重庆南山表层岩溶泉与地下河三氮运移及氮通量估算

岩溶区特殊的地质构造使地下水系统存在多重水流.为研究三氮在表层岩溶带水流和地下河水流中的特征和运移方式,选取城市化进程中的重庆南山老龙洞地下河流域表层岩溶泉和地下河按月采样,分析水化学特征,结合SPSS的相关性分析,认为两种水流三氮特征差异很大.表层岩溶泉三氮质量浓度月变化小,受降水、污水影响较小,NO_3~--NNH_4~+-N;地下河水三氮质量浓度月变化大,受降水、污水影响较大,旱季NH_4~+-NNO_3~--N,雨季NO_3~--NNH_4~+-N.表层岩溶泉DIN主要来源于与农业活动有关的非点源污染,在土壤、表层岩溶带中经氨化、吸附、硝化作用等过程以扩散流形式运移至出露地表.地下河DIN随管道流、扩散流运移,并以管道流为主.DIN全年有点源的工业、生活污染物经落水洞、裂隙、溶隙进入.雨季同时存在占更大比例的非点源污染物,或由降雨产生的表面坡流、壤中流、表层岩溶带水流经落水洞进入,或经深裂隙、溶隙下渗进入,硝化作用明显.流域DIN输出通量为56.05 kg·(hm~2·a)~(-1),其中NH_4~+-N、NO_3~--N分别占46.03%、52.51%;根据径流分割法估算出点源污染、非点源污染的贡献率分别为25.08%、74.92%.     

汾河源区不同景观带水文过程研究

目前水源区景观带尺度水文过程机制研究还非常薄弱.针对山西汾河流域水环境恶化,迫切需要解决的水问题.应用同位素示踪、水文地质勘察、水化学信号等研究方法,揭示汾河源区景观带尺度水文过程机制.结果表明,汾河水源区亚高山草甸带与中高山森林带是汾河源区主要径流形成区,而疏林灌丛带与山地草原带在时间上滞后了雨季降水的汇集.源区径流主要由降雨、地下水、积雪和冻土融水混合补给.流域内降水很少直接产生地表径流补给河流,而是经过各景观带下渗,转换成壤中流、孔/裂隙水或地下径流,最终汇入河道,完成"补径排"水文过程.这一研究可为汾河流域水环境恶化的遏制提供科学依据与参考,以期实现山西清水复流和生态环境的全面修复.     

西南喀斯特峰丛-洼地水力联系特征分析

西南喀斯特流域具有独特的峰丛-洼地水流特征及水力联系,本文针对陈旗小流域,根据山坡岩溶泉、洼地观测井水位、水温、水化学以及气象实测数据,利用统计分析方法,分析不同水源动态变化特征;结合电阻率层析成像(ERT)探测结果,解析山坡与洼地之间的水力联系。结果表明:反映山坡表层岩溶带作用的山坡泉对降雨响应迅速,土层覆盖厚的洼地含水层相对较慢。洼地含水层与山坡表层岩溶带水力联系呈现分段规律,反映枯期和雨季山坡侧向流、洼地降水垂向补给对洼地地下水影响程度存在差异,该研究为揭示喀斯特山区峰丛-洼地水文循环过程提供科学依据。     

基于改进新安江模型的岩溶地区径流过程模拟——以庙沟岩溶流域为例

为改善新安江模型对岩溶地区径流过程的模拟效果,根据岩溶地区降雨集中灌入补给的特点,对原始新安江模型结构进行了改进,定义降雨分配系数φ用来描述部分降雨通过管道转化为自由水,直接参与水源划分,并在前人研究的基础上,根据岩溶管道含水介质与裂隙含水介质径流过程的差异,采用快速地下径流水箱和慢速地下径流水箱分别描述地下径流(RG)中的快速径流部分和慢速径流部分。通过将改进的新安江模型应用于庙沟岩溶流域径流过程的模拟,结果表明:2014年3月1日—2014年12月1日期间,原始新安江模型模拟结果的平均确定性系数为0.592,改进的新安江模型模拟结果的平均确定性系数为0.901,且改进后新安江模型对单次洪水过程的模拟效果更好,模拟精度最高可达0.993;改进的新安江模型模拟精度随着参数φ值的增大逐渐增高,当参数φ值为0.61时,模型模拟效果最优;参数φ提高了岩溶地区径流对降雨的敏感度,该参数敏感性较强。     

喀斯特山体表层岩溶带水文地质特征分析——以陈旗小流域为例

表层岩溶带是喀斯特地区水分重要的赋存与运移空阔,是水文过程的重要控制因素,研究喀斯特山体表层岩溶带水文地质特征,对喀斯特地区水循环及生态环境保护研究具有重要意义.选取贵州瞢定县陈旗流域为研究区,通过野外调查、探地雷达探测以及渗透系数愿位测定,分析了表层岩溶带水文地质特征及其对喀斯特地区降雨径流形成的影响.结果表明:表层...     

