呼伦湖冰封期与非冰封期营养盐与离子分布特征研究

为明确近年来呼伦湖富营养化特征,同时揭示呼伦湖水化学组成、演化过程及其影响因素,连续3年对呼伦湖冰封期与非冰封期湖水进行采样,对湖冰(上层冰、中层冰、下层冰)进行分层采样,综合运用Arcgis空间插值、Piper三角图、Gibbs图等方法对总氮(TN)、总磷(TP)、阴阳离子在冰体与水体中的分布特征进行对比分析。结果表明,冰封期呼伦湖水体TN、TP平均浓度变化范围分别为1.318~3.124、0.188~0.231 mg·L^(-1);非冰封期分别为2.148~2.428、0.149~0.277 mg·L^(-1)。呼伦湖水体TN、TP浓度在时空分布上具有相似特征且迁移变化趋势一致,水体营养盐浓度主要受降水与径流影响,克鲁伦河与乌尔逊河等入湖河流对湖水营养盐浓度有良好的稀释作用。水体营养盐浓度分布呈现南部高于北部,且存在着由南向北的迁移变化过程,其中,呼伦湖小河口风景区(A10)、乌尔逊河入湖口(F9)、乌都鲁渔场(I5)采样点营养盐浓度随季节变化显著。同年冰封期水体TN、TP浓度大于冰体浓度,垂直方向上营养盐浓度表现为上层冰>下层冰>中层冰,不同冰层间营养盐迁移模型宏观解释了营养盐分布特征的成因。Piper三角图表明呼伦湖水化学类型以K^++Na^+-HCO_3^--CO_3^(2-)-Cl^-型为主。Gibbs图显示呼伦湖水体离子组成主要受岩石风化与蒸发作用影响,其中,水体阳离子只受蒸发作用控制,水体阴离子受蒸发作用与岩石风化共同控制。不同时期离子浓度分布特征表明,阳离子浓度分布集中且稳定,阴离子浓度存在显著的周期差异性,其中,NO_3^-与NO_2^-浓度随季节变化明显,主要受人类活动影响。

呼伦湖流域地表水与地下水离子组成特征及来源分析

通过对2017年4月连续采集的呼伦湖湖水、入湖河水、周边地下水与同年降水的主要离子进行水化学分析,结合呼伦湖流域水文地质资料,综合运用统计分析、相关性分析、Piper三角图、Gibbs图及离子比等方法分析了呼伦湖流域地表水与地下水主要离子组成特征及来源。结果表明,呼伦湖流域地表水与地下水水化学组成中优势阴离子为HCO_3^-与Cl^-,优势阳离子组成特征不同。其中,湖水与地下水主要由Na^+与Mg^(2+)组成;河水主要由Na^+、Ca^(2+)组成。湖水与河水TDS值变化范围分别为695~852 mg·L^(-1)与42~193mg·L^(-1),变化范围小,地下水TDS值变化范围为248~4610mg·L^(-1),分布差异明显。流域水体主要受碳酸盐与蒸发岩风化溶解共同作用控制,地下水TDS值变化主要受流域地质条件产生控制下的蒸发作用影响,蒸发作用强度为:呼伦湖湖水>东岸地下水>南岸地下水>西岸地下水>河水。呼伦湖流域水体中的离子的主要来源及其变化特征不受大气降水的控制,呼伦湖流域水体中NO_3^-与SO_4^(2-)的来源方式不同,研究区周围硝矿场的污染是导致部分地下水NO_3^-含量超标的主要因素,牧民存储草垛与牛粪堆的不合理方式也是造成地下水中NO_3^-污染因素之一。

