长江中游牛轭湖湿地含水层沉积物中铁和有机质组成对砷赋存形态的影响

以长江中游天鹅洲故道牛轭湖湿地为研究对象,研究了长江中游牛轭湖湿地内外侧C3、C5两个典型钻孔沉积物中砷、铁赋存形态和有机质组成差异,并结合内外侧沉积环境的差异,查明了牛轭湖湿地内外侧不同沉积环境中铁-有机质耦合作用对含水层沉积物中砷赋存形态的影响。结果表明:牛轭湖湿地外侧C3钻孔0~<10m浅层沉积物中含有更多的吸附在无定形铁氧化物和腐殖质类有机质上的强吸附态砷,牛轭湖湿地内侧C5钻孔沉积物中含有更多与硅酸盐铁结合的低活性砷;牛轭湖湿地外侧浅层沉积物中富含黏土矿物以及粒径偏细、风化程度较高的湖相沉积环境使得铁-有机质-砷共同富集,牛轭湖湿地内侧沉积物粒径偏粗、风化程度偏低的河流相沉积环境不利于活性砷和黏土矿物、有机质的赋存。

被河流遗弃的牛轭湖

在湖北省监利市东南部,紧邻长江北岸,有一个形状奇特的湖泊,长约20千米,宽约1千米,从上空俯瞰,它就像一轮弯弯的月亮。可令人疑惑的是,人们却称呼它为“老江河”。那么,它与河流究竟是什么关系呢?湖泊弯弯似月牙万里长江,浩浩荡荡,九曲回肠,东流入海。当它流经平坦的江汉平原与洞庭湖平原时,因此地古时隶属荆州地区,所以从湖北宜都枝城到湖南岳阳城陵矶这一段被称为“荆江”。

牛轭湖形成机理与长期演变规律

牛轭湖是弯曲河流自然裁弯后遗留下来的浅水湖泊,其形态、数量和沉积特征可指示弯曲河道演变规律和冲积平原的洪水频率与环境变迁。通过牛轭湖形态定义和简化,运用一维水流泥沙数学模型描述了裁弯后原河道进口段的悬移质淤积过程,数值模拟表明,原河道进口断面悬移质浓度和沙栓长度是决定牛轭湖形成速率的关键因素,沙栓长度越短或悬移质浓度越高,进口段淤积速率越快。牛轭湖出口段淤积的主要原因是新河道的挟沙水流流速和浓度均高于原河道,主流倒灌形成环流进入相对低流速的出口段中产生悬移质淤积。统计分析10条自由弯曲河流的1 329个牛轭湖的卫星图像,认为Ω型、U型和月牙型对牛轭湖形态具有广泛的概括性,可指示牛轭湖3个不同的演变阶段(初期、中期和晚期)。牛轭湖存在两种不同演变过程,第一种是牛轭湖不受新河道影响,经历Ω型、U型、月牙型三个阶段后变成冲积平原的陆地;第二种是新河道朝着牛轭湖方向横向演变,凸岸冲刷蚀退逐步蚕食牛轭湖,使得牛轭湖变成冲积平原和弯曲河道的一部分。

沙滩子牛轭湖沉积特征

曲颈裁弯形成的沙滩子牛轭湖，属开放型沉积体系，经历了四岸崩塌凸岸堆积及裁弯形成两个阶段。出水口和入水口是主要沉积部位，沉积速率２～３ｍ／ａ，顶湾则沉积相当缓慢；粒度曲线第Ⅰ类代表早期、第Ⅱ类代表早中期、第Ⅲ类代表中晚期沉积物的粒度特征；以发育中、小型水平、平行、波状等层理和泥裂为主。

辽河保护区牛轭湖湿地恢复技术研究

在分析辽河保护区牛轭湖分布情况及特点的基础上,阐述了辽河保护区牛轭湖湿地恢复技术及建设工程设计技术。根据辽河干流橡胶坝分布及湿地网整体水利调控措施,在福德店—柳河河口选择典型牛轭湖33处,中心区总面积87.83 km2进行湿地恢复。利用已建成的河道蓄水工程并辅以下垫面修整等措施,使其形成具有水生、沼生、湿生、中生的多种生境。根据不同生境特点引入适当先锋种和建群种,使合适的土著水生植物成为优势物种。在巨流河橡胶坝—毓宝台橡胶坝段构建面积36.93 km2的大型牛轭湖湿地,通过自然封育和水生植物恢复引导牛轭湖重新形成生物链完整、系统稳定和自我恢复的牛轭湖湿地生态系统。经过牛轭湖湿地的净化作用,使进入辽河干流的水质达到Ⅳ类标准。

