民长江》 北大核心 2023年第5期53-60,共8页

水资源承载力是实现“空间均衡”的重要刚性约束条件,其科学评价对于地区生态文明建设与可持续发展具有重要理论与实践意义。以往研究多集中于确定性评价,然而受多种因素的影响,水资源承载力评价也存在一定的不确定性。以新疆地区为例,... 水资源承载力是实现“空间均衡”的重要刚性约束条件,其科学评价对于地区生态文明建设与可持续发展具有重要理论与实践意义。以往研究多集中于确定性评价,然而受多种因素的影响,水资源承载力评价也存在一定的不确定性。以新疆地区为例,采用Bootstrap、均匀分布假设法的随机抽样以及随机误差生成等方法,借助隶属度及不确定度的概念,量化指标权重及指标数据不确定性对研究区水资源承载力评价结果的影响。结果表明:基于Bootstrap和均匀分布假设法,由指标权重不确定性导致的新疆地区水资源承载力评价等级不确定度分别为21%和17%,由数据不确定性导致的不确定度为8%;随着指标权重和数据不确定性的增加,研究区水资源承载力评价等级的不确定度均随之增加;通过增加等幅误差的方法表明,数据不确定性对研究区水资源承载力评价等级的影响更大。研究成果可为科学评价水资源承载力、降低其不确性提供参考。 展开更多

关键词 水资源承载力 不确定性 权重 隶属度 不确定度 BOOTSTRAP

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包气带中手性抗生素的环境行为研究进展 被引量：1

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作者 秦晓鹏 刘菲 +1 位作者 王广才 翁莉萍 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期23-34,共12页

目前,手性抗生素在包气带中的检测、分布、迁移转化等方面缺乏系统总结和全面综述。文章指出手性抗生素不同异构体的物理化学性质存在差异,例如左旋吉米沙星的溶解度、辛醇-水分配系数分别是右旋吉米沙星的301倍、9.8倍,会影响其在环境... 目前,手性抗生素在包气带中的检测、分布、迁移转化等方面缺乏系统总结和全面综述。文章指出手性抗生素不同异构体的物理化学性质存在差异,例如左旋吉米沙星的溶解度、辛醇-水分配系数分别是右旋吉米沙星的301倍、9.8倍,会影响其在环境中的迁移转化。高效液相色谱-手性色谱柱法和手性配体交换色谱法是目前最常用的分析手性抗生素的方法。梳理了国内外土壤、水体和农产品中手性抗生素的检出情况,其中最常见的是氟甲喹、洛美沙星、氧氟沙星等。手性抗生素在矿物和微塑料上的吸附速率和分配系数均存在差异,天然有机物的存在导致差异更大,但是不同种类手性抗生素之间并没有规律。手性抗生素会与地下水中的常见阳离子发生络合作用,络合物的稳定常数不同,例如镁离子-左氧氟沙星络合物的稳定常数是镁离子-氧氟沙星络合物的22.9倍。在生物降解过程中,不同手性抗生素的可降解性、降解速率不同,另外,抗生素异构体之间还会发生相互转化。文章系统阐述了手性抗生素在包气带中的分布情况和迁移转化行为,可供地下水系统中手性抗生素方面的研究参考。研究认为对于包气带中手性抗生素的环境行为,亟需开展以下研究:(1)手性抗生素的拆分、检测、毒理学和标准建设;(2)多种手性抗生素的调查、迁移转化;(3)手性抗生素的多界面环境过程。 展开更多

关键词 抗生素 手性 异构体 土壤 环境行为 氧氟沙星

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渗透系数非均质场对沙丘尺度潜流交换的影响研究 被引量：1

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作者 王旭东 苏小茹 +5 位作者 韩鹏飞 刘升阳 张锁 朱晓倩 邢朕国 王路军 《人民黄河》 CAS 北大核心 2024年第1期79-84,共6页

