河北平原农业灌溉以电折水系数影响因素研究

“以电折水”是一种农业灌溉用水的间接计量方法,通过建立灌溉耗电量与取水量之间的定量关系,实现利用灌溉耗电量数据间接求算灌溉用水量。以电折水系数是灌溉取水量与耗电量的比值,其准确性是影响该方法进行灌溉用水间接计量的主要因素。本研究基于县域农业灌溉以电折水系数与地下水位监测结果,分析了河北平原区以电折水系数的区域特征以及地下水埋深对以电折水系数的影响;选择位于山前平原区的中国科学院栾城农业生态系统试验站为典型地点,开展了机井用电量和抽水量关系的灌溉试验研究,分析了灌溉时长、灌溉方式和季节等要素对以电折水系数取值的影响规律。本研究发现:1)同等地下水埋深条件下,山前平原区以电折水系数高于中东部平原区,且随着地下水位埋深增加,以电折水系数降低。地下水埋深每增加10 m,山前平原区深层井以电折水系数降低0.42 m^(3)∙kWh^(−1),中东部平原区深层井降低0.15 m^(3)∙kWh^(−1)。2)灌溉试验结果表明,机井的灌溉耗电量与取水量关系较为稳定,同一机井不同次灌溉之间的以电折水系数波动幅度为5.7%;受地下水水位季节性变化的影响,3月上旬到6月中旬的灌溉季内以电折水系数季节性变化幅度约为±10%;管灌、喷灌等不同灌溉方式对实际以电折水系数具有显著影响,管灌比喷灌的以电折水系数高28.8%。3)目前的河北平原县域以电折水系数测算结果尚不能满足农户灌溉用水计量和水权、水资源税核定的需求,应考虑地下水季节性变化、灌溉技术类型差异和非灌溉用电的影响,进一步提高以电折水方法的计量精度。

基于GIS的校园雨水资源化潜力分析研究

当今社会雨水资源的开发利用已经成为解决水资源短缺问题的重要途径之一。研究区域性雨水资源化的潜力可为开展雨水收集利用工作奠定理论基础。因此以河北建筑工程学院校园为研究区域,使用GIS技术测量校园4类汇水面面积并赋予属性,应用径流系数法,结合当地的降雨分布规律,预测了校园在丰水年(P=25%)、平水年(P=50%)、枯水年(P=75%)可收集的雨水量分别为77359.17,65914.42和57296.67 m^(3),大约相当于校园1年用水情况的11%,9.3%,8.1%;并对校园内景观水系调蓄能力进行了核算与评估。研究结果表明雨水资源化潜力可观,可以在提高雨水利用率的基础上展开雨水资源化的相关研究工作。

四川昭觉地区优质偏硅酸地下水的特征、成因及其开发利用建议

【研究目的】近年来,随着生活水平的不断提高,人们对健康饮水的要求也在不断提高,寻找与开发富含H_(2)SiO_(3)等矿物质优质地下水已成为关键。【研究方法】本文以昭觉地区水文地质调查工程、地下水污染调查工程所获取的地下水化学数据为基础,探讨了昭觉地区富H_(2)SiO_(3)地下水的分布特点、元素水文地球化学特征、形成条件及成因。【研究结果】结果显示:(1)全县富H_(2)SiO_(3)(≥25 mg/L)地下水均属于低矿化度偏碱性水,分布在基底岩石为玄武岩的6个片区,H_(2)SiO_(3)含量一般介于25.74~46.04 mg/L,pH含量一般介于7.4~8.58,TDS含量一般介于49.4~333 mg/L;(2)玄武岩地下水存在HCO_(3)-Ca、HCO_(3)-Ca·Mg、HCO_(3)-Ca·Na、HCO_(3)-Ca·Mg·Na、HCO_(3)-Na等5种水化学类型,总体以HCO_(3)-Ca·Mg为主,其次为HCO_(3)-Ca,再次为HCO_(3)-Ca·Na,三者分别占总采样点数的50.00%、25.76%、12.12%;(3)全县富H_(2)SiO_(3)地下水的形成受水岩相互作用、硅酸盐矿物的分布范围及其可溶性、围岩裂隙发育程度、水源涵养及补给条件等四方面因素影响,其中水岩相互作用占据主导作用;(4)在后续开发利用过程中,需进一步揭示影响地下水中H_(2)SiO_(3)分布与迁移的因素。【结论】研究结果可以为昭觉地区矿泉水产业的发展及城乡优质水源地的建设提供依据。

