石川河富平地下水库渗透系数空间变异性研究

渗透系数的空间变异性研究是进行地下水库人工回灌的基础。为研究石川河富平地下水库渗透系数的空间变化规律,引入Box-Cox变换及Johnson变换对库区65组野外双环渗水试验及勘探孔数据进行预处理,并以变异函数为工具,运用传统统计学和地统计学方法分析渗透系数的空间变异性。结果表明:库区等效渗透系数变化范围为0.02~6.44 m/d,既服从对数正态分布也服从Box-Cox变换的正态分布。渗透系数空间相关程度中等,最优拟合模型为高斯模型。基于最优模型,渗透系数插值结果整体上呈现西北方向较大、东南方向较小的特点,在梅家坪镇及南社乡附近最大,范围为2.84~6.44 m/d,空间变异尺度小;在觅子乡、庄里镇附近变化明显,空间变异尺度大;在东上官乡南部最小,均小于0.2 m/d,变异尺度小。空间变异受地形、地貌、地层岩性、水文气象条件、试验点及勘探点分布、人类活动等因素的综合影响。回灌位置应选择在梅家坪镇等渗透系数大,空间变异尺度小及受人为扰动影响小的地段。研究结果可为地下水库建设提供理论参考。

保定平原区地下水生态水位阈值的探讨

地下水具有重要的生态价值,地下水生态系统中的地下水位、水质和包气带含水率与含盐量的变化驱动着表生生态格局的演变,但目前对各变量的生态阈值研究尚处于起步阶段,理论与方法体系还不完善。以保定平原区为例,采用地下水位及地下水生态环境的历史回归法、GIS法、差分网格计算法等方法,从时空角度分析了地下水位变化的驱动力以及生态效应,在此基础上确定不同水文地质单元的生态水位阈值。研究表明:(1)20世纪50—60年代,研究区依赖于地下水的生态格局基本维持着天然状态;1959—2000年,地下水位持续下降,局部地段出现降落漏斗;2000—2008年,地下水位骤降,降落漏斗迅速扩张,地下水与地表水补排关系发生变异;2008年至今,部分区域地下水位逐渐上升。(2)研究区内山前地带地下水生态水位埋深为10~15 m,拒马河冲洪积扇群与漕河—瀑河冲洪积扇群为5~10 m,唐河—大沙河冲洪积扇群为3~5 m,冲积平原中定州—望都范围为3~5 m,保定市为10~15 m,其余均为5~10 m,冲湖积平原环淀区域小于3 m。(3)以确定的地下水生态水位为标准,初步估算研究区现状地下水位恢复至生态水位的需水量为57.14×10^(8) m^(3)。研究成果对恢复当地地下水生态环境格局有重要意义,对华北平原地下水生态水位的确定也具有借鉴意义。

滦河下游河水及沿岸地下水水化学特征及其形成作用

了解地表水和沿岸地下水的水化学特征及其形成作用,对地下水水资源保护和可持续开发利用具有重要意义。在系统采集滦河河水及沿岸地下水的基础上,运用描述性统计、相关性分析、阴阳离子三角图、Gibbs图、离子比例系数等方法对水样的离子特征和水化学类型的形成作用进行了分析。研究结果表明:(1)从出山口到入海口,浅层地下水化学类型由HCO3型过渡到HCO3·SO4(SO4·HCO3)型,再逐渐转变为Cl·HCO3型,而阳离子则由Ca(Ca·Mg)向Na·Ca(Na)型转化。(2)浅层地下水化学的形成受地形地貌以及地质结构的控制,在山间盆地和冲洪积扇,溶滤作用是控制地下水水化学变化的主要作用,向下游随着含水介质颗粒变细,地下水径流速度变缓,溶滤作用减弱,蒸发浓缩作用逐渐增强,从出山口到入海口,河水和地下水的钠吸附比(SAR)不断增大,说明溶滤作用逐渐被阳离子交替吸附作用代替。(3)河水的水化学类型主要为HCO3·SO4-Ca·Mg(SO4·HCO3-Ca·Mg)型。水化学形成以蒸发浓缩作用为主,同时受河床中的碳酸盐矿物和硅铝酸盐矿物溶滤作用的影响,在冲积海积平原可能存在蒸发盐岩的溶解。

