基于HYDRUS-1D模型模拟关中盆地氮在包气带中的迁移转化规律

以陕西关中盆地为研究区,利用HYDRUS-1D软件构建土壤水分运移模型、作物根系吸水模型和溶质运移模型,模拟了"三氮"在包气带中的迁移转化过程。结果表明:1)作物根系吸水吸氮规律一致,且主要吸收氨氮形式的氮素,吸收率为35%;2)亚硝态氮和硝态氮更容易被淋失到地下水中,且主要以硝态氮为主;3)不同包气带岩性对"三氮"向下迁移的速率和迁移量影响很大。     

非均质包气带三氮累积转化模拟砂箱试验

为研究包气带非均质结构对氮素迁移转化的影响,采用室内砂箱实验模拟了1.72 mm/h降雨强度下NH₄-N污染非均质包气带的过程。通过观测出水及土壤溶液中NH₄-N、NO₂-N和NO₃-N质量浓度变化,分析探讨了NH₄-N在含有两个亚粘土透镜体的非均质包气带介质中的迁移转化和累积时空分布特征。结果表明：经过89 d物理吸附和微生物作用,出水NH₄-N首先迅速增加然后逐渐减小,而出水NO₃-N含量持续增加,其间NO₂-N出现累积峰,系统最终达到平衡稳定状态;土壤溶液中NH₄-N在两亚粘土透镜体上表面累积较多,NO₃-N和NO₂-N在上透镜体中的累积含量大于下透镜体;而砂槽上部土壤中出现明显的NO₃-N累积,NH₄-N和NO₂-N则在下部土壤和亚粘土透镜体中累积较多。包气带介质质地、粗 细交互结构及降雨淋溶、水分运移对“三氮”的迁移转化和富集有重要影响。     

水体中三氮转化规律及影响因素研究

以城市污染水体为对象,研究了水体中氨氮（NH3-N）、亚硝酸盐氮（NO3^--N）、硝酸盐氮（NO3^-N）的转化及去除规律。结果表明,温度对水体中三氮（氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮）的去除具有重要的影响,在夏季实验中三氮的转化及去除速率明显高于冬季;而在温度相似的情况下,光照则成为影响三氮转化去除速率的决定因素,还发现,在黑暗条件下,水体中亚硝酸盐氮、硝酸盐氮出现明显的累积现象,而在光照情况下则没有。由此推断,在光照条件下藻类生物的同化作用在三氮转化和去除中起了主要作用,藻类生物同化导致的三氮转化和去除速率明显高于硝化-反硝化过程。     

理想条件下混合型水库(湖泊)"三氮"迁移转化数学模型及其解

建立了理想条件下混合型水库(湖泊)"三氮"迁移转化数学模型,并给出了入库和出库变流量情况的解析解,即"三氮"迁移转化规律的解析表达式,根据解析表达式可以计算任何时刻"三氮"的变化情况。给出了"三氮"转移速率常数的计算公式,根据给出的"三氮"表达式可以预测水库(湖泊)水体"三氮"的变化规律,为防治水库富营养化和生活污染提供了科学依据。     

关中盆地地下水特殊脆弱性及其评价

关中盆地浅层地下水面状硝酸盐污染严重,以"三氮"为主要污染物.分析了地下水特殊脆弱性内涵,以及地下水本质因素、人为因素及污染物特殊因素等对脆弱性的影响,并从中选取13个评价因子.将包气带"三氮"迁移转化过程数值模拟结果耦合到脆弱性评价模型中,使过程模型与评价模型结合起来,再结合GIS技术,对地下水特殊脆弱性进行了评价.结果表明,易引起地下水"三氮"的地区主要分布在渭河中下游冲积平原、黄土台塬洼地、以及渭河南岸西安一带小于20 m厚的黄土台塬等地区.从2001年关中盆地地下水"三氮"污染分布来看,这些地区地下水硝酸盐已出现大面积超标,评价结果与地下水实际"三氮"污染情况基本吻合.     

