专栏名称: R语言与水文生态环境
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【文献情报】| J. Cleaner Prod. |基于地下水化学动力学识别人类活动对地下水环境影响的空间格局和驱动因素!

R语言与水文生态环境  · 公众号  ·  · 2024-12-18 00:02

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(一)基本信息
  • 期刊: Journal of Cleaner Production

  • 中科院分区: 1区 环境科学与生态学

  • 影响因子(IF):9.7

(二)作者信息
  • 第一作者:Yuandong Deng

  • 通讯作者:Xinqiang Du

  • 第一作者单位:Guangdong-Hong Kong Joint Laboratory for Water Security, Beijing Normal University, Zhuhai, 519087, China

  • 原位连接:https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.144436

(三)文章亮点
  • (1)揭示人类活动对地下水环境影响的空间格局;

  • (2)溶滤作用是控制区内地下水化学的主要过程;
  • (3)人为因素主导区地下水化学动力学常数的经常性波动;化学动力学方法能有效识别人类活动对地下水的影响;
  • (4)人为因素主导的区域在包气带内表现出有限的防污性能。
(四)摘要
全球地下水的质量和数量受到人类活动和气候变化的显著影响。有效识别自然和人为对地下水环境的影响程度对水资源保护和管理至关重要。本研究于2011 - 2020年间在中国三江平原农业区共采集了706个地下水样品。采用多元统计分析-水化学和地下水化学动力学方法,分别绘制了天然和人为对地下水环境的影响图。多元统计分析-水化学方法将地下水化学主控因素归为4个主成分。根据主成分的时空演变特征,将其划分为人为因素主导区、自然因素主导区和自然-人为因素主导区。地下水化学动力学方法通过分析地下水化学动力学常数的时空演变来评估人为影响。人为因素主导区地下水化学动力学常数变化较大,相差4.17 × 10-5,而自然因素主导区变化较小,相差0.38 × 10 - 5。人为因素主导的区域在包气带内表现出有限的防污性能,而自然-人为因素主导的区域主要受水动力控制。虽然结果相似,但地下水化学动力学方法提供了更全面、客观的计算结果。研究结果为地下水资源的可持续开发、利用和管理提供了有力依据。
(五)图文赏析

Fig. 1. Geographic location, hydrogeological conditions, distribution of water sampling points and profiles of the study area.

Fig. 2. Methodological framework of this study.

Fig. 3. Violin plot of chemical composition of groundwater samples.

Fig. 4. (a) Groundwater Piper map for 2012; (b) Groundwater Piper map for 2020.

Fig. 5. (a) and (b) Gibbs plots, (c) Ca 2 +- Mg 2 +ion ratio plots, (d) Na+- Cl−ion ratio plots, and (e) (Ca 2 ++ Mg 2 +) - (HCO3 −+ SO 4 2 −)-(Na++ K+)-Cl - ion ratio plots.

Fig. 6. Results of PCA analyses over the years 2011 2015.


Fig. 7. Characteristics of spatial distribution of calcium ion activity and saturation index in the study (a)2011, (b)2015 and (c)2020.

Fig. 8. The extent map of anthropogenic impacts on the groundwater environment

Fig. 9. The analysis of groundwater chemical kinetic constants from 2011 to 2020 is conducted, considering the spatial and temporal variations, in conjunction with maps illustrating precipitation patterns and changes in farmland area. Areas with large interannual variations in groundwater chemical kinetic constants are circled by black dashed lines, indicating strong anthropogenic impacts.

Fig. 10. (a) Land use type; (b) Groundwater depth; (c) Population density; (d) Lithological thickness of the vadose zone.

Fig. 11. (a) Statistical box plots depicting the distribution of nitrogen and oxygen isotopes. (b) Mapping of sources of nitrate pollution in groundwater.

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