环境因子对河流底泥-水界面氮释放规律影响

潮白河作为北京重要城市河流水源之一,其顺义减河河段属于典型的再生水回补河道。研究不同点位代表的自然河段与再生水河段中底泥-水界面的养分释放规律及其影响因素,对河道水质改善具有重要意义。该研究通过室内土柱模拟实验,分析不同p H、溶解氧(DO)和温度条件下河道不同断面底泥氨氮释放规律,估算了底泥-水界面氨氮释放通量。结果表明:(1)下游汇流(S1)、潮减交汇处(S2)和自然河道(S3)上覆水和间隙水中NH4+-N呈明显的释放趋势,再生水河道中段(S4)和再生水排水口(S5)释放不明显或发生NH4+-N吸附作用。(2)不同断面土柱模拟中,间隙水中NH4+-N通量为上覆水的2.5~66.7倍,验证了底泥氮先释放到间隙水再扩散到上覆水的过程。(3)不同环境因子(p H、DO和温度)对底泥NH4+-N释放的影响呈现出不同规律:随p H升高,底泥NH4+-N释放通量先降低后增加,在p H=7时达到最低值;随DO浓度增加,底泥NH4+-N释放通量减小,DO浓度为3 mg/L时NH4+-N释放通量最大;温度越高,NH4+-N释放通量越大。潮白河水体在酸性或碱性条件下,DO浓度越低,温度越高,NH4+-N释放通量越大,该研究结果可为潮白河水质改善提供参考。

黄河上游近60年水沙变化特征及其影响因素

由于受人类活动及气候变化影响,黄河上游干流水沙特征发生显著变化。为探究黄河上游水沙变化情况,基于黄河上游5个水文站19642019年水沙、遥感影像等数据,利用Mann-Kendall检验法、滑动t检验法、累积距平曲线和双累积曲线等突变检验方法和小波分析法,对黄河上游水沙变化特征进行研究。利用水沙关系曲线及线性回归法等方法估算人类活动和气候对水沙变化的贡献率,并着重讨论梯级水库建设及土地利用变化对水沙的影响。结果表明:1)黄河上游玛曲-小川段流域内降雨量和径流量变化幅度不明显,贵德站、循化站、小川站19862019年年均输沙量分别减至19641985年的9.8%、24.6%、38.8%,输沙量大大减少。黄河上游玛曲-小川段径流量突变多在1986年,输沙量突变多在1969、1986、2004年,径流量存在8、16、22 a周期,输沙量存在4~8、18~21、27 a周期。2)1969年后,河流输沙能力增强,水沙关系显著改变。在不同时段内,人类活动对径流量变化在19872019年贡献率为66.3%,对输沙量变化在19701986、19872004、20052019年的贡献率为72.96%、70.73%、69.7%。人类活动对黄河上游干流水沙影响占据主导因素。3)刘家峡水库淤积最为严重,单库运行期水库淤积量为2.39亿t,排沙比变化范围为1.39%~10.7%。梯级水库联调使得径流量在19642004年间减少47.8%,19642019年间梯级水库减沙94.8%,梯级水库对输沙量影响远大于对径流量的影响。4)19802020年间,草地面积增加了1880.03 km 2,增幅3.1%,有利于减少输沙量,草地拦沙效益大于截流效益。

沙颍河典型河段河岸带土壤理化性质对地下水氮污染的影响

以沙颍河典型河段为研究对象,通过采集果园和农田河岸带的河水、土壤以及地下水样品,并进行理化指标分析,旨在深入探讨土壤理化性质对河岸带地下水氮浓度的影响机制.结果表明:农田河岸带土壤总氮(TN)含量明显高于果园河岸带,达到其TN的1.15倍,并均在距河岸约200m处达到最高值.河岸带地下水与土壤氮含量有一定的响应关系,呈现出相似的空间分布特征.农田河岸带地下水NO_(3)--N浓度(0.56~25.17mg/L)显著高于果园河岸带(0~0.97mg/L);远岸(>200m)地下水NO_(3)--N浓度均高于近岸(<100m).土壤氮素是河岸带地下水氮污染的主要来源之一.土壤中的黏土颗粒含量和施氮量较高,使得土壤颗粒更易于吸附NO_(3)--N,增加了河岸带地下水氮污染的风险.本研究揭示了河岸带土壤理化性质对地下水氮含量的影响机制,为河岸带地下水氮污染防控提供了参考依据.这些发现有助于制定可行的土地管理策略,以减缓或防止地下水氮污染的进一步扩散.