为了研究河床介质渗透系数非均质性对潜流交换的影响,应用随机一阶分析工具,分析潜流交换通量与河床不同空间位置渗透系数的互相关关系以及渗流流速方差的空间分布。结果表明:潜流交换通量与渗透系数之间成正相关关系,且正相关关系最强... 为了研究河床介质渗透系数非均质性对潜流交换的影响,应用随机一阶分析工具,分析潜流交换通量与河床不同空间位置渗透系数的互相关关系以及渗流流速方差的空间分布。结果表明:潜流交换通量与渗透系数之间成正相关关系,且正相关关系最强的区域位于沙丘表面附近;忽略河床非均质性将导致河床浅层位置的流速具有较大不确定性,野外应重点监测河床浅层位置的渗透系数以减小潜流交换的不确定性。 展开更多

关键词 潜流交换 渗透系数 随机一阶法 流速方差

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溶解性二价铁-铁氧化物非均相体系氧化还原电位的电化学测定方法探究

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作者 牛爱钰 李欣 +1 位作者 刘菲 杨珊珊 《岩矿测试》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期407-416,共10页

溶解性二价铁(Fe_(aq)^(2+)-)-铁氧化物非均相体系的氧化还原能力显著影响含水层中有毒重金属和有机污染物的迁移转化行为。然而,非均相体系氧化还原电位(Eh)的测定存在平衡缓慢和结果不稳定等难题,故亟待开发与优化电化学法快速准确测... 溶解性二价铁(Fe_(aq)^(2+)-)-铁氧化物非均相体系的氧化还原能力显著影响含水层中有毒重金属和有机污染物的迁移转化行为。然而,非均相体系氧化还原电位(Eh)的测定存在平衡缓慢和结果不稳定等难题,故亟待开发与优化电化学法快速准确测定Eh,实现Fe_(aq)^(2+)-铁氧化物非均相体系氧化还原能力的定量表征。本文选取针铁矿作为常见的铁氧化物,探讨了介导和非介导电位法测定Fe_(aq)^(2+)-针铁矿非均相体系Eh的优化实验条件,研究了介导物质的类型与添加顺序以及工作电极预处理方法等条件对Eh测定的影响,并通过能斯特方程验证电位法的可行性。结果表明:工作电极的表面状态、介导物质的选择以及针铁矿-工作电极之间平衡的建立对Eh测定十分关键。介导法能有效地缩短测定时间,但需要选择合适的介导物质;非介导法需确保工作电极与针铁矿之间平衡的建立。同时,利用非介导法测定了不同pH和Fe_(aq)^(2+)-浓度下不同粒径针铁矿与Fe_(aq)^(2+)-非均相体系的Eh,根据能斯特方程和最小二乘法多元线性拟合得到不同粒径针铁矿的标准氧化还原电位(Eh0),对于粒径为200、700和1000nm的针铁矿Eh0分别为815、802和782mV,验证了优化后电位法的可行性。本文的结论可为矿物非均相体系Eh的测定提供方法学参考,也为预测Fe_(aq)^(2+)-铁氧化物非均相体系参与的污染物衰减速率提供理论支撑。 展开更多

关键词 溶解性二价铁 铁氧化物 非均相体系 氧化还原电位 针铁矿

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北京地区干旱预测不确定性来源贡献度量化 被引量：1

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作者 李占玲 霍鹏颖 +1 位作者 叶瀛韬 谢成 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期794-804,共11页

受多种因素影响,干旱预测往往存在很大的不确定性。对不同来源不确定性贡献度进行量化有助于识别关键不确定性来源,为提高干旱预测和风险评估精度提供依据。本文以北京地区气象干旱为研究对象,采用多因素方差分析法对全球气候模式(Globa... 受多种因素影响,干旱预测往往存在很大的不确定性。对不同来源不确定性贡献度进行量化有助于识别关键不确定性来源,为提高干旱预测和风险评估精度提供依据。本文以北京地区气象干旱为研究对象,采用多因素方差分析法对全球气候模式(Global Climate Model,GCM)、排放情景、干旱指数对北京地区干旱特征变量(历时、峰值和烈度)预测的不确定性贡献度进行量化,通过系统抽样和导函数分析法探讨GCM不确定性被合理估计时的最少模式数量。结果表明:GCM及排放情景与GCM交互作用对该地区平均及最大干旱特征变量预测的不确定性贡献度最大;最大不确定性来源并未具有明显的时空差异性;当GCM少于7个时,其引发的研究区干旱特征变量不确定性被低估。 展开更多

