基于氡同位素示踪的洞庭湖区枯水期湖水与地下水交互作用研究

洞庭湖区水系发达,水文地质条件复杂,人类活动强烈,地表水和地下水的水力联系变化频繁,其研究的难度以及由此造成的研究不足影响了对湖区地下水赋存和运动规律的深入认识。本文以洞庭湖整体为研究对象,采用水位动态分析和氡(²²²Rn)同位素示踪法,定性和定量研究枯水期洞庭湖区地表水与地下水的交互作用关系与交互通量。枯水期洞庭湖区水位和氡浓度空间分布特征指示研究区内地下水向湖水排泄,尤以东洞庭湖最为显著。氡箱模型计算结果显示枯水期地下水排泄²²²Rn通量为455.09 Bq/(m²·d),占总输入²²²Rn通量的60.07%,地下水排泄总量为0.29×10⁸ m³/d,平均排泄速率为56.27 mm/d,地下水排泄对湖水的贡献率为7.04%。敏感性分析表明：风速、地下水和湖水²²²Rn浓度以及湖面面积等参数较为敏感,合理布置取样点并提高敏感参数测量准确度能提高模型计算结果的可靠度。氡同位素示踪法物理意义明确、操作过程简便,是研究复杂区域地下水补、...     

用氡-222评价五缘湾的地下水输入

海底地下水排泄(SGD)近年来成为陆-海相互作用的研究热点,地球化学示踪方法是其主要研究手段,尝试用天然示踪剂氡-222评价厦门五缘湾的SGD。为了评价五缘湾SGD的入海通量及其变化,对五缘湾海水中²²²Rn和²²⁶Ra活度、大气中²²²Rn活度、风速、水温和水深进行了连续2 d的测量,对沉积物进行了培养实验用以获得其²²²Rn扩散通量和孔隙水中²²²Rn活度。基于海水中²²²Rn通量的质量平衡,对实测的海水中²²²Rn活度实施了母体支持、涨落潮影响、大气逃逸损失、沉积物扩散输入、混合损失的校正,保守估计SGD输入的²²²Rn通量在0~126.7 Bq/(m²·h)范围内变化,对海水中²²²Rn的平均贡献达54%。以井水和孔隙水中²²²Rn的加权平均值作为SGD端元的代表,获得SGD的输入速率为0~29.3 cm/d,平均输入速率9.3 cm/d。SGD输入速率的动态变化基本围绕12 h的周期波动,是对本海域正规半日潮的具体响应。假设SGD以平均速率在五缘湾海底输入,则五缘湾海底的SGD输入量为1.86×10⁵ m³/d。以陆源地下淡水占SGD输入量的10%考虑,五缘湾的陆源地下淡水输入量约为1.86×10⁴ m³/d。     

基于SWAT模型的格尔木河径流演变特征研究

我国西北旱区生态环境脆弱，是全球气候变化的敏感区域之一。近几年来，在全球暖化的大环境下，区域地表水产流机制改变诱发的水文与生态问题越发突出。本文以青藏高原北部极端干旱的格尔木河流域为例，利用SWAT建立流域主要产流的山区地表水文模型，结合区域水文资料等定量研究格尔木河径流演化及其渗漏补给地下水的时空演变特征。结果表明，在1976～2014年期间格尔木河出山口径流量呈递增趋势，年增长率达0.38 (m³·s^-1)·a^-1,多年平均径流增量约1.66×10⁸ m³,且夏季径流量增加较冬季更为显著。降水和温度是影响流域山区地表产流量增加的主要气象因子。流域出山口径流量的增加改变了盆地内地表径流入渗补给地下水的条件，格尔木河多年平均渗漏补给地下水量为9.89×10⁸ m³。河流渗漏量的递增会打破区域地下水系统平衡，诱发一系列水文生态问题，威胁区域可持续发展。本研究可为我国应对全球气候变化带来的旱区水资源和生态环境挑战提供科学支撑。     

