河套盆地地表环境变化对浅层地下水砷的影响研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 尹舒慧 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 杨林生 ; 韦炳干 |
| 关键词 | 河套盆地 自然环境 农业活动 气候变化 地下水砷 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 英文摘要 | 地下水中的砷含量超标已成为全球性的环境问题，对饮用水安全及农业灌溉用水安全构成了严重威胁。河套盆地作为我国重要的粮食生产基地，长期受到天然成因高砷（As）地下水的困扰，砷浓度较高的地下水主要赋存于浅层含水层中，砷的来源主要为沉积物中的富砷矿物释放。由于浅层地下水和地表环境联系紧密，砷的释放过程显著受到地球表层的各种自然地理要素和人类活动的共同影响。本研究将用“地表环境”特指受自然过程和人类活动共同作用的地球表层环境，并以河套盆地为研究区，基于多源数据融合（包括遥感影像、地理空间数据、历史观测数据及现场采样数据），综合运用空间分析、机器学习与因果推断等方法，系统揭示自然地理要素（如气候、地形、地质、水文等）与农业活动（如灌溉、农作物种植等）等地表环境特征对浅层地下水砷空间分布格局及其动态变化的影响；研究重点关注黄河河段变化、秋季洗盐灌溉、盐碱地空间分布以及农作物种植结构等区域关键地表环境特征对地下水砷的影响。同时，河套盆地作为典型的干旱半干旱地区，其脆弱的水文生态环境对气候变化尤为敏感。在全球气候变化背景下，气候的改变可能为区域砷风险防控带来新的挑战，本研究依据沉积环境分区，针对不同区域，在假设除气候因子外其他影响因素保持不变的条件下，模拟SSP 2-4.5 和SSP 5-8.5 两种未来气候情景下地下水砷风险的分布，揭示了气候变化对砷风险的潜在影响，旨在为区域地下水砷风险的精准防控策略和适应性管理措施提供科学依据。研究主要发现如下： （1）地下水砷浓度呈现出显著的季节性和年际变化特征。大部分地下水采样点在秋季的砷浓度明显高于夏季；同时，地下水砷浓度的年际变化表现出明显的空间异质性，其中黄河古河道附近区域地下水砷浓度的年际波动最为显著。 （2）地表自然地理要素可以直接或间接影响地下水砷浓度。降水量对地下水砷浓度有直接的降低效应，而气温和实际蒸散发量则会直接促进砷的富集。此外，地势平坦、高黏土含量以及高pH 值的土壤环境同样有利于砷的富集。在河套盆地内，靠近黄河的地区地下水砷浓度较低；黄河弯曲顶部以北且在山前冲洪积扇以南的区域，采样点到黄河的直线距离对砷浓度的正向影响最大；在受到黄河南迁影响的地区，含砷量超过10 μg/L 的地下水中，砷浓度的年际变化显示出明显的上升趋势；因此，需加强对受河流动态显著影响区域的地下水砷浓度监测，并在受河流迁移影响的砷风险加剧区域采取针对性的防控措施。 （3）农业活动显著影响地下水砷分布，其影响在采样点周围2500 m 半径的缓冲区内最为突出。在农业活动中，秋季洗盐灌溉可有效缩减盐碱地的面积，但可能会导致地下水中HCO3-和SO42-等盐离子浓度上升，影响砷的释放路径，从而导致地下水砷浓度的变动。四种主要农作物面积对地下水砷浓度超过50μg/L概率的影响显著，影响排序依次为：向日葵、瓜类、小麦、玉米。小麦面积占比超过5%时，对砷风险的负向驱动作用较明显，相反，当向日葵面积超过30%时，尤其是在有较长农田灌溉历史的地区，地下水砷风险可能会随之增加。在河套盆地东北部的地下水砷高风险区域，适当从向日葵转为小麦或瓜类种植，有助于防止地下水砷浓度超过50μg/L 的风险加剧。 （4）气候变化可能使地下水砷风险分布格局显著变化：在SSP 2-4.5 和SSP5-8.5 情景下，山前冲积-洪积扇地区地下水砷浓度超过10μg/L 的概率轻微下降，黄河古河道附近地下水砷浓度超过10μg/L 的概率上升；乌梁素海附近砷浓度超过50μg/L 的概率在两种气候情景下均显著升高，且在SSP 5-8.5 情景下的增幅更为显著。建议加强对气候变化下砷风险敏感区的实时监测，制定针对性的风险管理措施，以切实保障地下水安全。 本研究系统揭示了河套盆地地表环境变化对浅层地下水砷的影响，评估了未来气候情景下地下水砷风险的分布，为因地制宜制定地下水砷风险防控措施以及积极应对气候变化引发的环境风险提供了科学依据。 |
| 学科主题 | 环境科学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 168 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217226]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 尹舒慧. 河套盆地地表环境变化对浅层地下水砷的影响研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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