乌蒙山区地下水赋存独特性与开发利用模式——以昭觉地区为例

通过地面水文地质调查、水文地质钻探和地下水资源开发利用等综合研究手段,查明研究区地下水类型以基岩裂隙孔隙水为主,碳酸盐岩岩溶水和第四系松散岩类孔隙水为辅,总结出不同类型地下水的赋存特征;从断裂、皱褶和裂隙发育特征阐明地质构造对研究区地下水运移、存储、富集和排泄的影响规律,断裂破碎带通常具有阻水作用,而在断裂一侧或两侧某一段的影响带内往往充水,沿断裂带发育方向易形成地下水排泄带,次级断裂是控制研究区内深部热水活动通道的主要构造;向斜构造使得浅层裂隙水和下部层间水得以富集,形成向斜储水盆地;近东西向张性和"X"节理裂隙有利于地下水的富集。根据研究区内主要地形地貌和含水层特点,将研究区划分为山间盆地、丘陵山区和岩溶山区3种主要类型区,通过对各类型区地下水赋存特征及规律分析总结,结合开发利用可行性,归纳出3种地下水开发利用模式:山间盆地蓄水构造钻井抽水模式、丘陵山区表层泉水池调蓄模式和岩溶山区溶洼成库和地下河堵洞成库地表-地下联合模式。研究成果为提高乌蒙山区地下水开发利用效率,解决该地区用水困难提供科学依据。

南洞地下河流域水质分析及灌溉适用性评价

为查明云南南洞地下河流域水质特征和农业灌溉适用性,分别在雨季和旱季共采集32组地表河水样和24组地下河水样,进行12种常规指标和9种金属元素检测。利用内梅罗综合指数法进行水质评价,利用钠含量法(SC)、钠吸附比法(SAR)、残余碳酸钠法(RSC)和渗透指数法(PI)揭示雨季和旱季水体的农业灌溉适用性。结果显示,区内水体主要呈弱碱性,Ca^(2+)和HCO_(3)^(-)为主导型离子。地表河水,常规指标仅NH4+含量超过我国相关水质标准限值,金属元素Al、Pb、Mn和As含量超标,旱季超标率总体高于雨季。地下河水的金属元素Al、Pb、Zn、Cr、Mn和As含量超标,雨季超标率总体高于旱季。工矿业活动排放和裸露型岩溶水文地质是导致水体金属元素含量超标的重要原因。据水质评价结果,区内水质整体较好,旱季和雨季水质处于良好及以上级别分别占比89.29%和85.71%。灌溉适用性评价结果显示,区内水体灌溉适用性整体较好,仅在旱季地表河水As含量(54.70μg·L^(-1))高于农田灌溉水质标准中蔬菜和水作标准限值,不适合周边蔬菜和稻田的灌溉。

清江流域岩溶地下水金属元素来源解析及健康风险评价

岩溶地下水是清江流域居民生产生活的重要水资源,甚至是部分地区唯一水源,因此揭示岩溶地下水金属元素来源及人群暴露的健康风险尤为必要。文章以清江流域岩溶地下水为研究对象,分析了46组岩溶地下水样品中10种金属元素(Al、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Co、Cd、Mn和As)。利用多元统计分析和正定矩阵因子分解模型(PMF)对清江流域岩溶地下水金属元素分布特征、潜在来源及贡献份额进行分析,并利用健康风险评价模型评价金属元素通过不同摄入途径对成人和儿童暴露的潜在健康风险。结果表明,定性分析与PMF定量解析结果较为一致,定性结果表明,Co、Cu、Pb、Mn和Al主要受原生地质作用影响,Ni和Cd主要受工业活动影响,As主要受农业活动影响;PMF模型的定量结果显示,研究区主要有5大影响因子,因子1为矿业活动,平均贡献率为14.4%,因子2为轻工业生产活动,平均贡献率为26.3%,因子3为农业活动,平均贡献率为19.3%,因子4为道路交通作用,平均贡献率为17.8%,因子5为原生地质作用,平均贡献率为22.2%。居民通过饮用途径暴露的总健康风险高于皮肤渗入途径,成人通过饮用途径暴露的健康风险低于儿童,但成人通过皮肤渗入途径暴露的健康风险高于儿童。Cr是引起健康风险的主要致癌金属元素,在清江流域岩溶地下水资源开发利用时应重点关注。

