Annual Fluxes of Heavy Metal Elements in Atmospheric Dry and Wet Depositions in the Pearl River Delta Economic Region, Guangdong Province

There are 158 sampling points to be set up in the Pearl River delta economic region. The collecting period is mostly one year, namely, from July 2007 to July 2008. The eight heavy metal elements of Cr, Ni, Cu, Pb, Zn, As, Hg, and Cd in 474 dry and wet deposition samples were tested in terms of the standard procedures. Their average annual fluxes have no obvious difference between dry deposition and wet deposition. So these elements might be at an equilibrium or quasi-equilibrium state between dry deposition and wet deposition.

大豆脲酶诱导碳酸钙固化黄河泥沙水稳定性试验研究

随着国家“交通强国”战略的提出,沿黄工程建设发展迅速,填筑用土需求剧增。黄河泥沙作为填筑材料的可行性已被证实,但其在多雨地区的服役性能需要改善,探索一种生态、高效的泥沙加固方法提高其水稳定性十分关键。本文基于酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)技术固化黄河泥沙的方法,分别开展了常规浸水条件和干湿循环条件下固化黄河泥沙的水稳定性试验,研究了浸水后试样的质量损失及强度折损情况,分析了干湿循环对固化后黄河泥沙试样强度软化系数的影响规律。结果表明:采用EICP技术固化的黄河泥沙试样浸水崩解过程相比原状试样更加缓慢;胶结液浓度1.5 mol/L的黄河泥沙试样长期(56 d)浸水后,几乎保持完整,质量损失率仅为6.36%,强度折损率仅为6.21%;10次干湿循环后,不同胶结液浓度处理后的黄河泥沙试样均出现了不同程度的颗粒松散和脱落现象,胶结液浓度1.5 mol/L、灌浆10次的黄河泥沙试样的抗压强度损失仅为9.96%,抗干湿循环能力最强。利用EICP技术可以有效的固化黄河泥沙并提升其水稳定性,这对推进黄河泥沙的资源化利用进程十分重要。

黄河流域(甘肃段)水资源与其他自然资源耦合协调关系研究

本文基于黄河流域(甘肃段)2009、2012、2015、2018、2021年57个县级行政区面板数据,利用耦合协调度模型测算并分析了水资源与耕地、园地、林地、草地、湿地的耦合协调关系及时空演变规律。结果表明:①研究期内黄河流域(甘肃段)水资源与耕地、园地、林地、草地、湿地的两两耦合协调关系呈不同发展规律与空间分异特征。总体上,水资源与草地、耕地、园地的耦合协调度相对较高,与林地、湿地的耦合协调度相对较低。②水资源与耕园林草湿整体上呈耦合、协调发展趋势,在空间上呈东北低、西南高的分布特征,在时间变化上未有明显波动。③研究时段内未出现明显的高耦合-高协调演化趋势,表明黄河流域(甘肃段)各类自然资源空间分布和数量分布不均衡,未来应重视设计差异化的自然资源协调发展路径,引导各类自然资源向更有序、协调的方向发展。

干旱区与湿润区旱涝急转演变特征对比研究

以长江、黄河和淮河流域为研究对象,基于标准化旱涝急转指数,利用趋势分析、变点检验、小波分析、随机森林等方法探究典型干旱区与湿润区旱涝急转演变特征及其驱动因子。结果表明:湿润和半湿润区是极端旱涝急转事件的高频发生区,干旱区是极端旱转涝事件的高频发生区;干旱区的突变发生在1998年,湿润区的突变在1978年,未来干旱区更易发生旱转涝事件,湿润区则相反;气象因子在湿润区对旱涝急转的贡献度更大,大气环流对干旱区的影响突出,旱涝急转与不同驱动因子间存在非线性关系。

