1976—2020年弥河流域不同等级降雨时空分布特征

为了对弥河流域的降雨特征及未来演变趋势进行研究,基于流域15个气象站1976—2020年的逐日降雨数据,应用Mann-Kendall检验、反距离插值和重标极差(R/S)分析法,研究不同等级降雨量与降雨时间的时空分布特征,并探讨不同等级降雨对年降雨的影响以及流域未来降雨结构的发展趋势。结果表明:研究期内弥河流域年降雨量呈逐年增加趋势,除大雨外,其他等级降雨量呈增长态势,降雨时间总体呈减少趋势,仅中雨、暴雨时间呈增加态势;流域年降雨量从上游向下游呈递减趋势,与大雨、暴雨空间变化一致,年降雨时间与小雨时间空间分布格局一致;中雨对年降雨量的贡献率最高,为27.99%,小雨的发生率最高,为72.07%;相关性分析显示,流域年降雨量与降雨时间分别受暴雨降雨量、小雨时间的影响最大;流域暴雨降雨量、暴雨时间与年降雨量都表现出较强的持续性,未来变化趋势与过去相一致,降雨等级存在向暴雨转变的趋势。

1976—2020年弥河流域旱涝急转特征分析

基于弥河流域13个雨量站1976—2020年的逐日降水数据,使用长周期旱涝急转指数(LDFAL)、短周期旱涝急转指数(SDFAL),通过Mann-Kendall趋势检验、Mann-Kendall突变检验、滑动T检验、重标极差分析法(R/S分析法)、小波分析法、反距离插值法对弥河流域旱涝急转的时空分布特征进行分析。结果表明:在45 a内,弥河流域长周期6—9月共发生18次旱涝急转现象,LDFAL呈现下降趋势,表明未来“旱转涝”现象将占据主导。SDFAL在6—7月和8—9月呈现上升趋势,表明未来“涝转旱”现象将占据主导;7—8月呈现下降趋势,表明未来“旱转涝”现象将占据主导。LDFAL与旱涝急转强度均未发生突变,SDFAL只在2007年6—7月发生突变,短周期旱涝急转强度在2007年的6—7月和2005年的7—8月发生突变。长周期旱涝急转现象变化存在11 a主周期,短周期6—7月、7—8月、8—9月的变化主周期分别为34、64、43 a。

基于随机森林法的弥河-潍河流域地下水质量评价研究

准确掌握地下水的环境质量状况是合理确定地下水资源开发策略和有效进行地下水资源保护的重要前提。通过随机森林(randomforest)法构建弥河-潍河流域地下水质量评价模型,结果表明:(1)随机森林法在进行地下水水质分类时具有分类精度高、泛化能力强等特点,且在进行超参数优化后,其分类精度会进一步提高,证明将随机森林法应用于地下水质量评价是可行的,并且其综合性能要优于逻辑回归模型;(2)研究区地下水水样均为Ⅳ类和Ⅴ类水,说明水质状况整体较差;(3)通过分类指标重要性评价可以看出,研究区地下水水质的主要影响指标为硝酸盐、总硬度和溶解性总固体,而此类指标的主要来源是蔬菜种植化肥的不合理使用及河流污染入渗,因此要进一步加强对蔬菜种植污染排放及河流水质的监测和控制。

北方土石山区典型流域不同类型洪水的水沙关系差异及归因

基于水文站的降水、径流和泥沙数据,采用聚类分析、含沙量-流量(SSC-Q)滞回曲线等方法,从事件尺度研究北方土石山区弥河流域不同类型洪水事件的径流、输沙特征,揭示各类洪水水沙关系及输沙贡献情况及水土保持措施影响机制。结果表明:(1)弥河流域1951-2021年的261次洪水事件可划分为小型、中型、大型和特大型四类,洪水事件的滞回曲线类型主要为8字形。随着洪水量级的增加,洪水事件的洪水历时和径流输沙量均呈增长趋势,径流和泥沙变率增加,复合型滞回曲线的占比逐渐加大。(2)大型与特大型洪水事件发生频次最低,但输沙贡献率高达86.9%,是北方土石山区输沙的主要洪水类型,主导弥河流域的水土流失灾害,在流域治理中需重点关注。(3)水土保持措施和人类活动对中、小型洪水事件的影响较大,其水沙关系变率超过10%;但对大型洪水事件的影响相对较小,水沙关系变率仅为1.2%。通过合理配置流域中的水土保持措施,当地中小型洪水事件的水沙关系可得到调节,从而达到拦蓄洪水、调控泥沙的目的。同时,亟需持续加强特大暴雨的水土流失及洪水防控措施,避免其给北方土石山区的生态环境等造成严重破坏。研究结果可为该区域水土保持工作的开展及特大暴雨洪水事件的应对提供理论和实践依据。

