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基于非靶向高通量识别和数值模拟技术定量研究海底地下水排泄中有机污染物演变

批准号:
42072274
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
祝晓彬
依托单位:
学科分类:
水文地质学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
祝晓彬

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
滨海地下水中有机污染物来源复杂、种类繁多,不同类型有机污染物迁移转化特征和环境效应相差甚大,迫切需要开展海底地下水排泄中不同有机污染物的识别、迁移转化和入海通量研究。以莱州湾海庙附近滨海区为研究区,基于滨海地下水系统中有机污染物种类复杂且痕量的特征,通过优化前处理和非靶向识别策略,建立滨海地下水中有机污染物非靶向高通量识别方法;沿剖面采集不同时空分布的地下水、含水介质、海底沉积物和海水样品,采用非靶向高通量方法识别有机污染物及其浓度,解译其迁移转化过程;在浓度高、风险大的有机污染物中,选取3~5种典型有机物,开展同位素标记的室内实验,进一步验证并定量其转化的动力学过程;构建反映有机物迁移转化动力学过程及滨海特征的地下水和溶质运移耦合模型,模拟海底地下水排泄中典型有机污染物的演变过程和入海通量,为滨海水环境的防控和改善提供更具针对性的技术支撑,完善不同有机污染物在全球的迁移转化和归趋研究。
英文摘要
The sources of organic pollutants in coastal groundwater are complex and their types are numerous. The migration and transformation characteristics and environmental effects of different types of organic pollutants vary greatly. It is urgent to carry out the study on the migration and transformation of different organic pollutants and their flux into the sea. Taking the coastal area of Haimiao of Lianzhou Bay as the research area, based on the complex and trace characteristics of organic pollutants in the coastal groundwater system, a nontarget high-throughput identification method for organic pollutants in coastal groundwater was establishedbased by optimizing the pre-processing and nontarget recognition strategies. Groundwater, aquifers, seabed sediments and seawater samples with different time and space distributions were collected along the profile, and nontarget high-throughput methods were used to identify organic pollutants and their concentrations.Among the organic pollutants with high concentration response and high risk, 3~5 representative organic pollutants were selected to carry out the isotope-labeled indoor experiments, the combination of these experiments and high-throughput identification technology was used to study their migration and transformation effect in groundwater-sediment-seawater system and its dynamic process. Ajoint numerical model of coastal groundwater and solute migrationwhich reflectedthe dynamic process of organicsmigration and transformationwas constructedto simulate the evolution of different organicsin submarine groundwater discharge and their flux into the sea. The research provides more targeted technical support for the prevention and control of coastal water environment and helps improve the study on migration, transformation and fate of different organic pollutants in the world.
项目围绕滨海海底地下水排泄过程中的有机污染物迁移转化开展研究。在莱州湾滨海地下水排泄补给海水区域采集了39个地下水样本、13个河水样本和6个海水样本,通过构建高效非靶向方法识别出不同样品中痕量有机污染物及其转化产物,研究海底地下水排泄过程中有机污染物的迁移转化路径。成功构建了多步迭代的非靶向高通量筛查方法,大大提升了不同水样中痕量新污染物的检测水平,地下水样本的有机污染物识别数量平均提升率为42.81%,地表水样本的有机污染物识别数量平均提升率为24.70%;采用构建的非靶方法在不同水体样品中共筛查出了555种有机污染物,包含288种化工产品、59种农药、50种药物、39种个人护理品、3种兽药、21种增塑剂或阻燃剂、15种食品添加剂、10种表面活性剂、6种全氟化合物、55种转化产物和9种其他(含毒物)污染物。数据揭示:相比不同深度,沿淡水-咸水过渡带的地下水中更可能发生农药的转化过程,这一咸淡水过渡带有机污染物迁移转化过程的发现为深入理解海底地下水排泄过程中污染物质的迁移转化和通量计算提供了更为确切的量化依据。. 基于海陆交互作用剖面上的样品高通量筛查结果数据,构建了“自下而上”的有机污染物溯源策略,实现了“智能化”溯源,即无需知道污染源位置、只需通过地表或地下水上下游样品的高通量筛查数据(“下”)即可实现溯源(“上”),为复杂滨海区种类繁多、来源复杂有机污染物的源头确定提供了新技术。评价了水体中不同类型有机污染物的迁移入海风险排序,为滨海地区优控污染物的清单制定提供了科学依据。在此基础上,开展了微生物-水位变动-温度等复杂条件下典型有机污染物迁移转化过程的数值模拟研究,构建了水流-微生物-有机污物共迁移的数学模型,量化了有机污染通量及时空分布。同时在前人滨海氮循环研究基础上,拓展了有机污染物作用的关键过程,构建了新污染物关键节点的氮循环网络,为滨海复杂体系中物质循环的系统性研究提供了新的思路。
基于复合形进化重组的并行混合算法在地下水管理中的应用
  • 批准号:
    40702038
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    19.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    祝晓彬
  • 依托单位:
国内基金
海外基金