河套平原盐渍化地区非饱和带氮的分布特征及影响因素

土壤氮在植物生长、土壤理化性质和微生物活动中扮演着重要的角色.为了识别盐渍化地区非饱和带氮的迁移过程,以河套灌区典型盐渍化耕地为例,通过非饱和带监测和水化学统计分析,探究了土壤剖面中氮素分布的差异性及主要影响因素.结果表明,研究区0～100 cm土层深度土壤氮含量处于较低水平,NO3-N、NH4-N和NO2-N含量平均...     

地下水位波动带三氮迁移转化过程研究进展

三氮是我国地下水中典型污染物,其在包气带和含水层中的迁移转化过程受到高度关注。近几年,地下水位波动带中的三氮迁移转化已经成为新的研究领域。在综合运用文献计量分析法,定量分析相关研究趋势的基础上,系统总结地下水位波动带形成及特点,梳理波动带中三氮迁移转化过程及生物地球化学过程最新研究表述及成果,并对今后可能的研究热点和方向进行了展望。现有研究表明:水位波动带中环境指标如土壤含水率、氧化还原电位、溶解氧和有机质含量均表现出一定的分带性规律,微生物菌群结构和功能基因更多样化,并呈现一定的分布特征。随着地下水位波动,包气带中的三氮易浸溶进入地下水并发生迁移。地下水位上升,硝化作用减弱,反硝化作用增强;地下水位下降,硝化作用增强,反硝化作用减弱。为完善水位波动带三氮迁移转化过程研究,应进一步关注:（1）将水化学演化分析与分子生物学高通量测序方法相结合,深入探究水位波动带三氮转化与微生物作用机理;（2）除关注硝化、反硝化作用外,增加异化还原、同化还原和厌氧氨氧化等作用过程的研究;（3）细化分析更多情境、更多影响因素的水位波动过程,识别水位波动带三氮转化的关键影响要素。     

地下水硝酸盐污染的同位素研究进展

土壤原生氮、无机化肥和动物粪便等氮源中15N富集程度存在差异,使得利用稳定同位素N(δ15N/14N)能有效识别地下水中NO3-的来源。但N不是一个稳定的示踪剂,地下水中NO3-的δ15N是N源的初始δ15N值、后期进入含水层的迁移路径中和地下水流运动途径中不同形态的N之间相互转化过程,如矿化、吸附、硝化和反硝化作用,发生的同位素分馏作用后的综合反映。利用地下水中NO3-的δ15N确定其来源必须首先确定分馏作用是否发生及其反应程度。本文重点探讨了判断分馏作用是否发生及其反应程度的方法,总结了N同位素判别地下水NO3-污染源方法的发展历程,并指出未来研究工作应该以硝酸盐在包气带中的迁移转化规律为重点。     

“三氮”在地下水-包气带中的迁移转化及原位修复技术研究概述

地下水"三氮"(硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮)污染已成普遍之势,吸引了国内外学者的广泛关注,取得了大量的科研成果。在已有研究的基础上,梳理了"三氮"在地下水-包气带中的迁移转化机理,概述了影响"三氮"迁移转化的主要因素及研究成果,分析了PRB原位修复技术的研究现状,提出了现有研究存在的问题及改进方向。     

地下水氮循环与砷迁移转化耦合的研究现状和趋势

地下水中铵根、砷、溶解铁的共存是一个普遍现象。它们之间发生强烈的相互作用,并影响地下水系统的氮循环和砷迁移转化。文章在系统总结地下水氮循环过程及影响因素、地下水氮循环功能微生物及特征、地下水砷富集的水文地球化学过程等国内外研究现状的基础上,深入分析了地下水系统中的氮循环过程（硝化、反硝化、铁铵氧化、厌氧铵氧化、硝酸根异化还原产铵等）对地下水砷迁移转化的影响,总结出含水层中铁氧化物和溶解态Fe(II)的动态转化是氮循环影响地下水中砷迁移转化的重要桥梁。据此提出不同氧化还原环境的含水层中氮循环过程、地下水氮循环与砷迁移转化耦合机理、Fe(III)-Fe(II)的循环-地下水氮循环-砷迁移转化之间的相互作用过程、地表水-地下水相互作用带氮-铁-砷的循环过程及其对人类活动的响应等是今后该领域需要关注的重要科学问题和主要发展趋势。这些科学问题的解决不仅有利于识别地下水中氮的来源和迁移转化,而且有利于提高对高砷地下水富集机理的整体认识。     