弥河流域土壤中钴、钼、硒、锌空间分布及来源分析

为研究弥河流域表层土壤中钴(Co)、钼(Mo)、硒(Se)、锌(Zn)的空间分布及其来源,在弥河流域不同用地类型表层土壤中采集48个样品,测定四种微量元素含量及其他土壤理化指标,并采用空间插值和正定矩阵因子分析(positive matrix factorization,PMF)等数理方法进行了数据分析。结果显示,研究区内Co、Mo、Se、Zn均存在不同程度的富集现象,其中在耕地中富集程度最高。Co和Mo的高浓度区主要分布在临朐-青州-昌乐三县交界地带,Se的高浓度区主要分布在研究区西部,Zn的高浓度区主要分布在研究区西南部。土壤中Co含量主要受铁锰氧化物和土壤质地影响,Mo主要受铁锰氧化物影响,Se主要受N、P、有机质影响,Zn主要受N、P、有机质和土壤质地影响。PMF模型源解析表明研究区内Co、Mo、Se、Zn的主要来源为自然源、农业源和交通-工业混合源,所占比例分别为44.6%、35.7%和19.7%,其中Co、Se主要来源于自然源(48.7%、51.3%),Mo、Zn则自然源、农业源和交通-工业混合源均衡。

弥河流域土壤重金属污染生态风险评价和溯源分析

为了研究弥河流域表层土壤重金属元素的分布特征、污染状况和来源,在该流域不同用地类型表层土壤中布设57个采样点,测定重金属元素砷(As)、镉(Cd)、铜(Cu)、铅(Pb)、汞(Hg)的含量和其他土壤物化环境指标,并采用单因子潜在生态风险指数、综合生态风险指数和正定矩阵因子分析进行重金属元素生态风险评价和溯源。结果表明:弥河流域表层土壤中As、Cd、Cu、Pb、Hg元素均存在富集现象,农业用地表层土壤中重金属元素富集更严重;As、Pb、Cd、Cu元素的富集主要受土壤中铁、铝、锰矿物影响,Cd、Cu元素的富集还受到土壤中有机质以及氮(N)、磷(P)元素影响,Hg元素与土壤物化环境指标相关性较低;Hg元素主要来源于工业排放,As元素主要来源于成土母质影响的自然源,Cu元素主要来源于自然源、交通源和农业源,Pb元素主要来源于交通源,Cd元素主要来源于农业源和自然源;不同用地类型按照生态风险由大到小的顺序为耕地、荒地、林地、建设用地,流域平均综合生态风险为中等风险,Hg元素为主要贡献者。

弥河流域重金属在冬小麦不同器官中的富集特征

农作物中的重金属含量是影响其品质与安全的重要方面。为了探讨山东省弥河流域不同条件下重金属在冬小麦根系-茎叶-籽粒中的富集特征,该文采用实地调查和室内分析相结合的方法进行了研究,用电感偶合等离子光谱仪(ICP-AES)分别测定了研究区所采集样点的土壤和植物样品中的重金属Cr、Cu、Ni、Zn、Mn和V的全量,用数理统计法进行了分析。结果表明:冬小麦对重金属Cr、Cu、Ni、Zn、Mn和V的富集能力差异明显,根系对重金属富集能力由强到弱的顺序是:Zn>Cu>Ni>Mn>Cr>V,茎叶对重金属富集能力由强到弱的顺序是:Zn>Cu>Mn>Cr>Ni>V,籽粒对重金属富集能力由强到弱的顺序是:Zn>Cu>Mn>Ni>Cr>V;冬小麦不同器官对重金属的富集能力不同,Cr、和Mn富集能力的顺序是:根系>茎叶>籽粒;重金属Cu、Ni、和Zn富集能力的顺序是:根系>籽粒>茎叶;而重金属V只有在根系富集,茎叶和籽粒均不富集重金属V。