陕西省泾惠渠灌区地下水污染与人体健康风险评价

为了研究陕西省泾惠渠灌区地下水污染特征及人体健康风险状况,采集地下水样品进行分析测定,首先运用单因子指数法进行污染评价,再利用GIS获取主要污染物As、Cr(Ⅵ)和NO_3^--N的空间分布特征,最后借鉴美国环境保护署的人体健康风险评价模型对灌区地下水污染物的人体健康风险做出评价。结果表明:研究区地下水中As、Cr(Ⅵ)、NO_3^--N的质量浓度均超标,As对成人的致癌风险最高达3.50×10^(-4),明显超出限值1.00×10^(-4),长期暴露对当地居民带来罹患癌症的健康风险较高;As、Cr(Ⅵ)、NO_3^--N的非致癌风险从大到小排序为Cr(Ⅵ)、NO_3^--N、As,其中Cr(Ⅵ)对儿童的非致癌风险最高,达8.693 7,远超限值1.000 0,危害性最大。空间分布特征方面,As的致癌风险区域面积比例最高,为42.82%,As、Cr(Ⅵ)、NO_3^--N的非致癌风险区域面积比例分别高达69.19%、69.06%和66.55%,水安全问题突出。

基于质点运移模型的区域地下水循环规律研究——以陇东盆地为例

地下水循环规律研究是合理开发利用地下水资源的前提。选取陇东盆地泾河段作为研究对象,通过地下水模拟技术,确定了剖面上地下水流动方向,同时将水流系统划分为3个循环系统：局部循环系统、中间循环系统、区域循环系统。得出不同水流系统循环深度及循环宽度,3个循环系统深度依次为20-160m、160-700m、700-1 000m,循环宽度为3-8km、8-34km、34-70km。根据流速分布特征,将流速范围〉0.01m/d、0.005-0.01m/d、〈0.005m/d分别划分为强径流带、中等径流带、弱径流带。并对各径流带地下水运行更新时间进行计算,得出强径流带更新时间小于4 109a,中等径流带更新时间为4 109-24 657a,弱径流带更新时间大于24 657a。

秦岭北麓沣河流域矿区生境质量的时空演变及驱动因素分析

秦岭是中国的“中央水塔”,研究秦岭北麓矿山生境质量的时空演变特征对区域生态保护和可持续发展意义重大。为了评估小流域背景下人类活动对矿山生态环境的影响,该研究针对沣河流域内的重点工程祥峪铁矿区,基于遥感影像提取其1985、2002、2010年和2022年土地利用变化,结合InVEST(integrated valuation of ecosystem services and tradeoffs)模型和地理探测器定量分析该矿区生境质量变化与驱动因素。结果表明:祥峪铁矿区的土地利用变化主要由旱地逐步转变为林地和工业用地,疏林地转入面积达到18245505.71 m^(2),退耕还林还草工程取得显著成效;祥峪铁矿区生境质量指数由0.50下降为0.49,标准差由0.06增加为0.09,说明生境质量有所下降,空间差异不断扩大,区域整体平均生境退化度降低,但工业用地迅速扩张对周边林地产生持续影响;生境质量变化是自然因素和人文因素共同作用的结果,其中,土地利用变化是造成生态环境脆弱的主要原因,对生境质量变化的解释力达到0.82。该研究可为分析其他类似矿区生态环境演变,推动景观格局的优化和生态文明建设提供科学参考。

黄土-古土壤互层对土壤水分运移及土体微结构的影响

黄土地区地质灾害问题的发生大多与水在黄土中的入渗有关,而马兰黄土-古土壤互层结构对土壤水分入渗规律的影响显著。为揭示古土壤阻滞作用下黄土水分运移规律及其对黄土体微结构的影响,为黄土地区工程实践提供理论基础,该研究以陕西省泾阳县南塬的黄土为研究对象,采用土柱模型进行水分入渗试验,研究黄土-古土壤互层条件下土壤水分运移规律。在此基础上,通过微结构测试、分形维数和概率熵等指标的计算,分析黄土-古土壤互层条件下土壤水分运移对黄土微结构的影响。结果表明:古土壤层的透水性弱,湿润锋抵达黄土与古土壤界面处产生瞬态滞水,且随着入渗强度增加滞水时间增加;古土壤层影响下黄土与古土壤界面处的滞水会导致孔隙结构相互连通,孔隙空间平均增加4.13%,孔隙方向概率熵平均减少0.029,分形维数平均减小0.076,即古土壤层的阻水作用使得界面处黄土的孔隙空间增大,孔隙排列有序,孔隙形态规则。研究结果为黄土地区的工程建设和生态环境保护提供科学支撑。