基于VSF的非饱和-饱和带耦合过程的三维水流数值模拟

包气带作为"四水转化"的关键带,在地下水流与溶质运移模拟中起着重要作用。VSF是一款基于MODFLOW-2000开发的用于模拟非饱和-饱和带水分变化和运移过程的数值模拟程序。本文首先介绍了VSF程序的设计原理与结构,并重点介绍了VSF区别于MODFLOW-2000的用以概化非饱和带水分运移和边界条件设置的子程序包模块,包括Richards方程渗流(REF)、浸润面(SPF)、地表滞水(PND)、地表蒸发(SEV)和植物根区蒸散发(RZE)等子程序包。本文以REF、SPF、PND和SEV等子程序包为例,将VSF与MODFLOW-2000耦合应用于一个非饱和-饱和带水流运移过程的模拟算例。结果表明,VSF可与MODFLOW耦合实现饱和带水位与非饱和带饱和度的同步计算,并能刻画模型中单元格饱和状态的变化过程,其多种实用的边界条件可提供较为全面的模拟条件,是模拟实际包气带-饱和带耦合问题的有效工具。     

Effects of agricultural practices on nitrogen distribution in unsaturated soils

Nitrogen fertilizer consumption is very common in the agricultural practices. Nitrogen application could be an important source of groundwater N pollution. Normally, nitrogen can pass through the unsaturated zone to pollute the groundwater. Different agricultural practices have different cultivation methods, accordingly different fertilization and irrigation techniques. Hence, the agricultural practice determines the environment of the unsaturated zone, which subsequently determines the extent of groundwater N pollution. To verify the pollution modes and transformation mechanisms of nitrogen, both in situ and laboratory tests were conducted at four different sites to study the effects of agricultural practices on nitrogen distribution in unsaturated zones. The inorganic nitrogen in soil is extracted by potassium chloride solution, and the soil utilization form and pollution type are identified by δ¹⁵N by comparing with the known standard values. The experimental results indicate that continual fertilization and sewage irrigation in these agricultural regions were the primary sources of nitrogen in the unsaturated zone. In the soils planted with rice, δ¹⁵N–NH₄ ⁺ was relatively elevated due to ammonium volatilization. In the unsaturated zone of rice–wheat rotation fields, NO₃ ^?–N and δ¹⁵N were both elevated because of manure fertilizer. Meanwhile, denitrification also occurred in the hypoxic environment due to the high soil water content.     

非饱和土中水流入渗和气体排出过程的求解

采用孔隙介质力学分析方法,把土体骨架、孔隙水和孔隙气分别作为独立的研究对象,结合孔隙水和孔隙气在气液交界面上满足的力学条件建立耦合方程,求解非饱和土中孔隙水的入渗和孔隙气体的排出过程。对标准砂进行的一维有压水流入渗试验和计算表明,孔隙气的排出过程影响孔隙水的渗流运动。数值计算与试验结果拟合较好。     

河流污水非饱和入渗对沿岸地下水质的影响

在分析河流污水非饱和入渗过程和输移机理的基础上,建立了河流污水非饱和入渗对沿岸土壤及地下水质影响的预测预报模型。该模型将水力传导率分离为饱和水力传导率项和相对水力传导率项,并运用全隐式差分和时间中心差分格式分别离散,计算过程中根据土壤饱和度调用不同格式,克服真解波动和耗散现象。取得了良好效果。以江苏省徐州市奎河的徐村和黄桥河段污水中的保守性污染因子Cl-和非保守性污染因子氮为例,研究非饱和入渗污染物在土壤及地下水中迁移转化过程的模拟模型参数,运用所率定的参数进行预测计算,计算值与相关的实测值进行对比分析,结果表明,两者吻合良好。     