弥河流域农用地土壤重金属含量特征及其影响因素

[目的]探讨山东省弥河流域农用地土壤重金属含量及其影响因素。[方法]采用实地调查和室内分析相结合的方法,用电感偶合等离子发射光谱仪(ICP-AES)分别测定了所采集样点土壤的重金属Cr、Cu、Ni、Zn、Mn和V的含量,并用数理统计法进行了分析。[结果]弥河流域农用地土壤中的重金属Cr、Cu、Ni、Zn、Mn和V含量在空间上存在显著差异,成土母质是形成这种差异的主要原因,人类活动未对重金属含量产生明显影响。土壤未受到重金属Cr、Cu、Ni、Zn、Mn和V的污染,符合国家土壤环境质量二级标准,符合绿色食品产地规定的土壤质量环境要求,属于清洁流域。[结论]部分样点的Cr、Cu、Ni、Zn和Mn的含量已经高于该区域的背景值,存在一定的健康风险,应当引起重视。

CO_2加倍对弥河流域水文极端事件的影响研究

当前,气候变化对洪水干旱等水文极端事件的影响已引起许多研究者的关注。在现有可用于气候变化(CO2 加倍)研究的日流量随机模型基础上,用 适线法"按皮尔逊Ⅲ型分布生成年径流量。结果表明,经过改动后的日流量随机模型适用于所研究的弥河流域,在CO2 加倍条件下,弥河流域水文极端事件以旱灾为主,但同时也存在发生大洪大涝灾害的可能。

弥河流域农用地健康研究

为探讨山东省弥河流域农用地健康状况,采用实地调查和实验分析相结合的方法进行了研究,用电感偶合等离子发射光谱仪(ICP-AES)分别测定了研究区所采集样点的土壤和冬小麦样品中重金属Cr、Cu、Ni、Zn、Mn和V含量,用数理统计法进行了分析。结果表明:弥河流域土壤中的重金属Cr、Cu、Ni和Zn含量符合国家土壤环境质量二级标准,成土母质是其主要影响因素;冬小麦籽粒中的重金属Cr、Cu和Zn含量符合国家粮食卫生标准,冬小麦茎叶中的Cu和Mn含量、籽粒中Zn含量与对应土壤中的重金属含量具有高度相关关系;冬小麦籽粒Ni含量与土壤pH有显著相关关系;冬小麦籽粒中Cu和Zn含量与土壤有机质含量存在显著相关关系。弥河流域土壤和冬小麦未受到重金属Cr、Cu、Ni、Zn、Mn和V污染,农用地是健康的。部分样点的Cr、Cu、Ni和Mn的含量已经高于该区的背景值,存在一定的健康风险。

弥河流域平原区地下水埋深时空变化特征及可开采性分析

针对弥河流域平原区地下水不合理开采利用的现象,采用1985-2015年地下水位监测资料,运用相关性分析法、普通Kriging插值法研究地下水埋深时空的动态变化及分布特征,并分析其影响因素,同时结合GIS和水位动态法划分超采区,评价地下水开采适宜度。结果表明:受气候变化和人为活动的双重影响,弥河流域平原区地下水埋深整体呈逐年增加趋势,年内地下水位2-3月最高,5-6月降至最低;埋深空间分布受地形影响,自西南向东北减小,青州与寿光交界处在1995年左右出现小范围降落漏斗,漏斗中心地下水埋深逐年增加;至2015年,研究区可适宜开采区主要分布于寿光、青州、临朐等市县,面积710.2 km 2,仅占全区总面积的21.0%。

面向污染物通量科学核算的跨界河流生态补偿标准研究

针对当前基于污染物通量的跨界河流生态补偿标准研究中忽略不同来源污染物削减成本的差异性及污染物通量核算不合理等问题,结合现有河流污染物通量估算方法,从污染物通量和污染物削减成本核算两方面对该方法进行改进,根据简化后5种污染物年通量核算方法,选取水质污染严重的弥河流域进行实例验证。结果表明,NH_(3)-N、COD通过加权均值得到的单位削减成本分别为18364、4287元/t,安家林断面上游临朐县因NH_(3)-N超标排放需向下游青州市补偿33万元,而因未超标排放COD得到下游青州市补偿307万元;谭坊断面上游青州市NH_(3)-N和COD均未超标排放而得到下游寿光市的补偿为306万元。核算结果基本能反映区域污染的特点,金额相对合理。研究结果为弥河流域跨界河流环境管理提供技术支持,也为跨界流域污染物生态补偿标准测算的完善提供尝试与探索。