银川平原不同深度地下水化学演化特征研究

为探明银川平原不同深度(5~600 m)地下水化学特征及演化过程,采用地下水位动态分析方法、Person相关性分析、饱和指数和水化学方法(Piper图、Gibbs图、离子比例系数)对银川平原不同深度地下水化学特征和同位素特征进行了系统分析,并采用氚和^(14)C定年方法估算了浅层(5~30 m)和深层(150~600 m)地下水的年龄。结果表明:研究区5~30 m浅层地下水化学类型为Cl·SO_(4)-Na·Mg、SO_(4)·Cl·HCO_(3)-Na·Mg型,主要受蒸发浓缩作用影响,150~300 m、400~600 m深层地下水均为HCO_(3)·CO_(3)-Na·Mg、HCO_(3)-Na·Mg型,受岩石风化作用控制;5~30 m浅层地下水主要受引黄灌溉水补给,地下水年龄9~>68 a,150~600 m深层地下水来源于西部山区,年龄为7325~25554 a B.P.;地下水中离子主要来自碳酸盐岩、蒸发盐岩、硅酸盐岩的溶解,阳离子交换作用也影响地下水中化学组分的变化。

基于保护敏感目标的场地地下水污染风险评估

地下水污染风险评估是地下水污染防治的有效工具,对场地地下水污染风险评估开展研究,可以为地下水污染场地管理提供依据。我国目前的场地地下水污染风险评估忽略了场地内部污染差异性,且对受体敏感性不太关注。为此,采用场地风险评估概念模型,重点关注场地实际污染物分布特征及周边多种受体的敏感性,评价场地地下水污染风险。从污染源负荷、包气带防污性、含水层脆弱性和受体敏感性4个方面,运用层次分析法筛选了场地地下水污染风险评估的指标并确定了权重,构建了场地地下水污染风险评估指标体系,将风险划分为低、中、较高、高风险4个等级。以河南某六价铬场地为例,应用构建的风险评价体系,获取了场地的空间风险分布特征。研究结果表明,该场地整体处于中等风险水平,铬渣堆和掩埋铬渣处的东南部风险最高,污染风险主要来源于周边受体的潜在损失性及污染源负荷。敏感度分析表明各指标理论权重与有效权重几乎一致,说明所构建的场地地下水污染风险评价体系可行,可应用于其他特征污染物场地的污染风险评估。

考虑污染物扩散风险的场地地下水污染多层次风险评估方法

地下水中污染物具有迁移性和扩散性,会对下游敏感受体造成威胁,目前场地地下水风险评估主要关注人体健康风险,还未能综合考虑地下水污染的整体风险,尤其是忽视了污染物迁移引起的对下游敏感受体的风险。本研究基于“源-径-汇”模型构建了考虑污染物扩散风险的场地地下水污染风险评估的指标体系与风险评估模式。在指标体系构建方面,重点考虑场地地下水的污染源、迁移路径和敏感受体3个方面。在风险评估模式方面,根据场地不同地下水污染状态开展3个层次的风险评估。基于假想的铬污染场地开展了案例分析,设置了地下水污染状态的4种情景,利用Wexler溶质运移模型计算了地下水污染羽的时空变化,并针对地下水污染的不同层次开展了风险评估。结果表明,在场地地下水污染羽未到达场地边界的2种情形中,场地地下水的风险评分分别为4.0,6.2,分别属于低风险与中风险。在场地地下水污染羽到达或超出场地边界的2种情形中,场地地下水的风险评分分别为7.0,8.8,分别属于中风险与高风险。综合而言,本研究构建的方法能够用来对场地地下水进行系统全面的评估和对比,能够根据风险结果对污染场地进行有效的分级管控,为污染场地的风险管控提供技术支撑。

