青藏高原西部、南部和东北部边界地区天然水的水化学性质及其成因

特殊的地理和人文环境致使青藏高原天然水拥有独特的水化学性质并保存着较完整的原生状态,但随着人类活动强度的持续增大,可能导致当地水环境及水化学性质发生改变。通过对青藏高原存在人类活动的西部、南部和东北部边界地区进行水样采集、分析与测定,并探讨了当地天然水水化学性质的区域差异及其成因规律。结果表明：青藏高原不同边界地区天然水的物理性质、水化学性质和成因均存在差异,这些差异主要是地理环境、地质条件等综合作用的结果;水样pH的平均值为7.75,总溶解固体（TDS）的均值为171 mg/L,总硬度（TH）的均值为168 mg/L,总体来看水质较好,大部分能够满足国家和世界卫生组织（WHO）生活饮用水卫生标准,适宜饮用;水样中Ca ²⁺和Mg ²⁺为主要阳离子,HCO₃ ^-和SO₄ ^2-为主要的阴离子,主要由碳酸盐的风化和蒸发岩的溶解共同控制且碳酸盐岩风化的过程更为强烈;各边界地区天然水中的生物源物质均远低于国家和WHO标准,表明目前这些地区受人类活动的影响仍较小。     

西藏地区天然水的水化学性质和元素特征

为了调查西藏的水质和水资源特色,2013 年在西藏拉萨、那曲地区、阿里地区、日喀则地区36 个县乡镇采集了60 个水样（地下水35 个,地表水22 个,温泉水3 个）,对其水化学性质与元素含量进行分析测定,并与周边的青海西南部、新疆南部、四川西部与西藏东部等地水的水化学类型进行了对比,讨论了不同地区内水化学类型的差异。总体上看西藏大部地区水质较好,能够满足国家生活饮用水卫生标准。水样pH 处于6.75~8.21 范围内;总溶解性固体（TDS） 均值为225.54 mg/L;阿里地区水中砷元素含量超标（超过10 μg/L）,双湖地区水中氟含量超标（超过1 mg/L）;水化学类型主要为Ca-HCO₃型;由南向北水中阳离子由以Ca²⁺ 为主逐渐过渡到以Na⁺ 为主,阴离子HCO₃^- 逐渐减少,Cl^- 与SO₄^2- 逐渐增多;河流水与冰川融水的成因类型主要为岩石风化型,地下水成因受多种因素控制;构造分区控制水中主要元素进而影响水化学类型。     

天水及其南北地区地热水水化学特征及起源

运用水化学和同位素示踪的原理追溯地热水的水岩相互作用和起源,得出武山和天水地热水为pH较高(7.94~9.06)的低TDS(226~255 mg/L)HCO₃型水,通渭和清水地热水为pH较低(7.1~8.07)的较高TDS(915~1 793 mg/L)SO₄型水,地热水的水化学特征主要受不同的围岩及与围岩相互作用的程度所控制。地热水的δD和δ¹⁸O值说明地热水起源于大气降水,且未受水-岩同位素交换明显影响。综合应用各种地热温标,估算地热水的热储温度为70~111℃,属于中低温地热资源。对年均降雨量约500 mm的天水及其南北地区,应采取采、停交替的地热水利用方式。     

巴丹吉林沙漠湖泊及地下水化学特征

通过对巴丹吉林沙漠丘间湖泊和古日乃、雅布赖、阿拉善右旗等地及其周围浅层地下水离子化学成分分析,探讨了沙漠地区湖水与地下水化学成分特点、水化学类型、空间变化和湖水补给来源。结果显示,巴丹吉林沙漠湖泊水的pH、盐度、TDS和电导率均远远大于地下水。湖水样品中Na⁺和Cl^-含量占绝对优势,大多数盐度较高的湖泊属于Na(K)-Cl-(SO₄) 型,个别盐度较低的微咸湖属于Na-(Mg)-(Ca)-Cl-(SO₄)-(HCO₃) 型。地下水的化学类型多数为Na-(Ca)-(Mg)-Cl-(SO₄)-(HCO₃)型,属微咸水,个别为Na-Cl-SO4型的咸水。沙漠东南部湖群水的pH值、盐度、TDS和电导率比较低,呈微碱性,属微咸湖;而北部湖群水的pH、盐度、TDS和电导率远远大于东南部湖群,呈中等碱性,为盐水湖。湖水离子化学特征显示沙漠东南部湖群自南向北的演化趋势为：微咸湖→咸水湖→盐水湖。湖水离子化学成分短时间序列变化指示,近9 年宝日陶勒盖、巴丹东湖、巴丹西湖、诺尔图、呼和吉林湖水中的大多数离子的含量有所降低,表明其近9 年来淡水补给量增多。湖水化学成分与湖水位高度显示,巴丹吉林沙漠湖群湖水流向是由东南流向西北。水化学成分和水位分布高度表明,该区沙漠湖水主要来自当地降水补给和来自沙漠东南缘雅布赖山和南缘的黑山头山地降水的补给,而来自祁连山区来水补给的可能性很小。     