克鲁伦河流域下游水体氢氧同位素与水化学特征

通过对克鲁伦河流域下游河水与地下水的主要离子水化学与氢氧同位素进行分析,结合区域水文地质资料,利用Durov图、空间插值、统计分析等方法分析了河水与地下水水化学与氢氧同位素特征。结果表明,河水的水化学类型主要为Na-Ca-HCO3型,地下水水化学类型为Na-Cl和Ca-Na-HCO3型。克鲁伦河水主要离子浓度与氢氧同位素空间分布特征显著较地下水稳定、空间差异小。流域内地下水与地表水主要来自降水补给,地下水也是克鲁伦河的主要补给源。氘盈余变化揭示出克鲁伦河水的蒸发分馏程度强于地下水,除流域内水体蒸发主要受地质地貌影响外,人类活动对河水的影响显著于周边地下水。G3点所在的西庙为一个完整独立的水文地质单元,其表现出的水化学与氢氧同位素特征均异于其他地下水。流域内部分地下水F-含量超标,虽然一定程度是受人类活动影响,但更多的是基于综合水文地质条件基础上的自然现象,已严重威胁人类生存,应引起当地有关部门的高度重视,避免氟中毒事件重现。

基于Morlet小波的呼伦湖流域降水多时间尺度分析

利用Morlet小波分析方法对呼伦湖流域,海拉尔市、满洲里市、克鲁伦河水文站与乌尔逊河水文站的1961—2014年降水序列进行小波特征分析,根据降水序列多时间尺度分析结果,揭示呼伦湖流域多年降水变化特征。结果表明:(1)研究区年降水量的周期变化特征主要为,海拉尔市年平均降水存在6a,11a与27a的主周期;满洲里市存在10a,16a与27a的主周期;克鲁伦河存在7a,13a与28a的主周期;乌尔逊河存在5a,13a,20a与29a的主周期。(2)通过对各序列枯水期的计算,预测海拉尔市与满洲里市将于2017年进入枯水期,克鲁伦河与乌尔逊河将于2019年进入枯水期;(3)预测显示呼伦湖流域在2018—2026年,呼伦湖流域降水减少,进入枯水期;在2027—2035年,呼伦湖流域的降水量充沛,进入丰水期。

不同放牧制度对呼伦贝尔草原径流中磷流失模拟研究

为了探究不同放牧制度对干旱半干旱地区草原土壤磷元素流失的影响,以呼伦贝尔砂质草原为研究对象,通过设置不同降雨强度,选择自由放牧、轮牧、休牧草场进行人工模拟降雨试验,利用混合深度模型模拟磷流失过程。结果表明:在4种雨强下,自由放牧草场总磷流失量最大,是休牧草场的1.31~1.50倍,是轮牧草场的1.59~1.74倍。颗粒态磷为草场土壤磷素的主要流失形式,其含量为溶解态磷的2.2~3.7倍。混合深度模型模拟结果显示,不完全混合模型的优于完全混合模型,并且在雨强较高情况下的模拟效果较好。在雨强小于1.5mm/min降雨事件中,放牧制度对磷元素流失影响显著(p<0.05),轮牧草场磷流失最少。因此,适当的将呼伦贝尔草原自由放牧草场向休牧和轮牧草场转变,将有利于减少草场磷元素流失及草原生态可持续发展。

内蒙古自治区呼伦湖水质变化特征及其影响因素

[目的]对内蒙古呼伦湖水质变化特征及其影响因素进行分析,为呼伦湖富营养化机理研究提供理论基础。[方法]采用2012—2014年的水质监测数据,对水体中TN,TP和叶绿素a(Chla)浓度的时空分布进行分析,采用综合营养状态指数法对水质进行富营养化评价,并对影响水质变化的因素进行探讨。[结果]在时间上,Chla,TN,TP浓度均表现为:7,8月>9月>1月;在空间上,TN的浓度的范围为1.70~2.31mg/L,均值为1.94mg/L。TP的浓度的范围为0.15~0.25mg/L,均值为0.19mg/L。呼伦湖水质已经达到地表水环境质量Ⅳ,Ⅴ类水体标准,是磷限制性湖泊。叶绿素a与总氮表现为:西南、东北两端>中部,总磷浓度除一个水质观测点较高外,其他各观测点变化不大。呼伦湖水体夏季已经呈现中度富营养化水平,而冬季和秋季呈轻度富营养化水平。[结论]呼伦湖已经处于富营养化状态,丰富的外源输入为非冰封期呼伦湖发生富营养化提供了一定的物质基础。

