鄱阳湖流域暴雨型泥石流形成机制与动力特征--以江西修水县卢庄沟泥石流为例

对鄱阳湖流域暴雨型泥石流形成机制与动力特征进行研究,旨在为此类山洪灾害防治及流域水工程安全提供借鉴。以江西省修水县卢庄沟暴雨型泥石流为例,通过现场调查和室内试验,对其发育特征及动力学特征进行分析。研究结果揭示该泥石流长6.25 km,流域面积4.27 km^2,物源62.46万km^3,主沟坡降大(524.1‰),高差约1 160 m地形易于汇水且泥石流动力足。江西省修水县卢庄沟泥石流形成机制和动力特征可总结为:暴雨-滑坡-松散堆积体搬运-老泥石流沟冲刷复活-泥石流形成。

鄱阳湖湖相深厚软土工程地质特性研究

在横跨鄱阳湖某工程勘察中发现,江西省鄱阳湖都昌—庐山湖心岛屿一带,存在厚达50~60 m的湖相软土,具有特殊的工程特性。利用理学DMAX-3C(Cu Ka,Ni滤光)、高倍光学显微镜、环境扫描电镜(ESEM)等对鄱阳湖软土的地质成因和空间分布规律进行探讨,分析了其矿物组成、化学成份、物理力学性质、胀缩特性及其击实后的膨胀性和承载强度等进行了试验研究。研究发现鄱阳湖软土主要以伊利石、高岭石、绿泥石等粘土矿物为主,分布上交互特征;微观结构上以原生空隙为主,水平向空隙的渗透性优于垂直向,粘粒呈胶结状;其原状膨胀性并不明显、压实后膨胀性增加。在天然和加载条件下,抗剪强度随着固结程度的增加逐渐增大。这些试验结果对鄱阳湖软土地基上的工程建设具有参考意义。

鄱阳湖区深厚湖相沉积软土工程特性研究

在鄱阳湖、洞庭湖、长江及黄河沿岸、澳大利亚东北海岸、东南亚和哥伦比亚波哥大等地都均大面积湖相沉积软土。该类软土具有空间变异性大、含水率高、天然孔隙率高、压缩性大、厚度变化大、强度低等特点。为了解鄱阳湖区湖相软土的岩土特性,进行了1500多项试验,包括矿物成分、固体颗粒密度等物理试验;以及力学试验,如GDS压缩试验、十字板剪切、三轴试验和静力触探试验等。试验结果表明,鄱阳湖区软土的含水率为40.16%,湖相软土的塑限、塑性指数、孔隙比、压缩系数与含水率呈正相关,液性指数、密度、压缩模量与含水量呈负相关;湖相软土分层性特点明显,深层软土的抗剪强度甚至小于浅表部的软土抗剪强度。此外,还提出了孔隙比与压缩模量、黏聚力与内摩擦角等之间的关系。研究成果可为软土地区工程参数取值提供了依据。

鄱阳湖丰水期水体悬浮颗粒物粒径空间分布特征

悬浮颗粒物粒径作为一项重要湖泊水环境影响因子,掌握其分布特征对改善湖泊水体生态环境具有重要意义。以鄱阳湖为对象,通过2017年6月丰水期的全湖观测,利用LISST-100X现场激光粒度仪野外采集颗粒物粒径数据,从平面和垂向两个空间角度分析了鄱阳湖丰水期水体悬浮颗粒物粒径分布特征及其影响因素。结果表明,鄱阳湖丰水期悬浮颗粒物所测中值粒径分布3. 63～62. 77μm范围内,在垂向上,悬浮颗粒物粒径整体上表层低于底层;在平面上,悬浮颗粒物中值粒径值大小:北部>中部>南部;同时对鄱阳湖丰水期悬浮颗粒物进行粒径等级划分结果表明,粒径组分以粉砂(3. 79～53. 49μm)为主,约占70%;悬浮颗粒物黏土和细砂的空间分布差异较大,南部湖区的黏土占比为北部湖区的一倍,而大粒径的细砂、中砂呈现出北部湖区和中部主湖区多于南部湖区的现象。水动力、人为采砂作业是影响鄱阳湖悬浮颗粒物粒径分布的主要因素,此外还受到底质与浮游植物的影响。