欧洲桦木树脂浸渍材的干燥特性及干燥基准制定

利用百度试验法测定分析了脲醛树脂浸渍处理欧洲桦木的干燥特性,并初步拟订了其干燥基准。结果表明:欧洲桦木树脂浸渍材的初期开裂、截面变形以及扭曲变形程度相对于欧洲桦木素材分别下降了12.1%、52.9%以及40%。树脂浸渍材的干缩率明显低于素材,而差异干缩比值则略大于素材。树脂浸渍材含水率从30%降到5%所用时间为素材的近2倍。根据干燥特性的相关数据,给出了欧洲桦木树脂浸渍材的参考干燥基准。

宁夏苦水河流域地表水与地下水转化关系研究

在淡水资源短缺的苦咸水地区查明地表水与地下水转换关系,对于揭示区域水文循环机制,促进苦咸水资源的合理利用具有重要意义。以宁夏苦水河流域为研究对象,采用氢氧稳定同位素技术,结合野外调查、统计分析与水化学分析法,分析了地表水和地下水的水化学与氢氧稳定同位素时空分布特征,系统揭示了流域内地表水与地下水转化关系的时空变化规律。结果表明:(1)苦水河流域地表水与上游、中游地下水的水化学类型均以SO_(4)·Cl-Na·Mg为主,地表水的水化学形成作用为蒸发浓缩。下游地下水的水化学类型转变为混合型,水化学形成作用转变为受岩石风化控制。(2)大气降水对丰水期地表水与地下水的补给作用显著,对枯水期补给作用有限。流域上游、中游受气候、地形、水文地质条件控制,地表水与地下水转关系在不同时期不同河段表现出显著的差异性与复杂性。下游区域受引黄灌溉的影响作用明显。(3)枯水期地表水与地下水水力联系密切的区域分布于中游、下游,水循环模式均为地下水补给地表水,补给比例分别为51.8%、57.8%。丰水期干流地表水与上、中游地下水水力联系微弱,下游地表水补给地下水,补给比例为38.8%,同时下游渠水对地表水有一定的补给作用,补给比例为29.8%。

引黄灌溉入渗条件下的地下水化学演变特征

研究引黄灌溉入渗引起的地下水化学变化特征,对区域地下水水质调节和改善有着积极的指示作用。通过田间原位入渗试验,进行水田、旱田回灌过程中回灌水-地下水监测和分析,利用AquaChem水化学分析和SPSS数理统计揭示地下水化学演变规律。由试验可知,地下水化学变化特征呈现“前期骤变活跃带—中期渐变过渡带—后期平缓稳定带—停灌潜在回升带”四个演变过程,主要受回灌水的物理混合作用,伴随着水-岩物理吸附离子交换、化学溶解和溶滤等作用,特别是水田的回灌水量大,回灌水决定了地下水化学演变方向;同时,受水-岩溶滤作用,地下水化学组分Na^(+)、Cl^(-)浓度有较好的线性变化,相关系数在0.93以上,Ca^(2+)、Mg^(2+)与SO_(4)^(2-)、HCO^(-)_(3)浓度有一定的线性相关性;在停灌后,地下水蒸发浓缩作用强烈,水中各离子呈增加趋势,特别是Na^(+)、Cl^(-),停灌后需及时排水、降水。研究表明引黄灌溉不仅丰富了地下水水源,而且可以改善地下水水质。

变扬程条件下轴流泵以电折水方法研究

【目的】探究变扬程条件下轴流泵适宜以电折水方法。【方法】在定性分析轴流泵的以电折水系数(T_(c))随扬程H变化的基础上,结合抽水试验结果,分析扬程变化对水电转换系数的影响。【结果】(1)扬程变化直接影响以电折水系数T_(c),用固定的T_(c)值进行以电折水的转换必然导致很大的误差(超50%),用扬程对T_(c)进行订正,可大幅提高精度;(2)参考水泵特性曲线推导出的H-T_(c)曲线的斜率,用单点扬程的实测T_(c)值对T_(c)进行修正的方法,可简化实测T_(c)的工作量;(3)从能量转化效率分析,轴流泵的水泵系统将电能转换为势能的效率比较稳定,不随扬程变化,【结论】依据能量平衡原理提出电量-效率-扬程模型,是一种新的探索,计算水量的误差有望控制在15%以内。