牛轭湖岩性油藏的特征及描述

桩 10 6井区油藏基本地质特征研究揭示油藏类型为牛轭湖沉积的岩性油藏。牛轭湖沉积河道砂岩泥岩的特定组合形式使牛轭湖沉积体呈强地震反射特征 ,可应用水平切片技术和三维立体显示技术对牛轭湖沉积砂岩体进行追踪和描述。储层厚度、振幅和频率分析方法则用于对牛轭湖沉积砂岩体进行含油性研究。实践表明 ,应用这些方法取得了较好的效果。

贡格尔河牛轭湖对草地植物种类成分的影响

牛轭湖是平原或高平原地区河流两侧形成的特殊的河成湖,它通过河流两侧土壤水分的影响,对河流周边湿地的形成与生态系统的变化起着重要作用。本文对贡格尔河河流两侧3级牛轭湖周边草地植物种类成分进行研究,结果表明:牛轭湖的形成对其周围草地产生了一定影响,形成牛轭湖后植物种类数量有所增加,随着牛轭湖数量的增加,植物种类数量的增加不明显;形成牛轭湖样地比较未形成牛轭湖样地,湿生植物所占比例上升,旱生植物所占比例下降;未形成牛轭湖样地植物种类数量及湿生植物数量随距河岸距离的增加减少,形成牛轭湖样地植物种类数量及湿生植物数量波浪式变化。

贡格尔河牛轭湖对草地土壤表层含水量时空格局的影响

牛轭湖是平原或高平原地区河流两侧形成的特殊的河成湖,它通过河流两侧土壤水分的影响,对河流周边湿地的形成与生态系统的变化起着重要作用。本文对贡格尔河两侧3级牛轭湖周边草地土壤表层含水量的时空变化和范围进行研究,结果表明:牛轭湖的形成对其周围草地土壤表层含水量有很大的影响;河流两侧形成的牛轭湖越多湿地范围越大,与河流越近的牛轭湖周边土壤表层含水量最高,湿地面积也最大;越远土壤表层含水量越少,湿地面积也越小。牛轭湖周边土壤表层含水量随着季节变化有规律性波动,即:秋季>春季>夏季,但对牛轭湖周围草地土壤表层含水量的水平空间变化规律无直接影响。

基于RS的辽河下游牛轭湖50年演变研究

辽河下游与入海口处是中国重要的湿地区域之一,该地区河流众多,河曲发育,平原上遗留有很多废河道和牛轭湖。利用50年来6个不同时相的美国锁眼卫星KH-4A和Landsat卫星系列MSS、TM、ETM、OLI-TIRS遥感影像及研究区1:250000地质图,采用目视解译和计算机图像处理相结合的方法,对遥感影像进行几何校正、镶嵌、裁剪以及图像增强等处理后,进行河道专题信息提取,结合相关历史资料,分析了1963—2013年辽河下游50年期间牛轭湖的演变。结果表明:过去50年来,辽河下游在河道形态、河漫滩土地利用等方面都发生了重大变化;人为因素对牛轭湖演变的影响增大,从20世纪80年代开始,区域内水利工程建设和农田改造等人类活动间接影响着牛轭湖的演变;近年来,辽河下游牛轭湖演变速度呈现变缓趋势,1963—1984年期间,河曲快速发育并演变成牛轭湖;1984—2002年期间,河曲变化减缓;2002—2013年期间,牛轭湖的演变基本趋于停滞状态。

若尔盖盆地黑河的牛轭湖沿程变化与形态特征

基于SPOT(1990年和2000年)和Google Earth(2000—2014年)遥感影像的图像分析,对黑河干流及上游的3条支流(格曲、麦曲、哈曲)的216个典型牛轭湖以及相应的河曲带进行形态参数的定义与分析。沿黑河上游至下游,河曲带的宽度是增加的,增长率的变化趋势为"急—缓—急";中游牛轭湖数量最多;下游受到泥沙淤积的影响更大,牛轭湖从Ω形发展成U形和C形所需时间远小于上中游。1990—2013年黑河干流仅发生2次裁弯,分别形成Ω形和U形牛轭湖,说明黑河牛轭湖的发育速率较慢。