鄱阳湖丰水期水体后向散射特性研究

后向散射是获取湖泊水体光学活性物质遥感信息的关键,针对无机悬浮物为主的浑浊二类水体,其对水体表观光学性质有着决定性的影响,研究表层水体后向散射特性在提高湖泊光学活性物质遥感反演精度方面具有重要的意义.该文通过2017年6月在鄱阳湖丰水期36个站点的巡航监测,分析了水体后向散射特征及其与光学活性物质的关系,并利用指数模型对后向散射系数进行参数化.研究结果表明:在420～700nm波段范围内,水体后向散射系数、后向散射概率随波长的变动趋势较为一致,均随着波长的增大呈指数函数减小;空间上水体后向散射系数的均值和变幅为南湖区>主湖区>北湖区;总悬浮颗粒物浓度与后向散射系数之间的相关性随波长增大而增大,其中700nm波段的相关性最好,R2达到0.760;随着波长的增加后向散射系数与叶绿素a含量的相关性减少;同时建立了后向散射系数光谱模型,斜率指数为1.229,470～700nm波段平均绝对百分比误差均小于8%,具有较好的反演精度.

鄱阳湖修河虬津水文站非一致性设计洪水研究

非一致性条件下设计洪水对水利工程的规划设计及防洪决策等具有重要意义。针对传统时变矩法求得每年一个非一致性设计洪水值难于直接应用到工程实际的不足,考虑影响径流的两项气象因素(降水量和气温),并结合重现期的期望超过次数概念,选取修河虬津水文站1956-2014年年最大1、3、7、15 d和1个月的洪水系列,结合大气环流模式输出的降水量、气温统计降尺度成果,推求非一致性条件下虬津水文站多时间尺度下的设计洪水流量值,并与传统的不考虑系列非一致性的设计结果进行对比。结果表明:虬津站各时间尺度洪水流量系列位置参数均存在显著的非一致性。一致性条件下设计洪水流量和以气象因子为协变量的非一致性设计洪水流量存在显著差异,RCP4.5和RCP8.5情景下,各时间尺度20和50 a重现期非一致性设计洪水流量值与一致性设计值相比分别减小了13.5%~32.6%(平均约26.4%)和15.3%~39.1%(平均约31.0%)。研究结果可为区域洪水灾害防治和洪水资源利用提供一定参考。

鄱阳湖浑浊水体后向散射系数模拟及校正研究

湖泊水体后向散射系数是水色遥感反演模型的重要参数,浑浊2类水体的后向散射特性影响因素较多,相对其他固有光学参数其测量难度大.以鄱阳湖为例,对湖区水体进行野外光学测量,采用半分析模型方法模拟后向散射系数,从而得到本地化的后向散射概率,实现水体后向散射系数的精确校正.研究结果表明:鄱阳湖水体后向散射概率随着波长的变化而改变,呈显著的2次函数关系;鄱阳湖总悬浮颗粒物浓度<50 mg·L-1的中低浑浊水体420、442、470、510、590和700 nm的后向散射概率分别为0. 007 0、0. 012 6、0. 013 9、0. 016 9、0. 023 8、0. 026 9,均值为0. 016 9,标准偏差为0. 008 0;总悬浮颗粒物浓度≥50 mg·L-1的高浑浊水体,在绿光至红光波长的后向散射概率较为稳定,与中低浑浊水体后向散射概率一致;而紫光至蓝光波段不稳定,此段范围是高浑浊和中低浑浊水体的后向散射概率调整的关键波段,420、442 nm的后向散射概率分别调整为0. 006 1和0. 010 2.研究结果可为湖泊浑浊水体后向散射系数精确校正提供研究思路、方法和数据支持.

鄱阳湖冲积相软土微观结构特征与固结特性研究

利用理学DMAX-3C(CuKa,Ni滤光)、高倍荧光显微镜、环境扫描电镜(ESEM)、GDS高级固结实验系统(CDSTS)等对鄱阳湖闸基湖冲积相软弱土层的天然工况和固结工况进行了显微结构分析,并对其固结特性进行试验研究。显微结构测试表明:天然工况下,样品呈松散且各向异性特征,夹杂有机物;固结工况条件,软土呈致密特征、排列均匀;固结程度越大,其微观结构越致密。对比不同压力大小的沉降变形和孔压变化,发现随着压力增大,沉降变形增大,到150kPa时固结沉降幅度最大,随后固结沉降逐渐减少;主固结间时短(50s),速率大,孔隙水压消散快;次固结沉降变形时效长,速率小,孔隙水压基本不变。