沥青路面养护技术能耗及碳排放量化分析

在沥青路面养护工程中,不同养护技术对能耗和碳排放等生态环境的影响存在差异,不同养护技术在不同生命周期阶段能耗与碳排放的特征也有所不同。为了对公路养护决策提供节能减排方面的指导,基于生命周期分析(life cycle analysis,LCA)理论,采用净发热值法和排放因子法分别建立了能耗与碳排放量化模型,对比分析了铣刨重铺、薄层罩面、微表处、同步碎石封层、稀浆封层5种养护技术在不同生命周期阶段的环境影响。结果表明:5种养护技术中,能耗最为密集的阶段均为材料物化阶段,该阶段的能耗占比均超过总能耗的60%;材料运输阶段的能耗值及碳排放量均最小,不到15%;建设施工阶段,混合料拌和环节对环境影响最为集中,其次是摊铺和碾压环节。5种养护技术的年均能耗值排序为:同步碎石封层>微表处>稀浆封层>铣刨重铺>薄层罩面;年均碳排放量排序为:铣刨重铺>同步碎石封层>稀浆封层>薄层罩面>微表处。因此,综合考虑节能减排及服役性能因素,薄层罩面技术表现最为优异。

氟离子慢性暴露对中国林蛙蝌蚪生长发育的毒性效应研究

氟元素以不同的结合形式广泛存在于自然界中,适量氟的摄取有益于龋齿预防和骨骼发育,然而过量氟的摄取会对动物及人体健康造成危害。近年来,大量的人类活动导致水环境中氟含量持续升高。为探究水域氟污染对中国林蛙的毒性影响,本研究以中国林蛙(Rana chensinensis)胚胎为试验材料,对卵黄栓期(G12期)胚胎进行了0、0.7、4.2、19.4、42.8 mg·L^(-1)F-慢性水体暴露直至胚胎发育到变态高峰期(G42期)的研究。分别于暴露25 d和40 d后取样测定了蝌蚪全长、体长、体重和发育分期;此外,分析了F-慢性暴露对变态率、G42期蝌蚪的全长、体长、体重和后肢长以及G42期蝌蚪骨骼发育的影响。结果表明:暴露25 d时,4.2 mg·L^(-1)F-处理组促进了林蛙蝌蚪的生长发育,而42.8 mg·L^(-1)F-处理组显著抑制了蝌蚪的生长发育;暴露40 d时,19.4 mg·L^(-1)F-和42.8 mg·L^(-1)F-处理组蝌蚪的生长发育均受到显著抑制。持续进行慢性暴露78 d后,4.2 mg·L^(-1)F-处理组蝌蚪的变态率显著升高,而42.8 mg·L^(-1)F-处理组蝌蚪的变态率受到了显著抑制。此外,42.8 mg·L^(-1)F-处理组G42期蝌蚪形态指标(全长、体长和后肢长)以及骨骼发育均受到抑制。依据G42期中国林蛙蝌蚪的生长发育指标和变态率为观察指标,氟离子慢性暴露对中国林蛙蝌蚪的最低可观察效应浓度(LOEC)为0.7 mg·L^(-1)。研究表明,水环境中高浓度的氟污染会对中国林蛙蝌蚪的生长发育、变态和骨骼发育等造成潜在的不利影响,水体氟污染的生态毒性效应理应引起高度重视。