典型岩溶地下河流域水体中硝酸盐源解析

地下河是岩溶地区地下水赋存运动的主要场所和重要水源,近年来,硝酸盐污染严重.为解析典型岩溶地下河流域水体中硝酸盐的来源,利用δ~(15)N-NO~-_3、δ~(18)O-NO~-_3和δ~(18)O-H_2O稳定同位素示踪技术开展研究,并通过SIAR稳定同位素模型,对不同污染源的贡献率进行了定量识别,同时阐明了土地利用类型对流域水体硝酸盐分布及来源的影响.结果表明:①降雨/化肥中的氨盐、土壤有机氮和粪肥污水是流域内水体硝酸盐的主要来源;②流域内水体硝酸盐的转化过程主要以硝化作用为主导,水体硝酸盐氮氧同位素初始值未受分馏影响;③基于SIAR模型,不同端元对流域内水体硝酸盐的贡献比例呈季节性差异,化肥、土壤有机氮和粪便污水对丰水期流域内水体硝酸盐的贡献比例分别为57.07%、 34.06%和8.87%;对流域内枯水期水体硝酸盐的贡献比例分别为34.14%、 33.02%和32.84%.     

滇池宝象河流域全面产流与降雨关系初步研究

在进行滇池宝象河流域入湖污染负荷总量核算时,涉及流域的水量平衡计算,地表径流和地下径流是两个重要的环节,两者联系密切,并且在水循环过程中相互转化。不是所有的降水都能补给地下水,进而产生地表径流,只有当降雨量大于某一临界值时,才有可能产生地表径流。全流域地表径流产生与降雨关系的试验研究,有助于分析当地气象因素以及降雨时段之初的包气带含水率和地下水埋藏深度,为污染负荷总量核算提供参考和借鉴。     

南四湖流域种植业面源污染氮磷源解析研究

利用田间径流池采集南四湖流域种植业农田地表径流样品,分析其不同形态的氮磷数据,汇总数据得到南四湖流域种植业的氮磷源成分谱;并在南四湖区11条主要入湖河流入湖口处采集水样,测定氮磷含量,利用主成分分析法对南四湖流域种植业面源污染氮磷来源进行了源解析.结果表明,南四湖流域氮磷种植业面源污染来源有3种,3个主成分累积方差贡献率为95.275%.第一类污染途径为降雨淋溶小麦-玉米轮作农田产生的地表径流对河流产生的污染,这种污染的范围广且贡献率较大为50.220%;第二类污染途径为降雨淋溶大蒜-玉米轮作农田产生的地表径流流入南四湖入湖河流引起的,影响面也较广,贡献率为25.119%;第三类污染途径为自然降雨时,小麦-水稻轮作农田产生的地表径流对河流的污染,贡献率为19.937%.     

川东平行岭谷区典型岩溶含水系统中NO3-的存储和运移

为了研究NO3-在岩溶含水系统中的存储和运移规律,对降雨条件下重庆川东平行岭谷区青木关地下河系统的水化学动态进行在线监测和高密度采样测试,结合NO3-的月动态变化,并利用主成分分析方法.结果表明,降雨期间地下河中的NO3-与全Fe、全Mn、Al3+是两组不同来源的元素,在含水系统中表现出不同的地球化学行为.NO3-从地表输入后随土壤水下渗存储于岩溶非饱和带的裂隙、孔隙和溶隙等含水介质中,而全Fe、全Mn、Al3+则是地表受雨水侵蚀的土壤随地表径流通过落水洞、竖井等通道,以集中流的形式灌入地下河造成的.进而将NO3-在岩溶含水系统中的运移过程分为输入存储、快速输出和再输入存储这3个理想的阶段.在外部条件大致相同的情况下,非饱和带的岩溶发育程度是影响降雨期间地下河中NO3-浓度变化的关键因素.降雨条件下存储于非饱和带的NO3-很容易被释放出来,破坏地下水生态环境,严重威胁着当地群众的健康安全.需要加强岩溶生态系统管理工作,改善土地利用方式,科学施肥,有效控制地下水营养成分的地表输入.     

