地下水重金属污染正在严重威胁环境安全和人体健康。荧光探针检测技术因具有灵敏度高、选择性好等优势，已成为检测重金属离子浓度的常用方法之一。受限于光源和光学系统的体积与成本等因素，现有重金属荧光检测装置无法满足现场原位检测需求。本文研制了一种地下水重金属荧光原位检测装置，其光学探头以紫外发光二极管（LED）为光源，采用共聚焦光路设计，荧光收集角范围可达102°，外径不超过60 mm，实现了小型化和低成本化。同时，以商用化台式荧光分光光度计作为参照设备，搭载相同的二价汞离子（Hg²⁺）荧光探针，开展了对比性能测试。实验结果表明，本文研发的装置具有良好的稳定性和线性响应特性，相关系数R²为0.989，检测限可达到1.47×10^-9，各项性能参数不亚于台式荧光分光光度计。

目前微型分光光度计已广泛应用于水质在线分析仪器中, 而杂散光作为分光光度计检定中的一个重要指标, 其大小对于测量结果具有很大的影响。理论分析了杂散光的来源及其对分光光度计测量结果的影响, 搭建了测试平台, 对两台不同程度杂散光的微型分光光度计进行了检测, 并将其分别应用于六价铬水质分析仪中, 对不同浓度的标准溶液进行了测量, 结果表明, 杂散光的存在会引入较大的测量误差, 且随着溶液浓度的增大, 其影响更加严重。因此, 在仪器设计制造和实际应用工作中须重视对杂散光的抑制和控制, 从而提高仪器的测量精度, 进一步保证用水安全, 降低水质污染带来的各种风险。

水体受石油污染日趋广泛, 给人类及生态环境带来严重威胁。 快速、 准确和可靠地监测水体石油污染状况, 对于理解其环境行为和评估人体暴露风险至关重要。 石油类组分往往具备较好的光谱响应, 然而基于光谱技术快速监测实际石油烃污染水体却鲜有报道。 该研究以典型石油污染场地的地下水和地表水为对象, 在全面分析水质电导率、 总有机碳, Cl-, NO-3, SO2-4, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, NH+4, 挥发性有机物和石油烃C6-C9, C10-C14, C15-C28, C29-C40浓度基础上, 对水体样品进行紫外-可见光光谱、 同步荧光光谱、 三维荧光光谱表征, 采用多元数据分析手段评估光谱技术在石油污染场地快速识别应用的可能性。 结果表明: ①紫外-可见光光谱和同步荧光光谱参数表明, 污染的地下水中含有大量芳香族化合物, 且有机物分子结构复杂, 含有大量的羟基、 羰基、 羧基和酯类等取代基, 三维荧光光谱参数表明污染水体中有机物经过了长时间的生物转化, 说明污染地下水中有机物稳定性强, 降解性差; ②三维荧光光谱图表现出Ⅰ和Ⅳ区明显的荧光峰, Ⅴ区存在肩峰的水体主要是苯系物污染, 而三维荧光光谱图表现出Ⅱ和Ⅳ区明显的荧光峰, Ⅰ区存在肩峰的水体主要是萘系物污染, 三维荧光光谱图表现出Ⅱ区最高荧光峰, Ⅰ, Ⅲ, Ⅳ和Ⅴ都存在肩峰的水体主要是萘系物和菲系物污染; ③石油烃C6-C9组分浓度可采用紫外-可见光光谱参数S308～363, SUVA254和三维荧光光谱中Ⅰ区体积快速指示, 石油烃C10-C14组分和总石油烃(TPH)浓度可采用三维荧光光谱中Ⅳ区体积快速指示, 石油烃C15-C28和C29-C40组分浓度可采用三维荧光光谱中Ⅰ区体积快速指示。 研究证实利用光谱参数结合多元数据分析可对石油污染水体进行快速识别, 为地下水石油污染监测和修复提供了一种全新的快速在线监测分析方法。

以下辽河平原11年长期定位试验为平台, 采用原状土柱淋溶实验, 通过比较不同用量有机肥处理土壤重金属积累情况及其淋溶特征, 探讨了雨养农业条件下有机培肥措施对土壤表层重金属（Cu, Zn, Cd和Cr）积累的影响, 阐述了重金属在土壤表层(0～20 cm)中的积累特征明确了重金属元素的淋溶特点和垂直迁移规律(0～60 cm)。 研究表明, 随着有机肥用量增加, 表层土壤中Cu, Zn, Cd和Cr的含量都随之升高, 积累速度为Cd＞Cu＞Zn＞Cr。 根据中国土壤环境质量标准(GB15618－1995), 即使施入50 t·ha-1有机肥料, 也未造成表层土壤Cr, Cu和Zn的污染, 其中Cr仍符合Ⅰ类土壤质量标准, 而Cu和Zn符合国家Ⅱ类土壤质量标准, 但对Cd而言, 此时表层土壤含量已接近国家Ⅲ类土壤质量标准阈值, 存在较大风险, 应引起足够重视。 土柱淋溶实验表明, 只有个别淋溶液Cu和Cd浓度属于国家Ⅲ类水质量标准（GB/T14848—93）, 其余均符合国家Ⅱ类及以上水质标准, 且所有淋溶液Cr的含量都符合国家Ⅰ类水质标准, 表明在下辽河平原, 即使有机肥使用量达到50 t·ha-1时, 仍未对地下水构成任何风险。 另外, 淋溶液中的重金属含量均随土层深度增加呈现下降趋势(Cr除外), 表现出重金属不易下移的特点, 但相对而言, Zn和Cr向深层土壤淋溶能力较强, Cu和Cd则更易积累在表层土壤。

