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再生水灌溉土壤—地下水重金属污染特征与风险评价

宝哲  
【摘要】:本文以北京市东南郊再生水灌区为主要研究对象,采用灌区调查、田间灌溉试验、河道入渗试验相结合的系统方法开展了再生水灌溉土壤、地下水重金属污染特征与风险评价研究。揭示了再生水灌区土壤与地下水重金属的空间分布特征与污染来源,明晰了再生水输配水和灌溉过程中重金属的迁移规律与影响机制,识别了再生水灌溉地下水重金属特征风险污染物,提出了北京市东南郊地区再生水灌溉污染风险分区发展对策。 通过构建再生水灌区环境重金属长期监测网络,揭示了土壤、地下水重金属的空间分布规律。研究表明长期再生(污)水灌溉土壤重金属含量总体处于较低水平,低于《土壤环境质量标准》二级限值。灌区土壤重金属汞(Hg)、铜(Cu)、铅(Pb)随污灌历史增加而增加,河道渠系周边田块灌溉水保证率较高会导致重金属的累积。土壤重金属空间分布与全铁(TFe2O3)、有机质、阳离子交换量、颗粒组分含量显著相关(p0.05)。重金属溯源分析表明Hg、Cu、Pb为再生水灌区土壤优先控制污染物。地下水中Hg、砷(As)在灌区北部污灌历史较长区域有明显累积。As、Cd在灌区地表、地下水中含量具有较好相关性(RAs=0.554、RCd=0.485),土壤与地下水中重金属含量无明显相关性。 提出了再生水长期入渗试验与小区灌溉试验相结合的重金属污染风险识别方法,明晰了再生水输配水、灌溉条件下重金属在土壤、地下水中迁移特征与影响因素。研究发现:以地下水灌溉为对照,10年再生水灌溉土壤剖面Hg累积程度最高(45.85%);Cd、Pb、Cu也出现显著累积(p0.05);Hg、Pb、Cu、Cd为长期再生水灌溉土壤重金属风险污染物指标,风险高低排序为:HgCdCuPb。长期再生水灌溉改变了土壤中重金属与其它共存元素间的相互作用机制;粘粒含量、pH值、有机质以及钠吸附比均为影响再生水灌溉土壤重金属行为特征的重要因素。地表再生水长期入渗对浅层地下水中As、铁(Fe)、锰(Mn)累积产生显著影响(p0.05);距河岸不同距离和层位含水层重金属含量处于较低水平,试验区砂粘交替包气带结构对重金属具有较好的防护性能。 识别了再生水灌溉地下水重金属特征风险污染物,提出了北京市东南郊地区地下水重金属污染风险分区发展对策,将再生水利用区域分为低、中和高三类风险区,面积分别为775km2、1040km2和122km2,占总区域面积比例分别为40%、53.7%和6.3%。


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