长江上游梯级水电开发情况及对生态环境的影响初探

以岷江上游为例,分析了岷江上游干流及其支流水电站的建设情况,干流在建的引水式电站完成后,引水隧洞对应的河道全年将出现217 d断流,长度达101.4 km,从而使河谷趋于荒漠化,鱼类的分布范围逐渐萎缩。解决这些问题的关键是加强流域的综合管理,合理开发,保证河流的生态环境需水量,提高人们的环境保护意识,树立可持续利用的观念,节水节电。

梯级水库对生态系统基流的累积影响

简要介绍了水资源管理软件Water Ware中的子模块WRM的原理及其功能,并对其中的水库模型进行了改进.针对水库对生态系统基流的均化影响,提出了均化系数的概念,并且给出了计算方法.利用改进的WRM模块,分别研究了嘉陵江中上游2座及3座水库对基流的累积影响.分析计算表明:2座水库的均化系数为0.29,而3座水库的均化系数则达到0.58,流量均化程度的增大主要是梯级水库累积影响的结果.

引黄灌区包气带土壤水分运移及对地下水的补给

为了揭示干旱区灌区包气带水分运移规律及其对地下水的补给机制,以银川平原永宁灌区试验区为例,原位监测降雨、土壤水和地下水,采用零通量面法计算包气带的水量平衡,定量评估了土壤水与地下水的补给量。结果表明:(1)活跃层、次活跃层受降雨/灌溉水入渗、蒸发的影响最为明显。地下水受渠系渗漏影响7月初埋深最小,4月末和11月初埋深最大。(2)活跃层和次活跃层含水量增幅、初始入渗速率、持续时间和总渗漏量在灌溉模式均大于降雨模式,土壤蒸发量在两种模式下则表现相反。在灌溉量减少的情况下,由于地下水位抬升,深层渗漏量基本不变,但持续渗漏的时间增长。(3)研究时段土壤储水量增加了0.3 mm,入渗量为633.3 mm,蒸发量为285.6 mm,深层渗漏补给地下水量为434.4 mm,地下水补给土壤水为87.0 mm。包气带土壤水受持续降雨模式、灌溉模式和地下水位波动的影响,灌溉补给地下水占入渗量的68%,需要优化灌溉模式,提高灌溉水的利用效率。

岔巴沟流域降雨不同时间尺度的空间变异特征

基于黄土高原岔巴沟流域13个雨量站2004—2006年5 min降雨数据资料,分析了流域2 h、6 h、24 h、3 d、7 d、月和年(5—10月)等7个时间尺度的降雨量空间变异特征。结果表明:①以曹坪雨量站为代表的单站5—9月降雨量占全年的90%以上,其中7—8月以中雨和大雨、暴雨为主,降雨量占年降雨量的60%～80%。②不同时间尺度降雨量的空间变异程度不同,2、6、24 h最大降雨量的变异系数C_V分别为0.27～0.93、0.06～0.81、0.06～0.69,呈减小趋势;3 d到7 d尺度上C_V值并非一直减小;月降雨的C_V以6月最大,年(5—10月)降雨量的C_V为0.05～0.11。③暴雨中心在2004年、2005年分布在流域上游,2006年则移至下游。降雨量的空间变异性随着丰水年水汽运移强度增大及降雨量增大而减小,局地性降雨尤其是局地暴雨是引起空间不均匀性的主要原因。

单喷嘴均匀度实验研究

针对单喷嘴的特性,设计了研究单喷嘴均匀度的实验方案,并且给出了均匀度的测试指标:均匀系数、偏态系数、等雨强线、等圆半径。通过该实验方案,详细地研究了喷嘴的均匀度,为喷嘴的优化组合提供了技术指标。