基于稳定同位素的海河源区地下水与地表水相互关系分析

对海河流域源区的丰、枯水期降水、地下水、河水进行取样测试,分析了海河源区不同水体氢氧稳定同位素组成及水化学的时空分布特征,同时运用同位素二元混合模型对典型采样点地表水地下水间的相互作用进行了定量分析。结果表明：① 丰水期地下水及地表水δD和δ¹⁸O及总溶解性固体(TDS）表现出显著的空间差异性,而枯水期只有地下水的同位素组成及水化学特性表现出空间差异。②研究区的地下水水化学类型以Ca-HCO₃·SO₄、Ca-HCO₃型为主,丰水期河水与地下水化学类型较为相似,枯水期地下水化学类型与同时期的河水及大气降水的水化学类型存在显著的差异,说明枯水期地表水与地下水之间的转化关系不明显。Gibbs分析结果表明,控制海河源区水体化学性质的主要影响为岩石风化作用。③枯水期地下水受其他水体影响较弱,而丰水期河水及大气降水对地下水具有显著的补给作用,3个源流区中西源的地表河水对地下水影响最显著。     

1960-2013年南北疆风速变化特征分析

利用较为均匀分布在新疆的45个气象站1960-2013年平均风速数据,通过气候趋势分析、气候突变分析、Morlet小波分析、Pearson相关分析等方法,研究近50 a来南北疆平均风速变化特征,结果表明：（1）1960-2013年南北疆地区年平均风速分别以0.15 m·s^-1·（10 a）^-1和0.14 m·s^-1·（10 a）-1的速率显著降低,1960-1990年南北疆年均风速分别以0.21 m·s^-1·（10 a）和0.18 m·s^-1·（10 a）^-1速率降低;1991-2013年北疆以0.01 m·s^-1·（10 a）^-1的速率下降,而南疆却以0.17 m·s^-1·（10 a）^-1的速率上升,各季节风速变化趋势与年序列相似。（2）四季中,南北疆的年递减率均是夏季最为显著,北疆是冬季变化不明显,而南疆其余各季节相差不大。（3）从空间分布上显示,北疆各站点总体较南疆明显,低海拔区递减幅度较大。（4）风速的长期变化具有一定的突变性,南北疆的平均风速均在1980年前后出现明显的突变点,从各季节平均风速来看,北疆春、夏、秋季突变出现的时间稍早于冬季,南疆春季突变出现的时间稍早于夏、秋和冬季。（5）Morlet小波分析结果显示,南北疆风速变化均存在4 a、8 a及15～20 a左右的变化周期,春夏秋冬各季节表现出强弱不一致,体现出季节性变化。（6）城市化发展对风速的变化产生了一定影响,但不是风速显著下降的主要原因,大气环流变化和气候变暖才是造成风速减小的可能原因。     

塔里木盆地南缘策勒绿洲区地下水TDS空间变异及水化学特征分析

基于策勒绿洲78个取样点的地下水的观测资料,结合地理信息系统,运用地统计学方法和Sigmaplot10.0中的Piper模块,研究塔里木盆地南缘策勒绿洲区地下水TDS（Total Dissolved Solids）的时空变异,揭示地下水水化学特征及其演变的主要水化学过程。结果表明:①地下水TDS存在强烈的空间相关性,其空间相关距离为4.4 km,在步长为6 km范围之内,地下水TDS的空间变异是各向同性的,当步长大于6 km时,4个方向上的半变异函数发生了不同的变化;②绿洲南部区域为地下水TDS的低值区,最小值为551 mg·L-1,由南向北地下水TDS呈增加的趋势,在北部地下水埋深低值区的TDS最大值为7 192 mg·L-1;从地下水水流方向上看,即从绿洲西南的低值区向北,再转向东北区方向,地下水TDS逐渐增加,最大值为3 677 mg·L-1;③浅层地下水化学类型变化复杂,主要从Na-Ca—SO4-Cl-HCO3、Na-Ca—SO4-Cl型向Na—SO4-Cl-HCO3和Na—SO4-Cl型演化。     