苏里格地区致密砂岩矿物组成与微观结构及其对水力压裂的潜在影响

致密砂岩气是重要的非常规天然气资源,致密砂岩储层的矿物组成特征与孔隙微观结构不仅会影响致密储层中天然气的赋存状态,同时也对水力压裂改造效果具有重要影响。然而,有关致密砂岩矿物成分及其微观赋存形态对气井水力压裂潜在影响的研究尚不充分,针对这一问题,文章以鄂尔多斯盆地苏里格地区主开采层—二叠系下石盒子组盒8下段致密砂岩为研究对象,钻取5口气井岩心样品,利用XRF、XRD、铸体薄片、SEM及EDS能谱等技术系统分析了该段致密砂岩矿物组成、微观形貌、孔隙分布等储层特征。基于分析结果,探讨了上述储层特征因素对水力压裂的潜在影响。研究发现,苏里格地区盒8下段致密砂岩主要为岩屑砂岩和岩屑石英砂岩,密度介于2.44~2.56 g/cm^(3)之间,孔隙度为7.7%~12.6%,渗透率为0.16~1.42 mD,属于典型的低渗透气藏。矿物成分主要为石英和黏土矿物,而长石矿物和碳酸盐矿物含量极低。其中黏土矿物含量占比为16.5%~47.4%,以高岭石、伊利石和绿泥石为主。高岭石在该区致密砂岩中广泛发育,呈书页状和蠕虫状填充于粒间孔隙及粒表,形成大量高岭石晶间孔。此外,致密砂岩中粒间孔隙、粒内溶孔、粒间裂隙及粒内缝均有发育,为致密砂岩气的赋存提供了良好的储集空间。矿物分析以及压裂液致密砂岩水岩实验结果显示黏土矿物稳定性对于苏里格地区致密砂岩气水力压裂效果至关重要,尤其是易分散运移的高岭石和伊利石矿物。水力压裂前需要对储层矿物成分及地层水成分展开详细研究,选择合适的黏土稳定剂优化水力压裂。

污泥赤泥混合生物炭的制备及对环丙沙星的吸附研究

为提高市政污水污泥(Sewage Sludge,SS)与赤泥(Red Mud,RM)的综合利用水平,探究其协同处置的资源化利用出路,以SS和RM为原料一步热解制备混合生物炭(Sludge-Red mud Mixed Biochar,SR MBC),经SR MBC活化过硫酸盐(Peroxysulphate,PS),强化其吸附降解废水中抗生素污染物环丙沙星(Ciprofloxacin,CIP)的能力。通过优化SR MBC的制备条件,分析pH值对SR MBC吸附降解CIP的影响,研究吸附降解动力学与热力学,并探讨该生物炭对CIP的去除效果及作用机制。结果显示:制得的混合生物炭对CIP的吸附质量比随热解温度的升高(500~800℃)而降低。其中SR MBC500对CIP的去除率和吸附质量比最高,分别为91%和6.09 mg/g。经SR MBC500中金属离子及官能团活化PS产生·SO-4自由基与吸附在SR MBC表面的CIP发生氧化反应,CIP去除率进一步提高,达99%。SR MBC对CIP的吸附效果受pH值影响较大,随pH值的升高,CIP的去除率先增加后减小;而经SR MBC活化PS后,吸附降解过程不再受pH值影响,在任意pH值下均可达到较高的去除率。SR MBC吸附CIP的过程符合拟二级动力学方程和Freundlich模型,且吸附过程是自发进行的,吸附机制包括孔隙扩散、静电作用、氢键作用和ππ堆积作用。SR MBC可在达到对SS和RM安全协同处置的同时,可通过活化PS进一步提高对CIP的去除率及吸附质量比,实现对抗生素高效去除的效果。

近水面温湿度变化特征及水面蒸发量计算差异性分析

水面蒸发是水循环的主要途径之一,气象要素是影响水面蒸发的重要因素。为分析温度和湿度与水面蒸发量的关系,通过野外试验对水面上25 cm和35 cm处气温和相对湿度进行监测。同时,利用修正的Penman-Monteith方程计算了水面蒸发量,并与气象站数据计算结果进行比对。结果表明:近水面不同高度处相对湿度与气象站监测结果差异显著,差值均值在12%左右;近水面处气温和气象站监测气温的差异与距离水面高度有关,水面上25 cm和35 cm处气温和气象站气温的差值分别为(1.5±1.0)℃和(1.8±2.0)℃。水面蒸发量计算结果表明:气象站气象数据计算的水面蒸发量最大,而利用水面上25 cm和35 cm处气温和相对湿度计算的水面蒸发量近似。本研究为利用气象站数据计算水面蒸发量及结果修正提供了数据支撑。