1963—2014年呼伦湖流域降水对径流量变化的影响

[目的]分析呼伦湖流域降水对径流量变化的影响,为流域水资源可持续利用和高效配置提供可参考依据。[方法]根据呼伦湖流域阿拉坦额莫水文站1963—2014年水文气象数据,采用累积距平法和Mann-Kendall法结合对呼伦湖流域50a径流和降雨年际变化趋势进行分析,确定出2个拐点年份,用累积量斜率变化率比较法评估降水对呼伦湖流域径流变化的影响。[结果]拐点年出现在1972,1999年,以初始研究阶段T_1(1963—1972年)为基准期,不考虑潜在蒸散量变化的影响,T_2(1973—1999年)和T_3(2000—2014年)时期的降水量减少对于径流量减少的贡献率分别为0,40.70%。[结论]21世纪年代以后降水与径流明显偏少,年径流量与降水量有很好的线性相关关系,降水减少是径流减少的主要原因。近年来人口增多,畜牧业发展昌盛,也对径流有一定的影响。

乌梁素海浅水湖泊沼泽化现状及成因分析

为揭示乌梁素海面临的湖泊沼泽化问题与其驱动因素,针对2013年8月乌梁素海浅水湖泊沼泽化现状及成因,进行了实地勘查和采样,利用基于植物生物量与沉积速率、植物种类和泥深的2种评价方法进行分析。结果表明:乌梁素海沼泽化程度存在空间差异,部分区域属于沼泽化后期,分别分布在总排干入湖口处和湖区的中东部,其中,沼泽化综合指数在近入湖口处各点最大,沼泽化综合指数处于3~4,向湖区中东部逐渐减小,但仍然大于湖区中南部的下游区,该区域的沼泽化综合指标数为2~3,仍属于沼泽化盛期,直至湖区下游的最南端,属湖泊沼泽化不显著区。造成乌梁素海浅水湖泊沼泽化的主要原因很可能是在湖水流速缓慢和富营养化的综合作用下,外源物质淤积和水生植物蔓延,淤积物质和植物残体逐年累积形成底泥泥炭,随着泥炭的增厚和湖水变浅,从而演化为沼泽。

冰封期乌梁素海沉积物-水界面氨氮的交换特征

为揭示冰封期氨氮(NH_4^+-N)在沉积物-水界面的迁移机制及内源性营养盐对全湖污染的贡献,于2018年2月初在乌梁素海湖区7个采样点采集了上覆水体与沉积物样品,得到了冰封期上覆水体与沉积物间隙水中的NH_4^+-N浓度,估算了沉积物-水界面NH_4^+-N的扩散通量.结果显示,上覆水体中NH_4^+-N浓度变化范围为0.55～1.60 mg/L,平均值为1.05mg/L,0～5 cm表层沉积物间隙水中NH_4^+-N浓度是上覆水体中的10倍以上,其变化范围为6.64～18.63 mg/L,平均值为11.92 mg/L.估算沉积物间隙水NH_4^+-N向上覆水体的扩散通量为1.282～4.269 mg/(m^2·d),表明在湖水冻结过程中,底泥沉积物接纳了大量的可溶性污染物成为内源污染源,会在冰封稳定期、融冰期和融冰后的一段时间内成为湖水的主要污染源.