清水河不同功能区水体微生物群落结构特征

微生物菌群在地表河水物质循环、能量转换和信息传递过程中起着关键调控作用。为探究清水河不同功能区水体微生物群落结构特征,维持清水河生态系统长期稳定,作者于农业区和城市区河段共采集地表河水样品20组,基于水文地球化学方法、高通量测序技术及生物信息分析,综合揭示了清水河不同功能区水体微生物群落结构及其与地表河水化学组分间相互作用关系。结果表明:地表河水总体呈弱碱性(8.35≤p H≤9.44),化学类型主要为HCO_(3)-Ca·Mg水(80%),其次为Cl-Ca·Mg水(20%)。农业区河段水化学组分主要受碳酸盐岩溶解和农业施肥排放控制,城市区河段水化学组分主要受上游水体和城市居民生活排放影响。不同功能区水体微生物群落结构存在差异,城市河道及两岸硬化导致城市区河段微生物多样性低于农业区河段。农业区河段优势菌属为Limnohabitans、Rhodobacter和Flavobacterium,城市区河段优势菌属为Cyanobium_PCC-6307、Limnohabitans和norank_f_norank_o_Chloroplast。水化学因子对微生物群落结构影响程度顺序为NO_(3)^(-)(P=0.001)>SO_(4)^(2-)(P=0.003)>DO(P=0.071)>pH(P=0.222),其中农业施肥排放的NO_(3)^(-)对微生物群落结构影响最为显著。微生物硝化作用加重了农业区河段NO_(3)^(-)污染程度,而反硝化作用有效降低了过渡区河段NO_(3)^(-)浓度。

游离氨冲击抑制联合污泥停留时间控制实现高效短程硝化

维持活性污泥系统中氨氧化菌(AOB)活性的同时抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性是实现短程硝化的关键,为此提出了一种游离氨(FA)冲击抑制联合污泥停留时间(SRT)控制实现高效持久短程硝化的方法。虽然FA冲击抑制仅1 d就能实现短程硝化快速启动,但是仍然无法长期维持短程硝化。进一步控制SRT分别为10、20 d进行实验发现,SRT为20 d效果更佳,能够实现高效持久的短程硝化。高通量测序结果反映出FA冲击抑制联合SRT控制后,亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)始终占优势是高氨氧化效能的重要原因。

乌蒙山区“地质调查+”经济发展模式研究——以昭觉县为例

深入系统总结昭觉县地质调查工作,科学揭示昭觉县“地质调查+”经济发展模式的特征与内涵,已经成为昭觉县当前地质调查工作的重要内容之一。在昭觉县区域背景条件及资源环境状况调查评估的基础上,以地层岩性、地貌类型为筛选原则,选取了昭觉县5个典型区进行了水资源开发利用与经济发展模式研究,形成了“碎屑岩区山间盆地”“玄武岩区山间盆地”“碎屑岩区侵蚀低中山河谷”“碳酸盐岩区侵蚀溶蚀中低山峡谷”及“多岩性组合区侵蚀中山河谷”5种典型水资源开发利用与经济发展模式;在此基础上,结合地层岩性、地形地貌、水资源开发利用及经济发展实践等要素,建立了昭觉县“地质调查+”经济发展模式,并给出了模式构建路径(basic-orientoction-main content-purpose,简称BOMP路径):以地质、水文地质调查为基础,以市、县政府及其下辖乡镇府经济发展需求为导向,以查清资源环境禀赋(以综合条件定产)、科学调配水资源(以水促产)、高效利用自然资源(以资源兴产)、用活用好政策(以市场促发展)为主要内容,以促进社会可持续发展为主要目的。研究结果可为中西部欠发达的民族地区、边远地区经济发展提供新的解决思路和实现途径。