近海核电厂核素地下水释放通量的模型计算方法

为了定量计算陵区近海核电站排水管线泄漏情景下核素通过地下水途径向海洋环境的释放通量，以某近海核电站为例进行研究。首先，应用GOCAD软件建立三维地形地质模型，刻画地层的分布、剥蚀以及倾向等特点；然后，运用地下水数值模拟软件FEFLOW精细刻画丘陵区地下水系统的补给、径流和排泄特征；最后，以不被吸附滞留的核素³H和被吸附滞留的核素⁹⁰Sr、¹³⁷Cs为对象，通过实验测定了⁹⁰Sr、¹³⁷Cs在不同岩土介质中的分配系数，模拟计算了排水管线连续渗漏60 a后³H、⁹⁰Sr、¹³⁷Cs在地下水中的放射性分布及释放。结果表明：³H迁移速度基本与地下水流速一致，地下水中的最大放射性浓度为0.285 0 Bq/L，第20 000天时向收纳水域的释放通量达到最大值，约526 Bq/d；⁹⁰Sr吸附性能相对较弱，最大迁移距离约80 m，地下水中的最大放射性浓度为0.032 1 Bq/L；¹³⁷Cs吸附能力较强，相当长的时间内被滞留在管线附近，地下水中最大放射性浓度分别为6.840×10^-3 Bq/L，释放通量为0 Bq/d。由弥散度的不确定分析可知，弥散度越大，地下水中³H的最大放射性浓度越小，向海洋环境的释放通量越多。     

氡(222Rn)在地下水-地表水相互作用中的应用研究进展

地下水-地表水相互作用是水资源管理和地表水生态系统保护中重要的一个环节,氡同位素(²²²Rn)由于其在地下水与地表水中含量差异显著、性质保守、检测难度低,广泛运用于地下水-地表水相互作用的研究当中。本文通过总结分析²²²Rn在不同地表水体(海水、河水、湖水等)中的应用,指出刻画地下水氡浓度的异质性是估算地下水排泄的重点和难点。在估算海底地下水排泄(SGD)时,氡的混合损失项估算不确定、海水氡浓度时空变异性、SGD的多组分特征等可能给估算结果带来较大不确定性;在估算河流地下水排泄时难以确定氡的大气逃逸量;研究人员对氡在示踪地表水补给地下水方面的研究程度相对不足。本文从科学研究和实际生产方面,对²²²Rn的研究应用提出以下潜在方向:(1)降低地下水氡空间变异性对估算地下水排泄量的影响;(2)针对不同水体、不同水文条件,准确刻画氡的大气逃逸量;(3)拓展²²²Rn示踪能够解决的科学问题;(4)将氡质量平衡模型计算与不确定分析相结合,实现软件化。     

用镭-226示踪胶州湾的海底地下水排泄

海底地下水排泄（SGD）是全球水循环的一个组成部分,其输送的溶解物质不仅参与海洋的生物地球化学循环,而且影响近岸海域的生态环境。为了评估胶州湾海底地下水排泄状况,通过建立胶州湾内海水中²²⁶Ra的质量平衡模型来计算海底地下水排泄通量。胶州湾海水中²²⁶Ra的源主要有河流的输入、沉积物扩散输入和地下水的输入,海水系统在稳定状态下,这几种源应该与湾内海水和湾外海水的混合损失达到平衡。除了将地下水输入作为未知项外,对其他源和汇逐个进行量化,计算得知：2011年9-10月胶州湾的海底地下水排泄通量为7.85×10⁶ m³·d^-1;2012年4-5月胶州湾的海底地下水排泄通量为4.72×10⁶ m³·d^-1。在此基础上,对地下水输入胶州湾的营养盐进行了评价。     

玛曲高寒草甸夏季近地层微气象和CO2通量特征分析

利用2015年夏季玛曲高寒草甸观测资料,从中选取7月10个连续完整的观测日,分析了近地层气象要素、地表辐射和能量传输以及CO₂通量日变化特征。结果表明：夏季玛曲地区气温和比湿昼夜差异较大,最大温差为19.2 ℃,平均风速为2.7 m?s^-1,风向以东风为主。晴天条件下向下短波辐射可达1 200 W?m^-2左右,平均地表反照率为0.22,均大于藏北那曲地区。净辐射峰值可达850 W?m^-2左右,陆-气间能量传输以潜热输送为主。10 d能量闭合度平均值为0.61,能量不平衡程度较大。夏季玛曲高寒草甸表现为“碳汇”,CO₂通量平均值为-0.20 mg?m^-2?s^-1,晴天碳吸收最大速率为-14.05 mg?m^-2?s^-1,显著大于阴天,最大碳吸收时长为13 h,CO₂密度平均值为530.7 mg?m^-3。     

