京津冀平原非常规水资源利用前景分析及其生态环境效应

[研究目的]京津冀平原水资源严重短缺,供需矛盾十分突出,加大非常规水资源利用力度,形成多元供水格局,可有效缓解水资源供需矛盾,对支撑京津冀协同发展区社会经济协调发展和推动生态文明建设具有重要意义。[研究方法]文章系统开展非常规水资源供水方向、开发利用模式和供水规模分类数据统计,依据各省(直辖市)非常规水资源供水规划及配置目标,分析其开发利用前景及其生态环境效应。[研究结果]该区非常规水资源主要包括微咸水、再生水、淡化海水、雨洪水,其中微咸水主要分布于中东部平原的天津、沧州、衡水等地,供水前景为5.43×10^(8)m^(3);再生水利用以北京、天津等大中型及工业城市为主,供水前景为34.22×10^(8)m^(3);淡化海水利用以天津等滨海城市为主,供水前景为4.19×10^(8)m^(3);雨洪水利用较分散。[结论](1)微咸水用于农业灌溉存在土壤盐渍化风险,需加强水盐调控。(2)再生水用于河流生态补水,沿线地表水富营养化,地下水体未受到明显污染;地下水浅埋区开展再生水灌溉,会增加硝酸盐污染风险;建议将高风险的新兴污染物纳入再生水利用监控体系。(3)海水淡化尾液浓盐水、冷却热水可能改变天然海洋生态系统的分布、构成与多样性,应予以关注。(4)雨洪水利用可降低污水入河的水质风险,但过度利用可能影响区域生态系统的稳定性,建议城市区适度扩大利用。

京津冀平原浅层地下水漏斗演变规律与影响因素

为研究华北地区河湖生态补水对地下水漏斗演变的影响,以京津冀平原浅层地下水漏斗2003年至2022年的相对变化作为识别目标,从气象因素、地形因素、人为因素和含水层水力学特性4个方面进行考虑,选取8个具体指标构建特征变量数据集,使用逻辑回归(logistic regression, LR)、支持向量机(support vector machine, SVM)和随机森林(random forest, RF)方法建立漏斗演变识别模型,并利用敏感度、特异度和决定系数R^(2)对拟合效果进行对比评价,结果显示随机森林为最优模型。进而利用模型分析研究区地下水漏斗演变规律,阐明具体因素对漏斗演变的影响作用。研究表明:京津冀平原区浅层地下水漏斗在2010年之前整体呈扩张趋势,之后在部分地区呈现缩减和消失的态势。河湖补水前,地下水漏斗发展主要受开采影响,其重要度约50%;2018年后河湖补水对抑制漏斗扩张发挥了较为明显的作用,重要度达16%。从发展过程来看,地下水开采依然是控制京津冀平原浅层地下水漏斗变化最重要的因素。对比宁柏隆和高蠡清两个典型浅层地下水漏斗的发展变化可知,河道生态补水对宁柏隆漏斗变化的贡献率接近10%,而对高蠡清漏斗变化影响的重要度仅为1%,因此持续的河流生态补水对宁柏隆漏斗水位恢复会产生积极影响,而对于高蠡清漏斗则需要以水源置换压减农业灌溉地下水量为关键手段实现水位恢复。

天津平原地下水水化学特征与碳酸盐风化碳汇特征的时空演变

为研究天津平原地下水的水化学特征和碳酸盐风化碳汇特征的时空演变,在研究区内利用2020-2022年的采样数据分别进行ArcGIS反距离权重空间演化分析、聚类分析以及SPSS数据统计分析等工作。研究表明:在时空演化特征方面,2020-2022年Na^(+)和Cl^(-)的质量浓度呈现逐年增加趋势,地下水中的咸水含量逐渐增加,其中在116°63′E~116°84′E、117°12′E~117°47′E最为显著,Ca~(2+)+Mg^(2+)与HCO_(3)^(-)+SO_(4)^(2-)的质量浓度比值均大于1,天津平原地下水的咸水Ca^(2+)+Mg^(2+)与HCO_(3)^(-)+SO_(4)^(2-)的毫克当量浓度比值均小于1;在天津平原地下水阴阳离子的空间分布中,地下水中的阳离子Na^(+)、Ca^(2+)的质量浓度区间分别为[104.00,4 812.21]mg/L、[38.30,713.67]mg/L,阴离子Cl^(-)、HCO_(3)^(-)的质量浓度区间分别为[73.60,11 282.49]mg/L、[78.00,539.46]mg/L;在海咸水入侵的影响方面,通过对比和分析地下水中的Cl^(-)和其他离子(Na^(+)、Ca^(2+))质量浓度比例发现,靠近滨海区域,地下水的咸化程度较高,进一步实证分析发现海水入侵对地下水化学组成有显著影响(Δ[Na^(+)]=4 708.21 mg/L,Δ[Cl^(-)]=11 208.89 mg/L);在碳酸盐风化碳汇特征分析方面,天津平原西部地区的地下水碳酸盐风化碳汇量减少,而东部地区的地下水碳酸盐风化碳汇量增加,其中Ca^(2+)、Mg^(2+)的质量浓度对碳酸盐风化碳汇具有显著的正向影响(B[Ca^(2+)]=0.910,P=0.03;B[Mg^(2+)]=0.312,P=0.09)。