神府南区延安组含水层富水性对矿井涌水量的影响研究

针对榆神府矿区不同井田矿井涌水量差异大的问题,基于所收集区内大量的钻探、抽水试验等资料,从风化剥蚀作用、烧变作用、天窗、砂岩微观孔隙结构等入手,分析了延安组含水层富水性的影响因素。结合导水裂隙带发育高度,探讨了延安组含水层富水性对矿井涌水量的影响。结果表明:风化剥蚀作用使延安组砂岩裂隙发育、破碎严重,增强其渗透性和连通性,随着基岩风化率的增加,富水性增强;烧变作用使延安组砂岩裂隙、孔洞显著增加,随着烧变岩厚度增加,富水性增强;天窗为延安组含水层与其他含水层之间提供了水力联系通道。采煤形成的导水裂隙带导通了延安组风化段和烧变段,使矿井涌水量较大。区域上各影响因素的叠加会导致延安组含水层富水性增强,局部呈现强富水-极强富水性,导水裂隙带导通后矿井涌水量较大,威胁煤矿安全生产。进一步探讨了各涌水量较大井田延安组富水性对矿井涌水量的影响,为榆神府矿区井田安全开采和顶板水害防治提供参考。

黄土高原流域洪水要素演化过程及同步性特征——以窟野河为例

解析黄土高原洪水要素变化及同步性对科学认识黄土高原生态治理水文效应,提升流域防洪减灾水平意义重大。以窟野河流域为研究对象,基于水文过程消退法,识别并解析了年最大洪水事件、特征要素及其非一致性特征;基于构建的洪水特征指标变化范围法,定量评估了不同洪水特征要素的改变强度;基于灰色关联度法,探究了不同洪水特征要素间的同步性特征。结果表明:洪水特征要素表现出显著的下降趋势,且伴随两阶段变异;水土保持、退耕还林还草及采煤开矿等人类活动协同改变着流域洪水事件的强度和特点,总体为中度改变;洪峰、洪量及洪水次数的同步性变化程度一直处于高位,且1999年后有所增强,中小洪水的致灾风险值得关注。

黄土基吸附剂的制备及吸附性研究进展

综述了6种不同方式制备的黄土基吸附剂的性能和吸附特点,通过烘干和煅烧的方式,增大了黄土的孔径,并利用黄土的多孔结构在其表面进行修饰,引入与重金属有较强结合力的官能团,提升其对重金属废水的吸附性能。目前,对于黄土改性吸附剂的研究较少,并且大多数的吸附研究主要针对单一重金属离子的模拟废水,未来应着重开发新的改性方法及将其用于实际工业废水处理。

降雨-径流关系非一致性演化的驱动因素诊断——以渭河流域为例

降雨-径流关系是流域产水能力的关键表征。受气候变化、下垫面改变和人类活动的耦合影响,降雨与径流之间的相关性呈现出一定的非一致性变化,不同因素的影响仍有待量化。耦合去趋势互相关分析与去趋势偏互相关分析方法,提出了一种降雨-径流非一致性关系驱动要素识别与影响估算方法,量化了气象条件、下垫面条件和人类活动的贡献。结果表明:构建的量化方法对非一致性序列具有良好的适用性;人类活动对渭河流域降雨-径流关系的影响最大,平均贡献率为58.86%,气象条件次之,下垫面条件影响最小;人类活动对渭河流域降雨-径流关系的影响在时域上总体处于持续增长态势,空间上呈现渭河干流上中游>泾河流域>北洛河流域。