1961—2015年赣江流域极端降水时空变化特征分析

以1961—2015年赣江流域22个站点逐日降水量数据为研究对象,采用线性趋势、pettitt突变检验、Mann-Kendall显著性检验、累积距平法、反距离加权法等方法,分析了赣江流域8个极端降水指数时间和空间变化特征及其影响因素。结果表明:(1)P95、P99指数整体呈下降趋势,I95、I99指数整个流域(除寻乌站的P99)呈上升趋势,其余指数在整个流域同样呈上升趋势,但变化不显著。(2)极端降水指数上游和中游的I95指数和中游的I99指数,在0.05显著性水平下,显著上升。突变年份主要集中在90s和2000s,是极端降水事件多和强度较大的年代,发生突变次数最多的在1991年。(3)R50、RX1day、RX5day三个指数都呈现出有东北向西南方向递减的趋势,P95、P99、I95、I99指数的最高值都在井冈山一带,流域的东北部和中游西部存在较高的极端降水可能性,易发生泥石流、洪水等自然灾害。本研究可为当地的防灾减灾及水土保持提供科学依据。

江西省桃江流域近60年降水量时空特征分析

为研究江西省桃江流域降水量特征,以桃江流域内的17个雨量站1957—2016年逐日降水资料为研究对象,运用线性趋势、Mann-Kendall趋势检验、克里金插值等方法进行时空特征分析。结果表明,时间变化特征上:桃江流域多年平均值为1603.49mm,且以2.4mm/10a的趋势增加,其第1主周期为34a,并且经历了“偏多—偏少—偏多”的周期变化;季节分配不均匀,春夏多,秋冬少,且秋、冬季变化剧烈,除了夏季以-4.8mm/10a的速率下降,其余季度均呈现上升趋势,分别为春季(7.3mm/10a)、秋季(7.1mm/10a),冬季降水(5.3mm/10a)。在周期规律上,除冬季的第1主周期为34a外,其余季度为33a;月降水量呈现出“两峰一谷”的形状,降水主要集中在3-8月,10月到翌年1月的降水变化剧烈。空间分布特征:桃江流域年降水量从西南到东北呈现出“偏多-偏少-偏多”的空间分布特征,春、夏两季降水量呈现出南多北少的分布特征,秋、冬季降水量空间分布从南到北呈现出“偏多—偏少—偏多”的分布特征;年降水量北部区域偏多,主要受秋冬季节降水影响;除了冬季的高值中心出现在下游区域外,其他季节均出现在上游流域;上游流域在1-9月均为各区域降水的最大值,而10-12月,下游流域为各区域的最大值;各区域降水在月份分布上均呈现出“双峰一谷”的分布特征,3-9月,各区域降水间存在着较大的差异。研究结果可为桃江流域防洪抗旱及水生态修护提供依据。

灌溉回归水及其计算方法的研究进展

灌溉回归水在世界范围内广泛存在,数量很大,而且可以重复利用,但关于灌溉回归水的研究相对较少,在很多方面的研究不够深入。讨论了灌溉回归水的组成,分析了灌溉回归水产生的条件,阐释了灌溉回归水研究的理论基础,分类综述了灌溉回归水量计算方法的研究进展,总结了灌溉回归水的研究现状与存在的问题,对灌溉回归水及其计算方法的未来发展方向进行了展望。

鄱阳湖区软土三轴剪切强度试验

为研究复杂应力条件下湖相软土的力学性质及破坏规律,对鄱阳湖区典型软土进行等加载速率(0.01mm/min)下,基质吸力分别为0、50、100、200kPa,净围压为100、200、300kPa的标准应力途径GDS三轴剪切试验,得到湖相软土的三轴剪切应力-应变曲线、基质吸力与偏应力的关系、围压与偏应力的关系,并根据Fredlund双应力变量强度理论分析鄱阳湖区软土在不同基质吸力、不同围压下的土体抗剪强度变化规律。结果表明:在相同基质吸力条件下,鄱阳湖区软土非饱和强度在低应变范围内(<8%),抗剪强度随着应变的快速增加,在高应变范围内,强度增速放缓;在相同围压条件下,强度与吸力基本呈正相关线性关系,其基质吸力相关角为6.6°,处于低吸力范围内;在4种基质吸力条件下,其内摩擦角的范围为21.8°~26.2°,总黏聚力范围为16.7~44.4kPa。结合双应力变量强度理论,提出鄱阳湖区湖相土的抗强度理论公式。