微生物在地下水污染修复中的应用研究进展

地下水污染是全球普遍关注的环境问题之一,地下水环境特殊性和污染物复杂性加大了地下水污染修复难度。微生物修复是以微生物自身代谢功能为基础的一种修复方法,相对其他技术具有成本低、对环境扰动小等优点,在地下水污染长期修复中优势明显。系统总结了监测自然衰减的微生物证据、室内自然衰减模拟与定量检测技术以及生物刺激修复中关键环境因素的调控方法,介绍了地下水中无机氮、有机物和金属元素3类常见污染物的微生物修复研究进展,提出了微生物修复地下水污染中急需解决的关键问题,以期为地下水污染的微生物修复研究提供新思路。

青藏高原流域岩石风化机制及其CO_(2)消耗通量:以拉萨河为例

为研究青藏高原流域岩石风化机制及其对CO_(2)消耗通量和气候变化的影响,于2019年11月至2020年10月对拉萨河流域控制断面进行一个完整水文年每月2次的监测和采样,结合水化学及δ^(13)C_(DIC)和δ^(34)S_(SO_4),探讨了流域水化学特征及其主要影响因素,基于化学计量平衡与正演模型方法定量计算了河流水体主要物质来源,并对流域岩石风化速率与大气CO_(2)消耗通量进行了估算。结果表明:拉萨河流域水体中Ca^(2+)和HCO_(3)~-为主要的阳离子和阴离子,水化学类型为HCO_(3)-Ca型,大气输入、人为输入、硅酸盐岩和碳酸盐岩风化端员对河水阳离子的年平均贡献率分别为6%、4%、21%和70%;河水化学计量学、δ^(13)C_(DIC)(-8.78‰~-1.35‰)和δ^(34)S_(SO_4)(-2.26‰~-1.10‰)变化均证明由煤系地层硫化物及矿床硫化物的氧化形成的硫酸(各占约50%)广泛参与了流域的化学侵蚀,硫酸对碳酸盐岩的风化作用旱季显著强于雨季。流域硅酸盐岩风化速率与大气CO_(2)消耗通量的年平均值分别为5.20 t·km^(-2)·a^(-1)和118×10^(3) mol·km^(-2)·a^(-1);仅考虑碳酸风化作用时,流域碳酸盐岩风化速率与大气CO_(2)消耗通量分别为22.5 t·km^(-2)·a^(-1)和202×10^(3) mol·km^(-2)·a^(-1);硫酸参与作用下,流域碳酸盐岩风化速率估算结果提高了31%(升至29.4 t·km^(-2)·a^(-1)),岩石(碳酸盐岩和硅酸盐岩)风化消耗大气CO_(2)通量则降低了35%(降至207×10^(3) mol·km^(-2)·a^(-1))。硫酸参与流域碳酸盐岩的风化改变了区域碳循环,这是全球碳循环模型应该考虑的一个重要环节。

岩溶关键带水文地球化学研究进展

岩溶关键带处于岩石、水、土壤、大气、生物五圈交汇地带。正确认识岩溶关键带的结构、特点及其水文地球化学过程是当前地球关键带与岩溶水科学研究的重点问题。本文基于对国内外相关研究成果的归纳整理,剖析了岩溶关键带水文地球化学内涵、岩溶关键带水动力垂向分带、岩溶关键带框架下的水文地球化学过程与机制,探寻变化环境下岩溶关键带水文地球化学过程演变的规律与驱动机制。指出了当前研究中存在的薄弱环节:目前工作仅停留在传统岩溶地下水科学工作范畴,未从岩溶关键带框架体系的角度考虑植物冠层至岩溶含水层之间水文地球化学过程及其耦合关系,未考虑新污染物持续输入、地球大数据科学工程深入实施、全球碳排放路径逐渐改变等时代因素对岩溶水文地球化学研究的潜在影响。进一步的研究可以从以下方面开展:基于岩溶关键带框架体系的新污染物水文地球化学研究,基于大数据框架体系的岩溶水文地球化学研究,“双碳战略”下的岩溶水文地球化学研究,岩溶关键带水文地球化学驱动的物质转化与能量迁移过程及其耦合以及高分辨率监测、评估与模拟手段的综合应用。