基于不同开采方式的煤矿涌水量预测及其环境影响分析

煤矿开采不当会对水资源与水环境造成破坏,尤其在生态环境相对脆弱地区更是如此。针对目前矿井涌水量预测大多以单一工作面或煤矿为评价单元,对沟域内煤矿群同时长期开采的地下水环境影响重视不够。选择头道河则沟域为研究区,以地下水勘查、井田勘探资料为依据,构建了头道河则完整沟域的地下水三维非稳定流数值模型,根据地下水、地表水监测数据和煤矿群开采涌水量的长观资料进行模型的识别与验证,以9#煤矿为典型矿区,分析综采和条带充填2种不同开采方式下矿井涌水量及其对水环境的影响。研究结果表明：(1)综采状态下,矿井涌水量增加0.70×10⁴ m³/d,导致地下水溢出量减少0.20×10⁴ m³/d,引发矿区及区域地下水水位下降0.21～17.92 m;条带充填开采状态下,矿井涌水量增加0.11×10⁴ m³/d,导致地下水溢出量减少0.04×10⁴ m³/d,引发矿区及区域地下水水位下降0.01～0.44 m。(2)煤矿按综采方式开采,...     

基于地下水陆面过程耦合模型的黑河干流中游耗水分析

耗水分析能够直接揭示水资源利用的本质, 蒸散发是流域尺度耗水的主体. 将一个典型的陆面过程模型和一个地下水模型紧密耦合, 从而在地下水模型中增加具有物理机理的蒸散发描述, 同时改进陆面过程模型中地下水的动力过程, 由此在发挥这两类模型各自优势的基础上, 构建了一个地下水-陆面过程耦合模型. 利用该模型模拟了黑河干流中游2008年逐小时的蒸散发过程. 结果表明: 黑河干流中游2008年总耗水量约为35.7×10⁸ m³, 耗水最大的地表类型是农作物为19.3×10⁸ m³、 裸地和戈壁为7.2×10⁸ m³、 草地为6.0×10⁸ m³、 稀疏植被为3.1×10⁸ m³, 其中, 不同地表类型的年蒸腾量分别为8.8×10⁸ m³、 0.02×10⁸ m³、 2.2×10⁸ m³以及0.4×10⁸ m³, 对应它们的年蒸散发强度分别为: 580 mm、 117 mm、 331 mm以及202 mm. 通过耗水平衡分析也得到2008年黑河干流中游地下水呈负平衡状态, 全年地下水超采约0.9×10⁸ m³, 其中区内地下水储量在7—11月间呈增加趋势, 其他各月呈减少趋势.     

基于MODFLOW-CFP的贵州大井流域岩溶地下水数值模拟

贵州大井流域岩溶分布广泛，岩溶水是当地人民生产和生活的主要来源。由于对岩溶水资源的不合理开发利用，水资源短缺现象经常发生。大井流域水文地质条件复杂，管道-多孔介质双重介质特征明显。文章采用MODFLOW-CFP耦合模型对大井流域展开数值模拟，进而掌握大井流域地下水运动规律、准确评价岩溶水资源，促进其合理开发利用。结果表明：大井流域管道与多孔介质交换量为6 719.1 m³·a^-1，主要集中在上游和中游；总补给水量为10 977.3×10⁴ m³·a^-1，补给模数为133.495m³·km^-2·a^-1，其中降雨汇入量和降雨入渗量占总补给量的81.35%，而总排泄量为10 813.47×10⁴ m³·a^-1，主要在地下河出口排泄。     