黑河流域中游绿洲边缘地表水和地下水水化学特征分析

以黑河流域中游典型绿洲边缘地表水（水库水、河流水）和地下水为研究对象,选取2005—2013年地下水和地表水水化学离子连续监测数据,综合运用描述性统计、Piper图、Gibbs图、离子相关性等方法,对水化学类型及其控制因素进行系统分析。结果表明：① 在2005—2013年地下水总溶解固体（TDS）呈上升趋势,而地表水（河流水和水库水）TDS呈下降趋势,同时,地下水TDS显著高于地表水;② 在年际尺度,地下水离子浓度均随时间增加而显著升高,而河流水和水库水离子整体呈下降趋势;在年内尺度,地下水NO₃^?离子浓度呈现8月显著高于5月的特征,河流水Ca²⁺、SO₄^2?离子浓度8月高于5月,而水库水所有离子含量5月高于8月;③ 在2005—2013年,地表水和地下水水化学类型变化：地表水水化学类型在2005—2009年由HCO₃^?-SO₄^2?-Ca²⁺-Mg²⁺ 转变为HCO₃^?-Ca²⁺-Na⁺,而2009—2013年水库水转变为HCO₃^?-SO₄^2?-Ca²⁺-Mg²⁺,河水转变为HCO₃^?-SO₄^2?-Ca²⁺-Na⁺;地下水水化学类型由HCO₃^?-SO₄^2?-Ca²⁺-Mg²⁺ 型转变为SO₄^2?-HCO₃^?-Ca²⁺-Na⁺-Mg²⁺ 型;地表水和地下水中SO₄^2?、NO₃^?变异系数最大,是随环境因素变化的最主要敏感离子;④ Gibbs图表明,地表水和地下水中离子主要来源于岩石风化作用,方解石、白云岩等碳酸盐岩或硅酸盐岩矿物的风化溶解是该地区离子主要来源。     

中国二氧化硫减排分析及减排潜力

SO₂是中国主要污染物总量控制指标之一。分析SO₂排放变化和影响因素对今后SO₂及其他污染物减排具有借鉴意义。在分析近10 a来尤其是"十一五"期间中国SO₂减排趋势的基础上,通过构建对数平均权重模型和减排潜力模型分析SO₂减排的影响因素和减排潜力,并对"十二五"SO₂排放进行情景分析。结果表明:SO₂排放量呈先上升后下降的变化趋势,"十一五"减排目标顺利实现;2005~2009年,中国工业SO₂排放量平均每年减少65×10⁴ t,其中,经济增长平均每年促进SO₂排放量增长315×10⁴ t,技术进步则平均每年使SO₂排放量减少344×10⁴ t,行业结构因素平均每年减少SO₂排放量36×10⁴ t;中国SO₂排放强度存在着绝对趋同和条件趋同,在条件趋同下,2009年中国各地区SO₂减排空间为738×10⁴ t,相当于当年SO₂排放量的1/3;"十二五"期间,若工业SO₂减排目标为8%~10%,则其去除率在2015年末需达到74%~80%,减排形势将依然严峻。     

西藏山南地区沉错湖泊与径流水化学特征及主控因素初探

选取枪勇冰川径流-卡鲁雄曲（河）-沉错（湖）为研究区域,开展高原湖泊及其补给河流与冰川径流的水化学特征研究,并探讨影响主离子组成的主控因素。结果表明：夏季湖水主要离子呈均匀混合状态,pH值、电导率、TDS及优势阴阳离子在整个湖泊空间上变化不显著;总体上,从上游冰川融水径流、河水至下游湖泊,离子浓度呈现上升趋势;融水径流及河水的水化学类型主要受岩石风化作用控制,表现为SO₄^2--Ca²⁺-Mg²⁺类型;沉错湖水的水化学类型主要受蒸发结晶作用控制,表现为SO₄^2--Na⁺-Ca²⁺类型,在蒸发作用下Ca²⁺逐渐沉淀析出,Na⁺浓度不断升高而成为绝对优势阳离子。     