干旱与湿润区流域时变水热耦合参数的归因分析

气候变化和下垫面条件的改变共同影响着流域的水热耦合状况,定量剖析其影响对研究变化环境下流域水量平衡和能量分配具有重要意义。以往多数研究只做了定性分析,对不同影响因素的定量贡献研究甚少。基于此,以干旱区无定河流域和湿润区汉江上游为研究区域,在Budyko框架下,估算了干旱与湿润区流域的时变水热耦合参数,并通过逐步多元回归模型、敏感性和贡献率分析,定量归因了水热耦合控制参数的演变,并将干旱与湿润区流域做了对比分析。结果表明:干旱与湿润区流域的水热耦合参数在1970—2013年间均呈显著上升趋势;不同气候区水热耦合参数变化的主导因子不同,干旱区无定河参数对降水和植被覆盖度(NDVI)具有较高的敏感性,且NDVI的变化主导着参数的变化(贡献率为89.5%);湿润区汉江上游参数的变化对气温、有效灌溉面积(EIA)和NDVI更敏感,其中,EIA主导着参数的变化(贡献率为83.1%);总体来说,下垫面的变化是无定河和汉江上游水热状况改变的驱动因素。

呼伦湖冰封期N、P时空分布及富营养化特征

利用2015-2017年冰封期呼伦湖监测数据,对呼伦湖冰体(上层冰、中层冰、下层冰)及水体中N、P浓度的时空分布进行分析,并研究了富营养化状态指数、N、P以及Chl.a之间的相关关系.结果表明,近3年呼伦湖冰体中TN和TP的浓度不断增加,上层冰的水质已经超过Ⅴ类水质标准限值,同时受人类活动、外源输入以及湖体自身的影响,发现垂直方向上TN、TP浓度分布为上层冰>下层冰>中层冰;水体中TN、TP空间分布呈湖心区浓度低,四周浓度高的特点.由于水动力条件的原因使得DIP和DTP在冰层中浓度的垂直方向上满足先减小后增大;水体中DTP浓度范围在0.213-0.509 mg·L^-1之间,DIP浓度范围在0.109-0.432 mg·L^-1之间,空间分布与TP相似.在以Chl.a、TN和TP为参数,计算呼伦湖各个取样点水体综合富营养化状态指数后,得出其现处于轻度富营养化状态,并分析了Chl.a、TN和TP之间的相关性,发现Chl.a与TP的相关性好,相关系数为0.627,与此同时TN/TP的浓度在4.38-62.3之间,均值在24.49,表明呼伦湖属于一定程度的磷限制性湖泊.

河流突发水污染事件的水库应急调度流量研究--以珠江上游红水河为例

珠江是云南、贵州、广西、广东等地的重要水源,研究该流域内水污染物的运移扩散过程及突发河道水污染事件处置对策对于供水安全极为重要。假设枯水期内龙滩水库下游约12 km处(广西天峨县)发生排放未达标污水的突发事件,设置了水库应急调度方案集。采用EIAW11软件包中的水质模型模拟污染物的运移过程,模拟了不同浓度污染物(以BOD为例)在不同河道流量下的下游各断面的浓度变化过程。结果表明,该模型能较合理地模拟污染物的迁移过程和影响范围,分析得出使污染物浓度达标需要的龙滩水库下泄流量,并能根据不同达标位置对突发水污染事件做到准确调度,最大程度减少水资源的耗损,充分发挥龙滩水库的作用。模拟结果可为珠江流域突发水污染事件应急方案的制定提供一定科学依据。

哈里伯顿卡点指示仪的原理及应用

油田钻井过程中会发生卡钻事故,事故发生后,需要使用卡点指示仪来确定卡点的位置,为后续事故处理提供依据。但常用的锚式卡点指示仪操作较复杂,作业效率较低。新一代哈里伯顿卡点指示仪(HFPT)依据全新的测量原理,通过探测和对比磁化后的钻具在受到提拉力或扭矩作用前后的磁场状态变化来判断井下钻具卡点的位置,为卡点测量提供了一种新的方法。通过实际作业检验,利用该仪器能够高效准确地确定卡点的位置,相比于常用的锚式卡点指示仪,具有操作简单、作业效率高、测量数据直观准确等优点,可用于大斜度井。