地下水与地表水水量交换识别及交换量计算——以新汴河宿州段为例

为提高地下水与地表水交换量计算结果的准确性,本文利用水力联系、水头差、水温、氡-222、氢氧稳定同位素构建综合识别方法（HHTRO）,对新汴河宿州段地下水与地表水水量交换进行识别,并计算交换量。计算结果表明:研究河段单位河长地表水补给地下水的水量变化范围为8.69~366.82 m3/（d·m）,地下水补给地表水的水量变化范围为0.72~120.90 m3/（d·m）;研究河段左岸为地下水补给地表水,单位河长净补给量为45.26 m3/（d·m）;河段右岸为地表水补给地下水,单位河长净补给量为214.33 m3/（d·m）;研究河段地下水与地表水水量交换以地表水补给地下水为主,地表水补给地下水的比例为55.14%。本研究可推动地下水与地表水交换量计算方法的发展,为流域或区域水资源评价提供必要的理论方法。     

喜马拉雅珠峰地区冬季大气气溶胶化学组分及光学特征

为了研究喜马拉雅山北坡冬季大气气溶胶化学组分、光学特征及来源,2017年11—12月在珠穆朗玛峰站（QOMS）共采集22个PM_2.5样品。结果显示：PM_2.5中包括水溶性离子（WSIs）、有机质（OM）、元素碳（EC）在内的所有检测成分,总质量浓度为（3.36±1.06） μg?m^-3;有机碳（OC）、元素碳（EC）和水溶性有机碳（WSOC）的浓度分别为（1.10±0.38）、（0.13±0.12）和（0.84±0.24） μg?m^-3,浓度水平与偏远地区相当,低于季风前。碳质成分（OM+EC）占所有测试成分比例为73.6%,与之前珠峰站报道的研究结果相近。用PM_2.5水溶性组分在365 nm处的光吸收效率（Abs₃₆₅）来表征水溶性棕色碳（WS-BrC）,它与WSOC、K⁺存在较好的相关性（R²=0.63、0.50）,而与EC相关性弱（R²=0.01）,说明水溶性棕色碳可能源于生物质燃烧和二次反应。MODIS火点信息和气团后向轨迹分析进一步表明,尼泊尔地区的燃烧活动是珠峰站冬季碳质气溶胶的重要来源。同时,喜马拉雅山脉独特的局地风场是污染物跨境传输至珠峰地区的重要原因。     

1936—2017年北极勒拿河流域气候变化及其对径流的影响

北极河流径流的变化会影响海冰热力过程和海洋温盐环流。基于全球降水气候学中心（GPCC）及俄罗斯水文气象部提供的1936—2017年间的气温、 降水和径流数据, 分析了北极勒拿河（Lena River）流域近80年来的气候和径流变化特征, 并探究了气候变化对径流的影响。通过分析得出： 研究期内勒拿河流域气温上升0.18 ℃·（10a）^-1, 降水量增加率为4.7 mm·（10a）^-1, 径流增加399 m³·s^-1·（10a）^-1。各个季节的径流均呈增加趋势, 其中春季径流增加最为明显, 冬季次之。春季径流的增加主要是由春季气温升高所致的积雪加速消融造成的, 其次是春季降水的补给。夏、 秋季径流增加的主要原因是降水的贡献, 气温升高加剧蒸发反而使径流减少。冬季径流的增加, 是由于气温升高导致冻土退化或活动层厚度增加, 促进更多冻结水进入径流过程, 致使径流增加。     

祁连山老虎沟12号冰川消融区不同天气条件下的能量收支特征

冰川表面能量平衡模型建立了冰川与大气之间的联系。为探讨不同天气条件对冰川能量收支的影响, 利用祁连山老虎沟12号冰川海拔4 550 m处的气象资料（2011年8月24日 - 9月6日）, 结合能量平衡模型, 分析了不同天气条件下的能量收支变化特征。结果表明： 受云量影响, 晴天条件下向下短波辐射（318.3 W·m^-2）是多云条件下的1.5倍, 是阴天条件下的3倍。三种天气条件下的向下长波辐射, 晴天（215.4 W·m^-2）<多云（267.4 W·m^-2）<阴天（291.6 W·m^-2）。受固态降水的影响, 阴天条件下冰川反照率（0.50）是晴天时的2倍多。而三种天气下的最大消融耗热, 晴天（739.6 W·m^-2）>多云（582.8 W·m^-2）>阴天（324.5 W·m^-2）。在能量收入项中, 净短波辐射是主要来源（98%）, 但是受天气条件影响, 能量支出各项所占比例有明显差异; 在三种天气条件下, 净长波辐射所占比例分别为35%、 31%和23%, 消融耗热所占比例分别为62%、 64%和75%, 潜热通量所占比例相差不大。     