关键词 干旱预测 不确定性 多因素方差分析 全球气候模式 贡献度 北京

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不同类型含水层中的抗生素污染特征及成因研究

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作者 王佳林 潘金伟 刘菲 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期13-22,共10页

抗生素在含水层中构成的风险已经引起广泛关注。为探明抗生素在不同类型含水层中的污染特征及主控因素,识别含水层中抗生素污染的指示因子,本研究在松嫩平原、华北平原和西南岩溶区共采集309组样品,利用超高效液相色谱串联质谱联用仪(UP... 抗生素在含水层中构成的风险已经引起广泛关注。为探明抗生素在不同类型含水层中的污染特征及主控因素,识别含水层中抗生素污染的指示因子,本研究在松嫩平原、华北平原和西南岩溶区共采集309组样品,利用超高效液相色谱串联质谱联用仪(UPLC-MS/MS)分析了35种抗生素含量。结果表明:(1)35种抗生素均有检出,岩溶含水层(34种)和华北孔隙含水层(32种)主要检出喹诺酮类和大环内酯类抗生素,东北孔隙含水层仅检出以红霉素为主的6种抗生素。在孔隙含水层中,松嫩平原整体呈低浓度污染(中位数为2.07ng/L,检出率为100%),华北平原污染偏重(11.76ng/L)但空间占比仅为49%,而岩溶含水层中的抗生素污染整体表现为浓度高,面积广(37.5ng/L,87%);(2)岩溶与孔隙含水层抗生素污染特征差异归因于水文地质条件的差异(开放程度和渗透性),而抗生素的排放强度是导致不同地区孔隙含水层差异的主要原因;(3)基于相关系数的聚类分析识别了不同类型含水层中抗生素的指示因子,TOC能有效指示孔隙含水层的抗生素污染,同时NH^(+)_(4)和SO^(2-)_(4)揭示了人类活动与抗生素的正相关关系,地下水性质参数是岩溶含水层中可靠的抗生素污染指示因子,表现为在偏碱性和呈氧化环境的岩溶水中抗生素浓度偏低。研究结果可为地下水新污染的区域防治提供科学依据。 展开更多

关键词 抗生素 孔隙含水层 岩溶含水层 污染特征 水化学特征

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潜水稳定井流的剖面二维数值模拟方法 被引量：3

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作者 王旭升 谢永桦 陈崇希 《地质科技通报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期27-36,共10页

经典Dupuit井流模型与考虑入渗的改进Dupuit井流模型,都受到Dupuit假定的影响,可能存在系统误差。建立反映三维流或轴对称二维流特性的潜水井流数值模型,是检验Dupuit模型可靠性的重要手段。提出一种模拟潜水稳定井流的剖面二维数值模... 经典Dupuit井流模型与考虑入渗的改进Dupuit井流模型,都受到Dupuit假定的影响,可能存在系统误差。建立反映三维流或轴对称二维流特性的潜水井流数值模型,是检验Dupuit模型可靠性的重要手段。提出一种模拟潜水稳定井流的剖面二维数值模拟方法,通过参数转换把柱坐标系的渗流方程变换为等效的直角坐标系方程,利用MODFLOW方体网格有限差分模型实现剖面二维流场模拟。数值模型以抽水井的井中水位为已知条件,渗出面的排水量按照Darcy定律差分公式计算,潜水面则通过MODFLOW对干-湿单元的处理加以识别,抽水流量经水均衡计算得到。通过采用精细化网格建立典型案例模型,获得模拟精度很高的结果,使反算抽水井流量的相对误差不超过0.2%。以此检验Dupuit井流模型,发现解析公式得到的水位线总体与数值模拟结果一致,仅在抽水井附近由于没有考虑水跃而偏低,且误差受到含水层渗透系数各向异性的影响。在有入渗的情况下,分水岭附近的渗流违反Dupuit假定。然而,改进的Dupuit井流公式计算的分水岭水位相对误差低于1%。这一数值模拟方法简单实用,但也受到MODFLOW本身局限性的约束。 展开更多

关键词 Dupuit假定 抽水井 入渗补给 渗出面 潜水面 各向异性 有限差分法

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基于HYDRUS模拟的ABCD模型变量及参数物理基础研究 被引量：5