吉兰泰盐湖氢氧同位素及湖水来源分析

研究内蒙古吉兰泰盐湖流域不同水体的同位素,分析判断其水分补给来源特征。采用氢氧稳定同位素方法和水化学特征法,研究了吉兰泰盐湖稳定同位素δ^(18)O和δD特征。结果表明:吉兰泰盐湖δD、δ^(18)O平均值为-47.86‰和-6.4‰,黄河水δD、δ^(18)O的平均值分别为-59.95‰和-7.7‰,水库水δD、δ^(18)O的平均值分别为-59.26‰和-5.4‰,浅层地下水δD、δ^(18)O的平均值分别为-69.69‰和-9.3‰,深层地下水δD、δ^(18)O的平均值分别为-82.7‰和-10.85‰;吉兰泰盐湖蒸发趋势线方程为δD=7.54δ^(18)O+1.87(R^2=0.96)。湖水的氢氧同位素值最大,其次为水库水、黄河水和浅层地下水,深层地下水氢氧同位素值最小;大气降水对地下水直接补给作用很小,黄河水补给方式为侧渗;西侧的巴彦乌拉山和南侧的贺兰山都以地下水的形式补给吉兰泰盐湖。

1986—2017年呼伦湖湖冰物候特征变化

湖冰冰情物候特征是气候变化的敏感指示器之一。论文以呼伦湖为研究对象,基于MODIS、Landsat、GF-1、HJ-1等多源遥感影像及气象数据,利用RS和GIS技术综合分析了1986-2017年呼伦湖冰情物候特征及其对区域气候的响应。结果表明:①呼伦湖年均开始冻结时间在10月下旬至11月上旬,从结冰开始到完全封冻的时间平均只有6.4 d;开始融冰时间在次年的4月上旬,消融期平均为32 d左右,到5月初或5月上旬湖冰完全融化。②1986-2017年,在整个研究期呼伦湖完全封冻期呈现显著缩短趋势,平均缩短18.5 d;完全结冰时间有一定延迟现象,平均延后8.4 d;冰全部融化时间呈现提前趋势,平均提前了11.2 d。③湖冰冻结消融空间特征表现不同,冻结时先从湖岸形态较复杂地区结冰,然后由东岸向西岸迅速封冻,消融时先从湖泊西北岸开始,逐渐向东岸融化。④在影响因素方面,呼伦湖冰情特征主要受到区域气温、风速、风向等因素的影响。

乌尔逊河流域春季水体氢氧同位素与水化学特征研究

采用水化学与氢氧稳定同位素技术,通过现场测试和室内分析,对乌尔逊河流域不同类型水体的水化学和氢氧同位素特征进行分析,探讨了水化学和氢氧同位素在水文过程的指示作用。结果表明:流域内河水的水化学类型以Na·Ca-HCO_(3)型为主,地下水以Na-HCO_(3)、Na-HCO_(3)·Cl为主。流域内河水的水岩相互作用要强于地下水,主要离子来源于硅酸岩、石膏及白云岩的溶解沉淀;岩盐、钠、钾长石的风化溶解及部分人类活动的影响。离子受蒸发富集及岩石风化作用较明显,氢氧同位素研究指示出流域内河水与地下水的主要补给源之一均为大气降水,且研究区内的地表水受蒸发作用强于地下水。对研究区地下水及河水δD、δ^(18)O、溶解性总固体TDS(Total Dissolved Solids)及Cl-含量的沿程变化进行分析后明确地下水受径流、左侧基岩裂隙水及孔隙水的共同补给,且地下水也是乌尔逊河的主要补给来源之一,其对乌尔逊河上、中、下游补给比例分别是59.35%、55.90%和52.00%。