基于文献计量学的中国流域SCS模型研究现状分析

为了揭示SCS模型在中国流域研究的现状与重点,为后续研究提供参考,对该领域2000~2019年国内284篇期刊论文和168篇硕博论文进行了梳理,借助于CiteSpace5.7 R1软件及CNKI可视化分析模块,对该领域的发文量、关键词、发文作者和研究机构进行了文献计量学统计分析。结果表明:SCS模型研究领域发文量总体呈增长趋势,研究重点主要集中在2个方面,一方面是SCS模型与其他模型的耦合应用研究,可为洪水灾害预警响应提供理论支撑;另一方面是利用遥感技术进行小流域CN值率定研究,以建立适合中国各地区的CN值数据库,为中、大尺度流域径流量模拟奠定基础。研究团队的分布随时间呈集中向分散过度的趋势,其中,河海大学梁忠民教授团队、西安理工大学宋孝玉教授团队、西北农林科技大学梁菊平教授团队、北京师范大学史培军教授团队和中国科学院刘昌明院士团队等是不同发展阶段的核心团队,这些学者团队为该研究领域的发展做出了重要贡献。由此可见,在中国暴雨及雨洪灾害频发的情况下,SCS模型在今后对小中大尺度流域径流产流模拟研究可能会成为将来的研究热点。

乡村振兴背景下应用型院校本科生创新创业能力培养模式

在现代教育体系中,大学生创新创业能力的培养成为高等院校人才培养的重点。本文结合应用型院校人才培养目标的要求,针对创新创业中存在的问题进行剖析,分析了大学生创新创业意识培养的重要性,提出在乡村振兴背景下创新创业能力培养的策略,最终阐明该模式的研究与实践,有望提升学校的办学水平,提高毕业生的就业市场竞争力,对促进乡村发展、推进乡村振兴贡献力量。

基于MODFLOW-CFP的贵州大井流域岩溶地下水数值模拟

贵州大井流域岩溶分布广泛,岩溶水是当地人民生产和生活的主要来源。由于对岩溶水资源的不合理开发利用,水资源短缺现象经常发生。大井流域水文地质条件复杂,管道-多孔介质双重介质特征明显。文章采用MODFLOW-CFP耦合模型对大井流域展开数值模拟,进而掌握大井流域地下水运动规律、准确评价岩溶水资源,促进其合理开发利用。结果表明:大井流域管道与多孔介质交换量为6 719.1 m^(3)·a^(-1),主要集中在上游和中游;总补给水量为10 977.3×10^(4)m^(3)·a^(-1),补给模数为133.495m^(3)·km^(-2)·a^(-1),其中降雨汇入量和降雨入渗量占总补给量的81.35%,而总排泄量为10 813.47×10^(4)m^(3)·a^(-1),主要在地下河出口排泄。

基于HEC-HMS模型的兰江流域径流预测

[目的]分析兰江流域径流对气候变化的水文过程响应,为区域水资源可持续发展和防洪抗旱提供科学基础。[方法]利用2015—2018年日降雨径流过程和6场暴雨洪水过程率定并验证HEC-HMS水文模型在该流域的适用性;基于SDSM统计降尺度模型,对2030—2100年CanESM2模式下RCP2.6,RCP4.5和RCP8.53种情景的气候数据进行降尺度,生成兰江流域6个气象站点未来日降水序列以预测未来气候变化下的径流响应。[结果] HEC-HMS模型对场次洪水和逐日径流模拟的相关系数平均值达到0.89,0.77,平均效率系数达到0.86,0.76;RCP2.6情景下研究区面降水量较于基准期(2015—2018年)减小0.82%,在RCP4.5,RCP8.5情景下分别增大6.18%,18.17%;RCP2.6,RCP4.5,RCP8.53种情景下多年平均径流相较于基准期分别增幅为17.00%,26.22%,41.93%。[结论] HEC-HMS模型在兰江流域有较好的适用性;未来兰江流域径流呈显著上升趋势,增幅程度随辐射强迫度的增加同步增大。当辐射强迫度升高至8.5 W/m^(2)时,流域径流量平均每10 a上升49.49 m^(3)/s。预计21世纪末多年平均径流量达到1 101 m^(3)/s,年径流变化起伏剧烈,汛期径流占全年比例较高,旱涝事件趋于频繁,对人民福祉威胁较大。