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作者 王旭东 韩鹏飞 +4 位作者 张锁 曹志国 王路军 朱晓倩 邢朕国 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期20-27,共8页

以ABCD模型为代表的概念性水文模型是量化水文循环过程的主要手段之一,但是很少有研究检验ABCD模型变量和参数的物理基础及其与传统土壤水力参数的关系。以鄂尔多斯盆地台格庙矿区作为研究区,首先使用HYDRUS-1D软件构建站点尺度土壤-植... 以ABCD模型为代表的概念性水文模型是量化水文循环过程的主要手段之一,但是很少有研究检验ABCD模型变量和参数的物理基础及其与传统土壤水力参数的关系。以鄂尔多斯盆地台格庙矿区作为研究区,首先使用HYDRUS-1D软件构建站点尺度土壤-植物-大气连续体模型模拟获取非冻结期“真实的”实际蒸散量,其作为目标函数对ABCD模型进行校正,然后对比ABCD模型模拟的土壤水储量和土壤水渗漏量与SPAC模型模拟的结果,通过开展大量情景模拟探究ABCD模型中关键参数a和b与传统土壤水力参数之间的关系。结果表明:在站点尺度,ABCD模型可以用于模拟非冻结期月时间尺度的实际蒸散量和土壤水渗漏量;ABCD模型中参数a与饱和含水率、残余含水率和曲线形状参数具有较强的线性相关性,与饱和渗透系数呈对数关系;参数b与饱和含水率和曲线形状参数n具有较强的线性相关性,与饱和渗透系数和曲线形状参数α呈对数关系。研究结果可以提高对概念性水文模型变量和参数物理基础的认识,拓展水文模型在水文地质中的应用。 展开更多

关键词 水文模型 ABCD模型 土壤水力参数 土壤水模拟软件 鄂尔多斯盆地 台格庙矿区

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原位化学氧化修复工程中氧化剂需求量的测算研究现状 被引量：2

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作者 陈凯 刘菲 +1 位作者 杨梓涵 向鑫 《岩矿测试》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期271-281,共11页

原位化学氧化(ISCO)修复技术由于修复周期短、效率高等特点已被广泛应用于土壤和地下水的有机污染修复。ISCO修复中所需的氧化剂的剂量通常用氧化剂需求量来衡量,在实际应用过程中,使用的氧化剂剂量过多或过少均会产生一定的负面影响。... 原位化学氧化(ISCO)修复技术由于修复周期短、效率高等特点已被广泛应用于土壤和地下水的有机污染修复。ISCO修复中所需的氧化剂的剂量通常用氧化剂需求量来衡量,在实际应用过程中,使用的氧化剂剂量过多或过少均会产生一定的负面影响。因此,氧化剂需求量的准确测算对于获得良好的工程修复效益具有重要意义。本文在对氧化剂需求量的组成及定义进行梳理、统一的基础上,重点综述了相关测算方法的原理和应用现状。ISCO修复中总氧化剂需求量(TOD)的组成包括污染物氧化剂需求量(POD)、天然氧化剂需求量(NOD)和氧化剂分解量(DEO)。NOD和DEO的存在为有机污染物有效的修复降解和TOD的准确测算带来了挑战。氧化剂需求量的测算方法可以分为实验法和化学计量模型法两大类,实验法又可以分为批实验法、柱实验法、注抽实验法和反应动力学模型法,批实验法的是目前应用目前较为最为广泛。在实验法中,同一样品的不同时间点获得的氧化剂需求量差距可以达到37%,因此应把污染物浓度在氧化作用下降低到目标限值所需要的时间作为氧化剂需求量的测定时间,并且为了更为精准地提供氧化剂需求量,有必要使用带有测试条件的表达方式来进行表示。目前的氧化剂需求量测算方法多针对于高锰酸钾氧化剂需求量。芬顿试剂和臭氧等分解性较强的氧化剂的DEO可能达到TOD的50%以上,现有方法对DEO的准确测算仍面临困难,应予以特别关注。除了需要开发出能够准确获得DEO的测算方法,场地施工条件对TOD的影响也需要进一步探究,氧化剂需求量的测算仍需一个更为科学的工作流程或指南。 展开更多

关键词 原位化学氧化 氧化剂需求量 实验法 化学计量模型法

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