黔中气溶胶传输的210 Pb和7 Be示踪:Ⅱ.月及年时间尺度的剖析

自2001年12月连续逐周在贵阳观风山附近对近地面空气210Pb-7Be浓度和沉降量的观测表明:区域性降水和气温制约近地面空气210Pb具高浓度"U"型年分布;降水量和平流层向下输送影响近地面空气7Be月均浓度的季节性变化;210Pb/7Be月均浓度比率受控于210Pb变化和富7Be气团下沉的影响.观风山与瓦里关山之间因纬度和海拔的关系,7Be比率急剧震荡,显示出海洋性贫7Be气团入侵对观风山地区的明显影响.2002-2008年间贵阳观风山近地面空气210Pb的年均浓度(2.8±0.6)mBq/m3,约为全球若干站点中最高平均浓度值的4倍;而7Be的年均浓度(4.8±0.6)mBq/m3,与全球高海拔站点长期观测的平均值相当,大约为北半球中纬度对流层顶部附近7Be浓度值(18.0 mBq/m3)的1/3.8,显示出低纬度、较高海拔地区的预期水平.2003年,瓦里关山和观风山近地面空气7Be的年均浓度比为3.8,与预期的大气输送和混合作用基本一致.7Be月均浓度的增大趋势反映出受太阳黑子数减少的变化关系,其影响底线大约为4 mBq/m3;7Be年均浓度波动的增大趋势反映出受太阳黑子数降低的可能影响.贵阳观风山降水中7Be和210Pb的体积加权浓度分别为0.72 Bq/L和0.27 Bq/L;年沉降通量分别为0.080 Bq/(cm2·a)和0.031 Bq/(cm2·a).数值模拟显示出全球空气210Pb高浓度区和高沉降通量环带分布,印证了洱海和红枫湖沉积物7Be和157Cs蓄积的模拟结果.     

1980—2017年祁连山水源涵养量时空变化特征

祁连山是中国西北地区十分重要的生态安全屏障,也是当地极为关键的水源涵养区。基于InVEST模型中的产水量模块,对祁连山水源涵养量和时空变化进行了分析并探讨其影响因素。结果表明：祁连山多年平均产水总量和水源涵养总量约为93.03×10⁸ m³和57.83×10⁸ m³。从时间变化来看,水源涵养量呈上升趋势,上升速率约为0.196 mm·a^-1;在空间上呈“东多西少”的分布格局,与年降水量的空间分布大致相同。不同土地利用类型下的水源涵养总量依次为：草地（31.87×10⁸ m³）>林地（16.71×10⁸ m³）>耕地（4.92×10⁸ m³）>其他用地（2.29×10⁸ m³）>建设用地（0.63×10⁸ m³）。降水量与水源涵养量在所有研究时段内均存在显著正相关性。不同时期土地利用类型的变化也会对水源涵养量产生重要影响,研究区草地面积变化对水源涵养量影响较大。根据建立的经验公式并参考已有研究成果,估算得出研究区多年冻土地下冰储量在550 km³以上,在全球气候变暖的背景下,消融趋势明显。研究可为祁连山水资源合理配置和生态系统保护提供参考。     

干旱区水资源合理配置模式与计算方法

提出了西北内陆干旱区水资源合理配置的模式与计算方法。针对生态环境脆弱的干旱区水资源利用特点,基于水资源二元演化理论与方法,保持水土平衡、水量平衡和水盐平衡,以空间配置、时间配置、用水配置、水源配置、管理配置为基本模式;从实际情况出发,以水定发展指标,提高水土资源的匹配效率,以流域为单元合理安排生态环境用水与经济发展用水,在此基础上建立了干旱区水资源合理配置模型。定量计算表明:其809亿m3的径流性水资源中,直接留给天然生态的水量有302亿m3,加上126亿m3回归水的间接支持,可供生态系统消耗的水资源达428亿m3,相对于385亿m3的现状生态需水,除黑河和石羊河流域外,生态系统的需水基本上能得到满足。