硫酸对乌江中上游段岩溶水化学及δ13 CDIC的影响

对乌江中上游段地表和地下水水化学、溶解无机碳(DIC)同位素组成(δ13CDIC)进行了测试,探讨流域水化学特征及主要影响因素,利用化学计量法对硫酸溶蚀碳酸盐岩的比例及对HCO-3离子的贡献比例进行了计算.结果表明:1乌江上游段地表和地下水优势阳离子均为Ca2+,分别占全部阳离子的50%以上,阴离子以HCO-3、SO2-4为主,两者占总阴离子的85%以上,水化学类型主要为HCO3-Ca,部分为HCO3·SO4-Ca型,反映出部分地下水和地表水可能受到人类源的SO2-4影响;2地下水和地表水的δ13CDIC值介于-12.98‰~-6.36‰,且[Ca2++Mg2+]/[HCO-3]当量比值介于1.11~1.90,H2SO4对流域水化学和δ13CDIC具有重要影响;3硫酸溶解碳酸盐岩对地下水(Ca2++Mg2+)和HCO-3的贡献变化分别介于20.59%~92.87%(平均贡献率为51.50%)和11.47%~86.69%(平均贡献率为36.90%);对地表水(Ca2++Mg2+)和HCO-3的贡献变化分别介于56.14%~94.55%(平均贡献率为76.89%)和39.02%~89.66%(平均贡献率为64.24%),显示硫酸显著地影响到流域碳酸盐岩的风化过程.研究结果对乌江流域水资源的保护和开发利用及岩溶碳循环研究意义重大.     

渭河上游天然径流变化及其自然与人为因素影响贡献量

从20世纪60年代开始,渭河上游入陕西境内的水量不断减少,90年代天然径流量仅为60年代的60%。分析天然径流与降水的相关关系,对降水与非降水因素对径流减少的贡献进行了定量分析。结果表明,降水与非降水因素共同作用使得渭河上游径流量不断减少,且从20世纪70年代开始,非降水因素的贡献率逐渐增强,成为影响渭河上游天然径流量减少的主要因素。分析天然径流量与气温的相关关系,两者的相关系数在0.47以上,采用假设法,将气温从非降水因素中提取出来,进一步分析自然因素与人为因素的影响,结果表明,80年代以前,以自然因素影响为主,80年代以后,以人为因素影响为主,且人为因素的影响程度在逐渐增强,其原因在于人类活动改变下垫面导致径流减少。     

模拟降雨下雨强对城市回填土草地径流系统中水量和污染物分配的影响

采用人工降雨装置,对不同降雨强度下城市回填土草地径流系统中水量和污染物的分配特征进行了实验研究.结果表明,降雨强度对径流水体及污染物变化有较大的影响.当降雨强度为16和30 mm·h~(-1)时,小区只有地表径流产生.当降雨强度为71和87 mm·h~(-1)时,小区会有壤中流产生,并且壤中流占比会随降雨强度的增加呈现先上升后下降的变化趋势,而地表径流一直占主导地位.另一方面,小区地表径流中的TSS、TN和TP浓度都随着降雨强度的增大而增加.本研究对污染物质迁移与分配的影响机制和城市面源污染的治理及相应处理措施的选择具有重要意义,并且对于地下水保护具有现实意义.     