地下水及矿泉水中二氧化硅的传统分析方法过程皆比较繁冗,采用电感耦合等离子体-原子发射光谱法(ICP-AES)测定地下水及矿泉水中的二氧化硅.在选定了较灵敏的硅分析线后,探讨了ICP光谱仪工作条件对分析结果的影响,同时研究并消除共存离子对SiO2测定结果的影响.通过条件实验,选择仪器的发射功率为1 350 W,观测高度为12 mm,雾化器压力为0.20 MPa,泵速为75 r·min-1.在光谱仪最佳分析条件下,利用该方法测定地下水及矿泉水中二氧化硅的含量,其检出限为0.017 mg·L-1,加标回收率在94.10%～103.8%之间,相对标准偏差(RSD)≤3.06%,同时与硅钼黄分光光度法进行对比实验,结果基本吻合,相对偏差≤3.00%,本方法简便快捷,精密度和准确度较高,可以用于科研及日常生产中。

地下水持续超量开采是导致北京地面沉降快速发展的主要原因。目前已形成南北两大沉降中心, 在快速沉降区域, 地表仍以每年30～60 mm的速度持续发展, 对城市基础设施和人员安全造成危害。文中采用永久散射体干涉测量(PS-InSAR)技术获取北京平原区2003年—2009年地面沉降时间序列形变信息; 综合气象数据、 地下水监测网数据, SAR干涉测量数据和区域基底构造, 建立地面沉降综合分析模型, 阐明北京地面沉降空间分布特征, 并对其成因机制进行初探。研究发现: (1)北京区域地面沉降不均匀性明显, 多个沉降漏斗连成一片, 沉降量受降雨入渗补给影响较大, 表现出季节性波动变化特征; (2)沉降中心与地下水降落漏斗中心并非完全一致, 第二承压含水层(底板埋深100～180 m)漏斗区与地面沉降中心在空间展布上较为吻合。(3)地面沉降多发生于粘性土层厚度50～70m地区。(4)地面沉降受区域基底构造控制作用明显, 在断裂带两侧形变梯度较大。

利用三维荧光光谱研究了大沽河流域地下水中溶解有机物(DOM)的荧光组分类型及其空间分布与变化, 并与地表河水进行了比较。 基于平行因子分析模型在大沽河流域识别出2个类腐殖质组分及1个类蛋白质组分。 研究区域上、 下游地下水中各荧光组分的强度低, 但中游区域呈现高值区, 与人为污染的下渗输入以及为阻止海水入侵而修建的截渗墙对地下水循环模式的改变有关。 地下水DOM以类腐殖质组分为主, 类蛋白质组分平均只占15%, 不及地表河水的一半, 其新鲜度指数(β/α)也低于河水但荧光指数(FI)、 腐殖化指数(HIX)高于河水, 表明地下水DOM的腐殖化程度更高, 与地下水停留时间长、 微生物降解作用的贡献更为显著有关。 本研究揭示, 三维荧光指纹技术可区分天然背景及人为活动对地下水中DOM含量及性质的影响, 是研究地下水环境中的碳循环过程及其影响因素的有用工具。

通过实验室模拟矿化生活垃圾淋滤液对地下水的污染,分析受污染地下水的三维荧光光谱特征,并利 用FRI法 (fluorescence regional integration)研究相应的三维荧光光谱组分特征信息,为建立基 于光学表征技术的地下水污染监测应用提供理论基础。研究结果如下:淋滤液的三维荧光光谱图中 的荧光中心位于Ex /Em =340 nm/420 nm,属于可见区类富里酸物质;而地下水有 两个明显的荧光中心分别位于Ex /Em =280 nm/342 nm附近和Ex /Em =240 nm/446 nm附 近,分别属于类色氨酸物质和紫外区类富里酸物质。随着淋滤液污染程度的增加,可见区类富里酸 的荧光强度增强,类蛋白物质的荧光强度明显减弱; Ⅲ区(富里酸)的Pi,n值无明显变化趋 势,而Ⅵ区(腐殖酸)的Pi,n值呈现递增趋势。因此,认为通过Ex /Em =340 nm/420 nm附 近和Ex /Em =280 nm/342 nm附近的荧光强度比值以及FRI法分区得到的Ⅲ区和Ⅵ区FRI和值的 变化可检测出淋滤液对地下水的污染程度。