牛轭湖出口段淤积过程的数值模拟

牛轭湖出口段主要以悬移质淤积为主,其沙栓淤积过程尚缺少研究。结合黄河源黑河支流麦曲的观测数据,采用MIKE3模拟牛轭湖出口段沙栓的淤积过程。牛轭湖出口段淤积分为进口漫水与回流淤积两个阶段,前者仅在出口段的底部少量淤积,后者在横向环流作用下悬移质在出口段发生累积性淤积。牛轭湖出口段淤积的主要因素是悬移质中值粒径、上游来流量和悬沙浓度。来流量越大,引起出口段横向环流中心的紊动强度增大,从而促进泥沙悬浮,导致出口段两岸边滩更易淤积。悬移质浓度的增加会同时抑制出口段底层泥沙起动,促进沙栓的形成与淤高。

长江天鹅洲牛轭湖:人、豚、鹿的“江湖”

万里长江自青藏高原奔腾而下,出三峡至江汉平原流速放缓,在荆江河段逐渐形成了“九曲回肠”的独特河流地貌类型。随着长江流水对河面的冲刷和侵蚀,最终在自然或人工裁弯取直作用下,河水由取直部位流去,原本弯曲的河道被废弃,形成了牛轭状的湖泊湿地,称为牛轭湖。长江中游下荆江河段短短175千米的河道周边,共分布了7条牛扼湖故道,被统称为长江中游故道群湿地。

牛轭湖:从河流到湖泊

在这颗美丽的蓝色星球上,有不计其数的河流在日夜奔腾,它们总是处在动态变换之中——由“直”变“曲”再变“直”,这个过程也常常伴随着一类湖泊的诞生—牛轭(è)湖。让我们一起看看牛轭湖是如何从河流变成湖泊的吧!源自地转偏向力牛轭湖是广泛发育于冲积平原的河流地貌景观,例如位于长江中下游平原的洞庭湖、鄱阳湖等。因形状如同牛轭(佩戴在牲畜颈部防止其走脱的颈箍),故被称为牛轭湖。

湖北中洲子牛轭湖最近70年孢粉-炭屑记录及其对气候和人类活动的响应

根据长江中游湖北省荆江段中洲子牛轭湖孔深为89cm的ZZ-2钻孔（29°48＇02N，112°45＇14E）孢粉-炭屑记录，结合器测气候数据、前人建立的年代序列、粒度分析和县志记载等，探讨了近70年来ZZ-2孔孢粉-炭屑记录对植被和气候变化以及人类活动的响应。1940年到2012年研究区气候总体表现为冷暖、干湿交替，对应中洲子牛轭湖ZZ-2钻孔的5个孢粉-炭屑组合带：1940~1961年间，乔木花粉含量的减少、农作物花粉含量和炭屑浓度增加与人类砍伐森林、耕地增加和焚烧活动增强有关；1962~1967年间，水生草本及蕨类孢子含量增加是汛期长江水倒灌、或洪水事件的反映；1968~1982年，乔木花粉增加、湿地和林地面积增加，是实施湿地保护政策的响应；1983~1997年间，伴随着松属花粉明显减少，枫杨花粉显著增加，说明经过人工育林，枫杨成为当地的优势种；1998~2012年间，水生草本花粉及大炭屑（粒径大于125μm）含量增加，是实施退耕还湖政策、大量耕地被鱼塘替代、湿地面积扩大以及人类活动加剧的结果。中洲子牛轭湖孢粉-炭屑组合可以清晰的揭示研究区不同时期的环境变化和人类活动事件，如长江流域的大洪水（1949年、1954年、1980年和1983年大洪水）以及“大炼钢铁”（1958年）、人工造林（1982年）和退田还湖（1998年）等事件。