中国城市空气污染时空分布格局和人口暴露风险

近年来,中国空气污染及其对人口健康危害的时空分布呈现出新的特征。论文使用5 a(2015—2019年)间逐小时的空气质量监测数据,利用变化率计算、热点分析、趋势分析和超标频数统计等方法,分析了中国332个城市的空气质量及人口空气污染暴露风险的时空分布特征,结论如下：① 中国城市近年来空气质量有好转趋势,环境空气质量指数(AQI)下降的城市占所研究城市总数的91.3%;PM_2.5、PM₁₀、SO₂和CO等4种污染物浓度均有所下降,而NO₂和O₃浓度有所上升;② PM_2.5、PM₁₀、SO₂和CO浓度变化率的热点分布于新疆地区和云南—华南地区,NO₂浓度变化率的热点为新疆地区和河套平原,O₃浓度变化率的热点为华北平原至长江中下游流域;西北地区和华南地区空气质量变化幅度较小;③ 9个城市在PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂、O₃和CO等6种污染物中均有暴露,分布于山西、河北与山东。暴露风险均为0级的低风险城市共有12个,分别位于新疆、云南、贵州、四川、广东、福建和黑龙江。研究结论对于跨区域空气污染的协同治理以及制定差异化的空间人口流动管理政策具有重要参考价值。     

慕士塔格山卡尔塔马克冰川补给径流与非冰川补给径流水化学特征及主控因素研究

2016年7~8月对慕士塔格山卡尔塔马克冰川补给径流与非冰川补给径流进行了采样分析,通过统计分析、主成分分析、Piper图、Gibbs图、正演模型等方法分析了冰川补给径流和非冰川补给径流的水化学特征及其主控因素。结果表明：冰川补给径流和非冰川补给径流两种水体均呈碱性,水化学类型皆为Ca²⁺-SO₄^2--HCO₃^-,但冰川补给径流和非冰川补给径流的pH值、EC和TDS均存在显著差异（p<0.05）,主要离子浓度间均存在极显著差异（p<0.01）。冰川补给径流中所有离子具有同源性,而非冰川补给径流NO₃^-显示出与其它离子来源不同。正演模型结果显示,大气输入、硅酸盐风化、碳酸盐风化和蒸发岩溶解对冰川补给径流和非冰川补给径流中离子浓度的贡献率分别为10.47%、0.55%、65.61%、23.37%和1.52%、19.57%、60.37%、18.54%。在冰川补给径流中,碳酸盐风化对径流中离子浓度的贡献占主导地位,蒸发岩溶解占次要地位;在非冰川补给径流中,碳酸盐风化亦占主要支配地位,而硅酸盐风化占次要地位。两者差异的原因是硅酸盐风化相比蒸发岩溶解更难进行,冰川补给径流中水岩相互作用时间较短,故硅酸盐风化贡献率较低;而非冰川补给径流经过更充分的水岩相互作用,故硅酸盐风化贡献率较高。其成果可为西部地区水资源管理应用提供参考。     

天山哈密榆树沟流域地下水化学特征及其来源

根据天山哈密榆树沟流域地下水的pH 值、总可溶性固体（TDS）、电导率（EC）和主要化学离子的测定,运用综合特征描述法、三角图示法、相关性分析和主要离子比值法,探讨了流域地下水的水化学特征及其形成原因。分析结果表明：地下水的pH 值为中性略偏碱性;阳离子中Ca²⁺ 质量浓度含量最高,阴离子中HCO₃^-浓度最高,阳离子质量浓度序列为Ca²⁺ >Na⁺ >Mg²⁺ >K⁺,阴离子质量浓度序列为HCO₃^->SO₄^2- >Cl^- >NO₃^-;该流域地下水主要离子类型为HCO₃^--Ca²⁺ ;TDS 含量分别为104.33 mg·L^-1和99 mg·L^-1,属于弱矿化度水;地下水中离子组成主要受碳酸盐风化作用的影响。     

