下垫面变化及雨型对珠海机场片区内涝影响研究

在极端气候和城市化影响下,城市暴雨内涝问题日益严重。为有效解决弱水力梯度珠海机场片区的内涝问题,提高机场运行安全,研究基于InfoWorks ICM模型对机场片区下垫面变化及不同雨型暴雨下的管网排水能力、地表淹没情况及内涝风险等级进行分析,以期评估现有改造工程的内涝防治效果,并探究机场在不同重现期不同雨型暴雨条件下的适应能力,从而为未来的防治策略提供科学依据。研究结果显示,模型模拟水深与实测积水深度的偏差约为10%,验证了该模型在分析区域内涝特征上的可靠性。机场工程改造后,研究区域的内涝风险显著降低,不同风险等级的区域面积大幅减少,应对不同雨型的能力显著增强。特别是在百年一遇的降雨事件中,工程改造显著优化了管网性能,未满管段的比例增至58.08%,超负荷管段的比例从49%降至16.33%,从而使研究区内涝面积缩小88%、积水深度超50 cm的区域面积缩小85%。此外,当雨峰与潮位峰值同时出现时,随着降雨重现期的增加,尤其是5至50年一遇降雨事件,内涝风险随雨峰位置后移增大。机场工程改造提高了对中心型和延后型雨型的适应性,减少了有压管段的占比,显示出改造工程在提升机场抵御极端降雨事件能力方面的有效性。尽管如此,研究区内仍存在局部低洼地带和内涝风险,需持续关注并推进内涝点的整治工作。

夏季降雨事件对水库温室气体通量变化的影响:来自湖北官庄水库的高频观测

湖库淡水水域对温室气体排放的贡献不容小觑,然而观测时间的代表性不足以及缺乏对降雨因素的考虑制约了碳排放的准确估计.本研究以湖北宜昌境内官庄水库为例,选取强降雨多发的夏季时段,针对水气界面温室气体通量、水体表层和垂向剖面气体溶存浓度及环境因子开展了为期1周的原位高频观测,以探讨夏季降雨事件对水库温室气体通量变化的影响.结果表明,观测期内官庄水库水气界面CH_(4)通量变化范围为0.007~0.077 mg/(m^(2)·h),CO_(2)通量范围为5.48~57.57 mg/(m^(2)·h),白天和夜晚均表现为大气的碳源.小雨、中雨乃至暴雨天气条件下,CH_(4)和CO_(2)日均通量均较低,日通量倾向于受风速和温度调控.CH_(4)和CO_(2)通量变化趋势较为一致,观测期内日间排放量高于夜间排放量出现的次数更多,昼夜差异对降雨天气状况无明显响应,风速是CH_(4)和CO_(2)通量昼夜变化的主导因素.暴雨过程中,CH_(4)-k 600和CO_(2)-k 600与水气温差存在显著正相关,但水体垂向混合过程十分短暂.在平均雨强为3.8 mm/h的暴雨第I阶段,CH_(4)-k 600对风速和降雨的响应明显,而在雨强更大(8.5 mm/h)的第II阶段,CH_(4)-k 600与风速、降雨均未表现出相关性,通量箱在强降雨条件下的适用性可能存在雨强阈值.

喀斯特小流域河流溶存甲烷浓度时空变化特征

以宜昌境内喀斯特河流下牢溪为研究对象,通过对流域内15个采样点为期1a间隔约2周1次的水量、水质及CH_(4)浓度同步监测,探讨河流溶存CH_(4)浓度时空变化规律及影响因素.结果表明:下牢溪溶存CH_(4)浓度变化范围为0.002~1.492μmol/L,全年平均浓度0.133μmol/L,整体表现为大气CH_(4)的源.河流溶存CH_(4)浓度呈现夏秋高、冬春低的变化特征,主要受温度驱动.雨季CH_(4)浓度受温度和降雨共同调控.温度越高,产生流量稀释效应的降雨量阈值也越大.下牢溪CH_(4)浓度空间分异性显著,小型拦水坝前浓度最高,最低值出现在河底坡降较大的天然峡谷型河道.人为活动不同程度的提高了相应河段的CH_(4)浓度水平,是小流域CH_(4)浓度空间分布格局的重要影响因素.流域CH_(4)浓度空间分布无明显时间稳定性特征,这可能与陆源输入及水平、垂向输出等动态因素有关,实施全流域采样监测对小型河流碳排放估算十分必要.

高原湖泊溶解甲烷浓度空间异质性研究—以阳宗海秋季为例

以西南典型高原湖泊阳宗海为研究对象,于2020年11月应用新型快速水-气平衡装置(FaRAGE)及便携式温室气体分析仪,开展了表层水体和垂向剖面溶解CH_(4)浓度的高分辨率监测,揭示了溶解CH_(4)浓度空间分布特征及影响因素.结果表明,阳宗海表层水体溶解CH_(4)浓度为0.02~0.97μmol/L,表现为大气甲烷的源.空间上呈现出南北高、中部低的分布特征,与水生植物分布、入湖河流输出和水深等因素密切相关.湖泊不同区域垂向剖面溶解CH_(4)浓度分布较为一致,湖心区CH_(4)氧化消耗最为明显.自展分析表明,基于少量样点监测的CH_(4)排放估算具有较大不确定性,准确估算阳宗海CH_(4)扩散通量所需最小采样点数量约为3.7个/km^(2),高空间分辨率的监测对于湖库碳排放的准确估计十分必要.