基于后向散射系数的鄱阳湖悬浮物浓度反演与垂直分布特征

水体悬浮物浓度垂直分布监测对掌握湖泊水环境空间变化具有重要作用,但目前传统的采样方法获取的悬浮物浓度存在垂直观测不同步、连续剖面快速监测难度大等问题。以鄱阳湖为例,通过对湖泊水体后向散射系数和悬浮物浓度的垂直监测,构建并应用了基于水体后向散射系数的悬浮物浓度垂直分布反演模型,实现了水体悬浮物浓度垂直分布快速监测的目的。结果表明,鄱阳湖水体700 nm波段的后向散射系数与总悬浮物浓度和无机悬浮物浓度具有较好的相关性,构建的指数函数关系效果最佳,决定系数(r^2)分别为0.849、0.811,模拟值与实测值的均方根误差(RMSE)分别为8.56、8.70;鄱阳湖水体分为4种垂直分布类型:混合均匀型(A型)、增大型(B型)、中层增大或减小型(C型)、上部增大下部混合型(D型),近70%的监测站点为垂直非均匀水体;鄱阳湖水体总悬浮物浓度垂直剖面层化现象和沿程纵向变化明显,主要受水位变化、水体流速和流态的改变、采砂活动等湖区自然条件和人类活动,以及河流来水的浑浊程度等多因素影响。研究结果可为摸清湖泊水体悬浮物浓度的空间分布规律提供数据支持,为解决湖泊高动态水体悬浮物浓度垂直监测的问题提供测量技术和方法支持。

赣江流域气温、降水和径流趋势、突变及周期分析

根据赣江流域1965-2015年的气温、降水量和径流量资料,运用线性倾向估计法、重标极差R/S法、Morlet小波分析法和MK法分析气温、降水量和径流量在1965-2015年期间的演变规律,并将三者的变化进行了综合比较和分析。结果表明趋势变化为上升趋势,但是气温的上升趋势最大,降水量和径流量趋势上升程度相近;周期和突变变化为气温存在一个主要周期和一个突变点,而降水量和径流量存在多个周期和多个突变点。

鄱阳湖沙地植被恢复年限和结构配置对土壤特性的影响

比较了不同恢复年龄和不同恢复结构类型对南方江西沙地土壤有机质(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、碱解氮(AHN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)等土壤化学性质影响,以及对土壤含水量(SMC)和容重(SBD)等物理性质影响。结果表明近成熟林(25.85%)和乔+灌+草恢复结构下(30.66%)的土壤水分含量显著高于裸沙地对照的8.09%和14.98%。不同恢复年龄和恢复结构类型对土壤有机碳、总氮、总氮、氮、磷、速效氮均有显著影响;随着恢复年龄的增加,沙地土壤养分除碱解氮减少外,其他养分含量均呈现增加的变化趋势。此外,不同植被恢复结构类型中,沙地土壤各养分含量均表现出增加的变化趋势。不同恢复年龄之间沙地0~20cm土层的有机质、全氮、全磷、有效磷和速效钾有显著差异。不同植被恢复结构之间沙地0~20cm土层有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷和速效钾有显著差异。两种不同恢复模式都能显著提升南方沙地土壤化学和物理特性,说明这两种植被恢复模式对未来气候变化条件下南方沙地的恢复是有效的。

基于标准化降水指数的淮河流域近50年干旱时空分布特征

根据淮河流域30个国家基本气象站近50年的月降水量资料,采用标准化降水指数(SPI)作为干旱指标,从干旱频率、干旱站次比、干旱强度三个角度并结合气象要素倾向率对淮河流域的干旱时空分布特征进行分析。结果表明:年度与夏季干旱站次比和强度均呈轻微减少趋势,春季、秋季和冬季干旱站次比呈增加趋势,干旱强度呈轻微增加趋势;年度和各季节发生的主要是全局性和局域性干旱,干旱强度都以轻度干旱为主;流域西部的河南境内的年度、季节性的各类干旱频率相对较高。夏季的干旱(轻旱及以上)、中旱、重旱的相对较高频率的分布范围最广,各季节各类型干旱发生频率地区分布规律不太明显。