自然河道断面水动力模拟的黎曼求解器改进

【目的】自然河道具有断面复杂、流态多变等特点,影响了水动力模拟的收敛性、稳定性,在已有研究基础上,改进复杂断面的黎曼求解器以解决低水位时断面不连续造成的数值不稳定问题,对提升自然河道一维水动力模拟的适用性具有重要意义。【方法】对低水位时存在“锥形凹陷”形态特征的复杂自然河道断面,传统不规则断面HLL黎曼求解器模拟时,会在河道干湿界面处出现通量演进受阻问题,针对上述问题,在河道干湿界面处直接采用界面流量值代替传统不规则断面HLL黎曼求解器计算的通量,改进传统黎曼求解器,使其能够适用于存在“锥形凹陷”形态特征的复杂自然断面河道干湿界面模拟,基于改进后的黎曼求解器构建不规则河道断面一维水动力模型,并采用五个通用算例对该方法在不同条件下的适用性进行了验证。【结果】结果显示:在一维溃坝算例中,对存在“锥形凹陷”特征的复杂河道断面,采用传统不规则断面HLL黎曼求解器模拟时,在河道干湿界面处出现了数值失稳和通量演进受阻问题,应用改进后的HLL求解器可以有效解决上述问题,数值解与理论解的相关系数高于0.99,结果准确可靠;在三角形挡水建筑物溃坝试验中,模型对4个测站的洪水到达时间和洪水过程的模拟结果与实测数据吻合,相关系数都在0.95以上;在一维过驼峰恒定流算例和急缓流交替模拟的陡坡河道水面线计算中,模型与传统模型表现相当,都能正确地预测不同河道断面形状下水跃位置和水跃前水深的变化;在长江口澄通河段潮位模拟算例中,模型预测的4个观测站点的潮位模拟数据与实测数据相关系数都在0.99以上,均方根误差都在0.08以内。【结论】结果表明:改进后的黎曼求解器可有效解决自然河道存在“锥形凹陷”形态特征导致水动力模型在干湿交界处通量演进受阻问题,构建的不规则河道断面一维水动力模型能够准确模拟复杂地形下的洪水波过程和潮位的相互作用。

三峡水库运用后长江中游河漫滩演变趋势分析

长江中游历来是防洪重点,河漫滩的演变速率虽然相对缓慢,但新水沙条件下河漫滩的长期累积性变化值得关注。以三峡水库175 m运行期长江中游多处典型河漫滩淹没特征流量的统计分析作为基础,量化分析了三峡水库蓄水前后径流过程在河漫滩淹没特性方面的变化,结合滩面植物对季节性水文波动淹没耐受能力的分析,指出三峡水库蓄水前后径流过程变化造成的季节性淹没不足以阻断滩面植物的生长发育。由于一系列涉水工程的控制作用,长江中游河漫滩的横向变形受到了极大的抑制,但在滩面植被缓流滞沙效应下,长江中游河漫滩总体仍呈现缓慢淤高的长期趋势。

牛栏江流域浮游动物群落结构特征及驱动因子

探究长江上游金沙江支流牛栏江不同水文期浮游动物群落结构变化及其驱动因子,可为流域水资源管理及水污染防治提供基础数据。2019年9月(丰水期)和2021年4月(枯水期)对金沙江支流牛栏江流域35个采样点的浮游动物及水质状况进行调查。结果表明,浮游动物4类58属94种,其中原生动物21种(22.4%),轮虫50种(53.2%),枝角类13种(13.8%),桡足类10种(10.6%)。丰水期浮游动物总丰度为18334.57个/L,总生物量为7.28 mg/L;枯水期浮游动物总丰度为10736.25个/L,总生物量为11.47 mg/L。检出浮游动物优势种5种,丰水期为异尾轮虫(Trichocerca sp.)、似邻壳虫(Tintionnopsis sp.)和累枝虫(Epistylis sp.);枯水期为螺形龟甲轮虫(Keratella cochlearis)和长肢多肢轮虫(Polyarthra dolichoptera)。基于浮游动物丰度数据的非度量多维尺度分析(NMDS)表明,浮游动物群落组成在不同水文期之间及同一水文期内的上下游之间均存在显著差异,空间和温度是影响其分布的主要因素,地理距离越远,群落相似度越低;相关性分析与检验评估表明,温度是影响浮游动物群落分布最主要的环境因子。