天津平原地下水可开采量与确定依据

根据深层地下水开采对地面沉降的影响比较,天津中部平原和滨海平原第二、三含水层组深层地下水开采对地面沉降影响较小,为适宜开采层位。地面沉降控制在10 mm/a,第二、三含水层组深层地下水可开采量为2.68亿m3/a。中部平原浅层地下淡水、微咸水,在技术经济上鼓励开采,可开采量为1.64亿m3/a;山前平原地下水现状开采强度未引起明显的环境地质问题,开采强度适当,可开采量为2.79亿m3/a。天津平原生态环境保持良好,地下水总的可开采量为7.11亿m3/a。

Sentinel-1A京津冀平原区2016—2018年地面沉降InSAR监测

京津冀地区是我国地面沉降发展最迅速,影响面积最大的地区。地面沉降已成为京津冀协同发展中不容忽视的地质问题。文章利用多时相合成孔径雷达干涉测量(multi-temporal interferometric synthetic aperture Radar,MT-InSAR)技术对2016年1月—2018年10月覆盖京津冀地区的多轨Sentinel-1A数据进行处理,经水准数据验证和相邻轨道数据结果交叉验证后,对多轨SAR数据结果进行融合获取了京津冀平原2016—2018年间的地面沉降结果。InSAR监测结果表明,监测时段内京津冀平原最大沉降速率达164 mm/a,研究区内地面沉降分布广泛,且空间分布不均。对京津冀地区地面沉降时空变化特征进行分析发现,2016—2018年间唐山—秦皇岛地区地面沉降呈不断加剧趋势;其余地区地面沉降发展较为稳定。研究表明了InSAR技术在大区域地面沉降监测中的可靠性,研究结果为区域沉降防治提供重要依据,为京津冀特大城市群建设提供科学保障。

京津冀德平原区深层水开采与地面沉降关系空间分析

京津冀德地区是我国重要城市集中区和农业生产基地，由于深层地下水的过量开发利用，产生了严重地面沉降问题。部分学者认为，深层地下水累计开采量基本上相当于地面沉降累计量，认为京津冀德平原区深层水属于储存资源，基本得不到补给和更新。本文利用GIS空间分析方法，对开发利用深层地下水的京津冀德平原区大约八万平方千米范围，进行了累计地面沉降体积分布、深层水水位变差分布的空间分析，结合对深层地下水开采量的研究，初步探讨了深层水开采利用与地面沉降宏观关系的定量特征，结论是多年平均深层水开采量为25×10^8～27×10^8m^3，多年平均地面沉降体积量为11．2×10^8m^3，年均地面沉降体积大约相当于41％～44％的年均深层水开采量体积，还有56％～59％的深层水开采未导致直接的地面沉降响应，说明在高强度开采激励条件下深层水的动力场可能已经发生巨大变化，对深层水开采引起地面沉降的关系、深层水的组成与循环更新机制应进一步研究。