二氧化碳入侵土壤包气带对微生物群落的影响

为探讨地质封存CO_2泄漏对土壤微生态环境的影响,以中国青海省西宁市平安县三合镇天然CO_2泄漏试验场土壤为研究对象,采用活菌计数法测定不同物质的量比CO_2试验区土壤微生物的菌落数目,应用PCR-DGGE(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis)和16S r DNA文库技术对样品的细菌和真菌群落结构及遗传多样性进行分析。结果表明:当CO_2物质的量比由600μmol/mol增加到23 000μmol/mol时,土壤细菌、真菌数量明显增加,而放线菌数量显著减少;各试验区细菌和真菌多样性指数(H)、丰度(S)有所不同,土壤真菌多样性变化高于细菌;高物质的量比CO_2对真菌Geomyces sp.、根瘤菌unclassified_Rhizobiales等菌群的生长产生刺激作用,但对unclassified-Actinobacteria(放线菌群)、Sphingomonas sp.(鞘氨醇单胞菌属)等菌群的生长有抑制作用;3 010μmol/mol CO_2对真菌Ascomycota sp.(子囊菌门)、Phoma medicaginis(茎点霉)产生了较强的毒性,使之不能正常生长繁殖。研究表明:高物质的量比CO_2入侵土壤包气带对微生物群落多样性影响较大,主要表现为原有细菌、真菌数量的丰富或被削弱,或部分物种的消失及新物种的出现,但其主要建群种未变;对根瘤菌等菌群生长的刺激作用可能使土壤固氮能力提高;不同物质的量比CO_2入侵下土壤细菌群落相似性系数远大于真菌,即真菌对CO_2胁迫表现更为敏感,真菌Ascomycota sp.及Phoma medicaginis有望成为地质封存CO_2泄漏微生物监测与甄别的指示菌种。

高浓度CO_2入侵包气带对土壤微生物的影响

以鄂尔多斯CO2地质储存地的土壤和典型植被小麦和黑麦草为研究对象,通过原位模拟实验,考察了不同浓度CO2入侵包气带对土壤细菌、真菌、放线菌数量及细菌群落多样性的影响。结果表明,高浓度CO2入侵包气带,对土壤微生物生长有一定的抑制作用,植被可以提高CO2入侵条件下土壤微生物的抗逆性,但不同植被对土壤微生物抗逆性的调节具有一定差异;高浓度CO2入侵包气带,使Pedobacter(地杆菌属)、Akkermansia(疣微菌门)等细菌的丰度提高,unclassified_Betaproteobacteria(β-变形菌属)等细菌的丰度降低,细菌Thauera aminoaromatica(陶厄氏菌属)和Nitrospira(硝化螺菌属)完全消亡,并产生了Flavobacterium denitrificans(黄杆菌属)、Haematobacte(红杆菌属)、Ferrithrix(热袍菌门)新菌种。高浓度CO2入侵包气带对土壤微生物群落结构影响显著,但土壤微生物主要建群种未变。

冻融条件下浅层黄土中温度与水分的空间变化相关性

黄土高原是西北典型的季节性冻土区,在黄土斜坡冻结和融解过程中土体内的温度、水分变化显著,导致土体中含水量及地下水位发生相应的变化,诱发一系列的滑坡、崩塌等地质环境问题。选择甘肃永靖县黑方台黄土斜坡为研究区,原位监测冻结至融解过程中黄土的温度和含水量,研究冻融条件下黄土斜（边）坡冻结层温度和水分及变化特征及其关系。结果表明,本次监测点黄土冻结深度为52cm,黄土剖面温度表现为3个特征带：温度稳定传递带、温度变动带、温度交替显著带。温度在黄土斜（边）坡冻融过程中对水分具有控制性作用,含水量随温度变化划分为3个阶段：1小于2℃,含水量随温度呈现非线性递增趋势;22~6℃,含水量随温度呈现波动性下降;3大于6℃,水分由小幅增加直至稳定,温度影响权重减小。随着冻结土层完全融解,被冻结水分融解后向下运移,最终导致剖面含水量急剧增加,因此,冻结至融解过程中含水量发生急剧增加,是导致浅层黄土滑塌的重要因素。

新型铁炭微电解材料的制备研究

以铁炭为原料,在传统铁炭微电解材料中添加金属化合物添加剂,通过两段烘焙工艺制得新型微电解材料。研究了新型铁炭微电解材料处理印染废水的条件及影响因素,主要研究了在不同的铁炭质量比、金属化合物添加剂、铁炭质量占微电解材料总质量百分比、温度以及焙烧时间等条件下制备的材料对印染废水的处理。研究表明,用铁炭质量比为1∶1,添加剂按氧化铝∶氧化钛∶氧化镁∶氧化锰∶氧化钙比例为5∶3∶2∶1∶1混合,铁炭质量占微电解材料总质量百分比为60%电解材料,在1 100℃下焙烧2 h制备的新型铁炭微电解材料处理印染废水效果最佳。对印染废水的COD_(Cr)、色度去除率达到76.8%,84.5%。