基于Copula函数的西江干流与粤西沿海诸小河径流丰枯遭遇分析

环北部湾广东水资源配置工程从西江干流取水至广东省粤西地区,为从根本上缓解粤西地区缺水问题,研究西江干流与粤西沿海诸小河径流丰枯遭遇对工程水资源优化配置及运行调度具有重要意义。为此,基于西江干流控制水文站梧州站与粤西二个小河控制站,即鉴江化州站及九洲江缸瓦窑站数据资料,采用Copula函数建立了年、枯期、汛期不同时间尺度的径流联合分布函数,分析了径流丰枯遭遇规律。结果表明,西江干流与粤西诸小河径流间具有较高的互补性,建设水资源配置工程可很好地缓解粤西地区的缺水问题。

密云水库上游潮白河流域丰平枯特征及其与入库水量的定量关系

[目的]揭示密云水库上游潮白河流域水量变化的年际时序规律及丰平枯季节性差异,为京津冀地区水资源高效利用及生态用水保障提供决策参考。[方法]在收集流域水量数据,进行潮白河流域逐月丰平枯水期分析的基础上,采用距平百分率解析潮白河流域水量变化特征,并推导流域丰平枯时段与径流水量的定量化关系。[结果]2010—2021年,潮白河流域的枯水期历时远大于丰水期和平水期时间,但丰水水量及其距平百分比每隔1~2 a均会呈现指数级增长趋势,表明潮白河流域近年来更多的表现出了极端的气候特征。潮白河流域的丰水时段均主要出现在7—12月,流域平水时段基本伴生于丰水时段,但是2010—2021年,潮河与白河流域仅出现了6~7个月的平水期;枯水时段占据了12 a来的大部分时期,阶段性密集分布在除丰水期和平水期以外的所有时段。在所有时段,白河流域的水量均高于潮河流域,这可能归因于春季融雪对径流的补给。[结论]2010—2021年,潮白河流域极端降水时间增多,但枯水时段的比例远高于平水期和丰水期。3者的比例关系是影响流域水量最重要的因素。

1962—2021年闽江流域干湿演变特征及其对ENSO事件的响应

基于1962—2021年闽江流域29个气象观测站的日降水量数据,运用标准化降水指数(standard precipitation index,SPI),Mann-Kendal趋势检验(M-K检验)以及Morlet小波分析等多种方法,深入分析不同时间尺度下闽江流域干湿演变特征,同时,结合海温异常指数(sea surface temperature anomaly,SSTA),进一步探究闽江流域干湿对厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO)事件的响应。结果表明:近60年来,闽江流域整体呈不显著湿润化趋势,夏季在20世纪90年代后显著湿润化,秋季在1995年后有干旱化倾向,冬季比其他季节更容易出现极端干湿事件;从空间上看,流域东南部湿润化趋势明显,具有春季流域中部干旱化,夏季北部以及东南部湿润化,秋季南部干旱化的态势;全流域各级湿润和干旱事件均呈增加趋势,湿润事件多出现在夏季,干旱事件多出现在秋、冬季;闽江流域在20~30 a的范围内存在干—湿—干的周期变化。ENSO对闽江流域干湿有显著影响,且具有一定的滞后性,暖、冷事件的影响分别在滞后1~4个月和3~5个月最显著。