连续极端降雨对东江流域水质影响分析

为研究连续极端降雨对饮用水源型河流东江水质的影响,分析流域近38年极端降雨事件发生特征,并结合水文水质数据初步分析其对水质的影响.基于SWAT2012建立东江流域高精度模型,研究极端降雨过程中主要污染物通量变化过程及其对水质的影响.结果表明,东江流域近38年极端降雨事件共发生173次,丰水年频次要高于其他年份,年内受气候影响主要集中在3～9月(80%),峰值主要出现在降雨量最高的6月;在空间上增城-博罗-惠州-龙门一带极端事件发生频率最高.降雨量与浊度、TP、氰化物、Pb、Fe和Mn的浓度值均呈显著正相关,其中与浊度、TP的相关系数相对较高,与p H、电导率和Zn的浓度值等呈极显著负相关,水质在一定程度上受到降雨的影响.浊度、TN、NH4+-N及TP浓度值均在暴雨径流期出现不同程度的上升趋势,其中浊度和TP浓度值变化趋势与流量呈显著一致,其峰值出现要早于流量峰值(约1 d),存在显著初期冲刷效应; p H变化过程则与流量相反,成"V"字形,可能是受上游山区降雨、土壤酸碱度及产汇流条件影响; NH4+-N受初期冲刷及洁净雨水稀释则呈现前期高,中后期低的特征.污染物负荷与径流量变化趋势较为一致,TN、NH4+-N及TP污染通量峰值要晚于(约1d)流量峰值的出现,这与污染物浓度峰值出现规律不同;污染物负荷主要在暴雨径流期呈现明显增加趋势,以59. 48%的径流量输送污染物占比达到了:COD 68. 42%、NH4+-N 54. 68%和TP 70. 20%,呈现时间短、污染物负荷冲击强等特点,对东江饮用水源水质造成较大的影响,建议通过强化初期雨水治理减少暴雨径流期对水质风险的影响.     

多塘湿地对降雨径流的截留特点

为考察降雨过程对径流发生的影响及其对多塘湿地进出水水质、水量的影响,基于2017年8月25日和9月6日两次降雨过程中湿地进出水水质水量长时间的变化特征,探究降雨过程中湿地水质水量变化及污染物净化特征. 结果表明:①多塘湿地进水量峰值出现的时间滞后于降雨雨强峰值及累计雨量峰值. 降雨雨强对湿地进水量影响不显著,而累计雨量影响径流的产生量,进而影响湿地进水量,造成湿地水力负荷急剧上升,最高达2.45 m3/(m2·d). 降雨过程中多塘湿地水位上升,水深加深,有效容积增大,水力停留时间延长. ②进水水质变化随降雨过程无显著规律,但进水污染物负荷量始终大于非降雨期,说明降雨期间径流污染仅采用污染物浓度洪峰控制是不充分的,特别是雨季降雨频繁的地区,应重视污染负荷对多塘湿地净化效能的影响. ③降雨期间多塘湿地对径流污染有良好的截留作用,TN、TP去除率分别为33.6%~88.7%和25.2%~78.0%. 研究显示,进水水力负荷的增加增强了湿地的扰动,导致部分单元污染物出口浓度高于进水,但由于调蓄塘-表流湿地-塘-生态浮床-稳定塘耦合工艺的梯级单元有助于湿地系统对污染物消纳截留,增强了湿地对降雨径流的截留稳定性.      

考虑空气阻力影响的流域水文过程模拟研究

降雨入渗时,部分空气会被禁锢在土壤中,影响水分下渗。目前分布式水文模型构建过程中,尚未考虑空气阻力对降雨入渗的影响,这制约着模型的适用性。论文基于Green-Ampt模型,引入土壤含水量饱和度系数、土壤导水系数饱和度系数、土壤进气值和土壤进水值4个参数量化空气阻力影响,改进分布式水文模型WEP-L模型。最后,选择清水河流域和柳江流域进行实例研究,检验WEP-L模型的改进效果。结果表明：与传统WEP-L模型相比,改进的WEP-L模型在清水河流域（面积较小）应用时可显著提高流域水文过程模拟精度,尤其是在暴雨洪水期,日径流模拟相对误差由40.57%降低到9.43%,Nash效率系数由-0.24提高到0.57。而在柳江流域（面积较大）应用时,模型改进后模拟效果虽有所改善,但不够显著。     

太湖山地强降雨事件中不同水体的氮磷负荷分析

夏季暴雨洪水是太湖山区氮磷营养盐流失的主要载体,对强降雨事件中的不同水体农业养分负荷的观测和分析,将有助于更准确地评估农业非点源污染。在台风“麦莎”期间,选择典型山区流域对台风降雨径流过程进行观测。结果表明太湖山地短时强降水事件中,地下径流约占总径流的51％,而对无机氮径流负荷的贡献在80％以上;可溶性总磷在河道径流中的浓度低于在地下水和地表径流中的浓度,显示可溶性磷在汇流过程中被截留,说明可溶性磷的迁移具有流域尺度的迟滞特征。     