未来气候情景下兰江流域径流响应模拟

通过耦合SWAT水文模型和SDSM统计降尺度模型,研究全球气候变暖背景下兰江流域未来气候及其径流响应。选用2008~2019年兰溪水文站径流资料建立月尺度SWAT模型,将2030~2100年CanESM2模式RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5三种情景数据降尺度到兰江流域各气象站点,生成未来气候数据并输入到已校准的SWAT模型,模拟未来气候变化下的径流响应。结果表明,未来兰江流域径流呈上升趋势,RCP8.5情景增幅最大,RCP2.6情景次之,RCP4.5情景涨幅最小。各时段年径流量呈不同变化趋势,RCP2.6情景下为增至峰顶后稳定,RCP4.5情景下为增至峰顶后减少,RCP8.5情景下为持续上升态势。

基于SWAT的贵州大井流域地表水与地下水转化关系研究

贵州大井流域属于典型的岩溶峰丛洼地地貌,地势起伏较大,研究区入口、出口及岩溶洼地地下水和地表水交换频繁,由于流量监测条件的限制,致使流量交换数据缺失。故本文引入SWAT模型,以月为时间尺度研究大井流域的地表水与地下水的交换量。

新疆车尔臣河流域绿洲带地下水咸化与污染主控因素

车尔臣河流域绿洲带地下水是当地居民生产生活的重要水源,查明地下水咸化和污染的控制因素,对可持续开发利用地下水资源和保护沙漠绿洲带生态环境具有重要意义.在该区共采集36组单一结构潜水样品和54组多层结构潜水-承压水样品,在确定地下水主要离子分布特征和污染现状基础上,应用水文地球化学方法(Piper图、多元统计、Gibbs模型和离子间内联关系)综合揭示地下水咸化和污染的主控因素.研究区地下水从山前倾斜平原单一结构潜水至冲洪积平原多层结构潜水-承压水具有一定分带性,Cl-Na水(87.8%)是研究区地下水主要的水化学类型.单一结构潜水水质明显优于多层结构潜水-承压水,多层结构潜水-承压水咸化主要由Na^(+)(均值9969 mg·L^(-1))、Cl^(-)(均值13687 mg·L^(-1))和SO_(4)^(2-)(均值5840 mg·L^(-1))导致,自然的水文地球化学过程是导致地下水水质恶化的主要原因.地下水化学主要受水岩作用和蒸发-浓缩作用控制,硅酸盐岩和蒸发盐岩矿物溶解是地下水化学组分的重要来源,而强烈的蒸发盐岩溶解过程对冲洪积平原区多层结构潜水-承压水的控制程度更高,加之在蒸发-浓缩和阳离子交换作用共同影响下,冲洪积平原区多层结构潜水-承压水咸化现象更为严重.此外,农田集中区农业施肥对地下水NO_(3)^(-)产生一定影响.

水文地球化学分析方法在地下水主要离子来源解析的研究进展

识别地下水主要离子来源对揭示地下水化学演化规律及水文地球化学行为至关重要。为了系统地总结水化学分析方法在地下水主要离子来源解析研究中的应用发展,调研了当前地下水化学成因机制研究常用的水化学分析方法,在简述地下水主要离子来源基础上,从定性分析和定量解析2个重要角度,系统总结了地下水主要离子来源解析的主流研究方法,并归纳了这些研究方法在实际应用中存在的局限性,以期为地下水化学成因机制研究提供新思路。