基于APCS-MLR模型的九洲江广东段不同水期水质变化特征及污染来源解析

为探究九洲江广东段水质变化特征及其污染来源,选取了2021—2022年九洲江营仔国考断面自动站逐日水质数据,利用相关性分析、绝对主成分-多元线性回归(APCS-MLR)模型对九洲江不同水期水质特征及污染来源进行了研究。结果表明:九洲江营仔断面丰水期水质相对较差,高锰酸盐指数、总磷和浊度相较枯水期显著升高,溶解氧、pH相较枯水期显著下降;不同水期水质指标相关性存在一定差异,与枯水期相比,丰水期pH、溶解氧和浊度与其他水质指标的相关性有所增加,而高锰酸盐指数、氨氮、总磷和总氮指标间的相关性有所减小;枯水期畜禽养殖源+城镇生活源对总磷、氨氮和总氮的绝对贡献率分别为58.47%、48.71%和44.14%,未识别污染源对高锰酸盐指数、水温、pH和电导率的绝对贡献率分别为63.08%、59.48%、54.90%和52.65%;丰水期农业面源+城镇面源对总氮、总磷和高锰酸盐指数的绝对贡献率分别为51.96%、41.38%和34.78%,气象因子对溶解氧、pH和氨氮的绝对贡献率分别为55.66%、40.75%和31.87%。综合来看,九洲江广东段水质指标枯水期主要受畜禽养殖源+城镇生活源和未识别污染源的影响,丰水期主要受农业面源+城镇面源和气象因子影响,故九洲江广东段水质管控不仅要加强畜禽养殖污染治理、城镇污水管网完善,还应注重保障生态流量、削减汛期面源污染等工作。

不同降水年型环境因子对水质的影响

通过检测2019年和2021年7月—9月颍河源头流域水质,采用多元逐步线性回归分析和冗余分析检验环境因子与水质之间的关系。结果表明:2019年(平水年)流域pH值和EC值较高,而2021年(丰水年)N和P含量较高,这说明强降水可能会导致水体富营养化,而正常降水则更可能出现无机污染。平水年总体水质变化与农业用地面积占比和平均海拔高度相关,两者分别占总解释率的31.1%和18.6%。丰水年总体水质变化的主要影响因子为农业用地面积占比和斑块密度,分别占总解释率的26.1%和15.9%。环境因子在平水年和丰水年对总体水质变化的影响分别占总解释率的74.2%和69.3%。

基于Copula函数的金沙江流域云龙与松华坝水库入库径流丰枯遭遇分析

通过Copula函数进行建模,采用P-Ⅲ分布分别对金沙江流域承担昆明市供水的两座重要水库——云龙水库和松华坝水库入库径流在三大时间尺度(全年、汛期、非汛期)上进行边缘分布函数的拟合,对拟合的边缘分布函数进行联合分布函数的构建,并对联合分布函数采用K-S检验法进行拟合优度检验,采用图形分析计算法、AIC准则和BIC准则对联合分布函数进行拟合优选,最后通过优选出来的Copula函数对两座水库在三大时间尺度上进行丰枯遭遇分析。主要结论如下:两座水库全年与非汛期入库径流最优Copula函数均为Gumbel Copula函数、汛期为Frank Copula函数。三大时间尺度上两座水库的丰平枯同步概率之和(全年0.734,汛期0.541,非汛期0.728)均大于三大时间尺度上两座水库的丰平枯异步概率之和(全年0.266,汛期0.459,非汛期0.272);在所有丰平枯组合中,两座水库的同丰概率在所有丰平枯组合情况中最高(全年同丰0.310,汛期同丰0.232,非汛期同丰0.308),表明两座水库在所有丰平枯组合中同为丰水年的可能性最大;在全年和非汛期时间尺度上两座水库为枯枯的概率(全年同枯0.298,非汛期0.296)相差不大且均大于两座水库在汛期时间尺度上为枯枯的概率(汛期同枯0.232),因此在两座水库进行实际调度的过程中,特别是在枯水年应考虑两座水库的丰枯同步性。该研究结果可在金沙江流域的水库群联合优化调度中提供一定的决策参考依据。

青海玛柯河丰水期着生藻类多样性及其与水环境因子的关系

为了解青海玛柯河流域水坏境的质量,本研究于2022年8月对玛柯河流域8个典型区域进行调查取样,通过高通量测序和多元统计分析对水体着生藻类群落结构、生物多样性及其与水环境因子之间的关系进行研究。结果表明:8个采样点共有着生藻类2门59属,其中,衣藻属(Chlamydomonas)、舟形藻属(Navicula)、柄胞藻属(Pedinomonas)为优势属;着生藻类的Shannon-Wiener多样性指数为3.03~3.23,Pielou均匀度指数为0.56~0.69,Simpson优势度指数为0.85~0.95,说明着生藻类群落稳定性较高,水体无污染或轻度污染。冗余分析及相关性分析显示,硅藻门和绿藻门群落与氨氮(NH_(4)^(+)-N)、镍(Ni)、镉(Cd)、总氮(TN)、铅(Pb)显著相关,生物多样性指数与Pb、NH_(4)^(+)-N显著相关,说明NH_(4)^(+)-N、Ni、Cd、TN、Pb在着生藻类群落结构和生物多样性的形成中起重要作用。本研究为玛柯河流域水环境质量初步评价及流域综合管理提供基础参考和借鉴。