京津冀地区气溶胶季节变化及与云量的关系

利用2000年3月—2008年2月中分辨率成像光谱仪(MODIS)的卫星资料,分析了京津冀平原地区大气气溶胶光学厚度(AOD)和气溶胶细粒子组分比率(FMF)的时空分布特征.结果表明:通过AOD与FMF的组合特征可判别气溶胶季节变化特征.冬、春季以粗粒子为主,但冬季AOD偏小,而在春季急剧增大;夏、秋季均以细粒子为主,但夏季AOD达到最大,秋季较小.大气环流和气流后向轨迹分析表明,冬季到达北京的气流以西北冷空气为主,西北路径的气流轨迹占冬季气流轨迹总数的67%;春季主要受偏西、西北及偏北气流影响,这3类对沙尘天气有贡献的气流轨迹占春季气流轨迹总数比例之和达到60%;夏季主要以偏南气流和局地环流占优,这2类气流轨迹分别占夏季气流轨迹总数的52%和34%;秋季气流轨迹与春季的相似,但途经沙源的气流传输速度较春季慢.京津冀平原地区夏季AOD与云量(CF)呈正相关,AOD增加,特别是细粒子增加可能导致局地云量增多.

京津冀平原区地下水水位变化主导因素的定量识别研究

自20世纪60年代以来,京津冀平原区地下水水位持续下降,制约着京津冀一体化的发展。为了识别地下水水位下降的主导因素,定量表征了影响水位动态的气候条件和人类活动的多项指标(包括降水、气温、水面蒸发、工业总产值、粮食产量、人口数量、地表径流量),并采用非参数统计检验方法(M-K法)阐明了近50年来各项指标的演化规律;在掌握研究区自然社会指标及地下水水位的动态规律的基础上,联合运用灰色系统理论和主成分回归分析方法,定量识别了地下水水位变化的主导因素。结果表明,近50年,研究区降水呈现下降趋势,气温呈现显著的上升趋势,水面蒸发呈现增加趋势,工业总产值、粮食产量、人口数量呈现增加趋势,由于山前水库修建引起的地表径流量呈现减小趋势;上述指标变化影响了研究区的地下水水位动态,其中逐渐加剧的人类活动(包括粮食产量、人口数量)构成了研究区地下水水位持续下降的最主要驱动力,对地下水水位下降的贡献度达到60.6%,气候条件对地下水水位下降的影响作用次之,其贡献度为39.4%。

京津冀地区地热资源成藏模式与潜力研究

京津冀地区雾霾较为严重,同时地热资源丰富,因此,充分利用地热资源是调整该地区能源结构,减缓雾霾的重要途径之一。本文在分析京津冀地区构造、大地热流、地温梯度等地质背景的基础上,分别总结了京津冀地区隆起山地对流型与沉积盆地传导型地热资源的成藏模式与赋存条件,并对两种地热资源的资源量、开发利用现状与潜力进行了分析。京津冀地区地热资源储量折合标准煤约1383亿t,年地热流体可开采热量折合标准煤1100万t,但目前地热流体年开采热量仅相当于114万t标准煤,约占总量的10%,开发利用潜力巨大。

天津平原区浅层地下水水化学特征及碳酸盐风化碳汇研究

大气CO_(2)浓度在控制全球气候变化方面具有至关重要的作用,研究碳循环、CO_(2)收支平衡和精确评估是制定区域CO_(2)减排策略和寻找新的碳汇途径最重要的组成部分。碳酸盐风化碳汇是全球碳循环研究的一个重要方向。为此,本研究以天津平原区浅层地下水为研究对象,通过对地下水调查及水样的采集与分析,运用水化学分析方法分析了地下水水化学特征,并估算了地下水总储存量、DIC储量和碳酸盐风化碳汇量。研究结果表明:浅层地下水化学场自北部山前平原向南部冲积平原和滨海平原,呈现出自北而南和由北西向南东的水平水化学分带规律,地下水由低浓度的淡水、微咸水变为高浓度咸水,沿此方向水化学类型由HCO_(3)-Ca·Na·Mg→Cl·SO 4-Na→Cl·HCO_(3)-Na→Cl-Na型转变;淡水区、微咸水区和咸水区面积分别为733、3034和6564 km^(2)。地下水水化学组分中Ca^(2+)、Mg^(2+)和HCO^(-)_(3)主要来源于碳酸盐的溶解作用。研究区浅层地下水总储存量为2241640万m^(3),总DIC储量为8.13×10^(6) t,总碳汇量为4.11×10^(6) t。研究区浅层地下水淡水区、微咸水区和咸水区地下水储存量分别为157799万、6245936万和1459247万m^(3),DIC浓度分别为19~200、19~200和19~342 mg/L,DIC储量分别为0.67×10^(6)、1.65×10^(6)和0.58×10^(6) t,碳汇量分别为0.22×10^(6)、0.90×10^(6)和2.98×10^(6) t。沿地下水流向,DIC、储量和碳汇量的空间分布均呈现出由低到高的趋势。