极端暴雨条件下北江重金属非点源污染负荷估算

为掌握极端水文气象条件下北江上游地区重金属通量及非点源贡献,以2012年6月25日北江最大暴雨径流过程为研究对象,采用通量计算和基流分割理论,估算了北江上游高桥断面在极端暴雨条件下的溶解态重金属(Pb、Zn、Cu和Cd)通量及基流和非点源负荷,比较分析了暴雨径流前后不同阶段溶解态重金属的输运总量及特点. 结果表明:暴雨径流发生前、后30 d内,溶解态Pb、Zn、Cu和Cd的通量分别达到24.1、91.4、14.6和3.4 t. 暴雨径流前、后的4个典型阶段中,以地表径流为主的全流域产流期(第Ⅱ阶段)污染负荷最重,Pb、Zn、Cu和Cd日均通量较洪水前(第Ⅰ阶段)分别增长了29.6、42.6、11.6和15.4倍. 深层地下水产流期(第Ⅳ阶段)Zn、Cu和Cd的输运强度较洪水前均有所下降,降幅在3.6%～33.6%之间. 基流重金属污染负荷比例仅占1.7%～9.9%,非点源污染负荷在90.1%～98.3%之间,洪峰期间(第Ⅱ阶段)非点源污染负荷所占比例在96.7%以上.      

喀斯特坡耕地浅层地下孔(裂)隙发育过程中径流产污特征

降雨径流产生的非点源污染是地下水污染的重要来源,喀斯特坡耕地浅层地下孔(裂)隙养分流失是造成该地区地下水污染的关键因素.通过模拟喀斯特坡耕地地下孔(裂)隙特征,采用人工模拟降雨和室内分析相结合的方法,研究浅层地下孔(裂)隙发育过程中降雨径流产污特征.结果表明:喀斯特坡耕地地下径流产污是一个极其复杂的过程,微度(1%)孔(裂)隙发育的坡耕地径流全氮、全磷和全钾流失量随雨强变化不明显,全氮和全磷流失量均在70 mm·h-1雨强达到最大值;轻度(3%)孔(裂)隙发育的坡耕地全氮、全磷流失量在雨强50 mm·h-1时达到最大值;中度(5%)孔(裂)隙发育的坡耕地全氮、全磷、全钾流失量则在雨强为90 mm·h-1时达到最大值;各孔(裂)隙发育条件下的全氮、全磷、全钾养分流失量对坡度的响应不明显,轻度发育下的全氮和全磷流失量最大,在中度发育条件下,坡耕地土壤中全钾流失总量最大;不同雨强、坡度条件下的地下径流全氮、全磷和全钾次产污模数随地下孔(裂)隙度变化亦不明显,其中全氮次产污模数在4.38~58.72 mg·h-1·m-2,全磷在0.16~3.15 mg·h-1·m-2,全钾在0.16~3.03 mg·h-1·m-2范围变化.     

降雨-径流过程中土壤表层磷迁移过程的模拟研究

以人工降雨的方法，对巢湖边旱作表层土壤在降雨后所产生的磷迁移过程进行了研究，结果表明：在两种雨强植（70mm和35mm）90min内模拟的降雨过程中，供试的土壤产生两种径流模式：表面径流和土壤内部培中流，降雨强度大，表面径流和壤中流始流时间早，水流量和深度相应高，累积输出也多，相同雨强下，农田作物的覆盖作用胡促进壤中流，减缓表面流，但对始流时间的影响不大，4种模拟土类型的表面径流累积输出的大小顺序为：BN70（降雨量70mm，盖度为0）＞BC70（降雨量70mm，盖度为80％）＞BN35（降雨量35mm，盖度为０）＞ＢＣ３５（降雨量７０mm，盖度为０）＞ＢＣ７０（降雨量７０mm，盖度为８０％）＞ＢＮ３５（降雨量３５mm，盖度为０）＞ＢＣ３５（降雨量35mm,盖度为８０％），培中流的量序为：ＹＣ７０＞ＹＮ７０＞ＹＣ３５＞ＹＮ３５，裸露土壤的总磷浓度曲线呈波浪状递减，作物覆盖土壤则呈均匀缓慢的递减趋势，土壤物理结构和作特特征对溶解性总磷的变化趋势起主导作用，在中到大雨条件下，壤中累积输出的径流量都低于表面流，差幅决定于土培表层界面特征，表面径流中的磷迁移量是土壤中流的３－４倍。