基于多源数据的黄河源区降雪比变化及其影响因素

黄河源区是黄河流域关键产流区域,对气候变化十分敏感。在气候变暖背景下,降水形态转变及其影响因素的研究依然不足。围绕这一重要科学问题,本研究基于地面气象站点观测和多源高分辨率气象数据集[China Meteorological Forcing Dataset(CMFD)、ECWMF ERA5-Land(ERA5-Land)、Multi-Source Weather(MSWX)],采用湿球温度参数化模型对1980—2015年黄河源区降水形态进行区分,并对降雪比长期变化趋势及其影响因素进行了综合研究。结果表明,1980—2015年黄河源区降水量整体呈增加趋势,降水形态向降雨转变,降雪量减少,平均降雪比呈显著下降趋势(P<0.05),四套数据源的降雪比平均下降速率为0.002 a^(-1)(P<0.05)。降雪比呈显著下降趋势(P<0.05)的格点占比分别为98.31%(ERA5-Land)、96.87%(MSWX)、67.62%(CMFD)。黄河源区中西部降雪比下降速率较快,下降速率最大的地区为玛多、达日等地。三套格点产品中CMFD能够较好地呈现降雪比变化趋势的空间差异,MSWX次之,而ERA5-Land降雪比变化趋势空间变异较小。源区降雪比与年平均气温、降水量相关性较高(P<0.05),相关系数r分别为-0.42和-0.48,亦受到西风的影响(r=-0.31,P=0.07)。研究结果有助于加深气候变暖对黄河源区水文气象过程影响的科学认识,为黄河流域区域水资源管理提供理论支撑。

长江中下游岸坡单元体的水力侵蚀室内试验研究

水作用下长江中下游岸坡正在面临严峻的崩岸破坏。为探究岸坡土体的水力侵蚀特性,进行单元体单面浸水湿化-崩解试验与侧向冲刷水毁室内试验,通过分析冲刷沟形态、测量单元体质量、探究侧向冲刷深度和高度变化规律,研究根系和格栅植被面层对单元体侵蚀破坏的影响,分析运用乔木根系联合格栅植被面层对岸坡进行防冲的可行性。试验结果表明:湿化-崩解与侧向冲刷二者共同作用,引起和加剧岸坡土体的淘蚀破坏。随着水深、流速及冲刷时间的增加,单元体侧向冲刷深度与冲刷高度一直增加;在本实验较小的单元体尺寸下,较粗的乔木模拟根系对于减小单元体冲蚀破坏程度的作用有限,其根土间隙优先流效应在一定程度上反而增加侧向冲刷深度;根系对黏性土的牵拉锚固作用明显强于粉土质砂,能够延缓上部土体的崩塌;设置格栅植被面层后,可有效减小单元体侧向冲刷深度,抗冲效果显著,研究结果可为生态护岸技术研发和应用提供借鉴。

基于PCA对黄河流域青海段水污染载荷及氮磷浓度变化分析

基于2023年黄河流域青海段5个监测断面的水质数据,对pH、浊度、高锰酸盐指数、总磷、总氮5个水质监测指标开展主成分分析得出各断面主成分综合得分,再经spearman秩相关分析法得出各断面水质变化趋势,并对断面污染载荷及水质指标对主成分的方差贡献进行分析,得出贡献率较高的因子,分析其因子浓度在枯水期、平水期、丰水期的变化。结果表明:黄河流域青海段主要水质指标存在较小变异。5个断面水质污染由重到轻排名依次为扎马隆>润泽桥>塔尔桥>金滩>甘冲口。金滩水质呈平稳趋势,其余断面水质污染浓度随季节有所上升。断面污染贡献率最高的指标为总磷、总氮、高锰酸盐指数,丰水期总磷浓度、高锰酸盐指数浓度最高,总磷浓度总体上秋季高于春季。总氮浓度在丰水期、平水期和枯水期分布各不相同。