天津平原罾口河牡蛎礁剖面中的硅藻及其记录的古环境

对天津平原罾口河HD303牡蛎礁剖面礁体中各层牡蛎壳内泥质充填物及礁体上覆泥层做硅藻分析,显示剖面礁体部分自下至上为潮间带中下部(Ⅰ带)、潮间带下部至潮下带(Ⅱ带)以及受风暴潮或强波浪影响较强、环境频繁变化的潮间带中上部(Ⅲ带);礁体上覆泥层自下至上为澙湖潮间带上部(Ⅳ带)、平均大潮高潮线附近的潮上带(Ⅴ带)和潮上带(Ⅵ带)的环境变化过程。另外,硅藻分析还显示上覆泥层受河流影响较礁体有所减弱,上覆泥层下部(Ⅳ带和Ⅴ带)形成时海水盐度比礁体大,推测在礁体发育后期,礁体所处位置封闭成潟湖及其河流作用减弱导致盐度的增加等因素是牡蛎礁停止发育的主要原因;而礁体上部水平夹层发育的原因是礁体发育后期,水体变浅导致礁体上部经常出露水面,易受风暴潮或强波浪作用,造成牡蛎倒伏所致。罾口河牡蛎礁HD303剖面的海相层上限的高度约为礁顶上1.3m(海拔1.15m)处,代表了海退时的平均大潮高潮线的高度。

平原地区城市河网水环境改善的补水调度策略研究——以天津市中心城区河网为例

针对平原地区城市河网中存在的补水效果差、水质不达标等水环境问题,采取问题解析-方法优化的思路开展河网水环境改善的补水调度策略研究,提出了融合现状模拟和成因分析、补水调度策略验证、补水调度实施方案的研究思路。以天津市中心城区环城河网进行实例应用,基于现状问题解析揭示了河网水质不达标原因,按照保持现有工程措施及增设工程措施的顺序提出了适用的推荐补水调度策略,并基于推荐补水调度策略提出了年度整体实施方案及实际实施方案,其中年度整体实施方案对应的年度补水调度总需水量为3.19亿m3。研究表明本文提出的补水调度策略研究方法可利用有限的补水资源有效地改善水环境,可在其他平原地区城市河网中进行推广。

京津冀平原城市洪涝综合治理的若干问题研究

京津冀协同发展和北京非首都功能疏解有序实施,是以城市群建设为载体。随着京津冀城镇化率逐步提高,人口不断迁移和聚集、建筑物密度增高,京津冀城市群将面临更多、更不确定的自然灾害影响,洪涝灾害是区域内平原城市普遍面临的严峻问题之一。本文通过研究京津冀平原在历史发展长河中随着建设规模扩大、气候变化加剧、生态环境破坏等人为活动和自然因素对城市带来的洪涝灾害影响,探索在合理的建设标准下,通过流域协同治理、城市精细管理、设施韧性运行,实现对城市洪涝风险的综合防控。

京津冀平原地区近自然林营造探索

近自然林既是一种森林经营模式,也是一种森林林分状态.近年来,京津冀平原地区主要城市开展了大规模的植树造林,但真正与近自然林理念相契合的造林工程或森林经营模式仍在少数.基于京津冀平原地区自然环境特点和森林植被的历史变迁,总结近年来平原造林工程存在的问题和经验,分析北京市相关造林技术导则中关于营造林方面的内容,对该地区近自然林营造的树种选择、林龄结构和群落组配等方面进行深入探索,为近自然林的设计和营造方法提供技术指导.

天津地区近21年地下水埋深变化特征及其影响因素

选用天津地区89个观测井1990—2010年的月地下水埋深,基于Mann-Kendall法研究地下水埋深的变化趋势、埋深变幅年代际变化特性及其年内分配变化特性,并探讨影响地下水埋深的相关因素。结果表明:观测期内天津平原区不同含水组地下水埋深的时空变化和影响因素差距较大,尤其在2000年后,由于受开采量的影响,地下水年际和年内变化更为剧烈。研究结果可为天津地区地下水资源的可持续利用和保护决策提供重要参考。

