本文调查了西北江三角洲地区达标地表水等灌溉水源及其所灌溉的周边农用地中镉砷等污染物质的含量水平,分析了灌溉水的水质状况,探究了农用地灌溉源重金属的输入状况,探讨了灌溉水对农用地镉砷分布和再分布的作用与影响,讨论了农用地土壤和灌溉水中镉砷防治与修复的机理与方法。具体而言,我们选择了西北江三角洲上游到下游区域能够代表各区域灌溉模式的农用地为对象,初步探究了农闲期整个区域农用地灌溉系统的水环境状况——背景含量,以及各灌溉模式和整个区域中典型污染物的分布特征。2019.8-11月(农忙期),选择佛山研究区为代表,探究了潜在灌溉水源中重金属的含量特征与综合水质状况;探究了河滩农用地镉砷的污染累积状况,包括灌溉的输入——输出情况及其对累积过程的影响;探究了灌溉水中镉砷横向迁移过程中的赋存状况及其在主要灌溉构筑物中的分布特征,并提出了相应的污染防治措施。结合镉砷迁移规律和水稻土吸附解吸/定量拟合等方面的研究,初步探究了农用地土壤灌溉源Cd、As输入的控制思路与工艺流程。结果归纳如下:1.农闲期,西北江三角洲灌溉水背景研究发现,大部分灌溉系统水环境中的污染物含量处于相对稳定的状态—基础生态环境能够自我净化的环境允许含量,灌溉水所受沿程影响呈现出断面动态指标与水源指标存在一定差异,底泥对灌渠死水尤其是对氮磷和悬浮颗粒的影响较大,雨水冲刷会显著影响江河湖泊水体污染物质的再分布,亦会对灌渠及其周边水环境产生一定影响。根据CV系数可见Cd、As、Cu、总磷处于中等变异水平,无明显异常值,农闲期人为显著性的影响不大,其中,Cd、As本底值不高,达到灌溉的使用要求。2.农忙期,佛山研究区潜在灌溉水源研究发现,灌溉水源中存在1～2类重金属的轻度污染,同时As等重金属的生态风险也需要重视。区域高背景是风险异变的重要参照,人为源/人为活动是导致重金属污染区域化偏高的主要因素,和固定形态释放的主力推手,减少人为影响是有效控制农业环境风险的重要措施。As处于劣水平,Cd处于相对比较安全的极低水平。农忙期,佛山研究区江水研究发现,灌溉是江边农用地中其他来源镉砷(农用物质、大气沉降和雨水——道路径流等)经环境自净后,从江水环境再次返回农用地的重要途径。当地Cd较As的生态表观(活性)风险相对更大。江水冲刷是底泥外源规模性Cd、As沿水流再分布的主要动力之一。农忙期,佛山研究区农用地镉砷输入源研究发现,灌溉水对农用地Cd年外源输入影响最大,其次为农用物质、大气沉降;农用物质对农用地As年外源输入影响最大,其次为大气沉降、灌溉水;可见当地镉砷问题受环境和农业多重影响。建议增加灌溉水Cd、农用物质As的风险监控。农忙期,佛山研究区江水环境Cd、As横向迁移的研究发现,江水底泥、低潮滩和高潮滩Cd、As含量分布如下,Cd含量均值:低潮滩>江水底泥>高潮滩;As含量均值:江水底泥>低潮滩>高潮滩。江水、蓄水池底泥与堤内农用地Cd、As含量分布如下,Cd含量均值:江水底泥>堤内农用地表层土壤>蓄水池底泥;As含量均值:江水底泥>蓄水池底泥>堤内农用地表层土壤。3.通过不同浓度Cd、As灌溉水淋滤土柱的室内试验研究发现,水稻土中性高纯水淋滤水稻酸性土表现出较好的淋洗能力,模拟灌溉水淋滤20年的土柱还存在着淋溶的现象,这可能与水稻土中游离形态的铁离子和弱酸基团的缓慢释放有关,并通过破坏土壤空间结构的元素稳定性,加速淋溶和迁移。TZkb1、TZ1、TZ2、TZ3和TZ5的Cd纵向迁移结果发现,随着注水量(灌溉年数)的增加,土柱中上层Cd均出现不同程度的流失,随灌溉水的纵向淋滤,当土壤吸附能力大于注水淋洗能力之后,进一步呈现累积(TZ4—TZ6)的趋势。TZkb1、TZ1、TZ2、TZ3和TZ5的As纵向迁移结果发现,As主要在柱内上层发生累积,在不考虑其他输出途径的条件下,20年的累积量已经达到污染风险筛选值,可见As较Cd对酸性水稻土的结合能力更强,其20年内的累计效率大于Cd,反观随着时间推移,TZ3和TZ5,酸性水稻土中Cd较As的累积效率可能更大。从整体来看,As较Cd受灌溉水对土柱纵向淋溶的影响更小。水稻土粒径筛分试验研究发现,土壤中镉的吸附动力学特征表现为吸附量在0至3 min内快速增加,随后吸附速率减缓直至达到平衡。水稻土对镉离子的等温吸附用Langmuir方程拟合,判定系数大于0.94。通过Af、Bf和Radj~2的比较分析可见,S型函数模型(Logistic模型)对吸附量和解吸量的拟合度更高,水稻土的吸附解吸更符合Logistic增长。水稻土的吸附固持效果良好,大尺度颗粒的吸附效果相对更好。快速净化基质的综述研究发现,滤速是重要的指标,探究大尺度基质在吸附性能上的组合、配比、填埋形式和过水方式等具有较大的应用价值。国内外灌溉水净化方面的综述研究发现,组合工艺净化效果良好,但建设面积相对较大,适用于农用地集约化生产。目前小型农用地和用地紧张的地区更适合配套快速净化装置,在西北江三角洲地区——属于蓄水提水引水的灌溉区域,可进一步结合蓄水构筑物进行净化处理,在本论文中初步设计了一种灌溉水的多级垂直过滤耦合U型溢流堰的集深层净化功能与蓄水功能于一体的蓄水池。