近百年来长江中游牛轭湖沉积物铅元素富集记录及其环境意义——以长江荆江段牛轭湖群为例

通过对长江荆江段天鹅洲、中洲子和尺八3个牛轭湖钻孔沉积物进行短寿命放射性核素、粒度、磁学、铅元素测试与史志资料分析,在利用210Pb比活度计算平均沉积速率,并结合史志资料与沉积物特征指示的事件进行沉积物年代校核基础上,运用地表物质非自然富集系数(EF值)方法,分析了牛轭湖沉积物铅元素富集状况。结果表明:三钻孔铅元素非自然因素富集特征基本一致,均起始于20世纪80年代初,并于2000年后呈下降状态,与我国铅污染历史及禁用含铅汽油的时间基本吻合;利用沉积物中铅元素非自然因素富集事件对沉积物进行断代分析,具有一定的可行性;牛轭湖河/湖沉积相转变未对沉积物铅元素的非自然因素富集产生影响,说明铅污染具有较广的"暴露面"。

长江中游沿江牛轭湖沉积及其环境意义——以长江荆江段天鹅洲、中洲子为例

以长江中游荆江段天鹅洲和中洲子(牛轭湖)为对象,通过对其沉积物柱样进行210Pb、137Cs、粒度、磁学测试分析,建立了牛轭湖沉积的基本序列、沉积特点与年代学框架。研究表明:1牛轭湖沉积为A-B层,A层(下层)为河相沉积层和河/湖过渡层,B层(上层)为湖相沉积层,沉积物粒径在剖面上呈"粗—细—粗"变化特点。2对于近现代牛轭湖,笼统运用放射性核素(如210Pb)比活度计算的平均沉积速率推测沉积物年代,会产生较大误差,需运用其他沉积特征参数和近现代环境变化事件记录进行多重校核。3牛轭湖沉积可以较好地记录河流流域洪水事件,可为重建古洪水事件提供借鉴。牛轭湖沉积较其他湖泊沉积更为复杂,相关研究尚待继续深入。

近百年来长江荆江段牛轭湖沉积的孢粉、炭屑特征及其环境意义——以天鹅洲、尺八湖为例

根根据长江荆江段沿江牛轭湖天鹅洲和尺八沉积钻孔柱样,在建立了高分辨率的年代框架的基础上,分别进行了沉积物孢粉、炭屑分析,并结合荆州市1955~2012年的气候数据、史志记载的洪水和火灾等环境事件进行了综合分析。结果显示:天鹅洲、尺八两湖泊钻孔沉积物的孢粉和炭屑特征均较好地响应了近百年来湖区周边的环境变化;牛轭湖在裁断成湖之前、成湖之后的孢粉、炭屑特征不同:成湖之前,沉积物总孢粉浓度与乔木、灌木孢粉浓度都相对较低,水生植物和蕨类植物孢粉浓度相对较高,成湖之后乔木孢粉浓度仍呈减小趋势,但灌木、水生植物孢粉浓度呈波动增加趋势;利用沉积物炭屑浓度与孢粉浓度的比值(C/P值)指标,可以较好地指示自然山火与人类聚居地火灾等燃烧事件在沉积物中的记录,而且综合利用C/P值与沉积物孢粉特征,有可能厘清长江全流域洪水与局地洪涝事件的沉积记录。

弯曲河流裁弯后牛轭湖进口淤积模型

根据2011—2017年黄河源野外调查,发现若尔盖黑河流域牛轭湖进口段以推移质淤积为主,但是其淤积过程与主控因素却不明晰。通过分析裁弯后牛轭湖进口段的推移质淤积过程及其影响因素,构建相应的简化物理图形,建立其进口段推移质淤积过程的理论模型,并采用野外观测数据验证。数值计算表明,进口段的淤积速率是上游来沙量、沙栓长度和原河道分流角的函数,即沙栓越短、上游来沙量越大和分流角越大,牛轭湖进口淤积完成所需时间越短。概化模型用于模拟黑河上游麦曲的某个牛轭湖进口段淤积过程,其计算值与实测值较符合,但也存在一定误差,主要因为该牛轭湖形成后经历了2013—2016年的洪水期,其来流量与输沙量是非恒定,且存在较大变幅。

牛轭湖——被河流遗忘的湖泊

湖泊被誉为“大地的明珠”,无论大小深浅,都以美丽的姿态镶嵌在大地山野之间,点缀着世界。有一类湖泊十分特别,它们分布在世界各地,彼此之间却拥有着颇为相似的外形;它们因河流而生,却总与河流保持着若即若离的关系。这就是奇特的牛轭湖。