两类ENSO事件对长江中下游地区季节降水的影响

使用1966-2015年长江中下游地区91个气象站月降水资料,采用线性倾向估计、Mann-Kendall检验、距平分析等方法分析了长江中下游地区近50年降水变化特征及其对两类ENSO事件的响应。结果表明,近50年来长江中下游地区夏季降水量以2.04mm/a的倾向率呈显著增加趋势,年降水量在区域内呈东增西减的分布特征。厄尔尼诺事件易造成长江中下游冬、春季降水异常偏多,而拉尼娜事件发生时夏季降水大幅偏多。东部型厄尔尼诺发生当年长江沿岸一带附近夏季降雨偏少,中部型事件当年呈现南多北少的响应特征,次年则转变为相反的空间分布。中、东部型拉尼娜事件发生当年,秋季降水分别显著偏多和偏少。东部型拉尼娜次年夏季降水普遍偏多,以长江中下游东部最为显著,而中部型事件次年夏季降水则呈现东南多西北少的分布格局。

长江中上游结合带喀斯特小流域夏季水化学特征——以宜昌下牢溪为例

河流的水化学组成受自然因素和人为因素的综合影响,研究河流水化学特征有助于了解流域内物质循环及人类活动的干扰情况.针对长江中上游结合带喀斯特小河流下牢溪,于2019年6月至8月间进行了八大离子及相关环境因子的采样及监测.结果表明:下牢溪水化学类型为HCO_3~--Ca~(2+)-Mg~(2+)型,HCO_3~-占阴离子总当量浓度的85.59%,Ca~(2+)、Mg~(2+)分别占阳离子总当量浓度的48.96%和48.79%.相较于长江流域内其他喀斯特河流,下牢溪具有更高的HCO_3~-和Mg~(2+)浓度水平.河流水化学组成主要受到岩石风化控制,Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-主要来源于白云岩、石灰岩的溶解,Na~+、K~+、Cl~-、SO_4~(2-)、NO_3~-主要来自于生活污水和农业面源的输入.下牢溪Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-浓度自上游向下游逐渐降低,而Na~+、K~+、Cl~-和SO_4~(2-)浓度呈现往下游方向递增的趋势,下牢溪中下游受人为活动影响更为明显.

降雨径流事件对三峡水库香溪河库湾甲烷释放的影响

甲烷是一种重要的温室气体,水库的甲烷源汇效应备受关注,然而观测时间的代表性不足以及缺乏对非良好天气状况的考虑制约了CH4排放的准确估计.本研究以三峡水库香溪河库湾为研究对象,针对2019年夏季一场完整降雨径流事件在库湾中游断面开展跟踪连续监测,初步探讨了降雨以及来流过程对库湾甲烷浓度与释放的影响.结果表明,降雨事件前后,库湾中游监测断面处水-气界面甲烷通量变化范围为0.011~0.326 mg·(m^(2)·h)^(-1),表现为大气甲烷的"源".风速和降雨均能够通过调节气体传输速率影响水-气界面的甲烷排放,其中风速的驱动作用更为显著.流域降雨导致的底部异重流抵达监测断面时,水体底层甲烷浓度明显升高,很可能受到上游及沿程输入的影响.此次来流量偏小不足以破坏水温分层结构,底部高浓度甲烷向上扩散过程中,氧化消耗作用明显,对表层甲烷浓度以及水-气界面甲烷释放的影响十分有限.

鄂西长江喀斯特小流域氮磷输出特征

以鄂西长江中上游分界处的喀斯特小流域下牢溪为研究对象,于2019年对河道内15个观测点进行了间隔半月的现场水环境因子监测、水样采集和室内营养盐分析,以探讨河流氮磷浓度及输出负荷的时空变化特征。结果表明:下牢溪总氮和总磷浓度分别为1.46±0.05和0.02±0.04 mg/L,普遍低于长江流域内其他河流。氮素浓度呈现春夏高、秋冬低的年内变化特征,磷素浓度总体表现为丰水期高于枯水期,与降雨密切相关。河流上游氮磷浓度均较高,受控制流域内农业活动影响较大。流域氮素浓度空间分布差异性较为明显,磷素浓度对河流附近人为活动及生活污染的响应敏感。流域中全年氮磷输出负荷分别为26.57和0.25 t,主要集中在春、夏季,贡献了全年氮负荷的82.0%、磷负荷的83.9%。硝氮和溶解态总磷分别为最主要的氮磷流失形态。夏季受降雨冲刷影响,颗粒态磷流失负荷占总磷负荷的比重显著高于其他季节。