北疆地区的水化学组成特征及其影响因素

流域尺度上的水化学组成特征和来源会受到何种因素的影响和限制,是研究区乃至全球环境变化的焦点问题,需要综合考虑不同地表要素和环境下的天然水体来揭示其答案。本文选择北疆地区的三大水系（伊犁水系、准噶尔水系、额尔齐斯水系）开展水化学组成研究,以期认识中亚造山带中部干旱环境下典型水系的水化学组成特征、成因及其影响因素。本研究利用已采集的北疆三大水系天然水样品及其水化学组成分析数据,同时系统收集了北疆及其周边地区文献资料,并与其他中纬度地区和国际典型气候带地区进行了综合对比。综合数据分析结果表明,北疆水系的河流溶解性固体总浓度（TDS值）普遍高于中国季风区和湿润地区河流,也高于世界平均水平;水体的主要阴阳离子分别以Ca²⁺和HCO₃^-占主导地位;主量离子间相对浓度与中国东部季风区河流类似,也与世界大部分以碳酸盐岩风化为主导的河流相似。岩石风化作用在水化学成因上对北疆大部分地区都占据主导地位;进一步定量的结果发现,不同来源对天然水溶质贡献量大小的顺序为：蒸发岩溶解>碳酸盐岩风化>硅酸盐岩风化>大气降水,证明了蒸发岩溶解和碳酸盐岩风化的主导地位。对比硅酸盐岩风化与碳酸盐岩风化,北疆水系的中低地形区硅酸盐岩影响更大,海拔较高的山地地区则碳酸盐岩影响更大。区域降水、水热组合、径流、岩性等因素都对水化学过程产生重要的影响,但与温度的关系不明显,与流域物理侵蚀过程及其季节变化等的关系尚不明确,需要开展进一步的研究工作。     

科尔沁沙地奈曼地区地下水水质时空变化特征

区域地下水水质是水质评价的重要内容,也是合理制定地下水开发利用及保护治理方案的基本前提。以科尔沁沙地奈曼地区地下水水质为研究对象,选取2005-2014年地下水水质监测数据,分析地下水水质时空变化特征。结果表明：近10年来奈曼地区地下水水质各指标均值均低于地下水Ⅱ类标准,pH值、NO₃^-含量、化学需氧量（COD_cr）在局部地区出现超标现象,但水质总体较好;该地区地下水矿化度（TDS）与Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、HCO₃^-、SO₄²⁺浓度及COD_cr具有明显的正相关关系,即随着Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、HCO₃^-、SO₄²⁺、COD_cr浓度的增加,TDS也会增加;各主要指标浓度随时间呈下降趋势,SO₄²⁺、Na⁺、HCO₃^-浓度及TDS较稳定,而Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、PO₄^3-浓度及COD_cr随时间变化较为明显;Ca²⁺、Mg²⁺ 、HCO₃^-、SO₄²⁺浓度及TDS农田非灌溉井> 农田灌溉井> 沙地水位井,Na⁺、COD_cr浓度沙地水位井> 农田非灌溉井> 农田灌溉井,NO₃^-浓度沙地水位井> 农田灌溉井> 农田非灌溉井;该地区地下水水质变化主要与碳酸盐岩溶解、农药化肥的使用、工业及生活污水排放有关。     

巴丹吉林沙漠湖泊与地下水化学参数初步研究

通过分析巴丹吉林沙漠内部8个泉水、12个井水、51个湖水的化学参数,初步探讨了湖泊与地下水化学参数的空间分布规律,比较近10 a来湖水矿化度值的变化情况,并对地下水与湖水各水化学参数值进行了对比分析。结果表明,沙漠腹地湖水TDS值从西北向东南逐渐降低,Na-Cl-CO3-(SO4)型湖水向东南过渡成Na-CO3-Cl-(SO4)型湖水,推测这种分布状况主要受当地气候的影响,同时受制于局部环境条件;沙漠东南边缘湖水矿化度值长期维持低值,SO2-4离子含量较CO2-3高,气候条件相对腹地湿润,可能存在大量的淡水资源补给;湖水TDS值的年际变化主要受气候变化的控制;沙漠地下水矿化度值并未出现和湖水类似的空间趋势性,并且地下水和湖水的TDS值线性相关不显著。