闸坝上游河道沉积物铵态氮的吸附-解吸特征

为评估闸控污染河道沉积物对铵态氮的吸附-解吸特性,选取沙颍河周口(ZK)和沈丘(SQ)闸坝上游河床断面,进行0~20 cm不同深度沉积物的铵态氮吸附-解吸批试验,采用动力学模型和等温热力学模型研究沉积物的吸附-解吸特征,并计算了吸附-解吸临界浓度,分析了沉积物环境因素对铵态氮最大吸附容量的影响。结果表明:(1)两断面沉积物的吸附动力学曲线,均可用准一阶方程拟合。(2)除ZK 0~5 cm沉积物用Langmuir等温吸附模型模拟解吸过程较差外,其他深度沉积物均可用Langmuir和Freundlich等温模型模拟NH_(4)^(+)-N的吸附-解吸过程。垂向深度上,ZK在10~15 cm吸附性能最强,在5~10 cm的解吸性能最强,而SQ在0~5 cm的吸附和解吸性能都最强。总体上,ZK断面的吸附能力要优于SQ,但解吸能力弱于SQ。(3)两断面沉积物吸附-解吸临界浓度大于其上覆水NH_(4)^(+)-N浓度,表明沉积物中铵态氮具有向上覆水中释放的风险。最大吸附容量与黏粒体积分数、pH、有机质含量均呈正相关,与TN浓度呈负相关。粒径是影响两断面沉积物吸附铵态氮的主要因素。

新疆水资源管理系统的设计与开发研究

根据新疆水资源的特点和管理需求,开发了新疆水资源管理系统。该系统以中文Windows XP为开发平台,采用“原型化”系统开发方法与面向对象编程技术,选用新一代关系数据库管理系统SQL Server 2000和Visual Basic 6.0软件开发环境,实现了水资源管理数据的录入、编辑、查询、统计分析、报表打印等功能。

第二松花江流域地表水与地下水相互关系

通过野外采样和室内分析,采用稳定氢氧同位素和水化学相结合的方法,研究了第二松花江地表水和地下水的相互关系。地表水和地下水中稳定氢氧同位素(δD,δ18O)空间差异明显,上游水体中同位素最贫化,下游最富集。水化学类型从长白山源区的Na-HCO3型,演化成Ca-Mg-HCO3型;而在人类活动的影响下,向Ca(Mg)-Cl(SO4)演化。运用端元法定量计算了地表水与地下水的相互转换比例,上游山区深层地下水接受江水和浅层地下水的补给,浅层地下水补给比例占50%左右;下游平原区浅层地下水补给江水,补给比例占20%左右。研究结果可为综合利用地表水和地下水、促进水资源的可持续利用提供理论基础。

三江平原地表水与地下水氢氧同位素和水化学特征

地表水与地下水的相互作用是水循环研究中的重要组成部分,是水资源管理、规划和优化配置的基础。通过野外考察取样和室内测试分析,应用同位素和水化学方法分析了三江平原地表水与地下水的相互作用关系。结果表明:兴凯湖水氢氧同位素最富集,乌苏镇井水同位素最贫化。松花江、黑龙江和乌苏里江沿河流流向,δD都呈现贫化的趋势;δ18O在松花江和黑龙江沿河流流向有富集的趋势,而沿乌苏里江则呈现贫化趋势。在松花江和黑龙江汇合处,黑龙江江水同位素贫化,电导率低。深井的氢氧同位素比浅井贫化,电导率较小。三江平原当地大气降水线(LMWL)为δD=7.4δ18O-3.1。三江平原水化学主要是Ca·Mg-HCO3型,在人类活动较大的地方,水化学类型发生了改变。利用氢氧同位素和水化学分析表明降水是地表水和地下水的补给源,地表水与地下水水力联系较强。地表水与地下水应作为统一体进行水资源管理。

北京连续降水水汽输送差异的同位素示踪

为了探讨连续降水过程中水汽输送的变化,应用NCEP/NCAR资料、HYSPLIT后向轨迹模拟及降水稳定同位素资料对北京22场连续降水的水汽输送差异进行了研究。结果表明:连续降水的水汽输送可分为西向水汽输送、远洋水汽输送、近海水汽输送、远源大陆水汽输送和局地大陆水汽输送5种类型,并以近海水汽输送和西向水汽输送为主(降水量占比60.8%)。不同水汽输送类型下降水δ^(18)O的差异主要受水汽源区同位素富集程度及水汽输送途中降水过程的影响,降水氘盈余的变化反映出二次蒸发的影响及水汽源区大气相对湿度的差异。14场连续降水的水汽输送类型发生了变化,且降水δ^(18)O值的变化能够较好地指示水汽输送类型的变化。该结果说明降水同位素特征能够为识别水汽输送类型提供有效信息。