天津—河北沿海钻孔地层中的末次盛冰期下切河谷

文章回顾了1965年李四光先生追寻末次冰期对环境影响的讲话,以及40余年来在天津—河北沿海钻孔地层中、末次盛冰期下切河谷的发现过程。在源到汇过程中,起码自晚更新世以来,研究区已经是古黄河沉积区,多处发现的末次盛冰期下切河谷底板多位于30~32m深度,低于全新统底板一般在20m的深度;与长江口地区钻孔末次盛冰期下切河谷深62m相比,研究区下切河谷规模不如前者,也没有一个统一的大河口。末次盛冰期下切河谷最远地点,是距现代海岸约80km的河北省孟村回族自治县县城北侧,即西汉黄河亚三角洲叶瓣顶部。众多钻孔见早全新世快速沉积,只能是黄河支流有这样充足的泥沙供给,在局部顶托了早全新世海侵作用发生。

京津冀平原区土壤环境质量和土地资源分布特征

以京津冀平原区多目标区域地球化学调查数据为基础,研究土壤中As、Pb、Cd、Hg、Cu、Cr、Zn和Ni等8个重金属元素的含量特征,对土壤环境质量进行综合评价。评价结果表明京津冀平原区土壤环境质量整体优良,部分地区土壤为轻度、中度和重度污染,主要分布在北京中心城区、天津城区和蓟县、河北省石家庄市、保定市、唐山市和秦皇岛市等地区,该成果为京津冀协同发展生态优先保护方面提供了土壤环境质量状况依据,对重度污染土地要进行严格管控,做到京津冀协同治污。结合土壤中硒和钾的含量特征,以硒含量大于0.3mg/kg和全钾含量大于2.5%圈定了富硒和富钾土地资源区,主要分布在京津冀平原东北和冀西南地区,该成果可为京津冀现代农业协同发展提供依据。

天津1:50000黄庄公社幅地质图数据库

天津1:50000黄庄公社幅(J50E004015)地质图在充分收集利用已有地质资料的基础上,根据行业规范要求,采用数字填图系统进行地质填图及数据库建设。数据库包含基本要素、综合要素、对象要素和独立要素等4个数据集,共计23种数据类型,数据量为43.8 MB,其中地质体面实体数据96个、地质(界)线数据320条、摄像(照片)数据85个、同位素测年数据9个、钻孔数据10个,沉积(火山)岩石地层单位数据13个。地质图总结了浅表沉积物地貌成因类型及其垂向地质结构、上新世晚期以来的地层结构特征及岩相古地理演化、基岩地质构造、环境工程地质问题,同时探索了沿海低平原覆盖区地质调查工作方法和地质图的创新图面表达方式,为覆盖区区域地质调查起到了示范作用。本数据库可以为地质环境保护,自然资源管理,水文、工程、环境地质调查提供详实的基础地质资料,能够支撑国家重要经济区可持续发展、重大工程建设与地质环境保障、城市规划和生态环境保护。

内战、海关与列强--中原大战时期的天津海关事件探析

中原大战期间,晋系军阀阎锡山为了截留关税税款,强行夺取天津海关,酿成轰动一时的津海关事件。在阎锡山酝酿夺关以及津海关易手的过程中,南京政府、北方联军与列强之间形成微妙的三角关系。列强出于观望北方联军胜算几何的考虑,采取了对北方颇为有利的立场,进而助推南京政府认可晋系对海关的行动。南京政府的反制尝试悉归失败,中英之间围绕着事件关键人物辛普森的交涉亦毫无结果。内战及其所导致的海关分裂,对日后的海关地位以及中英修约交涉都产生了严重的不良影响。

京津以南河北平原地下水位下降驱动因子的定量评估

自1970年代以来,在自然因素和人为活动的交互影响下,京津以南河北平原地下水位持续下降并产生了一系列地质环境问题,严重影响了该区域社会经济的可持续发展。本文从降水、地表径流、气温等自然因素及地下水超采、水利工程修建、农作物产量水平提高、耗水型作物面积扩大等人为因素初步分析了京津以南河北平原地下水位下降的主要原因;通过建立投影寻踪回归模型,定量评价了各因素对地下水位下降的影响,确定了各影响因素对地下水位下降的相对贡献率。结果表明:地下水开采是引起地下水位下降的最主要因素,对地下水位下降的相对贡献率为54.7%,其中工业、农业、生活用水对地下水位下降的相对贡献率分别为6.6%、43.7%和4.4%;其次是降水和地表径流,其相对贡献率分别为25.6%和19.7%。