酸性矿山废水治理技术研究进展

酸性矿山废水(Acid Mine Drainage,AMD)酸性强,富含重金属离子和硫酸盐,若处理不当将严重危害土壤环境和人体健康,是矿山环境修复工作中亟需解决的问题。首先介绍了AMD的来源与危害;然后概述了AMD源头控制技术和末端治理技术的研究现状,总结并比较了覆盖法、中和法、表面钝化法、杀菌法等源头控制技术与离子交换法、膜分离法、吸附法、中和沉淀法、微生物法、人工湿地法等末端治理技术的优缺点,并就成本高、易造成二次污染等问题提出了今后的重点研究方向应兼顾经济效益和环境效益,综合源头控制技术与末端治理技术的优点,以更好地进行AMD治理;最后从新型处理技术研发、治理理念转变、“废物”资源化利用3个角度展望了AMD治理技术的发展趋势,旨在为AMD治理技术应用于工程实践探索新途径。

GEE平台在水信息监测中应用研究综述

为研究遥感水信息监测中存在的效率低、影像处理繁琐、成本高等问题,综述了Google Earth Engine(GEE)在水信息监测应用的研究进展,并对其发展进行了讨论。论述了水信息监测应用从基于遥感影像的本地处理方式到逐步引入云端处理的发展历程,重点论述了GEE平台在水体提取、水域面积监测、水域地物分类、洪水灾害监测、水质监测等方面的应用。通过结合鄱阳湖研究区及相关文献水体提取方法,分别展示了GEE平台对鄱阳湖水信息的实际应用能力。结果表明:GEE平台能够高效地满足大尺度长时间序列的遥感影像批量提取水信息工作。

基于不同水肥组合的春玉米相对根长密度分布模型

根系分布是模拟作物生长与土壤水分和养分运移,以及制定合理的灌溉制度和作物管理不可缺少的参数之一。现有的根系分布模型大多是于单一灌水和施肥条件下建立的,因此研究不同水肥组合下滴灌玉米的根系分布模型更具有实际意义。利用2a的田间小区试验,以春玉米"强盛51号"为试验材料,设置4个灌水水平,2015年和2016年分别为I_(60)(60%ET_c)、I_(75)(75%ET_c)、I_(90)(90%ET_c)、I_(105)(105%ET_c)和I_(60)(60%ET_c)、I_(80)(80%ET_c)、I_(100)(100%ET_c)、I_(120)(120%ET_c),ET_c为玉米需水量;4个N-P_2O_5-K_2O kg/hm^2施肥水平:F60(60-30-30)、F120(120-60-60)、F180(180-90-90)和F240(240-120-120),共16个处理。在春玉米灌浆期对根长密度(root length density,RLD)进行了测定,建立了不同水肥供应条件下相对根长密度(NRLD,normalized root length density)分布模型。结果表明:春玉米NRLD与土壤剖面相对深度呈现显著的三阶多项式函数关系,且三次项参数(R0)与灌水量和施肥量呈现二元二次多项式函数关系,决定系数(R^2)为0.84;验证结果显示,I_(60)、I_(75)、I_(90)和I_(105)灌水水平下NRLD模拟值与实测值均方根误差(RMSE)分别为0.20、0.16、0.16和0.17,标准化均方根误差(n-RMSE)分别为32%、27%、14%和17%,且R^2达0.95以上;基于NRLD分布模型估算各相对深度RLD分布比例,估算结果表明地表至相对根系扎深1/3处根长占总根长比例平均达73.6%,地表至相对根系扎深1/2处根长占总根长比例平均达82.8%。该模型对于指导大田春玉米灌溉施肥管理具有重要的理论意义。

玉米秸秆生物炭负载羟基磷灰石对稀土钇的吸附特性研究

钇作为高丰度稀土元素,广泛应用于各领域。在离子型稀土开采过程中,稀土母液会扩散至矿区周边水体,造成稀土资源浪费。为找寻高效吸附稀土钇的材料,本研究选用玉米秸秆烧制生物炭(BC),并负载羟基磷灰石制备生物炭复合材料(HAP@BC)。利用SEM、XRD和FTIR对HAP@BC进行表征,单因素吸附实验考察初始Y^(3+)浓度、生物炭投加量、pH、转速及吸附温度等因素对吸附性能的影响,吸附等温线分析其吸附特性,解吸实验考察其循环利用性能。结果表明,相比BC,HAP@BC的吸附量提升了3倍,pH为4.0时有最大吸附量为333.83 mg/g。吸附过程符合Langmuir单分子层吸附模型,且HAP@BC具有良好的循环利用性能,是一种潜在的Y^(3+)高效吸附剂。