南京沿江地区大气干湿沉降对农用地土壤重金属含量的影响

为查明大气干湿沉降对农用地土壤环境的影响大小,通过估算干湿沉降通量、计算并分析重金属元素含量及其变化率,探讨了南京沿江地区干湿沉降中8种重金属元素输入对农田土壤重金属累积的影响。结果表明:干湿沉降物中重金属元素含量明显高于周边土壤的重金属元素为Cd,干沉降中的Cd平均含量达0.84 mg/kg,是农用地土壤污染筛选值的2.8倍;As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的年沉降通量平均值分别为12.1、1.60、89.1、47.9、0.092、46.6、36.6、116 g/(hm^(2)·a);大气干湿沉降物对土壤影响最显著的重金属元素为Cd,大气干湿沉降1年后的增量为5.33 ng/g,年变化率达1.38%,表明大气沉降物为研究区农田土壤中重金属Cd的重要来源之一。

新形势下黄河调水调沙“丰调枯蓄”运用方式

调水调沙是黄河保护治理的重要举措。近年来,黄河水沙情势以及水库和河道边界条件发生了明显变化,现状调水调沙运用方式不能满足新形势下水沙调控多目标协同的需求。基于黄河水沙特性以及多年调度经验,提出“丰调枯蓄”的调水调沙思想和运用方式,即根据来水条件变化灵活地调整当年调水调沙策略,丰水年多开展调水调沙以使水库多排沙、河道多输沙,平水年适当开展调水调沙以满足多目标需求,枯水年不开展调水调沙以蓄水兴利。数字模型计算结果表明,相较于现状运用方式,“丰调枯蓄”运用方式可实现调水调沙的年际调度,使小浪底水库排沙、供水、生态、发电效益得到全面提升,计算期50 a水库累计淤积量减少5.78亿m^(3),不满足下游供水的年均时间少1.1 d,出库含沙量大于80 kg/m^(3)的年均时间少0.9 d,年均发电量增加1.2亿kW·h。

金沙江流域1961—2020年干湿日时空演变特征分析

准确地观测降水数据在揭示干湿日指数时空演变特征及影响因素等方面极其关键。金沙江流域是气候变化最为敏感的地区之一。由于风速、湿润和蒸发损等可能导致标准雨量器观测的降水量远小于实际降水量,而降水资料的准确与否直接影响金沙江流域水文过程分析和模拟研究。利用修订的Mann-Kendall、空间场显著性检验等,识别金沙江流域1961—2020年降水校正前后干湿日指数时空演变。结果表明:1)观测降水(Po)和校正降水(Pc)识别的干湿日指数值差异明显,但其空间分布近似一致;相较于Po,Pc识别的干湿日指数趋势在金沙江上段主要表现为减少,中下段主要表现为增加,雅砻段则表现为干日指数减少,而湿日指数增加。2)空间场显著性检验结果表明,Po和Pc识别的干湿日指数显著变化趋势主要由气候系统内部变率引起,仅Po和Pc识别的平均干日事件持续时间趋于显著增长的站点比例存在明显差异。这表明该流域干湿日指数变化趋势主要由气候变化主导,因而对气候变化十分敏感。综上,Po和Pc识别的金沙江流域干湿日指数存在明显的空间差异。因此,为准确在该流域进行水文研究和模拟,应考虑矫正降水资料的应用;同时极端干湿日的变化可能对金沙江流域农业生产和生态系统造成极其严重的威胁,应引起足够重视;基于Po和Pc识别的干湿日演变特征的相关研究,能为该流域滑坡、泥石流的预防,水资源安全规划与水土保持工作部署等,提供一定理论参考。