半干旱地区地表-地下水系统水热运移与裸土蒸发研究

地表-地下水系统水、热迁移转化与裸土蒸发机理研究对于水量平衡以及地表能量转化具有重要意义。以鄂尔多斯盆地风沙滩地区为研究区,基于原位蒸渗仪长期观测,结合数值模拟,选择2种地下水位初始埋深分别为80 cm（浅埋深）和290 cm（深埋深）的情景,研究了变饱和带水热迁移转化的动力学过程以及对裸土蒸发的影响。结果表明:变饱和带土壤水的运动规律受水头梯度和温度梯度的共同驱动,且在不同水位埋深条件下呈现不同的运动方式;浅埋深条件下,受水头梯度的作用,土壤的毛细上升高度能够到达地表,蒸发条件下土壤水在毛细力驱动下向上运移,土壤内部不存在零通量面,温度对水分运动的影响较小,发现当地下水位埋深小于毛细上升高度时,地下水在毛细力作用下直接贡献土壤蒸发;深埋深条件下,水头和温度是土壤水运动过程的关键因素,位于地表以下18 cm以浅土壤内部出现孤立的零通量面,阻止了土壤水的向上运移,导致蒸发量减小。当地下水位埋深大于毛细上升高度的1.6倍时,地下水不再直接参与土壤蒸发,但会间接地影响包气带的水分转化;因此模拟期间浅埋深的裸土累积蒸发量约为深埋深累积蒸发量的4倍。     

Assessment of nitrate contamination in unsaturated zone of urban areas: The case study of Tehran,Iran

Modeling fate of nitrogen in unsaturated and saturated zone is a complex process, which requires detailed geochemical data. Complexities of the process as well as data insufficiencies are two major issues, which make quantitative assessment of the problem more complicated. In this work, a lumped-parameter model (LPM) is proposed that has been evaluated for a data-limited case to study temporal and steady-state behavior of Nitrate and Ammonium in unsaturated zone. The concentration of components in the model are assumed as the depth-averaged concentrations, and dispersive fluxes have been neglected. The case study area is Tehran City aquifer, which is highly contaminated by domestic wastewater discharge into the groundwater. Three sources for Nitrogen contamination have been studied, namely domestic wastewater, park/recreational applications, and wet deposition. Results show that Nitrate production in the first few meters (<5 m) is quite large. To compare the model results with the measurements, error estimation analysis based on Vornoi map has been fulfilled. Finally, it is shown that there is a fairly good correlation coefficient between simulation and measurements, which approves the validity of the LPM.     

水流入渗和气体驱替过程二维问题的耦合求解

采用孔隙介质力学分析方法,把土体骨架、孔隙水和孔隙气体分别作为独立的研究对象,结合孔隙水和孔隙气体在气、液交界面上的力学条件建立耦合方程,研究非饱和土中孔隙水的入渗和孔隙气体的排出过程,为水流入渗问题的求解提供了一种新的方法。将此种方法应用于二维水流入渗问题的数值求解,利用简单的工况校验了这种计算方法的可靠性。通过对砂体和粉煤灰断面进行的二维水流入渗计算表明,孔隙气体的排出过程影响孔隙水的入渗运动。     

非饱和红层路堤沉降理论与应用研究

路堤本体主要是非饱和土,其变形由3部分组成,即瞬时压密产生的变形、主固结产生的变形和次固结产生的变形,因此其理论也应反映这3部分变形。以单轴压缩红层蠕变试验为基础,提出基于非饱和土单变量理论的红层非饱和土路堤沉降计算理论;通过算例对遂渝客运专线遂宁段某工点实际填筑过程的进行了数值模拟,并对其工后沉降进行了预则,结果表明,模拟结果与现场监测数据预测的结果相符,说明该理论是正确的?     

冯家江流域水体中氮的空间分布特征

冯家江是北海市区重要的生态廊道.研究冯家江流域水体中氮的空间分布特征、污染来源、影响因素,对掌握冯家江流域氮污染现状及污染防控等具有重要的现实意义.本研究应用地统计学方法分析了冯家江流域地表水及沿岸地下水中氮污染物的空间分布特征.结果表明,地表水中氮污染物呈现出"高氨氮、低硝氮"的特征,NH3-N 质量浓度平均值高达5...